Übungsklausur D Physik für Mediziner

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1 Übungsklausur D Physik für Mediziner 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 1. Eine Kraft von 1 N beschleunigt eine Masse von A) 1 kg mit 9,81 m/s 2 B) 1 kg mit 1 m/s 2 C) 1 kg mit 1 cm/s 2 D) 1 g mit 981 cm/s 2 E) 9.81 kg mit 1 m/s 2 2. Eine Patientin erhält zur Diagnosestellung eine Injektion mit einem β + -Strahler. Außerhalb des Körpers wird dann folgende Strahlungsart detektiert: A) Elektronen B) Heliumkerne C) Neutronen D) Positronen E) γ-quanten 3. Was ist die Einheit für Energie? A) W B) J s -1 C) kg m s -1 D) kg m s -2 E) Ws 4. Im Rahmen einer Reizstromtherapie fließt ein Strom von 10 ma durch das Muskelgewebe. Die angelegte Spannung beträgt 20 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) 1 ms D) 2 ms E) 5 ms 1/9

2 5. Bei einem Probanden beträgt die Pulswellengeschwindigkeit in der Aorta etwa 6 m/s. Wie lange dauert es etwa, bis die Pulswelle im Verlauf der Aorta 15 cm zurückgelegt hat? A) 50 ms B) 40 ms C) 25 ms D) 15 ms E) 5 ms 6. Die Steigung einer linearen Funktion mit der Abszisse Strom (I = X) und der Ordinate Spannung (U = Y) entspricht A) einer Urspannung U 0 B) einer Kapazität C C) einem Widerstand R D) einer Feldstärke E E) einem Leitwert G 7. Die Nervenleitgeschwindigkeit einer Nervenfaser betrage 10 m/s. Der Nerv werde kurz unterhalb der Schulter elektrisch gereizt. Schätzen Sie ab, nach welcher Zeit der Daumen etwa zuckt, wenn das Aktionspotential eine Weglänge von etwa 50 cm zurücklegen muss. A) nach 2 µs B) nach 50 µs C) nach 2 ms D) nach 20 ms E) nach 50 ms 8. Der Durchmesser eines Blutgefäßes wird durch eine Obstruktion von 10 mm auf 5 mm vermindert. Der Widerstand des Gefäßes ändert sich folgendermaßen: A) steigt um den Faktor 2 B) steigt um den Faktor 4 C) steigt um den Faktor 8 D) steigt um den Faktor 16 E) steigt um den Faktor 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 4 cm, die Zeitauslenkung (im Praktikum auch Timebase, TB genannt) betrage 100 ms/cm. Die Herzfrequenz der Patientin ist A) 240 Schläge/Minute B) 150 Schläge/Minute C) 100 Schläge/Minute D) 40 Schläge/Minute E) 25 Schläge/Minute 10. Bei einer Ultraschalluntersuchung befindet sich im Weg zwischen Schallkopf und Herz ein Rippenknochen. Was ist der (hauptsächliche) Grund, dass sich kein verwertbares Bild ergibt? A) Absorption des Ultraschalls im Knochen B) Reflexion des Ultraschalls am Gewebe-Knochen-Übergang C) Streuung des Ultraschalls im Knochen D) Ultraschall-Resonanz im Knochen E) Verfälschung durch Ultraschall-Doppler-Effekte 2/9

3 11. Welchen Wert hat die elektrische Stromstärke durch einen der 50 Ω-Widerstände? U = 10 V A) 0,1 A B) 0,15 A C) 0,2 A D) 0,3 A E) 0,4 A 50 Ω 25 Ω 50 Ω 12. Die Wellenlänge des Ultraschalls (US) bestimmt wesentlich das Auflösungsvermögen bei der US-Diagnostik. Die Schallgeschwindigkeit im Gewebe beträgt etwa 1500 m s -1. Schallwellen mit einer Frequenz von 3 MHz haben dann eine Wellenlänge von etwa A) m B) m C) m D) m E) m 13. Die Höhendifferenz in den Schenkeln eines mit Quecksilber (Dichte=14 g/cm 3 ) gefüllten U- Rohrmanometers, wie es auch zur Blutdruckmessung verwendet wird, beträgt 10 cm. Etwa welche Druckdifferenz P2 P1 zeigt das Manometer an? P2 A) Pa B) 1400 Pa C) 140 Pa D) 14 Pa E) 1,4 Pa P1 h 14. Durch eine Vene strömt Blut laminar mit einer Volumenstromstärke I 1 = 4,0 cm 3 /s. Der Radius der Vene ist r 1 = 4 mm. Durch eine medikamentöse Gefäßerweiterung vergrößert sich der Radius der Vene auf r 2 = 8 mm. Alle anderen Parameter (Druckdifferenz, Länge, Temperatur etc.) bleiben konstant. Wie groß ist ungefähr die Volumenstromstärke nach der Erweiterung der Vene? A) 2,0 cm 3/ s B) 8,0 cm 3 /s C) 16,0 cm 3 /s D) 64,0 cm 3 /s E) 96,0 cm 3 /s 3/9

