Physikklausur für Mediziner, WS 2008/ Bei folgenden Konstanten rechnen Sie bitte mit dem Klausurwert und nicht mit dem Literaturwert

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1 Physikklausur für Mediziner, WS 2008/ Klausurtyp P Bei folgenden Konstanten rechnen Sie bitte mit dem Klausurwert und nicht mit dem Literaturwert Konstante Symbol Literaturwert Klausurwert Lichtgeschwindigkeit im Vakuum c ms ms -1 Erdbeschleunigung g 9.81 ms ms -2 Elektr. Feldkonstante ε AsV -1 m -1 9 AsV -1 m -1 Dichte von dest. Wasser ρ(h 2 0) 1000 kg m kg m -3 Elementarladung e As As Allg. Gaskonstante R Ws mol -1 K -1 8 Ws mol -1 K -1 spezifische Wärmekapazität des Wassers c H2O J g -1 K J g -1 K Avogadrozahl N mol mol -1 Natürlicher Logarithmus von 2 ln Dekadischer Logarithmus v. 2 lg Umrechnung T Celsius /Kelvin T 0 ºC = 273,15 K 0 ºC = 273 K Umrechnung Wurzel 2. Wurzel von x = x 0,5 4. Wurzel von x = x 0,25 1. Im Rahmen einer Reizstromtherapie fließt ein Strom von 50 ma durch das Muskelgewebe. Die angelegte Spannung beträgt 10 V. Der elektrische Leitwert ist definiert als der Kehrwert des Widerstandes. Er hat die Einheit S(iemens). Wie groß ist der elektrische Leitwert des Gewebes? A) 0.2 ms B) 0.5 ms C) 2 ms D) 5 ms E) 2 S 2. Die R-Zacke des EKGs beschreibt die Erregungsausbreitung der Aktionspotentiale im Myokard der Herzkammern. Auf einem Bildschirm zur Messung des EKGs auf der Intensivstation kann die Herzfrequenz aus dem Abstand zweier R-Zacken berechnet werden. Der R-Zackenabstand betrage 10 cm, die Zeitauslenkung (im Praktikum auch Timebase, TB genannt) betrage 50 ms/cm. Die Herzfrequenz der Patientin ist A) 30 Schläge/Minute B) 60 Schläge/Minute C) 120 Schläge/Minute D) 180 Schläge/Minute E) 200 Schläge/Minute 3. Zwei sinusförmige Schwingungen gleicher Frequenz f1 = f2 = 25 Hz weisen eine Phasenverschiebung von π/2 auf. Um welche Zeit t sind die beiden Schwingungen gegeneinander verschoben? A) 500 ms B) 100 ms C) 40 ms D) 10 ms E) 1 ms 1/8

2 4. Eine Kraft von 1 N beschleunigt eine Masse von A) 1 g mit 981 cm/s 2 B) 1 kg mit 1 m/s 2 C) 1 kg mit 1 cm/s 2 D) 1 kg mit 9,81 m/s 2 E) 9,81 kg mit 1 m/s 2 Klausurtyp P 5. Eine Patientin erhält zur Diagnosestellung eine Injektion mit einem β + -Strahler. Außerhalb des Körpers wird dann folgende Strahlungsart detektiert: A) γ-quanten B) Heliumkerne C) Neutronen D) Positronen E) Elektronen 6. In einem unverzweigten Abschnitt eines Blutgefäßes mit kreisrundem Querschnitt befindet sich eine konzentrische Stenose. Es wird dort eine (über den Querschnitt gemittelte) doppelt so große Blutströmungsgeschwindigkeit wie vor und nach der Stenose gemessen (laminare Strömung). Der Innendurchmesser an der Stenose beträgt relativ zum Innendurchmesser vor oder nach der Stenose A) 0,5 4 = 6,25% B) 0,5 2 = 25% C) 0,5 1 = 50% D) 0,5 0,5 = 71% E) 0,5 0,25 = 84% 7. Die Abbildung zeigt eine Schwingung mit einer Frequenz von 20 Hertz. Welche Zeitspanne zeigt die gesamte Abbildung? A) 0,05 ms B) 0,05 s C) 0,075 s D) 0,15 s E) 0,75 s 8. Bei einer augenärztlichen Untersuchung wird mittels Ultraschall ein Tumor im Tränensack lokalisiert. Die Ultraschallsonde liefert eine Frequenz von 10 Mega-Hertz (MHz). Die Schallgeschwindigkeit im untersuchten Gewebe beträgt etwa 1500 m/s. Welche Wellenlänge hat der Ultraschall? A) 150 m B) 15 cm C) 1,5 mm D) 0,15 mm E) 15 nm 2/8

