Musterklausur für die erste Einzelprüfung in Physik für Studierende

Musterklausur
für die erste Einzelprüfung in Physik
für Studierende der Human-, Zahn- und
Veterinärmedizin
Physik-Institut
Universität Zürich
Hinweis:
Der Lösungsschlüssel befindet sich am Ende des Heftes.
Bei Fragen des Aufgabentyps A ist genau eine von fünf Antworten
richtig, bei Fragen des Typs K' muss bei jeder von vier Antworten deren
Richtigkeit beurteilt werden.
Haftungsausschluss:
Die Klausur wurde in dieser Form am Physik-Institut der Universität
Zürich durchgeführt. Die Veröffentlichung der Aufgabenstellungen und
Lösungen erfolgt ohne Gewähr für Richtigkeit und Vollständigkeit.
3
1. Prüfungsteil: Fragentyp A
Mechanik
A1: Kinematik
üfu
ng
Nur eine Aussage ist richtig.
Bezeichnen Sie die richtige Aussage.
In den Figuren ist die Geschwindigkeit vx eines Fahrzeugs entlang einer geraden horizontalen
Strasse aufgezeichnet.
1. Fall
vx
t
0
0
t
0
3. Fall
vx
0
0
vx
t
0
0
4. Fall
t1
rpr
0
2. Fall
vx
Welche der folgenden Aussagen ist richtig?
A
Im 1. Fall nimmt die Beschleunigung ax dauernd zu.
B
Im 2. Fall nimmt die Beschleunigung ax dauernd zu.
C
Im 3. Fall nimmt die Beschleunigung ax dauernd zu.
D
Im 4. Fall ist das Fahrzeug zur Zeit t2 wieder am Ausgangspunkt angelangt.
E
Im 1. Fall bewegt sich das Fahrzeug immer langsamer.
Mu
ste
t2
t
4
A2: Gleichgewicht
R1
üfu
ng
In der Figur sind die Kräfte auf die Person eingezeichnet. Die Person bewegt sich nicht.
N1
N2
R2
G
B
C
D
r
r
N1 und N 2 sind immer gleich gross, weil sie ein Reaktionskräftepaar bilden.
Wenn die Person stärker gegen die Wand drückt, so wird die Reibungskraft
r
R1 grösser.
ste
A
r
r
Die Normalkraft N 2 ist grösser als die Normalkraft N1 .
Die Summe der beiden Reibungskräfte muss grösser sein als die Gewichtskraft,
r
r
r
damit die Person nicht nach unten rutscht: | R1|+| R2 |> | G |.
Mu
rpr
Welche der folgenden Aussagen ist richtig?
E
r
r
Die Beträge der beiden Normalkräfte N1 und N 2 sind gleich gross, weil sich die
Person in horizontaler Richtung nicht bewegt.
5
A3: Stoss
Ein Insekt fliegt gegen die Windschutzscheibe eines fahrenden Lastwagens (LKW).
Das Insekt wird abgebremst und bleibt auf der Scheibe kleben.
: Masse m, Beschleunigung aInsekt beim Abbremsvorgang
Lastwagen
: Masse M, Beschleunigung aLKW beim Abbremsvorgang
vorher
vLKW
üfu
ng
Insekt
nachher
v
vIns.
gemeinsame
Geschwindigkeit
Insekt
rpr
Insekt
Welche der folgenden Aussagen ist richtig?
A
Die Kraft des Insekts auf den LKW ist kleiner als die Kraft des LKWs auf das
B
ste
Insekt.
Die Kraft des Insekts auf den LKW ist grösser als die Kraft des LKWs auf das
Insekt.
C
Die Kraft des LKWs auf das Insekt ist M/m mal grösser als die Kraft des LKWs
Mu
auf das Insekt.
D
Der Betrag der Beschleunigung des LKWs ist gleich gross wie der Betrag der
Beschleunigung des Insekts : aLKW = aInsekt .
E
Für die Beträge der beiden Beschleunigungen gilt: aLKW =
m
aInsekt .
M
6
A4: Wasserspringer
Henri LaMothe begeisterte sein Publikum noch im Alter von
70 Jahren damit, sich aus einer Höhe von H = 11.25 m
bäuchlings in ein Bassin mit einem Wasserstand von h = 30 cm
üfu
ng
zu stürzen (siehe Figur). Schätzen Sie die mittlere Kraft F auf
den Springer (in Einheiten der Gewichtskraft G des Springers)
während des Abbremsvorgangs im Bassin ab. Nehmen Sie an,
dass der Springer gerade am Grund des Bassins zum Stillstand
kommt.
