K12 I - 2. Klausur - Hans-Carossa

K12
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LK Physik
2. Klausur
am 24.01.2005
1. Magnetische Influenz
Was versteht man unter dem Phänomen „Magnetische Influenz“ ? Wie kann man
dieses Phänomen mit Hilfe einer geeigneten Modellvorstellung erklären ?
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2. Elektrische Spannung
Berechnen Sie die elektrische
Spannung UAB zwischen
den Punkten A und B ?
( Q1 = 30 nC , Q2 = 60 nC )
3. Feldenergie im Plattenkondensator
Ein Plattenkondensator ( Plattenabstand d , Kapazität C = 0,13 nF ) ist dauerhaft an
eine Spannungsquelle U = 25 kV angeschlossen.
Die Platten werden von d = 3,0 cm auf 2  d auseinander gezogen, dabei ändert sich
der Energieinhalt des Kondensators und Ladungen werden in die Spannungsquelle
„zurückgepumpt“.
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Berechnen Sie, wie viel Energie bei diesem Vorgang in die Spannungsquelle
zurückgespeist wird und welche mechanische Arbeit hierzu aufzuwenden ist.
4. Das Experiment von Millikan
Robert A. Millikan gelang der Nachweis des quantenhaften Charakters der
elektrischen Ladung. Der Auftrieb der Tröpfchen in Luft soll vernachlässigt werden.
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a) Skizzieren und erläutern Sie kurz das Prinzip der Versuchsanordnung.
Wie können die kleinen Öltröpfchen erzeugt werden ? Wodurch werden sie
elektrisch geladen ?
Nach der sogenannten „Gleichfeldmethode“ sinkt ein negativ geladenes Öltröpfchen
zunächst ohne elektrisches Feld infolge der Luftreibungskraft Fr mit der konstanten
Geschwindigkeit v1. Die Luftreibungskraft Fr lässt sich nach dem Gesetz von Stokes
berechnen. Nach dem Einschalten eines kleines homogenen elektrischen Feldes,
dessen Feldstärke die gleiche Richtung wie die Gravitationsfeldstärke hat, sinkt das
Tröpfchen mit der konstanten Geschwindigkeit v2, wobei gilt: v2 < v1 .
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b) Stellen Sie in je einer Skizze die angreifenden Kräfte dar und geben Sie für beide
Fälle das Kräftegleichgewicht in Form je einer Gleichung an, die den
Tröpfchenradius r, die Tröpfchenladung q, die Dichte des Öls sowie weitere
Messgrößen und Konstanten enthält.
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c) Zeigen Sie, dass zwischen der Tröpfchenladung q und den beiden
Geschwindigkeiten v1 und v2 die Beziehung besteht:
q ~ k  v1  (v1  v2 ) ; k = konst.
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5. Elektronen im elektrischen Feld
Elektronen werden durch eine Anodenspannung Ua = 0,80 kV beschleunigt, in einem
Kondensator K1 mit U1 = 0,70 kV „nachbeschleunigt“, in K2 (L2 = 20 cm ,
Plattenabstand d2 = 8,0 cm ) abgelenkt und treffen schließlich auf den Schirm S:
K1
K2
y
S
x
L2
U1
U2
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a) Berechnen Sie die Geschwindigkeit v1 der Elektronen beim Verlassen von K1 .
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b) Berechnen Sie den Winkel  , unter dem die Elektronen K2 gegenüber ihrer
ursprünglichen Flugrichtung verlassen, wenn U2 = 250 V.
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c) An K2 wird nun eine Wechselspannung angelegt: U2(t) = 250 V  cos(  t ) .
Zum Zeitpunkt t = 0,0 s ist die obere Platte positiv geladen.
Betrachtet werden Elektronen, welche zum Zeitpunkt t = 0,0 s in den Bereich von
K2 eintreten. Die Elektronen durchfliegen den Bereich von K2 während der
Periodendauer T der Wechselspannung.
Welche Beschleunigung ay (Betrag und Richtung) erfahren die Elektronen in dem
Augenblick, in dem sie nach Eintritt in das Feld von K2 genau 8,0 cm in xRichtung zurückgelegt haben ?
Lösungen: