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Physikalisches Praktikum für Studierende der Biologie und Zahnmedizin Demo-Klausur (Teilklausur Nr. 2) Name: Vorname: Matr. Nr.: .................................................. ........................................... ......................... (Bitte in Blockschrift) Email: .............................................................................................. Ich mache/machte im folgenden Semester meine Versuchsdurchführung: Bitte Fach ankreuzen: Biologie Zahnmedizin Sonstige ............................................................................................. (Unterschrift) Für die vollständige Beantwortung einer Frage wird ein Punkt gegeben. Bitte die Buchstaben der richtigen Antworten auf Seite 4 eintragen. –2– Formeln C = r⋅ 0⋅ Kapazität Plattenkondensator A d l A Elektrischer Widerstand R=⋅ Energie Röntgenquant W =h⋅f Elemantarladung e = 1,6⋅10−19 A⋅s Elektrische Energie W =I⋅U⋅t Beugung am Spalt (Minimum) b⋅sin α=m⋅λ gleichmäßig beschleunigte Bewegung: s 1 a t2 2 Hubarbeit, potentielle Energie: Whub m g h , E pot m g h Leistung P Drehmoment, Hebelgesetz: Impuls: M F r sin p mv Auftriebskraft: FA Fl g Vtauch Hagen-Poiseuille-Gesetz: I Zustandsgleichung idealer Gase: p V n R T Volumenarbeit: W p V (bzw. W pdV ) Wärmemenge, Wärmeenergie Q c m T Wärmeleitung: Q A T t l W t V r4 p t 8 L PHYSIKALISCHES PRAKTIKUM FÜR STUDIERENDE DER BIOLOGIE UND ZAHNMEDIZIN . –3– Schallintensitätspegel LS, Lautstärkepegel LN: I 0 10 12 LS , N 10 lg W = Hörgrenze m2 Reihenschaltung von Widerständen: U ges U 1 U 2 ... , Parallelschaltung von Widerständen: I ges I 1 I 2 ... , t R C R ges R1 R 2 .... 1 1 1 .... R ges R1 R 2 , Zeitkonstante R C Entladung eines Kondensators: Uc t U0 e Snelliussches Brechungsgesetz: n 1 sin n 2 sin Linsengleichung, Abbildungsgleichung: I dB (Phon) I0 1 1 1 f b g , B b G g t s0 f Objektiv f Okular Mikroskop, Gesamtvergrößerung: Vges vOkular Objektiv Röntgenröhre: E e U A Schwächungsgesetz: I I o e d Zerfallsgesetz: N (t ) N 0 e t N 0 e ln 2t /T Kreisfläche: Auflösung des Mikroskops: A r2 d= λ n⋅sin α PHYSIKALISCHES PRAKTIKUM FÜR STUDIERENDE DER BIOLOGIE UND ZAHNMEDIZIN . –4– Bitte übertragen Sie den Buchstaben Ihrer Antwort in die folgende Tabelle. Aufgabe Lösung Aufgabe Lösung 1 C 16 E 2 D 17 D 3 D 18 B 4 B 19 E 5 C 20 D 6 B 21 C 7 C 22 B 8 B 23 D 9 E 24 E 10 C 25 A 11 B 26 B 12 C 27 C 13 D 28 C 14 E 29 A 15 C 30 B PHYSIKALISCHES PRAKTIKUM FÜR STUDIERENDE DER BIOLOGIE UND ZAHNMEDIZIN . –5– 1 Wie groß ist der Gesamtwiderstand der nebenstehenden Schaltung, wenn jeder der 4 Widerstände den Wert 80 hat? A: 10 B: 40 