Hinweis: Verwenden Sie den Energiesatz.
H = 11.25m
Verwenden Sie für die Rechnung H = 11.25 m und
g = 10 m/s2.
Bassin
A
8G
B
25 G
C
40 G
D
1G
E
4G
Mu
ste
korrekten Ergebnis?
rpr
Welches der 5 Resultate liegt am nächsten beim
h = 30cm
7
A5: Durchbiegung des Femurs
Ein Gewichtheber geht mit einer Langhantel in die Knie. In dieser Position (siehe Abb.) wirkt
auf jeden seiner Oberschenkelknochen eine Kraft von F = 1500 N senkrecht zu dessen Achse
nach unten (siehe Abb.). Unter der Annahme, dass der Oberschenkelknochen am Knie fest
üfu
ng
eingespannt sei, wird er sich unter der Belastung biegen. Der Oberschenkelknochen habe eine
Länge von 0.5 m, der Elastizitätsmodul beträgt etwa 1.5·1010 Pa und sein Flächenträgheitsmoment sei 1.5·10—6 m4.
Zylindrisches
Rohr
F
zmax
rpr
F
In welchem Bereich liegt die Durchbiegung zmax des Knochens?
A
0 – 1 mm
B
1 – 5 mm
C
5 – 10 mm
D
1 – 2 cm
E
2 – 3 cm
Mu
ste
8
Thermodynamik
A6: Überströmungsversuch von Gasen
In zwei thermisch gut isolierten Behältern und mit gleichen Volumina V1 = V2 befindet
sich je eine Menge Heliumgas (1 = 1 Mol bzw. 2 = 3 Mol) bei einer bestimmten Temperatur
üfu
ng
(T1 = 300 K bzw. T2 = 400 K), siehe Figur. Der Hahn wird nun geöffnet. Welche
Endtemperatur wird sich im thermodynamischen Gleichgewicht in den beiden Behältern
einstellen?
Hinweis: Helium ist ein ideales Gas.
2
1
A
285 K
B
310 K
C
375 K
D
350 K
E
270 K
Mu
ste
Hahn
rpr
1 Mol He
V1
T1 = 300K
3 Mol He
V2
T2 = 400K
9
A7: Luftfeuchtigkeit in einem Raum
In einem Raum mit einem Volumen von 100 m3 herrsche bei einer Temperatur von 20°C eine
relative Luftfeuchtigkeit von 80%. Die Dichte des Wasserdampfs bei Sättigung beträgt
üfu
ng
17 g/m3 bei 20°C. Molmasse von Wasser : 18 g/mol.
Schätzen Sie ab, wieviel Wasser zusätzlich verdampfen müsste, um Sättigung zu erreichen.
A
etwa 120 g
B
etwa 340 g
C
etwa 850 g
D
etwa 1530 g
E
etwa 260 g
Mu
ste
rpr
10
A8: Wärmeleitung durch Anzug
Eine Person trägt einen Anzug aus wärmeisolierendem Material der Dicke d = 9 mm. Die
Oberflächentemperatur des Körpers beträgt tK = 33°C und die Aussentemperatur ta = 6°C.
Wie gross muss die Dicke d’ des Anzuges gewählt werden, wenn bei einer Aussentemperatur
üfu
ng
von ta’ = 27°C der Wärmeverlust durch Wärmeleitung derselbe sein soll?
d
A
20 mm
B
18 mm
C
25 mm
D
34 mm
E
15 mm
Körper
tK
Mu
ste
rpr
ta
Anzug
11
Elektrizität und Magnetismus
A9: Coulombkraft
r
Von einer positiven Ladung Q1 wirkt eine Kraft F auf eine positive Ladung Q2
üfu
ng
(vergl. Figur).
Q2
Q1
ro
F
r
0
rpr
Wir betrachten 3 Fälle und vergleichen sie miteinander:
Ladung Q1
Ladung Q2
Abstand r
Kraft F
1
Qo
Qo
ro
F1
2
2Qo
8Qo
4ro
F2
3
2Qo
4Qo
3ro
F3
ste
Fall
Welche der folgenden Aussagen ist richtig?