4 15. Die menschliche Stimme erzeugt in normalen Gesprächston eine Lautstärke LSt von etwa 55 phon. Welche Lautstärke ergibt sich, wenn 2 Personen gleichzeitig reden? A) 52 phon B) 58 phon C) 61 phon D) 65 phon E) 75 phon 16. Unter welcher Bedingung wird ein Gegenstand durch eine Linse gleich groß und reell abgebildet? (g=gegenstandsweite, b=bildweite, f=brennweite) A) g = b = 2f B) g = b = 1½ f C) g = b = f D) g = b = ¼ f E) g = b = ½ f 17. 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 3 m zum Präparat. Wie groß ist dann etwa die Impulszahl pro Minute im Vergleich zur zuvor Gemessenen? (Der Nulleffekt kann vernachlässigt werden.) A) 1/3 B) 1/6 C) 1/9 D) 1/12 E) 1/ Die Wechselwirkung elektromagnetischer Strahlung mit lebenden Systemen hängt wesentlich von der Quantenenergie ab. Diese Energie ist A) direkt proportional zur Wellenlänge des Lichts. B) umgekehrt proportional zur Frequenz des Lichts. C) proportional zur Frequenz des Lichts. D) abhängig von der Intensität des Lichts. E) unabhängig von der Wellenlänge des Lichts. 19. Ein schwingungsfähiges System (z.b. Fadenpendel, elektrischer Schwingkreis) führt eine (schwach) gedämpfte Schwingung aus. Dann gilt: A) die Frequenz nimmt linear ab. B) die Wellenlänge verringert sich linear. C) die Frequenz nimmt exponentiell ab. D) die Amplitude nimmt exponentiell ab. E) die Amplitude nimmt linear ab. 20. 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 0.1% (= 1 Promille) ist? A) 2 T H B) 5 T H C) 8 T H D) 10 T H E) 14 T H 4/9

5 21. Bei einer bestimmten Schallintensität eines Tones wird ein effektiver Schall(wechsel)druck p1 gemessen. Dann wird die Intensität des Tones verdoppelt. Wie groß ist entsprechend der effektive Schall(wechsel)druck p 2 bei ansonst gleichen Bedingungen? A) p 2 = 1/2 p 1 B) p 2 = 2 p 1 C) p 2 = (1/ 2 ) p 1 D) p 2 = 2 p 1 E) p 2 = 4 p Wie groß ist etwa die Schallgeschwindigkeit im Knochen? A) 330 m s -1 B) m s -1 C) 1500 m s -1 D) 5000 m s -1 E) m s Ein normalsichtiges Auge hat eine Brechkraft von etwa 53 Dioptrien. Bei einem kurzsichtigen Patienten wird eine Brechkraft von 57 Dioptrien gemessen. Wie groß muss die Brennweite einer Korrekturlinse sein? A) 4 m B) 40 cm C) -40 cm D) -25 cm E) 25 cm 24. Beim Mikroskop erzeugt das Objektiv ein A) gleich großes reelles Bild B) verkleinertes virtuelles Bild C) vergrößertes virtuelles Bild D) vergrößertes reelles Bild E) verkleinertes reelles Bild 25. Welcher der gezeigten Strahlengänge gibt den Weg eines Lichtstrahls durch eine planparallele Glasplatte richtig wieder? A) Strahl 1 B) Strahl 2 C) Strahl 3 D) Strahl 4 E) Strahl Glasplatte 5/9

