Probeklausur Physik für Mediziner, WS 2007

Übungsklausur D Physik für Mediziner
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
Symbol
Literaturwert
Klausurwert
c
299792458 ms-1
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-1
0.7
0.3
0 ºC = 273 K
1.
A)
B)
C)
D)
E)
Eine Kraft von 1 N beschleunigt eine Masse von
1 kg mit 9,81 m/s2
1 kg mit 1 m/s2
1 kg mit 1 cm/s2
1 g mit 981 cm/s2
9.81 kg mit 1 m/s2
2.
A)
B)
C)
D)
Eine Patientin erhält zur Diagnosestellung eine Injektion mit einem β+-Strahler. Außerhalb
des Körpers wird dann folgende Strahlungsart detektiert:
Elektronen
Heliumkerne
Neutronen
Positronen
E)
γ-Quanten
3.
A)
B)
C)
D)
E)
Was ist die Einheit für Energie?
W
J·s-1
kg · m · s-1
kg · m · s-2
Ws
4.
Im Rahmen einer Reizstromtherapie fließt ein Strom von 10 mA durch das Muskelgewebe.
Die angelegte Spannung beträgt 20 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?
0.2 mS
0.5 mS
1 mS
2 mS
5 mS
A)
B)
C)
D)
E)
1/9
5.
A)
B)
C)
D)
E)
6.
A)
B)
C)
D)
E)
7.
A)
B)
C)
D)
E)
8.
A)
B)
C)
D)
E)
9.
A)
B)
C)
D)
E)
10.
A)
B)
C)
D)
E)
Bei einem Probanden beträgt die Pulswellengeschwindigkeit in der Aorta etwa 6 m/s.
Wie lange dauert es etwa, bis die Pulswelle im Verlauf der Aorta 15 cm zurückgelegt hat?
50 ms
40 ms
25 ms
15 ms
5 ms
Die Steigung einer linearen Funktion mit der Abszisse Strom (I = X) und der Ordinate
Spannung (U = Y) entspricht
einer Urspannung U0
einer Kapazität C
einem Widerstand R
einer Feldstärke E
einem Leitwert G
Die Nervenleitgeschwindigkeit einer Nervenfaser betrage 10 m/s. Der Nerv werde kurz
unterhalb der Schulter elektrisch gereizt. Schätzen Sie ab, nach welcher Zeit der Daumen
etwa zuckt, wenn das Aktionspotential eine Weglänge von etwa 50 cm zurücklegen muss.
nach 2 µs
nach 50 µs
nach 2 ms
nach 20 ms
nach 50 ms
Der Durchmesser eines Blutgefäßes wird durch eine Obstruktion von 10 mm auf 5 mm
vermindert. Der Widerstand des Gefäßes ändert sich folgendermaßen:
steigt um den Faktor 2
steigt um den Faktor 4
steigt um den Faktor 8
steigt um den Faktor 16
steigt um den Faktor 64
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 4 cm, die Zeitauslenkung (im Praktikum auch Timebase, TB
genannt) betrage 100 ms/cm. Die Herzfrequenz der Patientin ist
240 Schläge/Minute
150 Schläge/Minute
100 Schläge/Minute
40 Schläge/Minute
25 Schläge/Minute
Bei einer Ultraschalluntersuchung befindet sich im Weg zwischen Schallkopf und Herz ein
Rippenknochen. Was ist der (hauptsächliche) Grund, dass sich kein verwertbares Bild
ergibt?
Absorption des Ultraschalls im Knochen
Reflexion des Ultraschalls am Gewebe-Knochen-Übergang
Streuung des Ultraschalls im Knochen
Ultraschall-Resonanz im Knochen
Verfälschung durch Ultraschall-Doppler-Effekte
2/9
11.
Welchen Wert hat die elektrische Stromstärke durch einen der 50 Ω-Widerstände?
U = 10 V
A)
B)
C)
D)
E)
0,1 A
0,15 A
0,2 A
0,3 A
0,4 A
50 Ω
25 Ω
50 Ω
12.
A)
B)
C)
D)
E)
13.