C: 80 D: 160 E: keiner der obigen Werte trifft zu Lösung: Die Parallelschaltungen der oberen bzw. unteren Widerstände ergeben jeweils 40( 1 1 1 1 = + = ⇒ R Ges=40Ω RGes 80Ω 80Ω 40Ω Die Hintereinanderschaltung dieser beiden 40Widerstände ergeben zusammen 404080. Antwort C ist richtig. PHYSIKALISCHES PRAKTIKUM FÜR STUDIERENDE DER BIOLOGIE UND ZAHNMEDIZIN . –6– 2 Eine Linse entwirft, wie dargestellt, von einem Gegenstand G im Abstand von 6m ein reelles, umgekehrtes, gleich großes Bild B. Wie groß ist die Brennweite der Linse? G B 6m A: f = 0,75 m B: f = 1,0 m C: f = 1,3 m D: f = 1,5 m E: f = 3,0 m Lösung: Es gilt: B b = (g = Gegenstandsweite, b = Bildweite) ⇒ g = b G g Also: g + b = 6m ⇒ g + g = 6m ⇒ g = 3m 1 1 1 2 2 3 = + = = ⇒ f = m=1,5 m f g b g 3m 2 Antwort D ist richtig. PHYSIKALISCHES PRAKTIKUM FÜR STUDIERENDE DER BIOLOGIE UND ZAHNMEDIZIN . –7– 3 Ein Kondensator wird durch eine Spannungsquelle auf U0 aufgeladen und danach von der Spannungsquelle getrennt. Nach welcher Zeit ist die Spannung auf U0/e abgefallen? (e ist die Euler-Zahl 2,718...) C = 0,5nF A: 2,5 ms B: 6,0 ms C: 10 ms R = 50M D: 25 ms E: 60 ms Lösung: Zeitkonstante τ =R⋅C =50⋅106 Ω⋅0,5⋅10−9 F =25⋅10−3 ΩF =25 ms Antwort D ist richtig. PHYSIKALISCHES PRAKTIKUM FÜR STUDIERENDE DER BIOLOGIE UND ZAHNMEDIZIN . –8– 4 Bringt man in nebenstehend dargestellten Ausschnitt eines inhomogenen elektrischen Feldes eine positive Probeladung +q , so wirkt auf diese eine Kraft. Für diese Kraft gilt: +q A: Sie ist überall gleich groß. B: Ihre Richtung ist entlang der Feldlinien (parallel zu den Feldlinien). C: Sie ist proportional zur Geschwindigkeit der Probeladung. D: Sie ist umgekehrt proportional zum Wert q der Probeladung. E: Ihre Richtung ist unabhängig vom Vorzeichen der Probeladung. Lösung: Es gilt: ⃗ =q⋅E ⃗ F ⇒ A: falsch, da inhomogenes Feld B: richtig C: falsch, Geschwindigkeit spielt keine Rolle D: falsch, sie ist proportional zu q E: falsch, da die Richtung vom Vorzeichen abhängt Antwort B ist richtig. PHYSIKALISCHES PRAKTIKUM FÜR STUDIERENDE DER BIOLOGIE UND ZAHNMEDIZIN . –9– 5 Ein paralleles Lichtbündel läuft durch Glas (Brechzahl n = 1,5) und trifft unter dem Winkel schräg auf die an Wasser (Brechzahl n = 1,33) grenzende Oberfläche des Glases. Wasser: n = 1,33 Glas: n = 1,5 Wie berechnet sich der Grenzwinkel der Totalreflexion g ? A: sin g 1,33 1,5 sin g 1,5 1,33 C: sin g 1,33 1,5 B: D: sin g 1,5 1,33 E: sin g 1,5 1,33 1,5 Lösung: Snelliussches Brechungsgesetz: sin α⋅n H 2 O =sin β⋅nGlas Bei Totalreflexion α =90 ° ⇒sinβ⋅1,5=1⋅1,33 ⇒ Antwort C ist richtig PHYSIKALISCHES PRAKTIKUM FÜR STUDIERENDE DER BIOLOGIE UND ZAHNMEDIZIN . – 10 – 6 Die