Klausur für die Teilnehmer des Physikalischen Praktikums für Mediziner und Zahnmediziner im Wintersemester 2008/09

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Detlef Beyer
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1 Name: Gruppennummer: Nummer: Aufgabe insgesamt erreichte Punkte erreichte Punkte Aufgabe erreichte Punkte Klausur für die Teilnehmer des Physikalischen Praktikums für Mediziner und Zahnmediziner im Wintersemester 2008/09 Freitag, 13. Februar 2009 Bemerkungen: Die maximale Punktzahl beträgt 64. Die Klausur ist bestanden, wenn mindestens die Hälfte der Punkte erreicht wurden. Taschenrechner und Lineal dürfen während der Klausur benutzt werden. Andere Hilfsmittel sind nicht erlaubt. Bei Rechenaufgaben muss der Lösungsweg erkennbar sein. Bei Multiple-Choice-Aufgaben ist nur eine Lösung anzukreuzen, der Lösungsweg ist irrelevant. Diese Klausur besteht aus 6 Seiten mit 15 Aufgaben. Bitte kontrollieren Sie, ob Ihr Exemplar vollständig ist. Aufgabe 1: (4 Punkte) Das Hagen-Poiseuillesche Gesetz beschreibt laminare Strömungen durch zylindrische Rohre. Welche Aussage macht das Gesetz über den Zusammenhang des Volumenstroms I V mit a) dem Radius r des Rohres? (1 Pkt) b) der Länge l des Rohres? (1 Pkt) c) In welchem Verhältnis stehen die Wassermengen V 1 und V 2, welche pro Sekunde durch zwei Rohre mit l 1 = 2 m, r 1 = 2 cm und l 2 = 1 m, r 2 = 1 cm fließen, sofern der Druckabfall p über beide Rohren identisch ist. (2 Pkte) Aufgabe 2: (2 Punkte) Welche physikalische Größe wird im Praktikum mit Hilfe des Dopplereffektes gemessen? der Volumenstrom die Fließgeschwindigkeit einer Flüssigkeit der Strömungswiderstand 1

2 Aufgabe 3: (3 Punkte) Skizzieren Sie den Aufbau einer Braunschen Röhre. Mit Beschriftung! Aufgabe 4: (2 Punkte) Eine Gruppe Medizinstudenten feiert ihr bestandenes Examen. Der von ihnen erzeugte Schallintensitätspegel L I werde durch eine Gebäudewand um 20 db verringert. Um welchen Faktor ist die Schallstärke I jenseits der Wand vermindert? Aufgabe 5: (4 Punkte) Im Praktikum wird gezeigt, daß die Schallgeschwindigkeit in Luft 340 m/s beträgt, in Wasser hingegen 1480 m/s. Wie weit ist demnach ein Schiff entfernt, wenn die Laufzeitdifferenz der Schallsignale in Wasser und Luft 10 s beträgt? Aufgabe 6: (5 Punkte) Grünes Licht der Wellenlänge λ = 541 nm fällt senkrecht auf ein Strichgitter mit 45 Strichen pro mm. Welche Beugungsordnungen können mit einem im Abstand von 3 m zum Gitter zentrisch aufgestellten Schirm der Breite b = 50 cm aufgefangen werden? 2

3 Aufgabe 7: (8 Punkte) a) Zeichnen Sie die Hauptebene H und die Brennpunkte F und F der Sammellinse ein, die den Gegenstand G auf sein Bild B abbildet. Verwenden Sie dazu die drei ausgezeichneten Strahlen, die Sie kennengelernt haben. (4 Pkte) G B b) Zeichnen Sie in die obige Abbildung zusätzlich folgende Größen ein: Gegenstandsweite g, Bildweite b und einen weiteren von der Spitze des Pfeils ausgehenden Strahl. (2 Pkte) c) Geben Sie die Definition des Abbildungsmaßstabes β wieder und bestimmen Sie dessen Wert in der obigen Zeichnung. (1 Pkt) d) Welche allgemeine Beziehung besteht zwischen der Gegenstandsweite g, der Brennweite f und der Bildweite b einer Linse (Linsengleichung)? (1 Pkt) Aufgabe 8: (4 Punkte) a) Bei der Betrachtung eines Gegenstandes entsteht im Tubus des Mikroskops ein reelles Bild gespiegeltes Bild virtuelles Bild inverses Bild b) Welche dieser Größen hat keinen Einfluss auf das Auflösungsvermögen eines Mikroskops? Brechungsindex des Materials zwischen Objektiv und Objekt Wellenlänge des verwendeten Lichts Vergrößerung des Okulars Art des Beleuchtungsstrahlenganges 3

