Probeklausur Physik für Mediziner, WS 2007

Klausurtyp A
Abschlussklausur Physik für Mediziner, WS 2007/2008
11.4.2008
Bei folgenden Konstanten rechnen Sie bitte mit dem Klausurwert und nicht mit dem Literaturwert
Konstante
Lichtgeschwindigkeit im
Vakuum
Erdbeschleunigung
Elektr. Feldkonstante
Dichte von dest. Wasser
Elementarladung
Allg. Gaskonstante
spezifische Wärmekapazität
des Wassers
Avogadrozahl
Natürlicher Logarithmus von 2
Dekadischer Logarithmus v. 2
Umrechnung T Celsius /Kelvin
1.
A)
B)
C)
D)
E)
2.
A)
B)
C)
D)
E)
3.
A)
B)
C)
D)
E)
Symbol
Literaturwert
-1
Klausurwert
c
299792458 ms
3 · 108 ms-1
g
ε0
ρ(H20)
e
R
9.81 ms-2
8.854 AsV-1m-1
1000 kg m-3
1.602 · 10-19 As
8.314 Ws mol-1 K-1
10 ms-2
9 AsV-1m-1
1000 kg m-3
1.6 · 10-19 As
8 Ws mol-1 K-1
cH2O
4.186 J·g-1·K-1
4.2 J·g-1·K-1
N
ln2
lg2
T
6.022 · 1023 mol-1
0.693
0.301
0 ºC = 273,15 K
6 · 1023 mol
0.7
0.3
0 ºC = 273 K
-1
Die R-Zacke des EKGs beschreibt die Erregungsausbreitung der Aktionspotentiale im
Myokard der Herzkammern. Auf einem Bildschirm zur Messung des EKGs auf der
Intensivstation kann die Herzfrequenz aus dem Abstand zweier R-Zacken berechnet werden.
Der R-Zackenabstand betrage 6 cm, die Zeitauslenkung (im Praktikum auch Timebase, TB
genannt) betrage 50 ms/cm. Die Herzfrequenz der Patientin ist
30 Schläge/Minute
60 Schläge/Minute
120 Schläge/Minute
180 Schläge/Minute
200 Schläge/Minute
Im Rahmen einer Reizstromtherapie fließt ein Strom von 30 mA durch das Muskelgewebe.
Die angelegte Spannung beträgt 10 V. Der elektrische Leitwert ist definiert als der Kehrwert
des Widerstandes. Er hat die Einheit S(iemens). Wie groß ist der elektrische Leitwert des
Gewebes?
1 mS
2 mS
3 mS
4 mS
5 mS
Bei einem Probanden beträgt die Pulswellengeschwindigkeit in der Aorta etwa 5 m/s.
Wie lange dauert es etwa, bis die Pulswelle im Verlauf der Aorta 20 cm zurückgelegt hat?
5 ms
10 ms
20 ms
40 ms
50 ms
1/8
4.
A)
B)
C)
D)
E)
5.
A)
B)
C)
D)
E)
6.
A)
B)
C)
D)
E)
7.
A)
B)
C)
D)
E)
8.
A)
B)
C)
D)
E)
Bei einer älteren Patientin wird eine Hörminderung von 30 dB festgestellt, d. h. die
Hörschwelle liegt bei ihr 30 dB höher als beim Normalhörenden. Um welchen Faktor ist die
Schallintensität an der Schwelle bei ihr höher als bei Normalhörenden? (Denken Sie an die
Definition des Schallpegelmaßes).