A
F1 > F2
Mu
B
F1 = F2
C
F3 > F1
D
F2 < F3
E
F2 = F3
12
A10: Feldlinienbilder
In den Figuren sind elektrische Feldlinienbilder zwischen 2 geladenen Kugeln dargestellt. In
r
je 2 Punkten ist der elektrische Feldvektor E eingezeichnet.
A
E
üfu
ng
B
E
E
E
D
C
E
rpr
E
E
E
E
ste
E
E
Mu
Welche Figur ist richtig?
A
B
C
D
E
13
A11: Widerstand eines elektrischen Leiters
In den Skizzen sind für 5 Drähte das Material, die Querschnittsfläche und die Länge
angegeben.
: ca. 2 x 10—8 m
Spezifischer Widerstand von Eisen
: ca. 10 x 10—8 m
A
B
Kupfer
Eisen
5m
1mm2
E
0.2mm2
ste
Kupfer
1mm2
Eisen
rpr
10m
1m
D
C
Kupfer
üfu
ng
Spezifischer Widerstand von Kupfer
4m
3m
0.5mm2
0.5mm2
Mu
Überlegen Sie, welcher der 5 Drähte den grössten elektrischen Widerstand hat.
A
B
C
D
E
14
A12: Elektrischer Widerstand
Ein Elektrolyt, bezeichnet mit REl, sei in Serie mit einem Ohmschen Widerstand ROhm an eine
Spannungsquelle mit Spannung UB angeschlossen. Elektrolyt und Ohmscher Widerstand
üfu
ng
zusammen ergeben den Gesamtwiderstand Rges des Stromkreises.
I
UB
ROhm
REL
Welche Aussage trifft kurz nach dem Einschalten der Spannungsquelle zu?
A
Im Falle eines sehr kleinen Widerstandes REl kann die Stromstärke grösser
rpr
werden als UB/ROhm.
B
Der Gesamtwiderstand im Kreis errechnet sich über 1/Rges = 1/ROhm +1/REL .
C
Die durch den Strom I an den Elektrolyten abgegebene Leistung beträgt
ste
P = I 2 REL .
D
Die durch den Strom an den Elektrolyten abgegebene Leistung beträgt
2
Mu
P = U B REL .
E
Da der Elektrolyt sich etwa wie ein Ohmscher Widerstand verhält, ist der
Gesamtwiderstand abhängig von der Stromstärke.
15
Hydrostatik und Hydrodynamik
A13: Aufsteigende Luftblasen in Wasser
Ein Taucher stösst in einem See Luftblasen mit dem Volumen V0 aus. An der Oberfläche des
Sie die ungefähre Tiefe des Tauchers ab.
üfu
ng
Sees haben die aufsteigenden Blasen ein Volumen V, das nun 50% grösser ist als V0. Schätzen
Die Temperatur des Sees beträgt 20°C und ist überall gleich hoch.
Angaben:
Wasser = 1000 kg/m3 , g = 10 m/s2, Luftdruck = 105 Pa
A
15 m
B
20 m
C
10 m
D
25 m
E
5m
Mu
ste
rpr
Annahme:
16
A14: Rohrsystem
In einem Rohrsystem sind zwei gleiche Rohre, beide mit Länge L und Radius R, parallel
geschaltet (siehe Figur a) ). Die Volumenstromstärke im ganzen Rohrsystem ist IV und die
Druckdifferenz p = p1 - p2.
üfu
ng
Nach einiger Zeit hat sich in beiden Rohren über die ganze Länge eine Kalkschicht
abgelagert, sodass R' = R/2 (siehe Figur b) ).
Figur a)
L
2R
Iv
Iv
2R
p1
p2
Figur b)
L
I v'
rpr
2R' = R
I v'
2R' = R
p1
Kalk
p2
ste
Wie gross ist die Volumenstromstärke IV ' im verkalkten Rohrsystem im Vergleich zur
Volumenstromstärke IV im unverkalkten Rohrsystem bei gleich bleibender Druckdifferenz
p = p1 - p2?
A
IV ' =
1
IV
16
Mu
B
IV ' =
3
IV
8
C
IV ' =
1
IV
4
D
IV ' =
1
IV
8
E
IV ' =
5
IV
16
17
Schwingungen, Wellen und Akkustik
A15: Schwingungsdauer eines Federpendels
üfu
ng
Wir betrachten zwei Federpendel und (siehe Figur):
k2 = 3k1
k1
m1 = 1kg
m2 = ?
