Klausur für die Teilnehmer des Physikalischen Praktikums für Mediziner und Zahnmediziner im Wintersemester 2006/2007

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Helene Sommer
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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 2006/2007 Freitag, 16. Februar 2007 Bemerkungen: Die maximale Punktzahl beträgt 60. Die Klausur ist bestanden, wenn mindestens die Hälfte der Punkte erreicht wurde. 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) Wie groß ist der Druck (in Pascal), der auf einem Taucher in 20 m Wassertiefe lastet? Rechnen Sie mit einem Luftdruck von 1bar an der Wasseroberfläche. Aufgabe 2: (4 Punkte) Zwei Strömungswiderstände gleicher Länge werden von der selben Flüssigkeit parallel durchströmt. Wie groß ist der Gesamtwiderstand, wenn der zweite Widerstand R 2 den doppelten Durchmesser des ersten Widerstandes R 1 hat. Gehen Sie dabei davon aus, dass das Hagen-Poisseuillesche Gesetz gilt und drücken Sie den Gesamtwiderstand allein in Abhängigkeit von R 1 aus. Aufgabe 3: (1 Punkt) Wieso ist es für Kleinkinder vorteilhaft, dass ihr Geschrei im Frequenzbereich zwischen 1 khz und 4 khz liegt? 1

2 Aufgabe 4: (4 Punkte) Eine Ultraschallwelle trifft auf die Grenzfläche zwischen Luft und Wasser. In Luft beträgt die Schallgeschwindigkeit c 1 = 343 m /s, im Wasser c 2 = 1484 m /s. a) Was geschieht mit der Schallwelle beim Auftreffen auf die Grenzfläche? b) Unter welchem Winkel läuft die Welle im Wasser weiter, wenn sie unter α 1 = 5 (gegen das Einfallslot) auf die Grenzfläche trifft? Aufgabe 5: (3 Punkte) Ordnen Sie die sechs folgenden Linsen den Sammellinsen bzw. Zerstreuungslinsen zu. a) b) c) d) e) f) Aufgabe 6: (4 Punkte) Konstruieren Sie in der abgedruckten Zeichnung jeweils das Bild der drei Gegenstände. F F 2

3 Aufgabe 7: (2 Punkte) Die Brille eines Kurzsichtigen hat eine Stärke von -2 dpt. Wie groß ist die Brennweite des Brillenglases? Handelt es sich um eine Sammel- oder eine Zerstreuungslinse? Aufgabe 8: (6 Punkte) Ein Objektmikrometer wird mit Hilfe eines Lasers (λ = 633 nm) und eines Objektivs abgebildet. In der Beugungsebene findet man hellere und dunklere (weniger helle) Maxima. a) Ordnen Sie die helleren bzw. dunkleren Maxima den Skalenstrichen des abgebildeten Objektmikrometers zu. b) Das Objektiv wird nun entfernt und das Beugungsbild auf einem Schirm in 50 cm Entfernung vom Objektmikrometer ausgemessen. Der Abstand zwischen zwei helleren Maxima beträgt 3,2 cm, der zwischen zwei dunkleren 0,6 cm. Berechnen Sie den tatsächlichen Abstand der Skalenstriche des Objektmikrometers. 3

4 Aufgabe 9: (3 Punkte) Das Objektiv eines Mikroskops hat einen Abbildungsmaßstab von 40fach. Durch das Okular sieht man folgendes Bild, der Gitterabstand des betrachteten Netzchens beträgt 25 µm: Bestimmen Sie den tatsächlichen Abstand der Skalenstriche des Okularmikrometers. Aufgabe 10: (3 Punkte) Eine Lichterkette wird mit 230 V betrieben und besteht aus 50 identischen Birnen, die in Reihe geschaltet sind. Insgesamt fließt im Betrieb ein Strom von 150 ma. Berechnen Sie den Widerstand einer einzelnen Birne. Aufgabe 11: (5 Punkte) Beim Franck-Hertz-Versuch mit Quecksilber als Streugas wird die Wellenlänge des emittierten Lichts gemessen. Berechnen Sie aus der Wellenlänge (λ =254 nm) welche Spannung die Elektronen mindestens durchlaufen müssen, um ein Quecksilber-Atom anregen zu können. 4

5 Aufgabe 12: (4 Punkte) Blei hat für γ-strahlen der Energie 1 MeV eine Halbwertsschichtdicke von 8,93 mm. Wie dick muss eine Bleiplatte sein, damit nur noch 1% der ursprünglichen Strahlung hindurchgelangt? Aufgabe 13: (6 Punkte) Skizzieren Sie den Aufbau eines Geiger-Müller-Zählrohres. Beschriften Sie alle Teile und erklären Sie kurz, wie es bei ionisierender Strahlung zu den Zählimpulsen kommt. Aufgabe 14: (3 Punkte) Skizzieren Sie das Spektrum einer Röntgenröhre über der Wellenlänge. 5

6 Aufgabe 15: (5 Punkte) An Luft wird mit Hilfe eines Plattenkondensators (Ionisationskammer) die Ionendosisleistung einer Röntgenquelle bestimmt. Die Plattenfläche beträgt 60 cm 2, der Plattenabstand 5 cm. Der Röntgenstrahl füllt - wie im Praktikumsversuch - das gesamte Volumen des Kondensators aus. a) Erläutern Sie kurz das Funktionsprinzip dieser Meßanordnung. b) Es wird ein Strom von 10 na gemessen. Bestimmen Sie die Ionendosisleistung. c) Berechnen Sie die Ionendosis, die ein Patient erhält, wenn er 8 Minuten lang unter den obigen Bedingungen untersucht wird. 6

7 Aufgabe 16: (4 Punkte) a) Was versteht man bei der magnetischen Kernresonanz (NMR) unter dem Begriff chemische Verschiebung? b) Ordnen Sie mit Hilfe der Strukturformel der Essigsäure den beiden Resonanzfrequenzen des abgebildeten Diagramms die verschiedenen Wasserstoff-Atome der Essigsäure zu. Häufigkeit Frequenz in willkürlichen Einheiten 7

8 Anhang ˆ Elementarladung e = 1, C ˆ Plancksches Wirkungsquantum h = 6, J s ˆ Lichtgeschwindigkeit c = 2, m s ˆ Erdbeschleunigung g = 9, 81 m s 2 ˆ Dichte von Wasser ρ = 1 g cm 3 ˆ Dichte von Luft unter Normalbedingungen ρ = 1, kg cm 3 8

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