Strahlung eines radioaktiven Präparates wird im Abstand von 30min jeweils 10 Sekunden lang gemessen; das Diagramm zeigt die Abnahme der Zählrate/s. Zählrate/s ·10³³ Zählrate ·10 32 16 8 4 2 1 0 1 2 3 4 5 6 7 t/h Wie groß ist die Halbwertszeit? A: 1 h B: 2 h C: 9 h D: 12 h E: 24 h Lösung: Am besten abzulesen zwischen t = 1h und t = 3h: Zählrate/s (t=1h) = 16⋅103 / s Zählrate/s (t=3h) = 8⋅103 / s (ist die Hälfte der Zählrate/s von t=1h) ⇒ T 1 =3h−1h=2h 2 Antwort B ist richtig. PHYSIKALISCHES PRAKTIKUM FÜR STUDIERENDE DER BIOLOGIE UND ZAHNMEDIZIN . – 11 – 7 Die Intensität einer Röntgenstrahlung wird durch eine (quer zur Strahlrichtung angebrachte) 0,2mm dicke Bleiplatte um 50% reduziert. Es wird vereinfacht angenommen, dass die einfallende Strahlung monoenergetisch (100 keV-Photonen) und parallel ist. Mit einer 0,6mm dicken Bleiplatte erreicht man dann eine Abschwächung um etwa A: 68 % B: 95 % C: 87,5 % D: 94 % E: 97 % Lösung: 0,6 mm=3⋅0,2 mm , d.h. die 0,6mm kann man sich aus drei 0,2mm-Schichten vorstellen. Jede Schicht reduziert einfallende Strahlung um jeweils 50% ⇒ 3 1 Intensität nach 0,6 mm=( ) ⋅Intensität bei 0mm Abschirmung 2 Also nur noch 1 = 12,5% der Anfangsintensität. 8 Damit ist die Abschwächung also 100% - 12,5% = 87,5% Antwort C ist richtig. PHYSIKALISCHES PRAKTIKUM FÜR STUDIERENDE DER BIOLOGIE UND ZAHNMEDIZIN . – 12 – 8 Ein Mikroskop hat eine Vergrößerung V1 = 180. Welche Vergrößerung V2 erhält man ungefähr, wenn das Objektiv gegen ein anderes mit doppelter Brennweite ausgetauscht wird (bei gleicher Tubuslänge und gleicher „deutlicher Sehweite“) ? A: V2 = 45 B: V2 = 90 C: V2 = 120 D: V2 = 240 E: V2 = 360 Lösung: Vges vOkular Objektiv Wird f Objektiv V Ges= t s0 f Objektiv f Okular verdoppelt, so wird also V Ges auf die Hälfte verkleinert. 180 =90 2 Antwort B ist richtig. PHYSIKALISCHES PRAKTIKUM FÜR STUDIERENDE DER BIOLOGIE UND ZAHNMEDIZIN . – 13 – 9 Eine Substanz besteht aus einem radioaktiven Nuklid und seinem nicht radioaktiven Zerfallsprodukt. Die Aktivität der Substanz betrug vor einer Stunde 1350 kBq. Momentan beträgt die Aktivität 900 kBq. Wie groß ist die Aktivität eine Stunde später? A: 900 kBq B: 540 kBq C: 560 kBq D: 580 kBq E: 600 kBq Lösung: Pro Stunde verringert sich die Aktivität um den Faktor 900 2 = 1350 3 ⇒ Eine Stunde Später hat man: 2 900kBq⋅ =600 kBq 3 ( Formel: N (t ) N 0 e t N 0 e ln 2t /T ) Antwort E ist richtig. PHYSIKALISCHES PRAKTIKUM FÜR STUDIERENDE DER BIOLOGIE UND ZAHNMEDIZIN . – 14 – 10 Die Härte der Röntgenstrahlung hängt von der Anodenspannung der Röhre ab. Welche Anodenspannung ist mindestens notwendig, um die Quantenenergie 0,8⋅10−14 J im Bremsspektrum