Klausur für die Teilnehmer des Physikalischen Praktikums für Mediziner und Zahnmediziner im Wintersemester 2004/2005

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Marielies Simen
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1 Name: Gruppennummer: Aufgabe insgesamt erreichte Punkte erreichte Punkte Aufgabe erreichte Punkte Klausur für die Teilnehmer des Physikalischen Praktikums für Mediziner und Zahnmediziner im Wintersemester 2004/2005 Freitag, 11. Februar 2005 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. Für die Berechnung eventuell benötigte Konstanten finden sie im Anhang auf Seite 8. Denken Sie daran, Symbole in Formeln zu definieren. Diese Klausur besteht aus 8 Seiten mit 14 Aufgaben. Bitte kontrolliern Sie, ob Ihr Exemplar vollständig ist. Aufgabe 1: (6 Punkte) Durch das Gewicht einer Wassersäule wird in einer bestimmten Eintauchtiefe der sogenannte Schweredruck erzeugt. a) Wie berechnet sich der Schweredruck? (2 Punkte) b) In welcher Tiefe misst man in Wasser einen Druck von 0,8 bar? (2 Punkte) c) Das Wasser soll durch einen Schlauch einen Behälter füllen. Es steht ein Schlauch mit 1 cm Durchmesser und 5 m Länge, sowie einer mit 2 cm Durchmesser und 20 m Länge zur Verfügung. Wie hängt der Durchfluß durch die Schläuche von ihrer Länge bzw. ihrem Durchmesser ab? Durch welchen Schlauch fließt mehr Wasser? Wieviel höher ist der Durchfluß? (2 Punkte)

2 Aufgabe 2: (3 Punkte) Skizzieren Sie auf dem Oszilloskopenschirm das Bild eines Signals mit einer Frequenz von 200 Hz und einer Amplitude von 24 V. Die Horizontalablenkung sei auf 1 ms/cm und die Vertikalablenkung auf 10 V/cm eingestellt. Aufgabe 3: (5 Punkte) a) Welche Lautstärke hat eine Welle mit 1000 Hz und 50 db Schallintensitätspegel? (1 Punkt) b) Das Signal aus Aufgabe 2 wird auf einen Lautsprecher gegeben. Welche Wellenlänge hat die entstehende Schallwelle? (1 Punkt) c) Wenn die entstehende Welle einen Schallintensitätspegel von 50 db aufweist, ist sie dann (bei normalem Gehör) lauter, gleich laut oder leiser als die Quelle mit 1000 Hz und gleichem Schallintensitätspegel von 50 db? (1 Punkt) d) Nun soll an das gleiche Signal ein zweiter Lautsprecher angeschlossen werden, der etwas vom ersten Lautsprecher entfernt aufgestellt wird. Geht man in einiger Entfernung an den Lautsprechern vorbei, so nimmt man eine Änderung der Lautstärke wahr. Warum? Erklären Sie den zugrunde liegenden physikalischen Effekt. (2 Punkte) 2

3 Aufgabe 4: (3 Punkte) Zeichnen Sie die Hauptebene H und Brennpunkte F der Sammellinse ein, die den Gegenstand G auf sein Bild B abbildet. Verwenden Sie dazu die drei ausgezeichneten Strahlen, die Sie kennen gelernt haben. G B Aufgabe 5: (6 Punkte) Im Allgemeinen wird Licht unterschiedlicher Farbe an einer Grenzfläche zweier Medien unterschiedlich stark gebrochen. a) Wie heißt dieser Effekt und wie wirkt er sich aus? (2 Punkte) b) Durch diesen Effekt entsteht der Farbfehler von Linsen. Skizzieren Sie die Lage des Bildes eines roten und eines blauen Gegenstandes. Eingezeichnet ist die Lage des Brennpunktes für Licht mittlerer Wellenlängen. (3 Punkte) rot blau F F c) Welche anderen Linsenfehler wurden im Praktikum behandelt? (1 Punkt) 3

