Abschnitt 5, 1. Übungsstunde
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Übungen Physik, FF2 SS 2017 Abschnitt 5, 1. Übungsstunde 5.1.1. a) Zeichnen Sie das Feldlinienbild für einen Stabmagneten! b) Wie ist die Lorentzkraft gegeben? (Formeln und Erklärung) c) Bestimmen Sie für die vier Abbildungen jeweils die gesuchten Größen! Ladungsvorzeichen? Lorentzkraft? Lorentzkraft? Lorentzkraft? 5.1.2. a) In welcher Einheit wird das Magnetfeld gemessen? b) Zeichnen Sie das Feldlinienbild für einen Hufeisenmagneten! c) Bestimmen Sie für die vier Abbildungen jeweils die gesuchten Größen! Lorentzkraft? Lorentzkraft? Lorentzkraft? Lorentzkraft? 5.1.3. Eine positive Ladung wird in Pfeilrichtung durch ein Magnetfeld geschossen. a) Auf welcher Bahn (1) bis (5) bewegt sich die Ladung weiter? (1) nach oben abgelenkt, (2) nach links abgelenkt, (3) nicht abgelenkt, (4) nach rechts abgelenkt, (5) nach unten abgelenkt b) Zeichnen Sie das Magnetfeld ein! c) Wie heißt die Kraft, die auf die Ladung wirkt? 5.1.4. Elektronen werden mit der Spannung U = 1000 V beschleunigt und fliegen danach von links kommend in ein homogenes Magnetfeld (B = 20 mT), das aus der Papierebene heraus zeigt. a) In welche Richtung zeigt die auf die Teilchen wirkende Lorentzkraft FL ? b) Wie verändert sich dadurch die Bahn der Teilchen? (Skizze!) c) Wie groß ist die Lorentzkraft FL ? 5.1.5. a) Auf einen geraden 10 cm langen Leiter wirkt in einem Magnetfeld B = 1 mT, das um 60◦ zum Leiter geneigt ist, eine Kraft von 3 · 10−4 N. Berechnen Sie den Strom, der durch den Leiter fließt! b) Auf einen geraden 20 cm langen Leiter wirkt bei der Stromstärke von 3 A in einem Magnetfeld B = 3 mT eine Kraft von 5 · 10−4 N. In welchem Winkel steht das Magnetfeld zum Leiter? c) Ein gerader Leiter wird von einem Strom der Stärke I = 4 A durchflossen und befindet sich in einem Magnetfeld B = 2 mT, das in einem Winkel von 45◦ zum Leiter geneigt ist. Welche Kraft wirkt auf ein 5 cm langes Stück dieses Leiters? 1 Übungen Physik, FF2 SS 2017 5.1.6. Im homogenen Feld eines Hufeisenmagneten hängt eine Leiterschaukel, durch die ein Strom fließen kann. Zeichnen Sie jeweils das Magnetfeld B, die Stromstärke I und die Lorentzkraft FL als Pfeile ein und ergänzen Sie die Polung des Stromes bzw. des Magneten! 5.1.7. Welcher Strom muß durch ein 50 cm langes Drahtstück fließen, damit es in einem Feld von 0,10 T die Kraft von 100 mN erfährt, wenn I und B den Winkel a) α = 90◦ , b) α = 60◦ , c) α = 45◦ einschließen? 5.1.8. Protonen werden in einem homogenen elektrischen Feld eines Plattenkondensators mit der Spannung U = 20 kV beschleunigt und dann durch ein senkrecht zur Flugrichtung gerichtetes Magnetfeld mit der Flussdichte B = 0, 2 T auf eine Kreisbahn gelenkt. a) Berechnen Sie die Geschwindigkeit der Protonen! b) Berechnen Sie den Radius der Kreisbahn! 5.1.9. Elektronen werden mit der Geschwindigkeit v = const im rechten Winkel in ein Magnetfeld B = 1 mT geschossen. Die Elektronen werden auf eine Kreisbahn mit dem Radius r = 0, 6 m abgelenkt. a) Berechnen Sie die Geschwindigkeit v der Elektronen! b) Wie groß ist die kinetische Energie der Elektronen? (Antwort in Joule und eV) 5.1.10. Aus der Kathode (negativer Pol) treten Elektronen aus. Sie werden in Richtung Anode (positiver Pol) beschleunigt. Die Spannung beträgt 100V. Die gestrichelte Fläche beträgt 100 m2 . a) Wie groß ist die Geschwindigkeit der Elektronen beim Durchgang durch die Anode? b) Zeichnen Sie die Kreisbahn der Elektronen im Magnetfeld ein! c) Berechnen Sie das Magnetfeld! d) Berechnen Sie den Radius der Kreisbahn! Auszug aus der Formelsammlung: 2 2 C 1 Vs Vs 10 Jm ε0 = 8, 854 · 10−12 Jm µ0 = 1, 256 · 10−6 Am ≈ 4π · 10−7 Am 2, 4πε0 ≈ 10 C2 , −19 −31 −27 |Qe | = |Qp | = 1, 6 · 10 C, me = 9, 1 · 10 kg, mp = 1, 67 · 10 kg 2