3 9. Bei einer augenärztlichen Untersuchung wird mittels Ultraschall ein Tumor im Tränensack lokalisiert. Die Schallgeschwindigkeit beträgt etwa 1500 m/s. Der Tumor befindet sich in 3 mm Tiefe. Wie lange dauert es, bis die Ultraschallsonde das ausgesendete Signal wieder empfängt? A) 0,2 µs B) 0,4 µs C) 2,0 µs D) 4,0 µs E) 8,0 µs 10. Für die Beurteilung der Wirkung ionisierender Strahlung auf den menschlichen Körper ist die Äquivalentdosis eine wichtige Größe. In welcher Einheit wird die Äquivalentdosis angegeben? A) Bq (Becquerel) B) Sv (Sievert) C) Gy (Gray) D) C/kg (Coulomb pro Kilogramm) E) C (Coulomb) 11. Die Wellenlängen der charakteristischen Röntgenstrahlung hängen im wesentlichen ab von A) dem Anodenstrom B) dem Anodenmaterial C) dem Emissionsstrom D) dem Kathodenmaterial E) der Anodenspannung 12. In 1 m Abstand zu einem starken radioaktiven Präparat (γ-strahler) wird mit einem Szintillationszähler eine hohe Impulszahl in der Minute gemessen. Sie bewegen den Zähler auf eine Entfernung von 6 m zum Präparat. Wie groß ist dann etwa die Impulszahl pro Minute im Vergleich zur zuvor Gemessenen? (Der Nulleffekt kann vernachlässigt werden.) A) 1/6 B) 1/10 C) 1/15 D) 1/25 E) 1/ Zu diagnostischen Zwecken wird einem Patienten ein radioaktives Isotop mit einer Aktivität von 800 MBq mit einer Halbwertszeit T H gespritzt. Wie viele Halbwertszeiten T H müssen mindestens vergehen, damit vor der Entlassung die Gesamtaktivität kleiner als 5% ist? A) 4 T H B) 5 T H C) 8 T H D) 10 T H E) 14 T H 14. Auf dem Ausdruck eines EKGs finden sich 40 R-Zacken (= Herzschläge) in 25 Sekunden. Die Herzfrequenz beträgt: A) 25 Schläge pro Minute B) 40 Schläge pro Minute C) 64 Schläge pro Minute D) 80 Schläge pro Minute E) 96 Schläge pro Minute 3/8

4 15. Bei einer älteren Patientin wird eine Hörminderung von 30 db festgestellt, d. h. die Hörschwelle liegt bei ihr 30 db höher als beim Normalhörenden. Um welchen Faktor ist die Schallintensität an der Schwelle bei ihr höher als bei Normalhörenden? (Denken Sie an die Definition des Schallpegelmaßes). A) 10 B) 30 C) 100 D) 900 E) Das Auflösungsvermögen bei bildgebenden Verfahren wird durch die Wellenlänge der eingesetzten Strahlenquelle beschränkt. Ein Ultraschallgerät verwendet Ultraschall mit einer Frequenz von etwa 24 Mega-Hertz (MHz). Die Schallgeschwindigkeit im Gewebe beträgt etwa 1,6 km/s. Wie groß ist in etwa die Wellenlänge der verwendeten Strahlung? A) 0,8 mm B) 0,67 mm C) 0,08 mm D) 0,067 mm E) 4 µm 17. Durch die Einnahme von EPO und Eigenblutdoping habe sich die Viskosität des Blutes auf das Doppelte erhöht. Lassen wir außer acht, dass man das wohl nicht überleben würde. Bei sonst gleich bleibenden Parametern, ändert sich die Volumenstromstärke des Blutes folgendermaßen: A) sie erhöht sich um den Faktor 2 B) sie erhöht sich um den Faktor 4 C) sie ändert sich nicht D) sie erniedrigt sich um den Faktor 2 E) sie erniedrigt sich um den Faktor Wie groß ist die Zentrifugalbeschleunigung in einer Zentrifuge, wenn der Rotor sich mit einer Frequenz von 6000 Umdrehungen pro Minute bei einem Abstand zur Drehachse von 10 cm dreht (Es gelte a = ω 2 r, π kann als etwa 3 angenommen werden). A) 3600 g B) 6000 g C) g D) g E) g 19. Bei einem Patienten wird der N. ulnaris am Oberarm und am Handgelenk gereizt und jeweils das Summenaktionspotential (AP) am M. abductor digiti minimi abgeleitet. Bei Reizung am Oberarm beginnt das AP nach 12.6 ms und bei Reizung am Handgelenk nach 4.2 ms. Die beiden Reizorte sind 42 cm von einander entfernt. Die motorische Nervenleitgeschwindigkeit des N. ulnaris ist die mittlere Erregungsleitungsgeschwindigkeit zwischen den beiden Reizorten. Wie groß ist diese bei dem Patienten? A) 20 m/s B) 30 m/s C) 40 m/s D) 50 m/s E) 60 m/s 4/8