10
100
1000
10000
30
In einem 5 cm langen, kreisförmigen Blutgefäss hat sich eine ausgedehnte 5 cm lange
atheriosklerotische Ablagerung gebildet. Dadurch wird der Durchmesser des Gefäßes
halbiert. Der Widerstand des Gefäßes ändert sich folgendermaßen:
steigt um den Faktor 2
steigt um den Faktor 16
sinkt um den Faktor 2
sinkt um den Faktor 8
sinkt um den Faktor 16
Zu diagnostischen Zwecken wird einem Patient ein radioaktives Isotop mit einer Aktivität von
200000 Bequerel und einer Halbwertszeit von 8 Stunden gespritzt. Unter der Annahme, dass
der Patient nicht auf die Toilette geht, beträgt die Gesamtaktivität nach einem Tag etwa
10000 Bequerel
25000 Bequerel
50000 Bequerel
75000 Bequerel
100000 Bequerel
Durch eine Vene strömt Blut laminar mit einer Volumenstromstärke I1 = 10,0 cm3/s. Der
Radius der Vene ist r1 = 10 mm. Durch eine thrombolytisch bedingte Ablagerung verringert
sich der Radius der Vene auf r2 = 5 mm. Alle anderen Parameter (Druckdifferenz, Länge,
Temperatur etc.) bleiben konstant. Wie groß ist ungefähr die Volumenstromstärke nach der
Verengung der Vene?
8,0 cm3/s
2,0 cm3/s
0,6 cm3/s
0,1 cm3/s
0,05 cm3/s
Die Plasmamembran einer Zelle wirkt wie ein Plattenkondensator. Die Oberfläche von 1000
µm2 habe eine Kapazität von 10 pF. Der Plattenkondensator sei ungeladen und die
Membranspannung sei 0 mV. Wie viele Kalium-Ionen müssen ungefähr von der einen Seite
der Plasmamembran auf die andere transportiert werden, um eine Spannungsänderung von
80 mV zu bewirken?
0.5 ·103
0.5 ·104
0.5 ·106
0.5 ·107
0.5 ·109
2/8
9.
A)
B)
C)
D)
E)
10.
A)
B)
C)
D)
E)
11.
Bei einem Ultraschallscan sendet der Schallkopf einen kurzen Ultraschallimpuls aus und
empfängt dessen Echos. Etwa wie weit vom Schallkopf entfernt befindet sich eine
ultraschallreflektierende Grenzfläche im Körper bei einer Laufzeit vom Schallkopf zu ihr und
zurück von insgesamt 10 µs und einer Schallgeschwindigkeit von etwa 1500 m/s?
7,5 mm
15 mm
30 mm
60 mm
150 mm
Eine Patientin mit einem Leberkarzinom erhält eine Injektion mit einem α-Strahler. Ein αStrahler emittiert im Wesentlichen
Elektronen
Heliumkerne
Neutronen
Photonen
Positronen
A)
B)
C)
D)
E)
Ein Gegenstand wird mit Hilfe einer Sammellinse mit der Brechkraft D = 5 dpt, die sich im
Abstand g = 100 cm befindet, abgebildet. Sein Bild ist
virtuell und verkleinert
virtuell und vergrößert
reell, aufrecht und vergrößert
reell, umgekehrt und gleich groß
reell, umgekehrt und verkleinert
12.
A)
B)
C)
D)
E)
Wenn man die drei Brüche 4/5, 3/7 und 2/35 addiert so erhält man:
9/7
24/35
11/7
13/5
9/47
13.
Zur Vorbereitung eines Konzerts wird an einem bestimmten Ort im Konzertsaal eine
Lautstärke LSt von 83 phon für einen Testton gemessen. Nun wird die Intensität des Testtons
verdoppelt. Welche Lautstärke ergibt sich jetzt am Messort?
70 phon
73 phon
86 phon
93 phon
166 phon
A)
B)
C)
D)
E)
14.
A)
B)
C)
D)
E)
Auf dem Ausdruck eines EKGs finden sich 30 R-Zacken (= Herzschläge) in 25 Sekunden. Die
Herzfrequenz beträgt:
36 Schläge pro Minute
48 Schläge pro Minute
56 Schläge pro Minute
72 Schläge pro Minute
84 Schläge pro Minute
3/8
15.
A)
B)
C)
D)
E)
16.