2
rpr
1
Wie gross muss die Masse m2 des Pendels gewählt werden, damit seine Schwingungsdauer
T2 nur halb so gross ist wie von Pendel (T2 = T1)?
A
0.60 kg
B
1.25 kg
C
0.30 kg
D
0.75 kg
E
1.50 kg
Mu
ste
18
A16: Wellenlänge und Ausbreitungsgeschwindigkeit
In der Ultraschalldiagnostik wird mit Schallwellen im Megahertzbereich gearbeitet. Gegeben
sei eine Ultraschallwelle von 2.8 MHz, die aus einem Medium 1 in ein Medium 2 läuft. Die
Schallgeschwindigkeit in Medium 1 beträgt 1400 m/s, in Medium 2 ist sie doppelt so gross.
üfu
ng
Welche der folgenden Aussagen ist richtig?
A
Die Frequenz der Welle ist in Medium 2 doppelt so gross wie in Medium 1.
B
Die Frequenz der Welle ist in Medium 2 halb so gross wie in Medium 1.
C
Die Wellenlänge im Medium 1 beträgt etwa 50 μm.
D
Die Wellenlänge im Medium 2 beträgt etwa 1 mm.
E
Die Wellenlänge wäre bei gleicher Frequenz in Luft grösser als im Medium 1.
Mu
ste
rpr
19
A17: Schalllaufzeiten
c1
c2
A
tA
tB
x1
üfu
ng
B
x2
Ein Ultraschallpuls läuft mit der Schallgeschwindigkeit c1 durch Gewebe der Art 1. An der
Grenzfläche zu Gewebe 2 wird der Teil A des Pulses reflektiert, der Rest läuft weiter mit
Schallgeschwindigkeit c2 und ein Teil B wird an der zweiten Grenzfläche reflektiert. Die
beiden reflektierten Pulse werden nach den Laufzeiten tA und tB ab Zeitpunkt des Sendens
rpr
empfangen. Wie berechnen Sie die Entfernungen der beiden Grenzflächen, x1 und x2?
A
x1 = c1 t A
und x 2 = c 2 t B
B
x1 = c1 t A
und x 2 = c1 t A + c 2 t B
C
x1 = 2 c1 t A
D
x1 = 0.5 c1 t A
E
x1 = 0.5 c1 t A
und x 2 = 2 c1 t A + 2 c 2 t B
ste
und x 2 = 0.5 c1 t A + 0.5 c 2 (t B t A )
Mu
und x 2 = (c1 + c 2 ) t B
20
Optik und Röntgen
A18: Absorption von Röntgenstrahlung
Röntgenstrahlung von 50 keV soll mit einer Bleiplatte der Dicke d abgeschirmt werden. Der
Absorptionskoeffizient beträgt μ = 7 10 3 m1 bei 50 keV. Wie gross muss die Dicke d der
üfu
ng
Bleiplatte etwa gewählt werden, wenn mindestens 99% der Strahlung absorbiert werden
sollen?
Verwenden Sie für die Rechnung ln2 = 0.7.
A
12.4 mm
B
0.3 mm
C
0.7 mm
D
21.5 mm
E
1.8 mm
Mu
ste
rpr
21
A19: Linse
Welche der folgenden Aussagen bezüglich einer Sammellinse ist richtig?
A
Das Bild ist immer reell.
B
Das Bild ist immer vergrössert.
C
Wenn das Bild reell ist, so steht es im Vergleich zum Gegenstand auf dem Kopf.
D
Wenn der Gegenstand zwischen Brennpunkt und Linse steht, ist das Bild
aufrecht und verkleinert.
Sammellinsen werden als Brillengläser für Kurzsichtige verwendet.
ste
rpr
E
Mu
üfu
ng
22
A20: Röntgenaufnahmen
In der Praxis zur Röntgendiagnostik verwendete photographische Platten werden durch die
Röntgenstrahlung geschwärzt (Negativ). Welche der folgenden Eigenschaften trifft für ein so
A
üfu
ng
erhaltenes Bild zu?
Materialien aus Elementen mit hohen Kernladungszahlen erscheinen im Bild
weiss.