4 Aufgabe 9: (4 Punkte) a) Schallwellen in Gasen transportieren in Ausbreitungsrichtung über weite Entfernungen Gasteilchen Energie Elektronen b) Bei welchem Gangunterschied zueinander interferieren zwei Schallwellen destruktiv? λ/2 λ 2λ c) Der Hörbereich eines jungen gesunden Menschen umfaßt Töne im Frequenzbereich von 80 Hz bis 3 khz 2 Hz bis 30 khz 16 Hz bis 20 khz d) Auf einem Oszilloskopschirm wird eine Sinusschwingung mit einer Periode von T = 1µs dargestellt. Welche Frequenz hat diese Schwingung? 10 MHz 100 khz 1 MHz Aufgabe 10: (4 Punkte) Ein Laser, der bei einer Wellenlänge von λ = 694 nm arbeitet, sende einen Lichtblitz von Photonen aus. Welche Energie transportiert der Lichtblitz? (h = 4, ev s) Aufgabe 11: (3 Punkte) Ordnen sie nach zunehmender Energie: Infrarotstrahlung, blaues Licht, gelbes Licht, Röntgenstrahlen, Radiowellen, Mikrowellen. 4

5 Aufgabe 12: (4 Punkte) a) Zur Messung einer Strom-Spannungskennlinie eines Widerstandes schalten Sie zu dem Widerstand das Spannungsmessgerät in Reihe und das Strommessgerät parallel das Strommessgerät in Reihe und das Spannungsmessgerät parallel das Strommessgerät in Reihe und das Spannungsmessgerät in Reihe b) Bei der Parallelschaltung von Widerständen ist der Gesamtwiderstand größer als die Summe der Einzelwiderstände gleich der Summe der Einzelwiderstände kleiner als die Summe der Einzelwiderstände Aufgabe 13: (8 Punkte) a) Skizzieren Sie das Spektrum einer Röntgenröhre! (Achsenbeschriftung nicht vergessen!) (3 Pkte) b) Wie heißen die zu den folgenden Einheiten gehörenden physikalischen Größen, und wie sind diese definiert? (3 Pkte) Becquerel Gray Sievert c) Erklären Sie die Funktion eines Streustrahlenrasters anhand einer Skizze. (2 Pkte) 5

6 Aufgabe 14: (5 Punkte) Das in der Nuklearmedizin eingesetzte 99m Tc ist ein γ-strahler mit einer Halbwertszeit von T 1/2 = 6 h. a) Geben Sie die Zerfallskonstante λ dieses Kerns an. (2 Pkte) b) Berechnen Sie die Anzahl N radioaktiver Kerne, die in einem 99m Tc-Strahler mit der Aktivität von 1 MBq enthalten sind. (2 Pkte) c) Welche Masse m vereinen diese Kerne in sich? (N A = 6, ) (1 Pkt) Aufgabe 15: (4 Punkte) Auf dem Bildschirm eines Oszilloskops wird das EKG (Ableitung II nach Einthoven) eines Patienten angezeigt. Die Geschwindigkeit des Elektronenstrahls in x-richtung beträgt 80 mm/s. y x a) Bestimmen Sie die Periodendauer T. (2 Pkte) b) Bestimmen Sie die Herzfrequenz in Schlägen pro Minute. (2 Pkte) 6

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