16.11.2004 - bei heidingers.de

Stundenprotokoll Physik Grundkurs
Protokollantin: Tamara Neumann
Datum: 16.11.2004
Zeit: 11.45 – 13.15 Uhr
Raum: PS 2
Lehrer: Herr Heidinger
Anwesend: Physik Grundkurs, mit Ausnahme von Maximilian Meinhardt
Themen
1.) Besprechung der Kursarbeit vom 12.10. 2004
2.) Versuch: Fadenstahlrohr
1.) Verbesserung der Kursarbeit
Aufgabe 1: Begriffe
Es sind kurze Definitionen verlangt.

Leitermodell: In einem Leitermodell sind in Gitterform angeordnete Atome ebenso
wie freie Elektronen enthalten, die durch Anlegen einer Spannung in
Bewegungversetzt werden.

glühelektrischer Effekt: Durch Erwärmen eines Leiters treten die freien Elektronen
teilweise aus der Metalloberfläche aus

Kondensator: Zwei geladene Leiterplatten, zwischen denen ein elektrisches Feld
entsteht.

Örstedt – Versuch: Mit Hilfe einer Magnetnadel wird das ringförmige Magnetfeld
eines stromdurchflossenen Leiters nachgewiesen. Hier war ebenfalls eine Zeichnung
möglich:
+
Ringmagnetfeld
-
Magnetnadel
Aufgabe 2: Öltröpfchenversuch
Geladenes, schwebendes
Öltröpfchen mit m = 1,5 * 10^-5
+
+
+
+
+
+
+
-
d = 0,56 cm
Gegeben sind folgende Größen: Masse des Öltröpfchens = 1,5 * 10^-5 g
Abstand der Platten voneinander ( d ) = 0,56 cm
Spannung im Kondensator U = 1000 V
Gesucht ist die Ladung Q des Öltröpfchens.
Lösung:
+++++++++++++++++
F el
Gewichtskraft
-----------------------
Wir gehen davon aus, dass die Gewichtskraft F g = F el ist, da sonst das Öltröpfchen nicht
schweben würde.
F el = F g
F el = Q * E
F el = Q * U/d
Fg=m*g
Daraus folgt: m * g = Q* U/d
Q = m * g* d / U
Hinweis: Zunächst alle Größen auf eine Seite bringen, bis die gesuchte Größe links steht. Erst
dann die tatsächlichen Werte einsetzen!
Q = 1,5 * 10^-8 kg * 9,81 N/kg * 0,0056 m / 1000 V
Q = 8,24 * 10^-13 C
Hinweis: Bei Eingabe von 1,5 * 10^-8 in den Taschenrechner wie folgt vorgehen:
1.) 1,5 eingeben
2.) Taste „EE“
3.) 8 eingeben
4.) Taste „+/-“
Wenn man nämlich statt der Taste „EE“ die Taste „y^x“ verwendet, so kommt es zu
Rundungsfehlern!
Aufgabe 3:
a) Der zu skizzierende Versuch befindet sich im Heft unter 3.1. c) „Leiterschaukel“ mit
dem dazugehörigen Text.
b) Grundidee des Versuchs: Mit einem Kraftmesser die Kraft messen, die den Leiter
schwingen lässt. Das Leitergewicht muss dabei jedoch kompensiert werden.
c) Versuch zur Stromwaage: siehe Heft 3.1.d) „Stromwaage“; Hinweis: bei der Skizze
die Polschuhe groß zeichnen, denn nur durch sie wird das Magnetfeld um den Leiter
homogen!
d) Folgende Messgrößen sollen erfasst werden:
I = Stromstärke, l = Leiterlänge, F = die auftretende Kraft
Daraus ergibt sich folgende Formel für die Magnetfeldstärke B:
B = F/ I*l
e) Gegeben ist die Leiterlänge l = 10 cm, Stromstärke I = 5 A und die Kraft F = 6 mN.
Beachte: Einheiten umwandeln! Lösung: B = 0,006N / 5A* 0,1 m = 0,012 N/Am
Aufgabe 4:
a) Hier war der Aufbau der Elektronenkanone zu skizzieren und mit einem kurzen Text
zu erklären. Zeichnung siehe entweder im Protokoll zur Verbesserung der HÜ,
Aufgabe 2a) oder im Heft 2.2.a); Beispiel für den erklärenden Text: Die aus der
glühenden Katode ausgetretenen Elektronen werden im Feld zwischen Anode und
Katode von der Anodenspannung beschleunigt und treten somit durch das
Anodenloch.
b) Leite aus der Energiebilanz für ein im elektrischen Feld E beschleunigtes Elektron
e die Formel für die Voltgeschwindigkeit v her.
Hier war nicht nur die Formel v= √ 2 * e / m e * U A und deren Herleitung ( siehe
Hefteintrag von 29.09.04 c) Energieumwandlung ) verlangt, sondern auch eine kurze
Erläuterung: Die elektrische Energie wird vollständig in Bewegungsenergie
umgewandelt: W el = Q * U = e * U A ; W kin = ½ m e * v 0² → W el = W kin
Hinweis: Die Abkürzungen U A sollten in der Arbeit kurz benannt werden.
c) Bestimme die Geschwindigkeit eines Elektrons nach Durchlaufen einer Spannung
von 1000 Volt. Untersuche auch die Umwandlung der Einheiten.
Lösung:
v 0 = √ 2 * ( 1,4 * 10^-19 C / 9,1 * 10^-31 kg ) * 1000 V = 1,88 * 10^7 m/s
Einheiten:
1 V = √1 C / kg = √ 1 VAs / kg = √ Nm / kg = √ kg * m / s² / kg * m = √ m² / s² = m/s
Aufgabe 5:
a) Was passiert mit einem Elektron ( Proton ), das mit der Geschwindigkeit v in ein
Kondensatorfeld E eintritt, 1. senkrecht zu den Feldlinien, 2. parallel zu den
Feldlinien?
++++++++++++++++++++++
-------------------------------
Senkrecht zu den
Feldlinien: Elektron
wird zur positiven Platte
abgelenkt. Proton wird
zur negativen Platte
abgelenkt.
Flugbahn des Elektrons
Feldlinien von E
Flugbahn des Protons
-
+
+
+
+
+
-
+
+
+
+
+
Parallel zu den
Feldlinien: Das Proton
wird verlangsamt. Ist
das Feld jedoch
umgekehrt, so wird das
Elektron gebremst und
das Proton beschleunigt.
b) Was passiert ( vermutlich ) mit diesem Elektron ( Proton ) , wenn es in ein
Magnetfeld B eintritt, 1. senkrecht zu den Feldlinien, 2. parallel zu den Feldlinien?
Flugbahn des Protons
Flugbahn des Elektrons
Feldlinien von B
Senkrecht zu den Feldlinien : Das
Elektron wird senkrecht zu den
Feldlinien und der Flugbahn, also
aus der Ebene heraus, abgelenkt
durch die Lorentzkraft ( Linke Hand- Regel ). Das Proton erfährt
eine Ablenkung in die Ebene
hinein.
Parallel zu den Feldlinien: Es
wirkt keine Lorentzkraft auf das
Elektron, es wird also nicht
abgelenkt. Das Proton wird
ebenfalls nicht abgelenkt.
2) Versuch: Das Fadenstrahlrohr
Das Fadenstrahlrohr ist ein Gerät, das aus einer Glaskugel, zwei Halterungen, zwei Spulen
(, die ein Spulenmagnetfeld erzeugen werden), einer „Glocke“ (, in der sich ein kleines Loch
befindet (→ Anodenloch) und eine kleine Elektronenkanone befindet ) und mehreren
Anschlüssen.
Tafelanschrieb:
3.4. Das Fadenstrahlrohr
Glaskugel
+
-
Anodenspannung U A
Heizspannung U H
Hinweis: In den Kreisen
befindet sich ein Punkt.
Vakuum