5 20. In einem Zentrifugenröhrchen bewegen sich zwei Makromoleküle mit einer Geschwindigkeit von v 1 = 1 mm/h bzw. v 2 = 2 mm/h radial in gleicher Richtung von der Drehachse weg. Nach welcher Zeit sind sie radial 6 mm voneinander entfernt? A) 1 h B) 2 h C) 4 h D) 5 h E) 6 h 21. Die Lösung eines Farbstoffes absorbiert 90% des einfallenden monochromatischen Lichtes. Die Extinktion E = lg(i o /I) dieser Lösung beträgt dann (I o = einfallende, I= durchgelassene Intensität) A) 0,1 B) 0,01 C) 1 D) 2 E) Ein Gegenstand wird mit Hilfe einer Sammellinse mit der Brechkraft D = 4 dpt, die sich im Abstand g = 50 cm befindet, abgebildet. Das Bild des Gegenstandes ist A) reell und gleich groß B) reell und vergrößert C) reell und verkleinert D) virtuell und verkleinert E) virtuell und vergrößert 23. Bei älteren Lichtmikroskopen (ohne Unendlichoptik) wird durch das Objektiv ein Zwischenbild erzeugt. Dieses ist A) reell, umgekehrt und verkleinert B) reell, umgekehrt und vergrößert C) reell, aufrecht und vergrößert D) virtuell, umgekehrt und vergrößert E) virtuell, aufrecht und verkleinert 24. Mit Hilfe eines Mikroskops soll ein zelluläres Objekt vermessen werden. Das Objekt erscheint mit einer Länge von 9 Skalenteilen auf der Skala des Okularmikrometers. Zuvor wurde das Okularmikrometer mit einem Objektmikrometer geeicht, wobei für 36 Skalenteile eine Länge von 1, mm abgelesen wurde. Wie lang ist das Objekt? A) 2 µm B) 2,5 µm C) 8 µm D) 0,25 mm E) 2 mm 25. Laser, wie sie z.b. in der medizinischen Forschung eingesetzt werden, emittieren im Allgemeinen Licht einer festen Wellenlänge. Welchem Spektralbereich entspricht eine Wellenlänge von 700 nm? A) blau B) violett C) gelb D) rot E) grün 5/8

6 26. Bei einem Patienten mussten beide Augenlinsen entfernt und durch künstliche ersetzt werden. Damit werden entfernte Gegenstände scharf abgebildet. Eine Nahakkommodation ist aber nicht mehr möglich. Damit der Patient auch nahe Gegenstände scharf sehen kann, benötigt er eine Naharbeitsbrille. Welche Brechkraft müssen die Gläser einer solchen Brille haben, damit er Gegenstände in 25 cm Entfernung scharf sehen kann? (Der Abstand Auge Brille ist zu vernachlässigen). A) 0,25 dpt B) 0,5 dpt C) 4 dpt D) 5 dpt E) 25 dpt 27. In einer Gewebekultur schnell wachsender Tumorzellen wurden durch das Anlegen hoher Spannungen Tumorzellen zerstört, ohne dass gesunde Zellen abstarben. Hierbei wurden mit Hilfe von Elektroden 500 Stromstöße bei einer Spannung von 20 kv für jeweils 10 µs angelegt. Es floss jeweils ein Strom von 10 A. Wie groß war die Energie, die dem Gewebe zugeführt wurde? A) 2 J B) 10 J C) 200 J D) 1000 J E) 2000 J 28. Welchen Wert hat U bei der abgebildeten Spannungsteilerschaltung, wenn R 1 = 600 Ω, R 2 = 300 Ω und U 2 = 1,5 V betragen? A) 9 V B) 4,5 V C) 3 V D) 7,5 V E) 6 V U R 1 R 2 U Welchen Wert hat die elektrische Stromstärke durch den 30 Ω-Widerstand? U = 6 V A) 40 ma B) 100 ma C) 200 ma D) 1 A E) 10 A 60 Ω 30 Ω 60 Ω 30. Zwei parallel geschaltete Widerstände von 12 Ω und 6 Ω haben einen Gesamtwiderstand von A) 4 Ω B) 15 Ω C) 18 Ω D) 0,25 Ω E) 3 Ω 6/8

