Klausur für die Teilnehmer des Physikalischen Praktikums für Mediziner und Zahnmediziner im Sommersemester 2006

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Lilli Beutel
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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 Sommersemester 2006 Freitag, 28. Juli 2006 Bemerkungen: Die maximale Punktzahl beträgt 60. 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 angegeben werden. Steht lediglich das Ergebnis auf dem Blatt, gibt es dafür keine Punkte. Diese Klausur besteht aus 8 Seiten mit 16 Aufgaben. Bitte kontrollieren Sie, ob Ihr Exemplar vollständig ist. Aufgabe 1: (3 Punkte) Der diastolische Blutdruck eines Patienten beträgt 9340 Pa. Rechnen Sie den Blutdruck des Patienten in die in der Medizin gebräuchliche Einheit mm Hg um. Aufgabe 2: (4 Punkte) Wie ändert sich bei laminarer Strömung in einem Rohr mit zylindrischem Querschnitt bei Verdreifachung des Rohrdurchmessers (mit Begründung!) a) die Volumenstromstärke V t? b) die Viskosität η? Aufgabe 3: (1 Punkt) Um wieviel db ändert sich der Schallintensitätspegel, wenn sich der Lärm in Nachbars Garten verdoppelt? 1

2 Aufgabe 4: (5 Punkte) a) Welche physikalische Größe muss gemessen werden, um mit Hilfe eines Ultraschallsignals auf die Tiefe eines Organs unter der Haut im Körper schließen zu können? b) Warum muss Ultraschallgel zwischen Schallkopf und Körper gebracht werden? c) In einem mit einer Flüssigkeit gefüllten Gefäß bendet sich in 5 cm Tiefe ein Gegenstand, der den Schall reektiert. Nach 67 µs wird das reektierte Signal detektiert. Wie groß ist die Schallgeschwindigkeit in dieser Flüssigkeit? Aufgabe 5: (4 Punkte) a) Trifft ein Lichtstrahl auf die Grenzäche zwischen zwei Medien, so wird er teilweise reektiert. Was passiert mit dem transmittierten Anteil des Lichtstrahls? b) Zeichnen Sie den transmittierten Lichtstrahl in folgende Skizze ein und begründen Sie Ihre Lösung Vakuum, n 1 =1 Grenzfläche α=30 Lichtstrahl Medium, n 2 =1,462 2

3 Aufgabe 6: (5 Punkte) a) Konstruieren Sie das Bild des Gegenstandes G, bei der Abbildung durch die Zerstreuungslinse mit der Hauptebene H, indem Sie die 3 ausgezeichneten Strahlen einzeichnen. (Die Brennpunkte sind mit F und F bezeichnet. G F F H b) Im folgenden Fall sind Gegenstand G und Bild B gegeben. Zeichnen Sie die Hauptebene H derjenigen Sammellinse ein, welche G auf B abbildet, außerdem die beiden Brennpunkte sowie die drei ausgezeichneten Strahlen. G B 3

4 Aufgabe 7: (3 Punkte) In der untenstehenden Abbildung ist das Beugungsbild eines Okularmikrometers gezeigt. Geben Sie an, welche Teile des Beugungsbildes von den Okularmikrometermarkierungen im 10 µm-abstand und welche von den Strichen im 50 µm-abstand herrühren. Begründung! Aufgabe 8: (3 Punkte) Wird ein Gitter mit rotem Licht kohärent beleuchtet (z.b. He-Ne-Laser), so entstehen durch Interferenz Beugungsmuster, die auf einem Schirm aufgefangen werden können. Wie ändern sich die Abstände der Maxima auf dem Schirm, wenn folgende Parameter verändert werden: a) statt rotem Licht wird grünes Licht verwendet? b) der Abstand Gitter - Schirm wird vergrößert? 4

5 Aufgabe 9: (4 Punkte) Beim Mikroskop wird mit Hilfe des Köhlerschen Beleuchtungsprinzip der Strahlengang optimiert. Was lässt sich einstellen, wenn man folgende Blenden verstellt? Was versucht man dabei zu erreichen? a) Leuchtfeldblende: b) Aperturblende: Aufgabe 10: (4 Punkte) Beim EKG muss an einer hochohmigen Spannungsquelle (Körper) die Spannung gemessen werden. Das ist nicht ohne weiteres mit einem Spannungsmessgerät möglich, weil sowohl die Spannungsquelle, als auch das Messgerät einen Innenwiderstand besitzen. U AB A B R i U 0 U Spannungsmessgerät C a) Da der Stromkreis geschlossen ist, ießt ein elektrischer Strom I. Der Strom I ießt natürlich auch durch den Innenwiderstand R i der hochohmigen Spannungsquelle. Wie groß ist die Spannung U AB zwischen den Punkte A und B, wenn I = 1 ma und R i = 100 kω? b) Ist die Spannung U, die das Messgerät anzeigt, größer als U 0, kleiner als U 0, oder gleich groß wie U 0? c) Welches Gerät oder Schaltung haben Sie im Praktikum benutzt, um an einer hochohmigen Spannungquelle die Spannung zu messen? 5

6 Aufgabe 11: (3 Punkte) a) Aus welchen Teilchen ist der Atomkern im allgemeinen aufgebaut? b) Welche Elementarteilchen bilden die Atomhülle? Aufgabe 12: (6 Punkte) Sie haben im Praktikum die Zählrate eines radioaktiven Cäsium-Präparats in Abhängigkeit von der Dicke einer abschirmenden Aluminiumplatte gemessen. Diese Messung ist unten in einem Diagramm in halblogarithmischer Skalierung dargestellt. Bestimmen Sie aus dem Diagramm die Reichweite von β-strahlung und den linearen Schwächungskoefzienten für γ-strahlung Zaehlrate in 1/s Al-Schichtdicke in mm 6

7 Aufgabe 13: (6 Punkte) Wie lauten Denition und Einheit der folgenden drei Größen? a) Ionendosis b) Energiedosis c) Äquivalentdosis Aufgabe 14: (2 Punkte) Ordnen Sie in untenstehende Skizze des Spektrums der elektromagnetischen Wellen sichtbares Licht, Handy-Strahlung (900 MHz, 1800 MHz) und Röntgenstrahlung ein m 500nm 30cm Wellenlänge Aufgabe 15: (4 Punkte) Nennen Sie vier Maßnahmen zur Reduktion der Strahlenbelastung eines Patienten. Aufgabe 16: (3 Punkte) Die chemische Verschiebung von Essigsäure beträgt 11,65 ppm. Wie groß ist die Larmorfrequenz f 1, wenn die Frequenzdifferenz der beiden Peaks im Fourierspektrum 245 Hz beträgt? 7

8 Anhang Elementarladung e = 1, C Plancksches Wirkungsquantum h = 6, J s Lichtgeschwindigkeit c = 2, m s Erdbeschleunigung g = 9, 81 m s 2 Dichte von Wasser ρ = 1 g cm 3 Dichte von Quecksilber ρ = 13, 58 kg l 8

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