B
Stellen, an denen das Röntgenlicht im aufgenommenen Gegenstand stark
geschwächt wird, erscheinen auf dem Bild schwarz.
C
Je länger die Belichtungszeit bei gleich bleibender Leistung der Röntgenröhre
gewählt wird, desto heller wird die Aufnahme.
D
Weisse Stellen im Bild deuten auf geringe Schwächung des Röntgenlichtes im
Objekt hin.
E
Materialien gleicher chemischer Zusammensetzung, aber unterschiedlicher
ste
Dichte im Objekt, erscheinen im Bild umso heller je kleiner die Dichte.
Mu
rpr
23
2. Prüfungsteil: Fragentyp K’
Mechanik
K1: Fadenpendel
Die schwingende Kugel bewegt sich auf
einer Kreisbahn (vergl. Figur).
Die beiden Kräfte, welche auf die Kugel
kann vernachlässigt werden.
α
FF
v
: Kraft der Schnur auf die Kugel
: Gewichtskraft
: momentane Geschwindigkeit
ste
r
FF
r
G
r
v
rpr
wirken, sind eingezeichnet. Die Reibung
üfu
ng
Überprüfen Sie bei jeder Aussage, ob sie richtig (+) oder falsch (-)
ist.
Sind drei Aussagen richtig beurteilt, bekommen Sie einen halben
Punkt, sind alle vier richtig beurteilt, einen ganzen.
G
Beurteilen Sie folgende Aussagen. Welche sind richtig (+), welche falsch (-)?
Mu
+
A Im tiefsten Punkt der Kreisbahn ist die kinetische Energie der Kugel maximal.
B In den Umkehrpunkten ist FF = G cos .
C In den Umkehrpunkten ist FF minimal.
D In jedem Punkt der Kreisbahn ist die resultierende Kraft in Radialrichtung
FF G cos .
24
K2: Elastizität
Zwei gleich schwere Turner (m = 60 kg) führen exakt dieselbe Reckübung aus. Turner A, dem
die Landung gelingt, belastet dabei jede seiner Achillessehnen (Querschnittsfläche
3x10—4 m2, Elastizitätsmodul 109 N/m2) mit einer Kraft von 5 G, wobei G seiner
üfu
ng
Gewichtskraft entspricht. Turner B missglückt die Landung, die Zeitdauer seines
Abbremsvorganges auf dem Boden ist dabei 5mal so kurz wie die von Turner A. Für die
Sehne gelten folgende Grenzwerte:
Dehnung 0% bis 5% : reversibel elastisch
Dehnung >5%
: plastisch
Dehnung >10%
: Riss der Sehne
Sind die folgenden Aussagen richtig (+) oder falsch (-)? (Setzen Sie g = 10 N/kg und
+
rpr
verwenden Sie das Prinzip des Kraftstosses).
Die Sehne von Turner A wird reversibel elastisch gedehnt.
B Die Dehnung der Sehne von Turner A beträgt 3%.
C Die Sehne von Turner B erfährt eine 5mal so hohe Spannung.
D Die Sehne von Turner B reisst.
Mu
ste
A 25
Thermodynamik
K3: Zustandsgleichung des idealen Gases
In den folgenden Figuren sind Zusammenhänge zwischen den charakteristischen
Zustandsgrössen Druck, Temperatur und Volumen für ein Mol eines idealen Gases
üfu
ng
aufgezeichnet. Dabei sind in jedem Zustandsdiagramm zwei Kurven eingezeichnet. In jedem
Diagramm steht eine Ungleichung für die Grösse, die in den entsprechenden Kurven konstant
gehalten wird. Sind die Diagramme und die entsprechenden Ungleichungen richtig (+) oder
falsch (-)?
A
B
V1
B C Mu
D T
ste
+
A V
p2<p1
T1
T2<T1
p1
rpr
T1
V
V
V2<V1
T2<T1
D
C
p
p
T
p
26
K4: Diffusion und Osmose
Beurteilen Sie folgende Aussagen mit richtig (+) oder falsch (-):
Die Diffusion ist dafür verantwortlich, dass eingeatmete Narkosegase ins
Gewebe gelangen.
üfu
ng
+
A Der osmotische Druck hängt von der Art der gelösten Moleküle ab.
C Der osmotische Druck einer physiologischen Kochsalzlösung beträgt bei
Körpertemperatur posm = 10 mbar.