6 26. Für die transösophagale Echokardiographie wurden Schallköpfe mit Frequenzen von 3,5 bis 9,0 MHz entwickelt. Bei gleicher Intensität und höherer Frequenz ist gegenüber niedriger Frequenz A) das Auflösungsvermögen im Nahfeld geringer B) das Auflösungsvermögen im Fernfeld geringer C) die Eindringtiefe ins Gewebe besser D) die Wellenlänge des Schalls größer E) die Absorption im Gewebe größer 27. Auf dem Ausdruck eines EKGs finden sich 30 R-Zacken (= Herzschläge) in 25 Sekunden. Die Herzfrequenz beträgt: A) 36 Schläge pro Minute B) 48 Schläge pro Minute C) 56 Schläge pro Minute D) 72 Schläge pro Minute E) 84 Schläge pro Minute 28. In einem unverzweigten Abschnitt eines Blutgefäßes befindet sich eine Stenose. Der Durchmesser ist dort (bei jeweils kreisförmiger Querschnittsfläche) von 10 mm auf 5 mm verengt. Das Blut ist als inkompressibel anzusehen. Im Blutgefäß vor und nach der Stenose beträgt die mittlere Strömungsgeschwindigkeit 0,1 m/s. Wie groß ist sie in der Stenose? A) 0,8 m/s B) 0,4 m/s C) 0,2 m/s D) 0,1 m/s E) 0,05 m/s 29. Die Membran einer biologischen Zelle besitzt zunächst eine spezifische elektrische Kapazität von 0,9 µf/cm 2. Nach einer Phasenumwandlung in der Membran und veränderter Anordnung der Lipidmoleküle ist die Dicke der Membran um 20% vergrößert und die Dielektrizitätszahl um 20% vermindert. Wie groß ist jetzt die spezifische elektrische Kapazität, wenn man die Membran idealisiert als Plattenkondensator betrachtet? A) 0,2 µf/cm 2 B) 0,4 µf/cm 2 C) 0,48 µf/cm 2 D) 0,6 µf/cm 2 E) 1,0 µf/cm Die Länge zwischen zwei Einschnürungen einer Nervenfaser ist etwa m. Das Axon hat eine Innenquerschnittsfläche von m 2. Der spezifischer elektrischer Widerstand des Materials im Axon beträgt etwa 0,6 Ω m. Das Axoninnere ist durch das Axolemm und die Myelinscheide vom Außenraum isoliert. Etwa wie groß ist der elektrische Widerstand im Axon über die Länge des Internodiums? A) 10 9 Ω B) 10 8 Ω C) 10 7 Ω D) 10 6 Ω E) 10 5 Ω 6/9

7 31. Der osmotische Druck einer vollständig dissoziierten Kochsalzlösungen soll für eine Temperatur von 30 ºC mit dem bei 0 ºC verglichen werden. Wie groß ist etwa der Quotient der osmotischen Drücke Π 30ºC/Π 0ºC? A) 2,5 B) 1,1 C) 0,9 D) 0,7 E) 0,5 32. Von den folgenden Teilchen hat die kleinste Ruhemasse das A) α-teilchen B) Elektron C) Neutron D) Proton E) Deuteron 33. Die Konzentration der (freien) Magnesium-Ionen sei auf den Außenseite einer Zellmembran c a = 2 mmol/l und auf der Innenseite c i = 1 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: E Mg 2 + = 30 mv lg c 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) - 30 mv C) + 9 mv D) + 30 mv E) + 90 mv 34. Wie viele zweiwertige Ladungsträger (z. B. Ca 2+ ) werden pro Sekunde bei einem gemessenen Stromfluss von 9,6 pa über eine Zellmembran transportiert? A) Ladungsträger B) Ladungsträger C) Ladungsträger D) Ladungsträger E) Ladungsträger 35. Relativ weiche Röntgenstrahlung, wie sie z.b. in der Röntgendiagnostik auftritt, soll durch ein spezielles Gewebe mit einer Halbwertsschichtdicke (HWS) von 0,5 mm so abgeschirmt werden, dass höchstens 1% der Strahlung durchgelassen werden. Wie viele Halbwertsschichtdicken müssen dazu verwendet werden? A) 4 HWS B) 5 HWS C) 6 HWS D) 7 HWS E) 8 HWS 7/9

8 36. 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) Die Membran einer Zelle habe eine Kapazität von 100 pf. Die Kanäle der Zelle mit einem Gesamtwiderstand von 10 kω werden durch ein Stimulans alle geöffnet, so dass ein Ladungsausgleich eintritt. In welcher charakteristischen Zeit (Zeitkonstante τ) entlädt sich die Membrankapazität? A) 1 s B) 0,1 s C) 1 ms D) 100 μs E) 1 μs 38. Welche der in der Abbildung dargestellten Strom-Spannungs-Kennlinien repräsentiert einen Ohmschen Widerstand von 4 kω? A) Kennlinie A B) Kennlinie B C) Kennlinie C D) Kennlinie D E) Kennlinie E Strom I in ma A B C D E Spannung U in V 39. Der Brennwert von Kohlehydraten beträgt etwa 20 kj/g. Wie hoch könnte mit dem Energieinhalt von 10 g Kohlehydraten eine Masse von 100 kg angehoben werden (vollständige Umwandlung in mechanische Energie vorausgesetzt)? A) 0,02 m B) 0,2 m C) 2 m D) 200 m E) 2000 m 8/9

9 40. Sie halbieren bei einem mathematischen Pendel mit der Schwingungsdauer T1 die Pendellänge. Wie groß ist die neue Schwingungsdauer T 2? A) T 2 = T 1 B) T 2 = (1/ 2 ) T 1 C) T 2 = 2 T 1 D) T 2 = 2 T 1 E) T 2 = 1/2 T 1 9/9