Prüfung Physik IB 2013-01-16

Rechenteil: Physik IB Prüfung, 16.01.2013 (Maximal 12 Punkte)
1. Es wurde experimentell festgestellt, dass die schwingende Erde eine Resonanzperiode
von 54 Minuten und einen Gütefaktor von 400 besitzt, und dass sie nach einem großen
Erdbeben für zirka zwei Monate „nachklingt“. a) Ermitteln Sie den Prozentsatz der
Schwingungsenergie, der durch Dämpfungskräfte während jeder Periode verlorengeht.
b) Zeigen Sie, dass nach n Perioden die Energie En=E0(0.984)n ist, wobei E0 die
ursprüngliche Energie ist. c) Wie groß ist die Energie nach 2 Tagen? Hinweis: der
Gütefaktor Q ist definiert als das Verhältnis 2π⋅Energie / Energieverlust pro Periode. (4
Punkte)
2. Eine Punktladung von -2.5 µC befindet sich im Koordinatenursprung. Eine zweite Ladung
von +6 µC ist bei x = 1 m und y = 0.5 m. Bestimmen Sie die x-und die y-Koordinate des
Ortes an dem das gesamte elektrische Feld verschwindet. (4 Punkte)
3. Ein idealer Plattenkondensator mit einem Plattenabstand von 1 mm ist bis zur Hälfte des
Plattenabstandes mit einen Dielektrikum der relativen Dielektrizitätskonstante ε = 4
ausgefüllt. Zwischen die Platten wird eine elektrische Spannung von 10 Volt angelegt. a)
Berechnen Sie den Potentialverlauf U(x) zwischen den Platten und zeichnen Sie diesen in
ein Diagramm ein. b) Berechnen Sie die Ladung, die pro cm2 Plattenfläche des
Kondensators gespeichert wird. (4 Punkte)
Theoretischer Teil: Physik IB Prüfung, 12.12.2012 (2 Fragen nach Wahl beantworten,
maximal 8 Punkte)
1.
Wie lautet die (eindimensionale) Wellendifferentialgleichung allgemein? Zeigen Sie
durch Einsetzen einer harmonischen Welle in die Wellendifferentialgleichung, wie die
Ausbreitungsgeschwindigkeit c mit der Wellenlänge λ und der Frequenz f der Welle
zusammenhängt. Wie ist die Intensität einer Welle definiert? Berechnen Sie explizit den
Zusammenhang zwischen Intensität und Energiedichte einer Welle. (4 Punkte)
2.
Eine Gleichspannungsquelle habe einen Innenwiderstand Ri. Leiten Sie allgemein eine
Formel für die abgegebene Leistung P an einem äußeren Belastungswiderstand R her.
Skizzieren und diskutieren Sie diese Funktion P(R). Wie groß muss R sein, damit die
abgegebene Leistung P maximal wird? (4 Punkte)
3.
Protonen P und Deuteronen D (jeweils mit der Ladung +e) sowie Alphateilchen α (mit
r
der Ladung +2e) gleicher kinetischer Energie treten in ein homogenes Magnetfeld B ein,
das senkrecht auf den Geschwindigkeitsvektoren der Teilchen steht. Für die Massen der
Partikel gilt mα = 2mD = 4mP. Berechnen Sie erst explizit den Bahnradius der Teilchen aus
einer Kräftebilanz. Berechnen Sie dann das Verhältnis der Bahnradien rD/rP und rα/rP. (4
Punkte)