Gruppe A 4. Schularbeit aus Physik Lise 3 abc 2.3.2001
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Gruppe A 4. Schularbeit aus Physik Lise 3 abc 2.3.2001 Achtung : Alle Beispiele müssen auf dem Übungsblatt gelöst werden. Für richtig beantwortete Fragen ohne ersichtliche Berechnung werden keine Punkte vergeben. Wichtige Größen : µo = 4π.10-7 Vs/Am ; Masse des Protons mP = 1,67.10-27 kg ; Masse des Elektrons me = 9,1.10-31 kg ; Elementarladung e = 1,6.10-19 C Punktewertung : Für jedes Beispiel werden 25 Punkte vergeben 1) Drei zueinander parallele Leiter sind (wie in der Skizze angegeben) so angeordnet, dass sie voneinander den gleichen Abstand a = 20 cm besitzen. Sie werden von den Strömen I1 = 6 A und I2 = 3 A durchflossen. Berechne die gesamte magnetische Feldstärke in A/m der Leiteranordnung im Schwerpunkt des von den Leitern gebildeten Dreieckes ! a) 7,64 b) 8,25 c) 8,82 d) 10,25 e) 12,41 f) 14,91 I2 · a I1 • I1 + Antwort : 2) In einem Ionenstrahl, der in einem einfachen Massenspektrographen durch die Spannung UB = 20000 V beschleunigt wurde, befinden sich vollkommen ionisierte (stripped) 8 O16 und 20 Ca40 Kerne. Diese dringen normal zu den Feldlinien in das Magnetfeld mit B = 0,015 T ein. Berechne den Abstand der Bildpunkte auf der Fotoplatte, die dem Sauerstoff und dem Kalzium zugeordnet werden können, in Millimeter ! Die Kernmassen sind mO = 2,655.10-27 kg und mC = 6,634.10-27 kg. Immer auf 4 Dezimalstellen genau rechnen ! a) 0,32 b) 0,42 c) 0,46 d) 0,50 e) 0,55 f) 0,16 Antwort : 3) Innerhalb einer sehr langen, mit einem Draht vom Durchmesser d = 0,4 mm in 5 Lagen eng bewickelten Spule, die vom Strom Io = 4 A durchflossen wird, wird das magnetische Feld von der Stärke Ho erzeugt. Die Spule ist innen leer mit Ausnahme eines lotrecht stehenden Leiters der Länge L = 2 cm, der in der angegebenen Richtung vom Strom I1 = 2 A durchflossen wird. Berechne die Größe und Richtung der Kraft in mN (negativ nach hinten, positiv nach vorne), die auf den Leiter wirkt ! a) +2 b) +3,5 c) –2 d) –2,5 e) +3 f) –3,5 Ho I1 g) +2,5 h) –3 Antwort : 4) Ein Teilchen mit der spezifischen Ladung (= Verhältnis aus Ladung und Masse des Teilchens) 48,2.106 C/kg wird durch die Spannung UB so beschleunigt, dass es, normal zu den Feldlinien in ein homogenes Magnetfeld mit B = 0,6 T geschossen, eine Kreisbahn mit r = 4 cm beschreibt. Ein gleiches Teilchen, das von der gleichen Spannung UB beschleunigt wurde, wird aber normal zu den Feldlinien und symmetrisch zu den Ablenkplatten (L = 5 cm ; d = 1,2 cm) in ein elektrisches Feld mit UA = 800 V geschossen. Berechne die Gesamtablenkung Y dieses Teilchens in mm ? Achtung : Kurze Ableitung aller verwendeten Formeln notwendig ! a) 1 b) 1,5 c) 2 d) 2,5 e) 3 f) 3,5 Antwort : Gruppe B 4. Schularbeit aus Physik Lise 3 abc 2.3.2001 Achtung : Alle Beispiele müssen auf dem Übungsblatt gelöst werden. Für richtig beantwortete Fragen ohne ersichtliche Berechnung werden keine Punkte vergeben. Wichtige Größen : µo = 4π.10-7 Vs/Am ; Masse des Protons mP = 1,67.10-27 kg ; Masse des Elektrons me = 9,1.10-31 kg ; Elementarladung e = 1,6.10-19 C Punktewertung : Für jedes Beispiel werden 25 Punkte vergeben 1) In einem Ionenstrahl, der in einem einfachen Massenspektrographen durch die Spannung UB = 25000 V beschleunigt wurde, befinden sich vollkommen ionisierte (stripped) Al13 27 und Fe26 56 Kerne.Diese dringen normal zu den Feldlinien in das Magnetfeld mit B = 0,815 T ein. Berechne den Abstand der Bildpunkte auf der Fotoplatte, die dem Aluminium und dem Eisen zugeordnet werden können, in Millimeter. Die Kernmassen sind mAl = 4,48.10-26 kg und mFe = 9,2928.10-26 kg. Immer auf 4 Dezimalstellen genau rechnen. a) 0,98 b) 1,15 c) 1,36 d) 1,48 e) 0,74 f) 0,68 Antwort : 2) Innerhalb einer sehr langen, mit einem Draht vom Durchmesser d = 0,3 mm in 6 Lagen eng bewickelten Spule, die vom Strom Io durchflossen wird, wird das magnetische Feld von der Stärke Ho erzeugt. Die Spule ist innen leer mit Ausnahme eines lotrecht stehenden Leiters der Länge L = 3 cm, der in der angegebenen Richtung vom Strom I1 = 1,5 A durchflossen wird. Wie groß ist Io in A, wenn auf den Leiter eine Kraft von F = 4,5 mN wirkt ? a) 2 b) 3 c) 3,5 d) 4 e) 4,5 f) 5 Ho I1 Antwort : 3) Ein Teilchen mit der spezifischen Ladung (= Verhältnis aus Ladung und Masse des Teilchens) 95,8.106 C/kg wird durch die Spannung UB so beschleunigt, dass es, normal zu den Feldlinien in ein homogenes Magnetfeld mit B = 0,4 T geschossen, eine Kreisbahn mit r = 5 cm beschreibt. Ein gleiches Teilchen, das von der gleichen Spannung UB beschleunigt wurde, wird aber normal zu den Feldlinien und symmetrisch zu den Ablenkplatten (L = 6 cm ; d = 1,4 cm) in ein elektrisches Feld mit UA = 600 V geschossen. Berechne die Gesamtablenkung Y dieses Teilchens in mm ? Achtung : kurze Ableitung aller verwendeten Formeln notwendig a) 1 b) 1,5 c) 2 d) 2,5 e) 3 f) 3,5 Antwort : 4) Drei zueinander parallele Leiter sind (wie in der Skizze angegeben) so angeordnet, dass sie voneinander den gleichen Abstand a = 25 cm besitzen. Sie werden von den Strömen I1 = 2 A und I2 = 6 A durchflossen. Berechne die gesamte magnetische Feldstärke in A/m der Leiteranordnung im Schwerpunkt des von den Leitern gebildeten Dreieckes ! a) 7,64 b) 8,25 c) 8,82 d) 9,25 e) 9,41 f) 9,93 I2 + a I1 + I1 • Antwort :