D Der osmotische Druck hängt nicht von der Art des Lösungsmittels ab.
Mu
ste
rpr
B 27
K5: Aggregatzustände von Wasser
Beurteilen Sie folgende Aussagen mit richtig (+) oder falsch (-):
+
A Um 10 g Eis von 0°C zu Wasser von 0°C zu schmelzen, braucht es mehr
üfu
ng
Energie, als um 10 g Wasser von 100°C zu verdampfen.
B Für 0°C ist die Dichte von Eis ist grösser als die Dichte von Wasser.
C Verbrennungen mit heissem Wasser (100°C) sind gefährlicher als
Verbrennungen mit heissem Dampf (100°C).
Wenn ein See zufriert, wird Wärme an die Umgebung abgegeben.
Mu
ste
rpr
D 28
Elektrizität und Magnetismus
K6: Plattenkondensator
Die Platten eines Plattenkondensators sind an eine Spannungsquelle angeschlossen.
üfu
ng
P2
Spannungsquelle
(U0)
P1
d
Fläche A
Beurteilen Sie folgende Aussagen. Welche sind richtig (+), welche falsch (-)?
+
In der Umgebung des Punktes P1 ist das elektrische Feld homogen.
B Im Punkt P2 ist die elektrische Feldstärke immer gleich gross wie im Punkt P1.
C Wenn man die Spannung Uo erhöht, wird die Kapazität des Kondensators
D ste
kleiner.
rpr
A Wenn man den Abstand zwischen den Kondensatorplatten vergrössert, wird die
Mu
Kapazität des Kondensators grösser.
29
K7: Strom-, Spannungsmessung
Mit den Messgeräten der skizzierten Schaltung hat jemand den Strom I und die Spannung
ULampe gemessen. In der 2. Figur sind die Messergebnisse als Kurve dargestellt.
I
Batterie
mit
variabler
Spannung
üfu
ng
I (A)
0.4
Lampe
ULampe
0.2
0
0
Fig.1
10
20
30
ULampe (V)
Fig.2
Beurteilen Sie folgende Aussagen. Welche sind richtig (+), welche falsch (-)?
rpr
+
Der Widerstand der Lampe ist konstant.
B Die Leistung der Lampe beträgt 8 W, wenn die Spannung 30 V ist.
C Der Widerstand der Lampe bei 10 V ist grösser als der Widerstand der Lampe
ste
A bei 30 V.
D Die Leistung bei 30 V ist etwa 6mal so gross wie die Leistung bei 10 V.
Mu
30
K8: Magnetfeld einer langen Spule
Im Stromkreis mit einer langen Spule fliesst ein Strom; im Innern der langen Spule existiert
ein Magnetfeld B.
üfu
ng
I
Spule: Windungszahl N
Länge l
Querschnittsfläche A
Em
Beurteilen Sie folgende Aussagen. Welche sind richtig (+), welche falsch (-)?
+
A Wenn man die Stromrichtung ändert, ändert die Richtung des Magnetfeldes.
Wenn man die Querschnittsfläche A der Spule vedoppelt, wird das B-Feld
doppelt so gross.
C Wenn man die Windungszahl der Spule bei gleicher Länge 3mal grösser
macht, verkleinert sich das Magnetfeld auf 1/3.
D Wenn man die Stromstärke verdoppelt, wird das B-Feld doppelt so gross.
Mu
ste
rpr
B 31
K9: Induktionsspannung in einer Drahtschleife
B = (0, 0, Bz)
Die abgebildete Drahtschleife kann innerhalb eines
homogenen Magnetfeldes auf alle möglichen Arten
z
bewegt werden. Welche Bewegungen führen zu
V
üfu
ng
einer induzierten Spannung? Beurteilen Sie die
Vorschläge mit richtig (+) oder falsch (-). Beachten
Sie dabei das Koordinatensystem in der Skizze.
Translation entlang der z-Achse.
B Translation entlang der y-Achse.
C Rotation um die z-Achse.
D Rotation um die y-Achse.
x
Mu
ste
rpr
+
A y
32
Hydrostatik und Hydrodynamik
K10: Auftrieb einer Kiste
1
2
0.4h
h
üfu
ng
Eine Holzkiste schwimmt in Süsswasser bzw. im toten Meer (Salzwasser) .