A)
B)
C)
D)
E)
17.
A)
B)
C)
D)
E)
18.
A)
B)
C)
D)
E)
19.
A)
B)
C)
D)
E)
20.
A)
B)
C)
D)
E)
Welcher Schweredruck ergibt sich für Blut in den Gefäßen in Beckenhöhe, wenn die Distanz
zum Kopf etwa 1m beträgt, und die Dichte des Blutes mit 1,1 kg/dm3 angenommen wird?
1,1 Pa
11 Pa
110 Pa
1100 Pa
11000 Pa
Die Nervenleitgeschwindigkeit einer markhaltigen Nervenfaser betrage 80 m/s. Bei einer 180
cm großen Person mit durchschnittlicher Armlänge werde die Nervenfaser, die den Daumen
innerviert, kurz unterhalb des Schultergelenkes elektrisch gereizt. Schätzen Sie ab, nach
welcher Zeit etwa der Daumen zuckt.
nach 10 s
nach 6 s
nach 500 ms
nach 6 ms
nach 5 µs
Sie verringern bei einem mathematischen Pendel mit der Schwingungsdauer T1 die Pendelmasse auf die Hälfte. Wie groß ist die neue Schwingungsdauer T2?
T 2 = T1
T2 = 1/2 ⋅ T1
T2 = 2 ⋅ T1
T2 = 4 ⋅ T1
T2 = 1/4 ⋅ T1
Welche Aussage trifft zu?
Ultraschall unterscheidet sich von hörbarem Schall wesentlich durch eine größere
Ausbreitungsgeschwindigkeit
Schwingungsdauer
Frequenz
Wellenlänge
Wechseldruckamplitude
Eine bikonvexe Linse mit einem Brechungsindex n = 1.41 wird in Benzol mit n = 1.53
getaucht. Wie ändert sich die Brechkraft der Linse, verglichen mit ihrer Brechkraft in Luft?
die Brechkraft wird negativ
die Brechkraft verschwindet
die Brechkraft wird kleiner, bleibt aber positiv
die Brechkraft bleibt gleich
die Brechkraft wird größer
Mit Hilfe eines Mikroskops soll ein zelluläres Objekt vermessen werden. Das Objekt erscheint
mit einer Länge von 12 Skalenteilen auf der Skala des Okularmikrometers. Zuvor wurde das
Okularmikrometer mit einem Objektmikrometer geeicht, wobei für 48 Skalenteile eine Länge
von 0,80·10-2 mm abgelesen wurde. Wie lang ist das Objekt?
0,2 mm
2 mm
0.08 mm
2 µm
8 µm
4/8
21.
A)
B)
C)
D)
E)
22.
A)
B)
C)
D)
E)
23.
A)
B)
C)
D)
E)
24.
Eine weitsichtige Person kann Gegenstände, die weniger als 50 cm vom Auge entfernt sind,
nicht mehr scharf sehen. Berechnen Sie die Mindest-Brechkraft einer Brillenlinse, die es ihr
ermöglicht, in der deutlichen Sehweite eine Zeitung zu lesen. Der Abstand Brille - Auge ist zu
vernachlässigen.
1 dpt
2 dpt
3 dpt
0,5 dpt
5 dpt
Zwei dünne Linsen, von denen jede eine Brechkraft von 2,5 dpt besitzt, stehen dicht
hintereinander (Abstand der Linsen vernachlässigen). Die Brennweite des Linsensystems
beträgt dann
f = 2 cm
f = 4 cm
f = 50 cm
f = 0,2 m
f=5m
Führen Sie folgendes Gedankenexperiment durch:
Sie haben eine Linse mit einer Brechkraft von +4 Dioptrien und sollen bei einer Gegenstandsweite von 10 cm, 15 cm, 20 cm, 25 cm, 30 cm und 35 cm einen Gegenstand auf einem Schirm
abbilden. Bei welcher oder welchen Gegenstandsweiten erhalten Sie ein scharfes Bild?
nur bei 25 cm
bei 15 cm, 20, cm, 25 cm
bei 30 cm, 35 cm
nur bei 35 cm
bei 10 cm, 15 cm, 20 cm
A)
B)
C)
D)
E)
Der Brennwert von Kohlehydraten beträgt etwa 20 kJ/g. Wie hoch könnte mit dem
Energieinhalt von 100 g Kohlehydraten eine Masse von 100 kg angehoben werden
(vollständige Umwandlung in mechanische Energie vorausgesetzt)?