Die Wellenlänge des Ultraschalls (US) bestimmt wesentlich das Auflösungsvermögen bei der
US-Diagnostik. Die Schallgeschwindigkeit im Gewebe beträgt etwa 1500 m·s-1. Schallwellen
mit einer Frequenz von 3 MHz haben dann eine Wellenlänge von etwa
2 • 10-6 m
500 • 10-6 m
50 • 10-4 m
5 • 10-3 m
2 • 10-3 m
Die Höhendifferenz in den Schenkeln eines mit Quecksilber (Dichte=14 g/cm 3) gefüllten URohrmanometers, wie es auch zur Blutdruckmessung verwendet wird, beträgt 10 cm. Etwa
welche Druckdifferenz P2 – P1 zeigt das Manometer an?
P2
A)
B)
C)
D)
E)
14000 Pa
1400 Pa
140 Pa
14 Pa
1,4 Pa
P1
h
14.
A)
B)
C)
D)
E)
Durch eine Vene strömt Blut laminar mit einer Volumenstromstärke I1 = 4,0 cm3/s. Der
Radius der Vene ist r1 = 4 mm. Durch eine medikamentöse Gefäßerweiterung vergrößert sich
der Radius der Vene auf r2 = 8 mm. Alle anderen Parameter (Druckdifferenz, Länge,
Temperatur etc.) bleiben konstant. Wie groß ist ungefähr die Volumenstromstärke nach der
Erweiterung der Vene?
2,0 cm3/s
8,0 cm3/s
16,0 cm3/s
64,0 cm3/s
96,0 cm3/s
3/9
15.
A)
B)
C)
D)
E)
Die menschliche Stimme erzeugt in normalen Gesprächston eine Lautstärke LSt von etwa 55
phon. Welche Lautstärke ergibt sich, wenn 2 Personen gleichzeitig reden?
52 phon
58 phon
61 phon
65 phon
75 phon
16.
Unter welcher Bedingung wird ein Gegenstand durch eine Linse gleich groß und reell
abgebildet? (g=Gegenstandsweite, b=Bildweite, f=Brennweite)
A)
B)
C)
D)
E)
g = b = 2f
g = b = 1½ f
g=b=f
g=b=¼f
g=b=½f
17.
In 1 m Abstand zu einem starken radioaktiven Präparat (γ-Strahler) wird mit einem
Szintillationszähler eine hohe Impulszahl in der Minute gemessen. Sie bewegen den Zähler
auf eine Entfernung von 3 m zum Präparat. Wie groß ist dann etwa die Impulszahl pro
Minute im Vergleich zur zuvor Gemessenen? (Der Nulleffekt kann vernachlässigt werden.)
1/3
1/6
1/9
1/12
1/16
A)
B)
C)
D)
E)
18.
A)
B)
C)
D)
E)
19.
A)
B)
C)
D)
E)
20.
A)
B)
C)
D)
E)
Die Wechselwirkung elektromagnetischer Strahlung mit lebenden Systemen hängt wesentlich
von der Quantenenergie ab. Diese Energie ist
direkt proportional zur Wellenlänge des Lichts.
umgekehrt proportional zur Frequenz des Lichts.
proportional zur Frequenz des Lichts.
abhängig von der Intensität des Lichts.
unabhängig von der Wellenlänge des Lichts.
Ein schwingungsfähiges System (z.B. Fadenpendel, elektrischer Schwingkreis) führt eine
(schwach) gedämpfte Schwingung aus. Dann gilt:
die Frequenz nimmt linear ab.
die Wellenlänge verringert sich linear.
die Frequenz nimmt exponentiell ab.
die Amplitude nimmt exponentiell ab.
die Amplitude nimmt linear ab.
Zu diagnostischen Zwecken wird einem Patienten ein radioaktives Isotop mit einer Aktivität
von 800 MBq mit einer Halbwertszeit TH gespritzt. Wie viele Halbwertszeiten TH müssen
mindestens vergehen, damit vor der Entlassung die Gesamtaktivität kleiner als 0.1% (= 1
Promille) ist?