0.6h
Süsswasser
Dichte ρ1
0.5h
h
0.5h
Salzwasser
Dichte ρ2
+
rpr
Beurteilen Sie folgende Aussagen mit richtig (+) oder falsch ():
A 2 = 0.8 1
B Die Auftriebskraft auf die schwimmende Holzkiste ist im Süsswasser kleiner
C ste
als im Salzwasser.
Die Auftriebskraft und die Gewichtskraft auf die Holzkiste sind
Reaktionspartner.
2 = 1.2 1
Mu
D 33
K11: Hagen-Poiseuille-Gesetz
Welche Aussagen zum Hagen-Poiseuille-Gesetz treffen zu (+) bzw. nicht zu (-)?
A Das Hagen-Poiseuille-Gesetz beschreibt den Strömungswiderstand eines
üfu
ng
+
Rohres bei turbulenter Strömung.
B Eine Verdoppelung des Radius bewirkt eine Verachtfachung des
Strömungswiderstandes.
C Je grösser die Viskosität der fliessenden Flüssigkeit, desto höher ist der
Strömungswiderstand.
Der Strömungswiderstand ist umgekehrt proportional zur Länge des Rohres.
Mu
ste
rpr
D 34
K12: Blutkreislauf des Menschen
Beurteilen Sie folgende Aussagen mit richtig (+) oder falsch ():
+
Die Strömung des Blutes in den Kapillargefässen ist laminar.
B Die Volumenstromstärke in der Aorta ist grösser als die gesamte
üfu
ng
A Volumenstromstärke im Kapillarsystem.
C Der Druckabfall p in den Arteriolen ist etwa gleich gross wie in der Aorta.
D Eine zu hohe Dosierung eines blutdruckerhöhenden Medikaments kann in einer
Mu
ste
rpr
krankhaften Verengung der Aorta eine turbulente Strömung bewirken.
35
Schwingungen, Wellen und Akkustik
K13: Orts- und Zeitbild
Durchgezogene Kurve:
t1 = 0
Gestrichelte Kurve:
t2 = 0.125 ms
üfu
ng
In Figur sind 2 Ortsbilder einer harmonischen Welle aufgezeichnet:
Figur soll ein Zeitbild der gleichen Welle darstellen.
Δx
u
t1 = 0
x1
Figur 1
0
4
8
12
Figur 2
0.5
20
24 x (cm)
rpr
u
16
t2 = 0.125ms
1 t (ms)
+
ste
Beurteilen Sie folgende Aussagen. Welche sind richtig (+), welche falsch (-)?
Die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Welle beträgt 400 m/s.
B Die Wellenlänge der Welle beträgt 8 cm.
C Die Frequenz der Welle beträgt 2000 Hz.
D Im Zeitbild ist die Zeitskala richtig angeschrieben.
Mu
A 36
K14: Wellen
Beurteilen Sie folgende Aussagen mit richtig (+) oder falsch ():
+
A Elektromagnetische Wellen sind Longitudinalwellen mit einer
üfu
ng
Ausbreitungsgeschwindigkeit von c = 3 108 m/s.
B Schallwellen transportieren Energie, aber keine Materie.
C Ein Eisberg emittiert und absorbiert dauernd elektromagnetische Strahlung.
D Eine Schallquelle der Frequenz = 3000 Hz erzeugt in Luft bei
Mu
ste
rpr
Zimmertemperatur Schallwellen mit einer Wellenlänge von 1 mm.
37
K15: Phonskala
Schmerzempfindung
120 Phon
120 dB
1
1
80 Phon
10-1
60 Phon
100 dB
10-2
80 dB
10-4
60 dB
40 Phon
10-2
20 Phon
10-3
Hörschwelle
10-4
0 Phon
Stumme Fläche
10-5
20
100
10-6
40 dB
10-8
20 dB
10-10
0 dB
10-12
rpr
Schalldruckamplitude (Pa)
100 Phon
üfu
ng
10
1'000
Frequenz (Hz)
Intensität (W/m2)
Fühlschwelle
10'000
(+), falsch (-)):
+
A ste
Verwenden Sie das abgebildete Diagramm, um die folgenden Aussagen zu überprüfen (richtig
Ein Ton 1 (Frequenz 1000 Hz, 20 dB Stärke) und ein Ton 2 (Frequenz 200 Hz,
Mu
40 dB Stärke) werden gleich laut empfunden.