0,02 m
0,2 m
2m
200 m
2000 m
25.
A)
B)
C)
D)
E)
Welche der folgenden Aussagen zu Mechanismen der Wärmeübertragung ist richtig?
Isolatoren sind gute Wärmeleiter.
Wärmeleitung geschieht nur in Festkörpern.
Wärmestrahlung kann durch Vakuum verhindert werden.
Konvektion kann durch Verspiegelung des Dewargefäßes vermindert werden.
Konvektion ist mit Materietransport im Fluid verknüpft
26.
Zur Erwärmung eines Kalorimeters von 16 °C auf 52 °C braucht man 7,2 kJ.
Welchen Wert hat die Wärmekapazität des Kalorimeters?
36 J/K
200 J/K
360 J/K
720 J/K
2000 J/K
A)
B)
C)
D)
E)
5/8
27.
A)
B)
C)
D)
E)
Es werden 300 mL Wasser der Temperatur 40 °C und 100 mL Wasser der Temperatur
100 °C miteinander vermischt. (Sowohl die durch das Rühren zugeführte Energie als auch die
Wärmeabgabe des Wassers an andere Materialien sei vernachlässigbar klein.)
Welche Wassertemperatur ergibt sich?
45 °C
55 °C
65 °C
75 °C
80 °C
28.
Welchen Wert hat die elektrische Stromstärke durch den 25 Ω-Widerstand?
U = 15 V
A)
B)
C)
D)
E)
0,06 A
0,6 A
3A
30 mA
300 mA
50 Ω
25 Ω
50 Ω
29.
A)
B)
C)
D)
E)
30.
A)
B)
C)
D)
E)
31.
A)
B)
C)
D)
E)
Wie groß ist die Klemmspannung einer Nervenzelle, die eine Urspannung von 80 mV erzeugt
und Ionenkanäle besitzt, die einen Innenwiderstand von 100 kΩ haben? Es fließt ein Strom
von 80 nA.
88 mV
80 mV
8 mV
72 mV
10,8 mV
Ein 50 cm langer dünner Metalldraht (spezifischer Widerstand ρ bei 20oC: 1,6·10-8 Ωm) hat
eine Querschnittsfläche von 10·10-8 m2. Wie groß ist die Stromstärke, wenn 16 mV
Gleichspannung angelegt wird?
20 A
2A
0.2 A
20 mA
2 mA
Ein Kondensator mit der Kapazität 20 µF wird über einen 50 kΩ-Widerstand entladen.
Nach welcher Zeit (Zeitkonstante τ) ist die Kondensatorspannung auf ein e-tel (=1/e, also auf
etwa das 0,37fache) abgesunken?
10 s
1s
1 ms
100 µs
10 µs
6/8
32.
A)
B)
C)
D)
E)
33.
A)
B)
C)
D)
E)
34.
A)
B)
C)
D)
E)
35.
A)
B)
C)
D)
E)
36.
Die Steigung einer linearen Funktion mit der Ordinate Strom (I = Y) und der Variablen
Spannung (U = X) entspricht
einer Urspannung U0
einer Kapazität C
einem Widerstand R
einer Feldstärke E
einem Leitwert G
Wie viele zweiwertige Ladungsträger (z. B. Ca2+) werden pro Sekunde bei einem gemessenen
Stromfluss von 16 pA über eine Zellmembran transportiert?