7 31. An einen Ionenkanal (Ohmscher Widerstand) wird eine Spannung angelegt. Es fließt ein elektrischer Strom der Stromstärke 2,5 na für eine Zeit von 2 ms. Wie groß ist die dabei transportierte Ladung? A) 1,25 pc B) 5 nc C) 1,25 µc D) 5 µc E) 5 pc 32. Die Konzentration der (freien) Magnesium-Ionen sei auf der Außenseite einer Zellmembran c a = 1,2 mmol/l und auf der Innenseite c i = 0,6 mmol/l. Das Gleichgewichtspotential für Mg 2+ ist die innen gegen außen bestehende transmembranäre elektrische Spannung, die sich einstellen würde, wenn die Zellmembran ausschließlich für Mg 2+ durchlässig wäre: c 2+ E(Mg ) = 30 mv lg a c i Diese Gleichung ergibt sich aus der Nernst-Gleichung für zweiwertige Kationen bei etwa 30ºC. Wie groß wäre das Gleichgewichtspotential für Mg 2+? A) + 9 mv B) + 18 mv C) + 90 mv D) - 30 mv E) - 9 mv 33. Auf ein geladenes Teilchen mit der Ladung q = 0,4 C wirkt in einem elektrischen Feld der Feldstärke E=15 V/m folgende Kraft A) 0,06 N B) 0,6 N C) 6 N D) 60 N E) 600 N 34. Ein Patient mit akutem Asthmaanfall muss im Rettungswagen mit reinem Sauerstoff versorgt werden. Eine Gasflasche mit 10 L Volumen steht zur Verfügung, das Manometer zeigt einen Druck von 10 bar an. Wie lange steht Sauerstoff zur Verfügung, wenn der Patient mit 2 L O 2 /min versorgt wird? A) 5 min B) 10 min C) 20 min D) 50 min E) 100 min 35. Bei einem Versuch an einem idealen Gas wird im geschlossenen System die Temperatur konstant gehalten. Welche Aussage ist falsch? A) Es findet kein Austausch von Materie statt. B) Die Prozessführung ist isotherm. C) Es gilt das Gesetz von Boyle und Mariott. D) Druck und Volumen sind zueinander proportional. E) Es findet Austausch von Energie mit der Umgebung statt. 7/8

8 36. Der osmotische Druck einer Lösung gegen das Lösungsmittel wird mit 240 kpa gemessen. Die Temperatur beträgt 37 ºC. Etwa wie groß ist die Konzentration der osmotisch wirksamen Teilchen in der Lösung? A) 1 mmol/l B) 10 mmol/l C) 0.1 mol/l D) 1 mol/l E) 10 mol/l 37. Um welchen Faktor ändert sich die absolute Temperatur eines idealen Gases, wenn man ihm bei konstantem Volumen soviel Wärme zuführt, dass sich der Druck verdoppelt? (im geschlossenen System) A) 0.25 B) 0.5 C) 1 D) 2 E) Die Analyse des Gasvolumens (6 L, 37 ºC) aus der Lunge eines Höhenbewohners (ca m über Meereshöhe) ergibt folgende Zusammensetzung: 18 mmol O 2, 102 mmol N 2, 9 mmol CO 2, 15 mmol H 2 O-Dampf. (Das Gemisch ist als ideales Gas zu betrachten). Wie groß ist etwa der (mittlere) O 2 - Partialdruck in den Lungenalveolen, wenn der Gesamtdruck 64 kpa beträgt? A) 4 kpa B) 6 kpa C) 8 kpa D) 12 kpa E) 18 kpa 39. Welche der folgenden Aussagen zu Mechanismen der Wärmeübertragung ist richtig? A) Isolatoren sind gute Wärmeleiter. B) Wärmeleitung geschieht nur in Festkörpern. C) Wärmestrahlung kann durch Vakuum verhindert werden. D) Konvektion kann durch Verspiegelung des Dewargefäßes vermindert werden. E) Konvektion ist mit Materietransport im Fluid verknüpft 40. Durch den Grundumsatz verbraucht ein erwachsener Mensch ca. 8 MJ Energie in 24 Stunden. Wie viele Gramm Kohlenhydrate (Brennwert von Kohlenhydraten beträgt etwa 20 kj/g) muss der Mensch aufnehmen, damit dieser Energiebedarf vollständig gedeckt wird? A) 20 Gramm B) 40 Gramm C) 200 Gramm D) 400 Gramm E) 2000 Gramm 8/8