Physikklausur 12eA 0,5

Physikklausur 12eA
07.11.2022
Name:
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Bearbeitungszeit: 90 Minuten
Hilfsmittel: GeoGebra CAS, Formelsammlung
Aufgabe 1
In dieser Aufgabe soll ein Experiment zur Bestimmung der Kapazität von Kondensatoren sowie die
Entladung von Kondensatoren betrachtet werden.
1.1 Beschreiben Sie in Text und Skizze ein Experiment, mit dem man die Kapazität eines
Kondensators bestimmen kann.
1.2 Für einen Kondensator, der mit der Spannung von 6,0 𝑉 aufgeladen wurde, misst man die
Ladung 507 μC.
Berechne die Kapazität des verwendeten Kondensators.
Nennen Sie zwei Möglichkeiten, um die Kapazität von Kondensatoren zu vergrößern.
1.3 Ein anderer Kondensator der Kapazität 𝐶 wird über einen Widerstand 𝑅 entladen. In einem
Experiment wir der zeitliche Verlauf der Stromstärke bei diesem Entladevorgang gemessen. Die
Messergebnisse sind in M1 dargestellt.
Zeichnen Sie mithilfe von M1 ein t-I-Diagramm.
Ermitteln Sie aus dem t-I-Diagramm die Halbwertszeit für diesen Entladevorgang, wobei du deinen
Lösungsweg dokumentierest.
1.4 In einem weiteren Versuch wird die Kapazität des Kondensators verdoppelt. Die Spannung, mit
welcher der Kondensator geladen wurde, und der Widerstand bleiben unverändert.
Formulieren Sie eine begründete Hypothese bezüglich des Einflusses der Kapazität 𝐶 auf die
Halbwertszeit.
Aufgabe 2
In dieser Aufgabe soll das elektrische Feld eines Plattenkondensators untersucht werden.
2.1 In M2 ist ein horizontal ausgerichteter Plattenkondensator schematisch dargestellt.
Skizzieren Sie in M2 die Feldlinien zwischen den Platten entstehenden elektrischen Feldes.
2.2 In einem Messversuch wird für verschiedene Spannungen 𝑈 die in M3 angegebene
Feldstärke𝐸 gemessen.
Ermitteln Sie einen funktionalen Zusammenhäng 𝐸 = 𝑓(𝑈) und dokumentieren Sie dabei ihr
Vorgehen in der aus dem Unterricht bekannten Form.
2.3 Es soll jetzt das homogene Elektrische Feld des in M4 dargestellten Plattenkondensators
betrachtet werden (die kleine Öffnung in der linken Platte kann vernachlässigt werden). Zwischen
den beiden Kondensatorplatten wird die Spannung 𝑈 angelegt.
Für die Geschwindigkeit eines Elektrons (Ladung 𝑒 , Masse 𝑚𝑒 ) , das sich von der linken zur rechten
2𝑒𝑈
Platte bewegt, gilt beim Erreichen der Platte die Gleichung 𝑣 = √ 𝑚 .
𝑒
Leite die angegebene Gleichung für die Geschwindigkeit eines Elektrons her.
Berechne die Geschwindigkeit für 𝑈 = 0,48 𝑘𝑉 .
2.4 Es werden jetzt nacheinander Elektronen, Protonen und Neutronen in Pfeilrichtung mit einer
konstanten Geschwindigkeit 𝑣0 geschossen, die dann durch die kleine Öffnung in das homogene
elektrische Feld des Plattenkondensators eintreten (M4).
Vergleiche das Verhalten der Elektronen, Protonen und Neutronen hinsichtlich Flugbahn und
Geschwindigkeit nach Eintritt in das homogene elektrische Feld des Plattenkondensators (siehe M4).
Material:
M1: zeitlicher Verlauf der Stromstärke bei einer Kondensatorentladung
Zeit 𝑡 in 𝑠
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
Stromstärke 𝐼 in μ𝐴
90,9
72,0
55,3
42,6
33,4
25,8
20,0
15
12
9,4
7,3
5,7
M2: schematische Darstellung eines horizontalen Plattenkondensators
−
+
M3: elektrische Feldstärke 𝐸 in Abhängigkeit von der Spannung 𝑈 bei einem Plattenkondensator
𝑈 In 𝑉
𝐸 In
𝑘𝑁
𝐶
0
204
397
540
744
973
1240
0
2,43
4,66
6,22
8,91
11,46
14,57
M4: Anordnung für die Aufgaben 2.3 und 2.4
+
-