2. Klausur 12/1 Physik LK - Lehrerseite von Wolfram Thom

Kollegstufe 2005/07
Klausur im Grundkurs Physik
am 12.1.06
Kurshalbjahr 12/1
1. Plattenkondensator
Ein Plattenkondensator mit quadratischen Platten der Kantenlänge 21cm und dem Plattenabstand 3,6cm
wird mit der Spannung 1,8kV aufgeladen und dann von der Spannungsquelle getrennt.
1.1 Wie ist die Kapazität eines Kondensators definiert und welche experimentell gefundene Beziehung
liegt dieser Definition zugrunde?
(3 BE)
1.2 Berechne die Kapazität und die Ladung des Kondensators.
(3 BE)
1.3 Nun wird der Plattenabstand des geladenen, von der Spannungsquelle getrennten Kondensators auf
4,6cm vergrößert. Welche Spannung herrscht dann zwischen den Platten?
(3 BE)
2. Millikanversuch
Der Physiker Robert Millikan bestimmte in langen Versuchsreihen die Ladung winzig kleiner
Öltröpfchen.
2.1 Beschreibe kurz wie die Ladung auf die Öltröpfchen aufgebracht werden kann.
(2 BE)
2.2 Erläutere, wie man die Messreihen mit den verschiedenen Tröpfchenladungen auswertet und
welche Folgerungen Millikan aus dieser Auswertung ziehen konnte.
(5 BE)
2.3 In einem Kondensator mit Plattenabstand 5,0 mm und Plattendurchmesser 3,0 cm wird ein
Öltröpfchen der Masse 4,8.10-12 g bei einer Spannung von 245 V in der Schwebe gehalten. Wie
viele Elementarladungen trägt dieses Tröpfchen?
(4 BE)
3. Bewegung von Ladungen in elektrischen Feldern
Aus einer Gühkathode treten Elektronen mit vernachlässigbarer
Anfangsgeschwindigkeit aus und werden durch die Spannung
U1=1,3kV auf die Geschwindigkeit v1 beschleunigt. Anschließend tritt
der Elektronenstrahl in das Feld eines Ablenkkondensators mit
Plattenabstand 5,0cm und Plattenlänge 12,0cm ein (siehe Abbildung).
An den Ablenkkondensator wird die Spannung U2=180V derart
angeschlossen, dass die Elektronen nach unten abgelenkt werden. Ein
y
dort leicht schräg aufgestellter Leuchtschirm erlaubt die Beobachtung
der Bahnkurve im Ablenkkondensator.
Die gesamte Anordnung ist evakuiert; die Gravitation kann vernachlässigt werden.
x
3.1
Berechne die Eintrittsgeschwindigkeit v1 der Elektronen.
(3 BE)
3.2
Leite die Gleichung für die Bahnkurve der Elektronen innerhalb des Plattenkondensators her.
Um welche mathematische Kurve handelt es sich hierbei? [Begründung]
(6 BE)
Unter welchem Winkel gegen die x-Achse verlassen die Elektronen den Plattenkondensator?
(4 BE)
3.3
Der Raum innerhalb des Plattenkondensators wird nun zusätzlich einem Magnetfeld der Flussdichte B
ausgesetzt. Die Richtung des Magnetfeldes wird so gewählt, dass die Lorentzkraft genau entgegen der
elektrischen Kraft wirkt.
3.4
Wie muss das Magnetfeld gerichtet sein?
(3 BE)
3.5
Berechne die Flussdichte B des Magnetfeldes so, dass die Elektronen den Plattenkondensator
geradlinig durchqueren. Erläutere deinen Ansatz kurz.
(4 BE)
(Σ = 40 BE)
Viel Erfolg!
Thom