Klausur für die Teilnehmer des Physikalischen Praktikums für Mediziner und Zahnmediziner im Sommersemester 2008

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Ludo Brauer
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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 2008 Freitag, 18. Juli 2008 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. Bei Multiple-Choice-Aufgaben ist nur eine Lösung anzukreuzen, der Lösungsweg ist irrelevant. Diese Klausur besteht aus 6 Seiten mit 16 Aufgaben. Bitte kontrollieren Sie, ob Ihr Exemplar vollständig ist. Aufgabe 1: (3 Punkte) Welche der folgenden Längenangaben ist nicht äquivalent zu 8µm? 8000 nm mm m cm nm Aufgabe 2: (4 Punkte) Bei einem Tiefsee-Forschungsprojekt sei eine kugelförmige Basisstation mit einem Durchmesser von 3 m in 1500 m Tiefe verankert. a) Welcher Druck (in Pascal) herrscht in dieser Tiefe? b) Welche Kraft wirkt durch den Wasserdruck auf die Oberfläche der Kugel? 1

2 Aufgabe 3: (4 Punkte) Bei der Schwächung von Röntgenstrahlung bis 40 kev dominiert der Photoeffekt. Dieser ist näherungsweise proportional zur vierten Potenz der Ordnungszahl, also µ Z 4, und umgekehrt proportional zur dritten Potenz der Photonenenergie, also µ 1/E 3. a) Um welchen Faktor muß eine Abschirmung aus Aluminium (Z = 13) dicker sein als eine Abschirmung aus Blei (Z = 82), um die gleiche Schwächung zu erreichen? b) Warum ist es sinvoll, medizinische Röntgengeräte mit 2 mm dicken Aluminiumfiltern auszustatten? Aufgabe 4: (4 Punkte) Skizzieren Sie den Aufbau eines Geiger-Müllerzählrohres. Beschriften Sie alle Teile und erklären Sie kurz, wie es bei ionisierender Strahlung zu den Zählimpulsen kommt. Aufgabe 5: (2 Punkte) Das vom Objektiv eines Lichtmikroskop erzeugte Zwischenbild ist vergrößert, reell, umgekehrt vergrößert, virtuell, umgekehrt vergrößert, reell, aufrecht verkleinert, reell, umgekehrt verkleinert, virtuell, umgekehrt 2

3 Aufgabe 6: (4 Punkte) Konstruieren Sie das virtuelle Bild, das durch eine Zerstreuungslinse entworfen wird, wenn der Gegenstand zwischen einfacher und doppelter Brennweite liegt. Aufgabe 7: (2 Punkte) Ein Fischer bemerkt, dass sein Boot alle 4 s von einem Wellenkamm getroffen wird. Er bestimmt den Abstand zwischen zwei Kämmen zu 9 m. Wie schnell sind die Wellen? Aufgabe 8: (3 Punkte) Erklären Sie den Unterschied zwischen Longitudinal- und Transversalwellen, und nennen Sie jeweils ein Beispiel. Aufgabe 9: (5 Punkte) Licht mit der Wellenlänge von 600 nm trifft auf die Grenzfläche Luft/Wasser. (Brechzahlen n Luft = 1, n Wasser = 4/3) a) Wie groß ist der Winkel, unter dem es gebrochen wird, als Funktion des Einfallswinkels? (2 Punkte) b) Welche Frequenz hat das Licht im Wasser? (2 Punkte) c) Welche Wellenlänge hat das Licht im Wasser? (1 Punkt) 3

4 Aufgabe 10: (6 Punkte) Das Beugungsbild eines Strichgitters erscheint auf einer Mattscheibe, die in 1 m Entfernung parallel zur Gitterebene aufgestellt ist. Die grüne Hg-Linie mit der Wellenlänge 546 nm erscheint in 1. Ordnung in 226 mm Abstand vom Maximum 0. Ordnung, die 1. Ordnung einer roten Linie unbekannter Wellenlänge im Abstand von 306 mm. a) Wie groß ist die Gitterkonstante d? (2 Punkte) b) Wie groß ist die Wellenlänge des roten Lichtes? (2 Punkte) c) Wie groß ist die Energie des grünen bzw. roten Lichtes in ev? (2 Punkte) Aufgabe 11: (3 Punkte) Welche Berechnung trifft nicht zu? 1 Watt = 1 Volt 1 Sekunde 1 Joule = 1 Newton 1 Meter 1 Coulomb = 1 Ampere 1 Sekunde 1 Ohm = 1 Volt / 1 Ampere Aufgabe 12: (3 Punkte) Auf welchen drei Postulaten beruht das Bohrsche Atommodell ( Bohrsche Postulate )? 4

5 Aufgabe 13: (6 Punkte) Um die elektrische Energie vom Kraftwerk zum Verbraucher zu transportieren, werde eine Fernleitung mit einer Spannung von 40 kv betrieben. Die Stromkabel sind aus Aluminium mit einem Querschnitt von 300 mm 2 (spezifischer Widerstand von Aluminium ρ = Ω mm 2 /m). a) Wie groß ist der Widerstand eines 120 km langen Kabels? (2 Punkte) b) Wie groß ist die über diese Kabellänge abfallende Spannung, wenn im Kabel ein Strom von 200 A fließt? (2 Punkte) c) Wie viele Prozent der eingespeisten Leistung gehen dann in dem Kabel in Form von Wärme, sogenannten Ohmsche Verlusten, verloren? (2 Punkte) Aufgabe 14: (3 Punkte) Wie groß ist der Gesamtwiderstand in der folgenden Schaltung? 20 Ω 30 Ω 40 Ω 30 Ω 20 Ω 20 Ω 120 Ω 190 Ω 60 Ω 60 Ω Aufgabe 15: (2 Punkte) Erklären Sie den Unterschied zwischen laminarer und turbulenter Strömung. 5

6 Aufgabe 16: (6 Punkte) Ein Kern mit der Ordnungszahl 93 und der Massenzahl 237 zerfalle durch α-emission in einen Tochterkern. Dieser zerfalle seinerseits durch β -Emission (also Emission von Elektronen) in einen Enkelkern a) Wieviele Nukleonen hat der Tochterkern? (1 Punkt) b) Wie groß ist die Ordnungszahl des Enkelkerns? (1 Punkt) c) Wieviele Neutronen besitzt der Enkelkern? (1 Punkt) d) Eine Menge von Tochterkernen sendet aufgrund radioaktiver Zerfälle im Mittel 15 Elektronen pro Stunde aus. Wie lang ist die Halbwertszeit des Kerns? (3 Punkte) Anhang Verwenden Sie für die folgenden Naturkonstanten die angegebenen Werte: Elementarladung e = C Plancksches Wirkungsquantum h = ev s Lichtgeschwindigkeit c = m s Erdbeschleunigung g = 9.81 m s 2 Dichte von Wasser ρ = 1000 kg m 3 6

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