der Strahlung zu erzeugen? (Die Elementarladung beträgt e 1,6 10 19 C ) A: 0,7 kV B: 1,5 kV C: 50 kV D: 150 kV E: 384 kV Lösung: Maximale Energie der Röntgenstrahlung: W =e⋅U ⇒ −14 0,8⋅10 U= −19 J =1,6⋅10 C⋅U −14 0,8⋅10 J =0,5⋅10 5 V =50 kV −19 1,6⋅10 C Antwort C ist richtig. PHYSIKALISCHES PRAKTIKUM FÜR STUDIERENDE DER BIOLOGIE UND ZAHNMEDIZIN . – 15 – 11 Am Lichtmikroskop verkleinert man den kleinsten noch auflösbaren Abstand zweier Objektpunkte, indem man 1. ein stärker vergrößerndes Objektiv mit gleich großem Aperturwinkel wählt. 2. die Brechzahl des Immersionsmediums zwischen Objekt und Objektiv vergrößert. 3. ein stärker vergrößerndes Okular wählt. 4. die Apertur (Winkel) verkleinert. 5. die Wellenlänge des benutzten Lichtes verkleinert. A: Nur 3, 4 und 5 sind richtig. B: Nur 2 und 5 sind richtig. C: Nur 1 und 2 sind richtig. D: Nur 5 ist richtig. E: 1 – 5, alle sind richtig Lösung: Der Kleinste noch auflösbare Abstand ist d= λ n⋅sin α d soll verkleinert werden ⇒ Antwort B ist richtig. PHYSIKALISCHES PRAKTIKUM FÜR STUDIERENDE DER BIOLOGIE UND ZAHNMEDIZIN . – 16 – 12 Eine Baustelle ist 200m von einer Spannungsquelle (230V) entfernt und wird durch eine 2 Zuleitung aus Kupferdraht (0,0175 Ω∙mm /m) mit Strom versorgt. Die Stromstärke im Kupferdraht beträgt 10A, der Drahtdurchmesser ist 5mm. Wie groß ist die zur Verfügung stehende Spannung an der Baustelle? (Hinweis: Der Strom fließt von der Spannungsquelle zur Baustelle und wieder zurück.) A: 137,1 V B: 196,3 V C: 226,4 V D: 217,7 V E: 224,7 V Lösung: Schaltskizze: I→ R Kabel,1 230V R Last U Last R Kabel,2 Die 230V verteilen sich auf die Spannungsabfälle über R Kabel ,1 , R Last , R Kabel ,2 (Der Spannungsabfall ist jeweils U =R⋅I ) 230V=I⋅R Kabel ,1+ I⋅R Last + I⋅R Kabel ,2 2 Ωmm ⋅200m m =0,18Ω π⋅25mm 2 4 0,0175 R Kabel ,1=R Kabel ,2= ⇒ 230V =10A⋅(0,18Ω+0,18 Ω)+U Last =3,6 V +U Last Antwort C ist richtig. PHYSIKALISCHES PRAKTIKUM FÜR STUDIERENDE DER BIOLOGIE UND ZAHNMEDIZIN . – 17 – 13 Ein Kondensator wird von der Batterie getrennt, wenn er voll geladen ist. Was ist zu erwarten, wenn der Plattenabstand dann verdoppelt wird? 1. Die Spannung wird verdoppelt. 2. Die Kapazität wird halbiert. 3. Die Kapazität bleibt konstant. 4. Die Ladung des Kondensators bleibt konstant. 