2·TH
5·TH
8·TH
10·TH
14·TH
4/9
21.
A)
B)
C)
D)
E)
Bei einer bestimmten Schallintensität eines Tones wird ein effektiver Schall(wechsel)druck p1
gemessen. Dann wird die Intensität des Tones verdoppelt. Wie groß ist entsprechend der
effektive Schall(wechsel)druck p2 bei ansonst gleichen Bedingungen?
p2 = 1/2 • p1
p2 = 2 • p1
p2 = (1/ 2 ) • p1
p2 = 2 •p1
p2 = 4 • p1
22.
A)
B)
C)
D)
E)
Wie groß ist etwa die Schallgeschwindigkeit im Knochen?
330 m s-1
3 • 108 m s-1
1500 m s-1
5000 m s-1
15 • 108 m s-1
23.
A)
B)
C)
D)
E)
Ein normalsichtiges Auge hat eine Brechkraft von etwa 53 Dioptrien. Bei einem kurzsichtigen
Patienten wird eine Brechkraft von 57 Dioptrien gemessen. Wie groß muss die Brennweite
einer Korrekturlinse sein?
4m
40 cm
-40 cm
-25 cm
25 cm
24.
A)
B)
C)
D)
E)
Beim Mikroskop erzeugt das Objektiv ein
gleich großes reelles Bild
verkleinertes virtuelles Bild
vergrößertes virtuelles Bild
vergrößertes reelles Bild
verkleinertes reelles Bild
25.
Welcher der gezeigten Strahlengänge gibt den Weg eines Lichtstrahls durch eine
planparallele Glasplatte richtig wieder?
1
A)
B)
C)
D)
E)
2
3
4
5
Strahl 1
Strahl 2
Strahl 3
Strahl 4
Strahl 5
Glasplatte
5/9
26.
A)
B)
C)
D)
E)
27.
A)
B)
C)
D)
E)
28.
A)
B)
C)
D)
E)
29.
A)
B)
C)
D)
E)
30.
A)
B)
C)
D)
E)
Für die transösophagale Echokardiographie wurden Schallköpfe mit Frequenzen von 3,5 bis
9,0 MHz entwickelt. Bei gleicher Intensität und höherer Frequenz ist gegenüber niedriger
Frequenz
das Auflösungsvermögen im Nahfeld geringer
das Auflösungsvermögen im Fernfeld geringer
die Eindringtiefe ins Gewebe besser
die Wellenlänge des Schalls größer
die Absorption im Gewebe größer
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
In einem unverzweigten Abschnitt eines Blutgefäßes befindet sich eine Stenose. Der
Durchmesser ist dort (bei jeweils kreisförmiger Querschnittsfläche) von 10 mm auf 5 mm
verengt. Das Blut ist als inkompressibel anzusehen. Im Blutgefäß vor und nach der Stenose
beträgt die mittlere Strömungsgeschwindigkeit 0,1 m/s. Wie groß ist sie in der Stenose?
0,8 m/s
0,4 m/s
0,2 m/s
0,1 m/s
0,05 m/s
Die Membran einer biologischen Zelle besitzt zunächst eine spezifische elektrische Kapazität
von 0,9 µF/cm2. Nach einer Phasenumwandlung in der Membran und veränderter Anordnung
der Lipidmoleküle ist die Dicke der Membran um 20% vergrößert und die Dielektrizitätszahl
um 20% vermindert. Wie groß ist jetzt die spezifische elektrische Kapazität, wenn man die
Membran idealisiert als Plattenkondensator betrachtet?
0,2 µF/cm2
0,4 µF/cm2
0,48 µF/cm2
0,6 µF/cm2
1,0 µF/cm2
Die Länge zwischen zwei Einschnürungen einer Nervenfaser ist etwa 1·10-3 m. Das Axon hat
eine Innenquerschnittsfläche von 6·10-11 m2. Der spezifischer elektrischer Widerstand
des Materials im Axon beträgt etwa 0,6 Ω·m. Das Axoninnere ist durch das Axolemm und die
Myelinscheide vom Außenraum isoliert.