4 Aufgabe 6: (4 Punkte) a) Ein Objektiv soll einen Gegenstand abbilden. Berechnen Sie die kleinste Strukturgröße l, die von der Linse abgebildet werden kann. Die Beleuchtung erfolgt achsenparallel mit rotem Licht (λ =640 nm), die Gegenstandsweite beträgt g=5 mm und der Linsendurchmesser d=2 mm.(2 Punkte) b) Wie verändert sich die kleinste abbildbare Strukturgröße, wenn man blaues Licht (λ blau = 450 nm) verwendet?(1 Punkt) c) Warum existiert diese Grenze? Was ist nötig, damit die Abbildung zustande kommt? (1 Punkt) Aufgabe 7: (4 Punkte) Beim Mikroskop wird mit Hilfe des Köhlerschen Beleuchtungsprinzips der Strahlengang optimiert. Was läßt sich einstellen, wenn man folgende Blenden verstellt? Was versucht man dabei zu erreichen? a) Leuchtfeldblende: (2 Punkte) b) Aperturblende: (2 Punkte) 4

5 Aufgabe 8: (4 Punkte) An den Polen eines Dipols liegen ±2 V an. a) Skizzieren Sie das Feldlinienbild und die dazugehörigen Äquipotentiallinien (insbesondere die Linie, die 0 V entspricht). (2 Punkte) b) Wie groß ist ungefähr die Spannung zwischen den Punkten A und B? (Begründung) (1 Punkt) c) Ist die gemessene Spannung zwischen den Punkten B und C größer oder kleiner als zwischen den Punkten D und E? (Begründung) (1 Punkt) A B C D E Aufgabe 9: (4 Punkte) Bei der Spektralzerlegung des Lichts einer Lampe wird blaues, grünes und rotes Licht getrennt. Geben Sie die ungefähren Wellenlängen dieser Farben an und berechnen Sie die zugehörigen Energien. 5

6 Aufgabe 10: (6 Punkte) a) Aus welchen Teilchen setzt sich ein Atomkern zusammen? (1 Punkt) b) Was versteht man unter α-, β-, γ- und Röntgenstrahlung? (2 Punkte) c) Skizzieren Sie den Kurvenverlauf des Absorptionsgesetzes. I ist die Intensität der Strahlung nach Durchgang durch Materie der Dicke d. (2 Punkte) I d) Zeichnen Sie die Halbwertsdicke ein. (1 Punkt) d Aufgabe 11: (6 Punkte) Wie sind die folgenden physikalischen Größen definiert und in welcher Einheit werden sie gemessen? a) Ionendosis: b) Energiedosis: c) Äquivalentdosisleistung: 6

7 Aufgabe 12: (5 Punkte) a) Was versteht man unter der Grenzwellenlänge einer Röntgenröhre, und wie kommt sie zustande? (2 Punkte) b) Skizzieren Sie das Spektrum einer Röntgenröhre. (3 Punkte) Aufgabe 13: (2 Punkte) Eine Möglichkeit zur Reduktion der Strahlenbelastung ist, einen größeren Abstand zur Strahlungsquelle einzunehmen. Beschreiben Sie das zugrunde liegende Gesetz und geben Sie an, um wieviel sich die Belastung reduziert, wenn man den Abstand verdoppelt. 7

8 Aufgabe 14: (2 Punkte) Im folgenden Diagramm ist die Fouriertransformierte des Kernresonanzsignals der Probe mit zwei Wassertropfen abgebildet. Die Breite der Peaks auf halber Höhe entspricht 3 mm. Welchen Mittelpunktsabstand haben die beiden Wassertropfen? 20MHz+5000 Hz 20MHz+7000 Hz Anhang: Dichte von Wasser: ρ = 1 g cm 3 Erdbeschleunigung: g = 9, 81 m s 2 Druck: 1 bar = 10 5 Pa Schallgeschwindigkeit in Luft: c Luft = 331 m s Lichtgeschwindigkeit: c Licht = m s Plancksches Wirkungsquantum: h = Js Elementarladung: e = C 8

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