5. Die Spannung über dem Kondensator bleibt konstant. A: Nur 1 und 3 sind richtig. B: Nur 2, 4 und 5 sind richtig. C: Nur 3, 4 und 5 sind richtig. D: Nur 1, 2 und 4 sind richtig. E: Nur 2 und 5 sind richtig. Lösung: Q=C⋅U Die Ladung Q bleibt erhalten, da sie nicht abfliessen und keine neue auffliessen kann: Q=const. C wird halbiert ( C = r⋅ 0⋅ wird, ⇒ A ), da d verdoppelt wird. Da Q=const. und C halbiert d U wird verdoppelt. Antwort D ist richtig. PHYSIKALISCHES PRAKTIKUM FÜR STUDIERENDE DER BIOLOGIE UND ZAHNMEDIZIN . – 18 – 14 In nebenstehender Skizze ist ein Teil einer elektrischen Schaltung gezeigt, wobei die Ströme einiger Zweige (mit Richtung) angegeben sind. 3,5A 12A 7,2A 9,7A I↑ 8A Wie ist die Richtung und Stromstärke von I ? A: ; 6,1A B: ; 3,5A C: ; 5,7A D: ; 2,9A E: ; 2,0A Lösung: Alle dicken Punkte können zu einem sogenannten Knoten zusammengefasst werden, da sie auf dem selben Potential liegen. Nach dem Kirchhoffschen Gesetz ist die Summe der zufließenden Ströme gleich der Summe der abfliessenden Ströme( Knotenregel). ⇒ 9,7A + 3,5A + 8A + I = 7,2A + 12A ⇒ 19,2A – 21,2A = -2A, d.h. I ist entgegengesetzt zur angenommenen Richtung. Antwort E ist richtig. PHYSIKALISCHES PRAKTIKUM FÜR STUDIERENDE DER BIOLOGIE UND ZAHNMEDIZIN . – 19 – 15 Die Brechzahl von Diamant ist 2,5. Welche der Beziehungen ist richtig für die gezeigte Situation (siehe Skizze) ? Lot D: sin ( sin 2,5 cos ( cos 2,5 sin ( sin 1 2,5 ( sin ( sin 2,5 E: 2,5 A: B: C: Diamant Luft Lösung: Nach dem Snelliusschen Brechungsgesetz ist: n Diamant⋅sin α=n Luft⋅sin γ⇒ sin α 1 = sin γ 2,5 Antwort C ist richtig. PHYSIKALISCHES PRAKTIKUM FÜR STUDIERENDE DER BIOLOGIE UND ZAHNMEDIZIN . – 20 – 16 Der Auftrieb eines Körpers ist gleich A: dem hydrostatischen Druck der Flüssigkeit an den Körper. B: der Gewichtskraft des Körpers in der Flüssigkeit. C: dem Volumen der Flüssigkeit. D: der Differenz zwischen der verdrängten Flüssigkeitsmenge und der Gewichtskraft des Körpers. E: der Gewichtskraft des vom Körper verdrängten Flüssigkeitsvolumens. Lösung: Archimedisches Gesetz: Antwort E ist richtig. PHYSIKALISCHES PRAKTIKUM FÜR STUDIERENDE DER BIOLOGIE UND ZAHNMEDIZIN . – 21 – 17 Die Bewegung eines Körpers werde durch das nachstehende Weg-Zeit-Diagramm dargestellt. Weg s Zeit t A B C D E In welchem der Zeitpunkte A,B,C,D oder E hat der Körper die geringste Geschwindigkeit? Lösung: Die Geschwindigkeit ist jeweils gegeben durch die Steigung der Tangente im Weg-Zeitds Diagramm: s=s(t)⇒ v= Die Steigung ist die Ableitung von s(t) zu der dt entsprechenden Zeit. Die Steigung der obigen Kurve ist in Punkt D am geringsten. Antwort D ist richtig. PHYSIKALISCHES PRAKTIKUM FÜR STUDIERENDE DER BIOLOGIE UND ZAHNMEDIZIN . – 22 – 18 Durch zwei Rohre wird Wasser gepumpt. Die Rohre haben folgende Maße Rohr 1 Länge L1 = 2 m Radius r1 = 1cm Rohr 2 Länge L2 = 4 m Radius r2 = 1cm Der Druckabfall sei in beiden Rohren derselbe, die Strömung laminar. In welchem Verhältnis steht die Wassermenge V1 , die in einer Sekunde durch das Rohr 1 