1. Aufgabe (10 Punkte) - physik.fh

1. Aufgabe (10 Punkte)
Geben Sie die Definitionen folgender physikalischer Größen an:
~ Wellenlänge λ, Wärme Q.
Spannung U , Trägheitsmoment I, elektrisches Feld E,
2. Aufgabe (4, 4, 2 Punkte)
Ein Ball wird in die Luft geworfen und nach 2 s wieder aufgefangen. Die Abwurfhöhe ist identisch mit der Auffanghöhe.
a) Welche Auffanggeschwindigkeit hat der Ball?
Hinweis: Benutzen Sie ein geeignetes Koordinatensystem, und beginnen Sie Ihre
Lösung mit der Definitionsgleichung der Beschleunigung.
b) Welche maximale Höhe (relativ zum Abwurfpunkt) wird von dem Ball erreicht?
c) Ist die Anfangsgeschwindigkeit ( bei Abwurfhöhe) identisch mit der Auftreffgeschwindigkeit (bei Auffanghöhe)?
3. Aufgabe (10 Punkte)
Bewerten Sie folgende Aussagen mit richtig oder falsch, und geben Sie eine Begründung für Ihre Antwort.
a) Wird ein Elektron in einem homogenen elektrischen Feld parallel zu den Feld~
linien verschoben, ist die vom E-Feld
verrichtete Arbeit positiv.
b) Ist der elektrische Fluss durch eine geschlossene Oberfläche null, ist ebenfalls
das elektrische Feld innerhalb der Oberfläche null.
c) Wellen gleicher Frequenzen haben immer ebenfalls gleiche Wellenlängen.
d) Eine Scheibe hat eine kreisförmige Öffnung. Erwärmt man die Scheibe, wird die
Öffnung größer.
e) Isochore Zustandsänderungen eines idealen Gases führen immer zu ∆T > 0.
4. Aufgabe (6, 4 Punkte)
Eine harmonische Welle hat eine Ausbreitungsgeschwindigkeit von c = 30 m/s,
eine Frequenz von 3 s−1 und oszilliert zwischen den y- Werten + 5 m und - 5 m.
Die Welle breitet sich entlang der negativen z-Achse aus. Zum Zeitpunkt t = 0 ist
die Auslenkung null.
a) Wie lautet eine mögliche Wellenfunktion ?
Hinweis: Geben Sie zunächst die Wellenfunktion in allgemeiner Form an und dann
für diesen Spezialfall.
b) Erklären Sie den Unterschied zwischen longitudinalen und transversalen Wellen,
und geben Sie jeweils ein konkretes Beispiel.
5. Aufgabe (4, 4 Punkte)
a) Ein ideales Gas hat eine Temperatur von 20 ◦ C. Auf welche Temperatur (in ◦ C)
muss das Gas isobar erwärmt werden, damit sich das Volumen verdoppelt?
b) Zwei Mol eines zweiatomigen idealen Gases befinden sich in einem Gefäß, das
mit einem beweglichen Kolben verschlossen ist und einen Druck von 2, 0 · 105 Pa
ausübt. Die Temperaturerhöhung des Gases beträgt 32 ◦ C, wobei sich das Volumen
um 7 · 10−5 m3 vergrößert. Berechnen Sie die Änderung der inneren Energie und
die vom Gas verrichtete Arbeit.
6. Aufgabe (3, 2, 3, 3 Punkte)
Ein Proton (p) startet aus der Ruhe von der positiv geladenen Platte eines Plattenkondensators. Die Potentialdifferenz zwischen den Platten beträgt 2 100 V. Das
Proton verlässt den Kondensator durch eine kleine Öffnung an der negativ geladenen Platte und erreicht ein homogenes Magnetfeld der Stärke B = 0, 1 T. Die
Geschwindigkeit und das Magnetfeld sind senkrecht zueinander. Bestimmen Sie
a) den Betrag der Geschwindigkeit des p mit der es den Kondensator verlässt,
b) die Änderung der kinetischen Energie des Protons innerhalb des Magnetfeldes,
c) den Radius der Kreisbahn des Protons innerhalb des Magnetfeldes.
d) Zeichnen Sie in die Abbildung folgende Größen ein:
- elektrische Feldlinien (die Störung durch die Öffnung ist vernachlässigbar),
- Vektor der Coulombkraft,
~
-Vektor der Lorentzkraft am Eintrittsort der Ladung in das B-Feld.
7. Aufgabe ( 2, 3, 2 Punkte)
Bei einem radioaktiven Zerfall wird ein e− der Energie Ekin = 1 MeV emittiert.
a) Um welchen Zerfall handelt es sich?
b) Berechnen Sie den Impuls (in MeV/c) des Elektrons. Hinweis: Sie müssen relativistisch rechnen.
c) Berechnen Sie die Wellenlänge des Elektrons.
D. Samm
Physikklausur 26.September 2013
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8. Aufgabe (3,4,3,3,4 Punkte)
a) Zwischen zwei Leiterplatten bildet sich eine stehende elektromagnetische Welle
~
aus. Befinden sich an den Leiteroberflächen Knoten bzw. Bäuche des E-Felds
bzw.
~
des B-Felds? (Ihre Erklärung müssen Sie qualifiziert begründen.)
b) Was versteht man unter Kernfusion und Kernspaltung? Erklären Sie warum bei
manchen Kernen Kernfusion bzw. Kernspaltung unter Energiegewinn stattfindet.
c) Beschreiben Sie am Beispiel einer negativen Punktladung wie man (prinzipiell)
elektrische Feldlinien konstruiert.
d) Wenn man zwei harmonische Wellen überlagert, kann es zu einer Schwebung
kommen. Was ist das und unter welchen Bedingungen tritt sie auf?
e) Erklären Sie jeweils mit Hilfe des Bändermodells warum p- bzw. n-dotierte
Halbleiter den Strom besser leiten als undotierte Halbleiter.
Konstanten
Gravitationskonstante
Boltzmannkonstante
Gaskonstante
Avogadrokonstante
Rydbergkonstante
Elementarladung
Erdbeschleunigung
Lichtgeschwindigkeit
Plancksche Konstante
G = 6,67 ·10−11 N m2 /kg2
k = 1,38·10−23 J/K
R = 8,314 J/(mol K)
NA = 6,022 ·1023 mol−1
Ry = 1,097 ·107 m−1
e = 1,602·10−19 C
g = 9,81 m/s2
c = 2,998 ·108 m/s
h = 6,626 ·10−34 J s
h = 4,14 ·10−15 eVs
Elektronenmasse
me = 9,109 ·10−31 kg = 0,51 MeV/c2
Protonenmasse
mp = 1,673 ·10−27 kg ≈1 GeV/c2
Neutronenmasse
mn ≈1 GeV/c2
Elektrische Feldkonstante
ǫ0 = 8, 9 · 10−12 C2 /(N m2 )
Magnetische Feldkonstante µ0 = 4π10−7 N s2 /C2
Umrechnungen
1 eV = 1,602 ·10−19 J
ϑ/◦ C = T /K - 273
D. Samm
Physikklausur 26.September 2013
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