B Ein Ton der Frequenz 200 Hz kann ab einer Intensität von etwa 10-12 W/m2
wahrgenommen werden.
C Ein Ton der Frequenz 90 Hz und einer Stärke von 30 dB ist für das
Durchschnittsohr gut hörbar.
D Ein Schallsignal von 40 Phon ist bei 200 Hz etwa 2 mal so intensiv wie bei
2000 Hz.
38
Optik und Röntgen
K16: Laufzeit von Licht
In einem Experiment wird die Laufzeit von Licht zwischen einer Lichtquelle (LQ) und einem
üfu
ng
Empfänger (E) gemessen und zwar für die unten skizzierten Anordnungen.
(Brechungindex von Wasser: 1.33 = 4/3, Brechungsindex von Glas: 1.5 = 3/2)
2
1
L0/2
LQ
E
Luft
L0
Luft
Wasser
E
LQ
ste
L0
Glas
E
4
rpr
LQ
Luft
L0
3
L0/2
LQ
L0/2
L0/2
Glas
Wasser
L0
Beurteilen Sie folgende Aussagen. Welche sind richtig (+), welche falsch (-)?
Die Laufzeit in ist kürzer als in .
B Die Laufzeit in ist grösser als in .
C Die Laufzeit in ist kürzer als in .
D Alle 4 Laufzeiten sind gleich.
Mu
+
A E
39
K17: Lupe
B
üfu
ng
G
Überprüfen Sie die folgenden Aussagen über eine Sammellinse, die als Lupe verwendet wird
(richtig (+), falsch (-)).
+
A Die Bildkonstruktion in der Figur ist korrekt.
B Die Lupe habe eine Brennweite von 5 cm. Der Gegenstand stehe 4 cm von der
rpr
Linse entfernt. Dann ist das Bild 6-mal so gross wie der Gegenstand.
C Das Bild, das von der Lupe erzeugt wird, ist immer virtuell.
D Verkleinert man die Gegenstandsweite bei einer Lupe, so wird das Bild
Mu
ste
grösser.
40
K18: Reflexion an Metallkugel
G
üfu
ng
B
M
Ein Gegenstand steht vor einer glänzenden Metallkugel. Das Spiegelbild lässt sich mithilfe
des Reflexionsgesetzes zeichnerisch finden. Überprüfen Sie folgende Aussagen (richtig (+),
falsch (-)):
+
Die Bildkonstruktion in der Figur ist korrekt.
B Wenn man den Gegenstand näher zur Kugel schiebt, wird das Bild grösser.
C Wenn sich Gegenstand und Kugel im Wasser befinden, wird das Bild kleiner.
D Das Bild ist virtuell.
Mu
ste
rpr
A 41
K19: Auge
Um Gegenstände in verschiedenen Entfernungen scharf auf die Netzhaut abzubilden,
verändert die Augenlinse ihre Brechkraft (Akkommodation). Überprüfen Sie die folgenden
+
üfu
ng
Aussagen (richtig (+), falsch (-)):
A Für ein normalsichtiges Auge liegt der Fernpunkt im Unendlichen.
B Um den Nahpunkt näher ans Auge zu bringen, muss als Brillenglas eine
Streulinse gewählt werden.
C Der Akkommodationsbereich gibt die Differenz zwischen grösstem und
kleinstem Pupillendurchmesser an.
Je näher sich ein Gegenstand vor dem Auge befindet, desto stärker muss sich
rpr
D Mu
ste
die Augenlinse krümmen, um auf der Netzhaut ein scharfes Bild zu erhalten.
42
K20: Dosimetrie
In der Dosimetrie berechnet man die biologisch relevante Äquivalentdosis aus der
absorbierten Energiedosis einer bestimmten Strahlung, indem man letztere mit einem
Bewertungsfaktor (oder RBW = relative biologische Wirksamkeit der Strahlung)
Der Bewertungsfaktor hängt ab von ...
+
üfu
ng
multipliziert. Überprüfen Sie die folgenden Aussagen (richtig (+), falsch (-)):
der absorbierten Energiedosis.
B der Art der Strahlung.
C der Dicke der Gewebeschicht.
D der Intensität der Strahlung.
Mu
ste
rpr
A Lösungsschlüssel: (ohne Gewähr)
A
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
A
B
C
X
D
E
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
K'
A
B
C
D
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
+
+
+
+
+
+
+
+
+
-
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
-
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
-