Prüfung Physik IB 2012-02-02

Schriftliche Prüfung aus Physik IB (Rechenteil) am 2.2.2012
(3 Beispiele: insgesamt 12 Punkte) 1.
Gegeben sei ein Federpendel mit einer Masse von 0.3 kg und einer Federkonstante von 50 N/m. Zur Zeit t = 0 betrage die Momentanauslenkung 10 cm und die Momentangeschwindigkeit 2 m/s von der Ruhelage weggerichtet. Berechnen Sie die maximale Auslenkung und jene Zeit, zu der diese Maximalauslenkung das erste Mal erreicht wird. (4 Punkte) 2.
Vier Elektronen befinden sich an den Ecken eines Rechteckes mit Seitenlänge a = 1 cm und b = 2 cm. Die Elektronen werden nacheinander im Uhrzeigersinn losgelassen, beginnend mit Elektron 1 (siehe Graphik). Jedes Elektron erreiche seine Endgeschwindigkeit in großer Entfernung, bevor das nächste Elektron losgelassen wird. Welche Endgeschwindigkeiten erreichen die 4 Elektronen? (4 Punkte) 3.
Ein stromdurchflossener gerader Leiter befinde sich senkrecht in einem homogenen Magnetfeld Bext der Stärke 10‐3 Tesla. Der Strom von 40 A fließe senkrecht in die Zeichenebene hinein. Berechnen Sie Betrag und Richtung des Gesamtmagnetfeldes in den Punkten P1‐P4 (in Skizze einzeichnen), welche sich im Abstand von 1 cm von der Leitermitte befinden. (4 Punkte) NAME: Matr.Nr.: Stud.‐Richt.: Schriftliche Prüfung aus Physik IB (Theoretischer-Teil) am 2.2.2012
(2 Fragen nach Wahl beantworten, bitte genau kennzeichnen! Maximal 8 Punkte)
1. Wellengleichung: a) Wie lautet die (eindimensionale) Wellendifferentialgleichung allgemein? b) Zeigen Sie durch Einsetzen einer harmonischen Welle in die Wellendifferentialgleichung, wie die Wellenzahl k mit der Frequenz ω und der Ausbreitungsgeschwindigkeit c zusammenhängt. c) Wie ist die Intensität einer Welle definiert und wie hängt diese mit der Energiedichte der Welle zusammen? (4 Punkte) 2. Elektrisches Feld: a) Skizzieren Sie das elektrische Feld für zwei negative Punktladungen (Ladungen ‐e, ‐e) sowie für einen elektrischen Dipol (Ladungen +e, ‐e) im Abstand d. Gibt es jeweils einen Punkt an dem das Feld verschwindet? b) Berechnen Sie die Feldverläufe im Innenraum und im Außenraum einer leitenden und einer nichtleitenden geladenen Vollkugel? Verwenden Sie das Gauss’sche Gesetz für die quantitative Herleitung der Beziehungen. (4 Punkte) 3. Ein Kondensator mit Kapazität C sein auf die Spannung U0 aufgeladen. Wenn man den Schalte S (siehe Skizze) schließt, dann fließt ein Strom über den elektrischen Widerstand R. a) Berechnen Sie allgemein den elektrischen Strom durch den Widerstand als Funktion der Zeit. b) Berechnen Sie die ohm‘sche Verlustleistung im Widerstand als Funktion der Zeit, und daraus die gesamte im Widerstand dissipierte Energie. Zeigen Sie, dass diese Energie gleich der ursprünglich im Kondensator gespeicherten elektrischen Energie ist. (4 Punkte)