0.5 · 106 Ladungsträger
2 · 10-7 Ladungsträger
5 · 107 Ladungsträger
5 · 10-8 Ladungsträger
2 · 107 Ladungsträger
Welche der nachstehenden Aussagen trifft nicht zu?
Die Temperatur
ist eine Energieform.
kann sowohl in Celsius als auch in Kelvin angegeben werden.
ist eine der Größen, von denen der Aggregatzustand eines Stoffes abhängt.
ist eine Zustandsgröße.
kann mit Hilfe einer Widerstandsmessung ermittelt werden.
Luft mit einer Temperatur von -3 ºC wird eingeatmet und erwärmt sich bis zum Ausatmen
auf 27 ºC. Das Volumen wird als konstant angenommen. Welche der folgenden Beziehungen
gibt in etwa den Druck in der Lunge beim Ausatmen an?
P27 ≈ 0,1 · Po
P27 ≈ 0,5 · Po
P27 ≈ 0,9 · Po
P27 ≈ 1,1 · Po
P27 ≈ 9,0 · Po
Ein ideales Gas wird von seinem Ausgangsvolumen V1 auf ein Zehntel des Volumens (V2 =
0.1·V1) komprimiert. Die dazu nötige Arbeit W kann durch folgende Gleichung (nach
entsprechenden Umformungen) berechnet werden:
W = C ⋅ lg
A)
B)
C)
D)
E)
V1
V2
Dabei beträgt die Konstante C=4,5·106 J. Wie groß ist etwa die aufgewendete Arbeit?
4,5 kJ
4,5 MJ
45 kJ
45 MJ
90 MJ
7/8
37.
Die folgenden drei Diagramme zeigen für ein ideales Gas jeweils den Zusammenhang
zwischen zwei der Zustandsgrößen Druck (p), Volumen (V) und Temperatur (T in Kelvin) bei
konstant gehaltener dritter Größe.
Welche der Zeilen (A) bis (E) gibt hierfür drei richtige Beziehungen an
(Das Zeichen ~ steht für “ist (direkt) proportional zu”)
A)
B)
C)
D)
E)
p ~ 1/V
p ~ 1/V
p~V
p~V
p~V
38.
Eine Schallwelle der Frequenz 500 Hz pflanzt sich in Wasser und in Luft fort. Die
Schallgeschwindigkeit beträgt in Luft etwa 300 m/s und in Wasser etwa 1500 m/s.
Welche Aussage über die Wellenlängen in Wasser (λW) und Luft (λL) trifft zu?
λL/λW = 0.2
λL/λW = 0.6
λL/λW = 1.0
λL/λW = 1.6
λL/λW = 5.0
A)
B)
C)
D)
E)
39.
A)
B)
C)
D)
E)
40.
A)
B)
C)
D)
E)
V ~ 1/T
V~T
V ~ 1/T2
V ~ 1/T
V~T
p ~ 1/T
p~T
p ~ 1/T2
p ~ 1/T
p~T
Zur Charakterisierung der beim radioaktiven Zerfall auftretenden ionisierenden Strahlen (α,
β, γ) wird häufig das Elektronenvolt (in keV oder MeV) verwendet. Die Einheit
Elektronenvolt ist die Einheit der
Energiedosis
Energie
Ionendosis
Ladung
Spannung
Ordnen Sie die folgenden elektromagnetischen Wellen nach ihrer Wellenlänge.
1) weiche Röntgenstrahlung λ1
2) γ-Strahlung λ2
3) sichtbares Licht λ3
4) Radiokurzwellen λ4
5) Infrarotstrahlung λ5
λ3 < λ5 < λ4 < λ2 < λ1
λ1 < λ2 < λ3 < λ4 < λ5
λ5 < λ1 < λ2 < λ3 < λ4
λ5 < λ4 < λ3 < λ1 < λ2
λ2< λ1 < λ3 < λ5 < λ4
8/8