Etwa wie groß ist der elektrische Widerstand im Axon über die Länge des Internodiums?
109 Ω
108 Ω
107 Ω
106 Ω
105 Ω
6/9
31.
A)
B)
C)
D)
E)
Der osmotische Druck einer vollständig dissoziierten Kochsalzlösungen soll für eine
Temperatur von 30 ºC mit dem bei 0 ºC verglichen werden. Wie groß ist etwa der Quotient
der osmotischen Drücke Π30ºC/Π0ºC ?
2,5
1,1
0,9
0,7
0,5
32.
A)
B)
C)
D)
E)
Von den folgenden Teilchen hat die kleinste Ruhemasse das
α-Teilchen
Elektron
Neutron
Proton
Deuteron
33.
Die Konzentration der (freien) Magnesium-Ionen sei auf den Außenseite einer Zellmembran
ca = 2 mmol/L und auf der Innenseite ci = 1 mmol/L. Das Gleichgewichtspotential für Mg2+ ist
die innen gegen außen bestehende transmembranäre elektrische Spannung, die sich einstellen
würde, wenn die Zellmembran ausschließlich für Mg2+ durchlässig wäre:
E
A)
B)
C)
D)
E)
34.
A)
B)
C)
D)
E)
35.
A)
B)
C)
D)
E)
c
= 30 mV ⋅ lg a
c
Mg 2 +
i
Diese Gleichung ergibt sich aus der Nernst-Gleichung für zweiwertige Kationen bei etwa
30ºC. Wie groß wäre das Gleichgewichtspotential für Mg2+.
- 9 mV
- 30 mV
+ 9 mV
+ 30 mV
+ 90 mV
Wie viele zweiwertige Ladungsträger (z. B. Ca2+) werden pro Sekunde bei einem gemessenen
Stromfluss von 9,6 pA über eine Zellmembran transportiert?
1 • 106 Ladungsträger
2 • 106 Ladungsträger
1 • 107 Ladungsträger
2 • 107 Ladungsträger
3 • 107 Ladungsträger
Relativ weiche Röntgenstrahlung, wie sie z.B. in der Röntgendiagnostik auftritt, soll durch ein
spezielles Gewebe mit einer Halbwertsschichtdicke (HWS) von 0,5 mm so abgeschirmt
werden, dass höchstens 1% der Strahlung durchgelassen werden. Wie viele
Halbwertsschichtdicken müssen dazu verwendet werden?
4 HWS
5 HWS
6 HWS
7 HWS
8 HWS
7/9
A)
B)
C)
D)
E)
37.
A)
B)
C)
D)
E)
38.
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
30
100
900
1000
Die Membran einer Zelle habe eine Kapazität von 100 pF. Die Kanäle der Zelle mit einem
Gesamtwiderstand von 10 kΩ werden durch ein Stimulans alle geöffnet, so dass ein
Ladungsausgleich eintritt. In welcher charakteristischen Zeit (Zeitkonstante τ) entlädt sich
die Membrankapazität?
1s
0,1 s
1 ms
100 μs
1 μs
Welche der in der Abbildung dargestellten Strom-Spannungs-Kennlinien repräsentiert einen
Ohmschen Widerstand von 4 kΩ?
Kennlinie A
Kennlinie B
Kennlinie C
Kennlinie D
Kennlinie E
Strom I in mA
36.
50
A
B
C
D
40
30
E
20
10
0
0
39.
A)
B)
C)
D)
E)
200
400
600
800
1000
Spannung U in V
Der Brennwert von Kohlehydraten beträgt etwa 20 kJ/g. Wie hoch könnte mit dem
Energieinhalt von 10 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
8/9
40.
A)
B)
C)
D)
E)
Sie halbieren bei einem mathematischen Pendel mit der Schwingungsdauer T1 die Pendellänge. Wie groß ist die neue Schwingungsdauer T2?
T2 = T1
T2 = (1/ 2 ) • T1
T2 = 2 • T1
T2 = 2 • T1
T2 = 1/2 • T1
9/9