Klausur für die Teilnehmer des Physikalischen Praktikums für Mediziner und Zahnmediziner im Sommersemester 2009

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Christina 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 2009 Freitag, 24. Juli 2009 Bemerkungen: Die maximale Punktzahl beträgt 64. 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 erkennbar sein. Bei Multiple-Choice-Aufgaben ist nur eine Lösung anzukreuzen, der Lösungsweg ist irrelevant. Diese Klausur besteht aus 7 Seiten mit 14 Aufgaben. Bitte kontrollieren Sie, ob Ihr Exemplar vollständig ist. Aufgabe 1: (3 Punkte) Ergänzen Sie die folgende Liste der SI-Vorsätze (mit zugehörigen Abkürzungen) gemäß ihrer Bedeutung als Bruchteile oder Vielfache bestimmter physikalischer Einheiten , Kilo (k) Aufgabe 2: (6 Punkte) Einfarbiges Licht fällt senkrecht auf einen Spalt der Breite 0,3 mm. Auf einem 3 m entfernten Schirm haben die beiden mittleren dunklen Interferenzstreifen einen Abstand von 10 mm. a) Berechnen Sie die Wellenlänge λ des Lichts. (3 Pkte) b) Berechnen Sie die Energie E der Photonen. (3 Pkte) 1

2 Aufgabe 3: (2 Punkte) Man findet, daß Rauchgase in einem Schornstein schneller aufsteigen, wenn Wind über diesen weht. Welcher physikalische Effekt ist dafür verantwortlich? Bernoulli-Effekt Kapillarkräfte Doppler-Effekt Treibhauseffekt Aufgabe 4: (6 Punkte) Nutzen Sie zur Beantwortung folgender Fragen die hier gezeigte Abbildung, in welcher Kurven konstanter Lautstärke dargestellt sind. a) Wie laut ist ein Ton mit einer von Frequenz 9 khz, wenn dieser einen Schalldruckpegel von 70 db erreicht? (2 Pkte) b) Bei welcher Frequenz ist der Schalldruckpegel eines 30 phon lauten Tons minimal? (2 Pkte) c) In welchem Frequenzbereich nimmt das menschliche Gehör Töne mit einem Schalldruckpegel von 10 db wahr? (2 Pkte) 2

Aufgabe 5: (3 Punkte) Ein kreisrundes Rohr gegebener Länge und Querschnittsfläche werde durch 100 identische parallel geschaltete, ebenfalls kreisrunde Röhrchen gleicher Länge und

3 Aufgabe 5: (3 Punkte) Ein kreisrundes Rohr gegebener Länge und Querschnittsfläche werde durch 100 identische parallel geschaltete, ebenfalls kreisrunde Röhrchen gleicher Länge und Gesamtquerschnittsfläche ersetzt. Wie verändert sich dadurch der Strömungswiderstand R, sofern das Hagen-Poiseuillesche Gesetz anwendbar ist? R sinkt um einen Faktor 100 R verändert sich nicht R steigt um einen Faktor 100 R steigt um den Faktor Aufgabe 6: (3 Punkte) Wie Praktikum gezeigt, kann die Ablesegenauigkeit eines Meßschiebers durch Verwendung einer Noniusskala deutlich erhöht werden. Welchen Meßwert zeigt das hier abgebildete Gerät (auf 0,05 mm genau)? Aufgabe 7: (5 Punkte) Die Wheatstone-Brücke ermöglicht die genaue Messung unbekannter ohmscher Widerstände. a) Skizzieren Sie die im Praktikum benutzte Brückenschaltung. (3 Pkte) b) Was versteht man unter dem Abgleich der Brückenschaltung? (2 Pkte) 3

4 Aufgabe 8: (5 Punkte) Die Leber (m = 1, 5 kg) eines Patienten nehme zum Zeitpunkt t = 0 eine Menge 32 P mit der Aktivität 1 MBq auf. Dieses radioaktive Isotop hat eine Halbwertszeit von 14,3 Tagen und emittiert β-strahlen einer mittleren Energie E β =0,58 MeV. Wie groß ist die Energiedosis D, wenn das 32 P-Isotop vollständig in der Leber verbleibt und die β-strahlen vollständig absorbiert werden? Aufgabe 9: (6 Punkte) a) Wie ist der Brechungsindex n eines optischen Mediums definiert? (2 Pkte) b) Skizieren Sie den Lichtweg der beiden Strahlen durch die Zerstreuungslinse unter Berücksichtigung der Brechung an den Grenzflächen (2 Pkte) c) Welcher Linsenfehler ist bei der oben gezeigten sphärischen Zerstreuungslinse für die beiden Strahlen gleicher Farbe zu erwarten? (1 Pkt) d) Welche allgemeine Beziehung besteht zwischen der Gegenstandsweite g, der Brennweite f und der Bildweite b einer Linse (Linsengleichung)? (1 Pkt) 4

5 Aufgabe 10: (6 Punkte) Das Lichtmikroskop ist ein optisches Instrument, das durch die Kombination zweier Sammellinsen starke Vergrößerungen erreicht. a) Vervollständigen Sie den Abbildungsstrahlengang des Mikroskops. (3 Pkte) F Ok F Ok F Ob F Ob b) Ein Mikroskopobjektiv vergrößere im Maßstab 100:1. Welchen Wert hat die Brennweite des Objektivs und wie dicht muß die Frontlinse an das abzubildende Objekt herangeführt werden (Tubuslänge t = 180 mm)? (3 Pkte) Aufgabe 11: (2 Punkte) Das Normalobjektiv einer Kleinbildkamera hat eine Brennweite von f = 50 mm. Dem entspricht auch der Abstand zwischen bildseitiger Hauptebene und Film bei Normaleinstellung auf Unendlich. Um wieviele Millimeter muss das Objektiv zur Scharfeinstellung auf einen 45 cm entfernten Gegenstand vorgeschoben werden? 5

6 Aufgabe 12: (4 Punkte) Die Kernspinresonanz beruht auf der Wechselwirkung von Atomkernen mit externen Magnetfeldern. a) Wie wird das statische Magnetfeld in einem Kernspintomographen erzeugt? Hinweis: kein Permanentmagnet! (2 Pkte) b) Welche Größe präzediert mit der Lamorfrequenz ω L? (2 Pkte) Aufgabe 13: (6 Punkte) Bei einer Untersuchung von Nierensteinen wurde unter anderem ihre Masse m bestimmt. Dabei fand man folgende Werte: 12,04 g; 13,98 g; 14,99 g; 15,91 g; 12,32 g; 11,84 g a) Bestimmen Sie den Mittelwert x. (2 Pkte) b) Bestimmen Sie die Standardabweichung s. (2 Pkte) c) Bestimmen Sie die Standardabweichung des Mittelwerts m. (2 Pkte) 6

7 Aufgabe 14: (7 Punkte) Die Durchleuchtung von Objekten mit Röntgenstrahlen, eines der wichtigsten bildgebenden Verfahren in der Medizin, kann detailierte Informationen über Materialdichte und -verteilung liefern. a) Skizzieren Sie den Aufbau einer Röntgenröhre (3 Pkte) b) Erklären Sie die Funktion des bei medizinischen Röntgenröhren verwendeten Aluminiumfilters. (2 Pkte) c) Wie entsteht der Bildkontrast beim Röntgen? (2 Pkte) Anhang Elementarladung e = C Plancksches Wirkungsquantum h = ev s Lichtgeschwindigkeit c = m s Standardabweichung s = 1 n 1 n i=1 (x i x) 2 Standardabweichung des Mittelwerts m = s/ n 7

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