Klausur f ¨ur die Teilnehmer des Physikalischen Praktikums f ¨ur

Name:
Gruppennummer:
Nummer:
Aufgabe
erreichte Punkte
Aufgabe
erreichte Punkte
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insgesamt
erreichte Punkte
Klausur für die Teilnehmer des Physikalischen Praktikums für Mediziner
und Zahnmediziner im Wintersemester 2007/2008
Freitag, 15. Februar 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 10 Seiten mit 17 Aufgaben. Bitte kontrollieren Sie, ob Ihr Exemplar vollständig ist.
Aufgabe 1: (6 Punkte)
a) Ein Gefäß enthält 1 m3 Wasser. Der Wasserdruck, der auf den Wänden lastet, beträgt p = 9810 Pa. Wie hoch steht das Wasser im Gefäß? (2 Punkte)
b) Das Gefäß soll nun über einen Schlauch mit der Länge l = 1 m und dem Innendurchmesser d = 20 mm entleert werden. Berechnen Sie den Volumenstrom des
Wassers unter der Annahme, dass das Hagen-Poisseuillesche Gesezt gilt. (3 Punkte)
c) Wie lange dauert es, bis das Gefäß vollständig entleert ist? (1 Punkt)
1
Aufgabe 2: (5 Punkte)
In einem Versuchsaufbau des Praktikums (siehe Skizze) wird die Laufzeit t eines Schallimpulses zwischen Lautsprecher L und Mikrophon M in Abhängikeit von der effektiven Kastenlänge l gemessen. Zeichnen Sie ein Weg-Zeit-Diagramm und bestimmen Sie
die Schallgeschwindigkeit.
M
L
l
l [cm]
20
40
60
80
90
t[ms]
0,82
1,85
3,20
4,38
4,77
2
Aufgabe 3: (2 Punkte)
Welche der folgenden Aussagen trifft zu?
b)
a)
c)
d)
e)
f)
Linsen a), b) und c) sind Sammellinsen
Linsen a), b) und d) sind Sammellinsen
Linsen b), d) und f) sind Sammellinsen
Linsen a), c) und e) sind Zerstreuungslinsen
Linsen c), d) und f) sind Zerstreuungslinsen
Aufgabe 4: (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
Aufgabe 5: (2 Punkte)
Wird ein Gitter mit grünem Licht kohärent beleuchtet, so entstehen durch Interferenz
Beugungsmuster, die auf einem Schirm aufgefangen werden können. Welche der folgenden Aussagen trifft zu?
Bei Beleuchtung mit einem roten Laser werden die Abstände der Interferenzmaxima kleiner.
Bei Beleuchtung mit einem blauen Laser werden die Abstände der Interferenzmaxima größer.
Vergrößert man den Abstand Gitter - Schirm, werden die Abstände der Interferenzmaxima größer.
Verkleinert man den Abstand Gitter - Schirm, werden die Abstände der Interferenzmaxima kleiner.
Die Gitterkonstante des beleuchteten Gitters spielt keine Rolle für die Abstände
der Interferenzmaxima.
Aufgabe 6: (3 Punkte)
a) Was versteht man unter Interferenz? (1 Punkt)
b) Was gilt bei destruktiver Interferenz? (1 Punkt)
c) Was passiert bei der Überlagerung zweier Wellen mit unterschiedlicher Frequenz?
(1 Punkt)
Aufgabe 7: (3 Punkte)
Ein Spalt der Breite d = 0,2 mm wird mit einem Laser der Wellenlänge λ = 600 nm
beleuchtet. Berechnen Sie den Abstand 2x der beiden ersten Minima auf einem l = 1 m
vom Spalt entfernten Schirm.
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Aufgabe 8: (2 Punkte)
Das vom Okular eines zweistufigen Lichtmikroskops erzeugte Bild ist
vergrößert, reel, umgekehrt
vergrößert, virtuell, umgekehrt
vergrößert, virtuell, aufrecht
verkleinert, reel, umgekehrt
verkleinert, virtuell, umgekehrt
Aufgabe 9: (2 Punkte)
Die Auflösung eines Mikroskops nimmt zu, wenn man
das Okular durch ein stärker vergrößerndes ersetzt.
das Objektiv durch eines mit einer größeren numerischen Apertur ersetzt.
die Beleuchtung mit Licht längerer Wellenlänge vornimmt.
die Leuchtfeldblende zuzieht.
das zu betrachtende Objekt zuvor einfärbt.
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Aufgabe 10: (4 Punkte)
An den Polen eines Dipols liegen ±5 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 11: (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.
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Aufgabe 12: (2 Punkte)
Welche Aussage zum Begriff Isotope eines Elements“ trifft zu?
”
Isotope haben unterschiedliche Kernladungszahlen.
Isotope haben gleiche relative Atommassen (Atomgewichte).
Isotope stehen an gleicher Stelle im Periodensystem.
Isotope haben unterschiedliche Anzahl von Protonen im Kern.
Elektrisch neutrale Isotope haben eine unterschiedliche Anzahl von Elektronen in
ihren Elektronenhüllen.
Aufgabe 13: (4 Punkte)
a) Was versteht man unter α -, β-, γ - und Röntgenstrahlung? (2 Punkte)
b) Skizzieren Sie den Kurvenverlauf des Absorptionsgesetzes. I ist die Intensität der
Strahlung nach Durchgang durch Materie der Dicke d. Kennzeichnen Sie insbesondere die Dicke d1/2 , bei welcher die Intensität auf die Hälfte abgenommen hat.
(2 Punkte)
I
d
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Aufgabe 14: (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 15: (4 Punkte)
Nennen Sie vier Maßnahmen zur Reduktion der Strahlenbelastung eines Patienten.
Aufgabe 16: (4 Punkte)
Wie lautet die Definition der folgenden drei Größen?
a) Ionendosis (1 Punkt)
b) Energiedosis (1 Punkt)
c) Äquivalentdosis (2 Punkte)
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Aufgabe 17: (2 Punkte)
a) Wie ändert sich bei der Kernresonanzspektroskopie die Resonanzfrequenz, wenn
man die Stärke des statischen Magnetfelds B0 halbiert? (1 Punkt)
b) Wie erhält man ortsaufgelöste Bilder? (1 Punkt)
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Anhang
• Elementarladung e = 1, 602 · 10−19 C
• Plancksches Wirkungsquantum h = 6, 626 · 10−34 J · s
• Lichtgeschwindigkeit c = 2, 998 · 108
m
s
• Erdbeschleunigung g = 9, 81 m
s2
g
• Dichte von Wasser ρ = 1 cm3
• Viskosität von Wasser bei 25°C η = 0,891 mPa · s
• Dichte von Luft ρ = 1, 29 · 10−6
kg
cm3
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