fließt, zur Wassermenge V2 , die in derselben Zeit durch Rohr 2 fließt? A: V1 : V2 , = 1 : 1 B: V1 : V2 , = 2 : 1 C: V1 : V2 , = 4 : 1 D: V1 : V2 , = 8 : 1 E: V1 : V2 , = 16 : 1 Lösung: Nach Hagen-Poisoille ist 4 4 4 4 r r (1cm ) (1cm) 4m 2 V r4 V V V proportional zu ⇒ 1 : 2 = 1 = 1 : 2 = : = = =2 :1 t L t t V 2 L1 L2 2m 4m 2m 1 Antwort B ist richtig. PHYSIKALISCHES PRAKTIKUM FÜR STUDIERENDE DER BIOLOGIE UND ZAHNMEDIZIN . – 23 – 19 Ein Skifahrer der Größe 1,8m befindet sich auf der Höhe h = 12 m. Welche kinetische Energie besitzt er am Ende einer Talfahrt (h = 0m)? (Reibung wird vernachlässigt) A: 960 J B: 830 J C: 9.418 J D: 12.000 J E: Es kann keine Angabe über die kinetische Energie gemacht werden. Lösung: Potentielle Energie W Pot =m⋅g⋅h wird in kinetische Energie W Kin umgewandelt, W Pot =W Kin . W Pot kann nicht berechnet werden, da die Masse des Skifahrers nicht bekannt ist. Antwort E ist richtig. PHYSIKALISCHES PRAKTIKUM FÜR STUDIERENDE DER BIOLOGIE UND ZAHNMEDIZIN . – 24 – 20 Ein Körper bewegt sich gemäß untenstehendem Weg-Zeit-Diagramm. Welche Aussage trifft zu? s /m 4 3 2 1 0 1 2 3 4 t /s Die Geschwindigkeit A: beträgt zu Beginn 2,0 m/s. B: ist konstant und beträgt 0,75 m/s. C: wächst linear bis auf 1,0 m/s. D: ist konstant und beträgt 0,5 m/s. E: nimmt mit wachsender Zeit ab. Lösung: Die Geschwindigkeit v(t) ist jeweils die Steigung der Tangente im Weg-Zeit-Diagramm. Da s(t) hier linear ist( eine Gerade ist), ist die Steigung und damit die Geschwindigkeit v(t) für alle t dieselbe, z.B. auch für die Punkte (0;2) und (4;4). Zwischen t = 4s und t = 0s ist dann: v= 4m−2m 1 m = 4s−0s 2 s Antwort D ist richtig. PHYSIKALISCHES PRAKTIKUM FÜR STUDIERENDE DER BIOLOGIE UND ZAHNMEDIZIN . – 25 – 21 Bei einem zweiarmigen Hebel wirkt an dem einen Arm mit der Länge 1 = 50 cm eine Kraft F 1 = 5N. Welche parallel zu F 1 gerichtete Kraft F 2 muss an dem anderen Hebelarm mit der Länge 2 = 10 cm angreifen, damit das gesamte Drehmoment Null ist? (Alle Kräfte wirken senkrecht zum Hebelarm) A: F 2 = 1N B: F 2 = 5N C: F 2 = 25 N D: F 2 = 100 N E: F 2 = 500 N Lösung: Der Hebel ist im Gleichgewicht( horizontal), wenn l 50cm l 1⋅F 1=l 2⋅F 2 ⇒ F 2 = 1⋅F 1= ⋅5N =25N l2 10cm Antwort C ist richtig. PHYSIKALISCHES PRAKTIKUM FÜR STUDIERENDE DER BIOLOGIE UND ZAHNMEDIZIN . – 26 – 22 Welches der Diagramme (A) – (E) für die Auslenkung x eines Pendels in Abhängigkeit von der Zeit stellt eine gedämpfte Schwingung dar? x x x t t t (B) (A) (C) x x t (D) t (E) Lösung: Das Pendel schwingt noch hin und her, die Amplitude nimmt exponentiell ab. Antwort B ist richtig. PHYSIKALISCHES PRAKTIKUM FÜR STUDIERENDE DER BIOLOGIE UND ZAHNMEDIZIN . – 27 – 23 In der Abbildung ist das Geschwindigkeit-Zeit-Diagramm verschiedener Bewegungen eines Körpers dargestellt. 2 Welche Kurve gehört zu der konstanten Verzögerung a = -2,5 m/s ? („Verzögerung“ ist negative Beschleunigung) (A) (B) m s Geschwindigkeit v 15 (C) 10 (D) 5 (E) 0 0 1 2 3 Zeit t 4 s Lösung: Im Geschwindigkeits-Zeit-Diagramm ist die Beschleunigung a(t o ) jeweils die dv a(t )= Steigung der Tangente zur Zeit t o : an der Stelle t o dt Verzögerung bedeutet, die Geschwindigkeit nimmt mit der wachsender Zeit t ab ⇒ Kurve D könnte richtig sein. PHYSIKALISCHES PRAKTIKUM FÜR STUDIERENDE DER BIOLOGIE UND ZAHNMEDIZIN . – 28 – Beschleunigung von Kurve D: v (t=4s )−v(t=0s) a= = 4s−0s 5 m m −15 s s 10 m m =− =−2,5 2 4s−0s 4 s2 s Antwort D ist richtig. PHYSIKALISCHES PRAKTIKUM FÜR STUDIERENDE DER BIOLOGIE UND ZAHNMEDIZIN . – 29 – 24 Bei isothermer Volumenänderung eines idealen Gases von V 1 nach V 2 (oder umgekehrt) entspricht die schraffierte Fläche unter der p - V-Kurve im nebenstehenden Diagramm p p1 p2 A: der Druckänderung B: der Volumenänderung C: der Dichteänderung D: der Entropieänderung E: der reversiblen, isothermen Volumenarbeit Lösung: Die Volumenarbeit ist V1 V2 V V2 ∫ p⋅Δ V V1 Das Integralzeichen ∫ ❑ bedeutet, man soll die Fläche unter der Funktion p(V) von V =V 1 bis V =V 2 berechnen. ⇒ Antwort E ist richtig. PHYSIKALISCHES PRAKTIKUM FÜR STUDIERENDE DER BIOLOGIE UND ZAHNMEDIZIN . – 30 – 25 Ultraschall unterscheidet sich vom hörbaren Schall prinzipiell durch 1. eine höhere Frequenz 2. eine größere Intensität 3. eine größere Ausbreitungsgeschwindigkeit A: Nur 1 ist richtig B: Nur 2 ist richtig C: Nur 1 und 2 sind richtig D: Nur 2 und 3 sind richtig E: 1 bis 3 (alle) sind richtig Lösung: „Ultra“ bezieht sich auf die höhere Frequenz. Antwort A ist richtig. PHYSIKALISCHES PRAKTIKUM FÜR STUDIERENDE DER BIOLOGIE UND ZAHNMEDIZIN . – 31 – 26 Zwei (sinusförmige) Schwingungen gleicher Frequenz f 1 = f 2 = 2 , 5Hz haben eine Phasendifferenz (Phasenverschiebung) 0 = / 2. Um welche Zeit t sind sie gegeneinander verschoben? A: t = 20 ms B: t = 100 ms C: t = 200 ms D: t = 10 ms E: t = 50 ms Lösung: Die Schwingungsdauer T bei f =2,5 Hz 1 1 =0,4 s ist T = = f 2,5 Hz π 2 entspricht 1 T , also 0,1s = 100ms 4 Die Phasenverschiebung Antwort B ist richtig. PHYSIKALISCHES PRAKTIKUM FÜR STUDIERENDE DER BIOLOGIE UND ZAHNMEDIZIN . – 32 – 27 In einem Isoliergefäß mit vernachlässigbarer Wärmekapazität befinden sich 300 g Wasser zu 15°C. Welche Zeit wird ungefähr benötigt, um bei einer Heizleistung um 400 Watt die Temperatur auf 75°C zu erhöhen? ( Die spezifische Wärmekapazität des Wassers beträgt etwa 4 J/(gK) ) A: 80 s B: 2 min C: 3 min D: 4 min E: 6 min Lösung: Temperaturerhöhung ΔT bedeutet Zufuhr von Wärmemenge J ΔQ=m⋅c⋅Δ T =300g⋅4 ⋅60K=72.000J=72 kJ g⋅K Dafür muss eine elektrische Energie W el =U⋅I⋅Δ t(Δ t : Zeit) aufgebracht werden ΔQ=72.000J=U⋅I⋅Δ t ⇒(U⋅I =P=400Watt=400W) ⇒ Δ t= ⇒Δt ΔQ ΔQ 72.000J = , wobei Leistung P=U⋅I =400W⇒ Δ t =180s=3 min(da 1J =1 Ws) U⋅I P 400W 72.000J =180s=3 min(da 1J=1Ws) 400W Antwort C ist richtig. PHYSIKALISCHES PRAKTIKUM FÜR STUDIERENDE DER BIOLOGIE UND ZAHNMEDIZIN . – 33 – 28 Welche der folgenden Aussagen zur Wärmeleitung stimmen Sie zu? Zwei Körper, die sich auf unterschiedlichen Temperaturen (Temperaturdifferenz T) befinden, sind durch einen homogenen Stab der Länge und des Querschnitts A miteinander verbunden. Der Wärmestrom, d.h. die pro Zeiteinheit transportierte Wärmemenge ist: 1: proportional T 2: proportional A 3: proportional 4 umgekehrt proportional zu A: Nur 1 und 2 sind richtig B: Nur 2 und 4 sind richtig C: Nur 1, 2 und 4 sind richtig D: Nur 1 ist richtig E: Nur 3 ist richtig Lösung: Der Wärmefluss ΔQ pro Zeiteinheit Δ t ist ΔQ A⋅Δ T proportional zu Δt l wobei A die Querschnittsfläche, bedeuten. ΔT die Temperaturdifferenz und l die Länge Antwort C ist richtig. PHYSIKALISCHES PRAKTIKUM FÜR STUDIERENDE DER BIOLOGIE UND ZAHNMEDIZIN . – 34 – 29 In einem auf beiden Seiten offenen, in Luft in senkrechter Lage befindlichen U-Rohr konstanten Querschitts A befinden sich Quecksilber (Dichte etwa 13,6 g/cm ³) und Wasser. Für die Höhen h1, h2 sowie h3 gilt dann etwa: A: B: C: D: E: h 3−h 2 h 1−h 2 h1 h3 Wasser =13,6 h 3−h 2 −0,76m h1 −h 2 h2 h1 Hg =13,6 h3 =13,6 h1 h2 =12,6 h 3−h1 =12 ,6 h1 −h 2 Lösung: Im Gleichgewicht müssen die beiden Säulen oberhalb der Höhe h2 gleich schwer sein. Die Hg-Säule oberhalb von h2 hat das Gewicht G Hg =g⋅ρ Hg⋅(h1 −h2)⋅A , die Wassersäule G Wasser =g⋅ρWasser⋅(h3−h 2)⋅A G Wasser=G Hg ⇒ρHg⋅(h1 −h2 )=ρWasser⋅(h3−h 2) ⇔ 13,6 (h3 −h2 ) = ⇒ 1 (h1 −h2 ) Antwort A ist richtig. PHYSIKALISCHES PRAKTIKUM FÜR STUDIERENDE DER BIOLOGIE UND ZAHNMEDIZIN . – 35 – 30 Eine Schallwelle in Luft fällt senkrecht auf eine Wand und wird reflektiert. An der Wand entsteht dann ein Schwingungsknoten, der nächste Schwingungsknoten liegt a = 8 m von der Wand entfernt. Die Wellenlänge der Schwingung ist dann A. 8 m B. 16 m C. 32 m D. 64 m E. ohne Angabe der Frequenz nicht zu berechnen Lösung: Es bildet sich eine stehende Welle aus mit einem Schwingungsknoten an der „festen λ Wand“. Der nächste Schwingungsknoten ist dann 2 von der Wand entfernt. ⇒ λ =8m ⇒ λ=16m 2 Antwort B ist richtig. PHYSIKALISCHES PRAKTIKUM FÜR STUDIERENDE DER BIOLOGIE UND ZAHNMEDIZIN .
