Aufgaben

1. I – U – Kennlinie einer Halbleiterdiode
Aufgabe: Nehmen Sie für eine Halbleiterdiode die Kennlinie in einem I-U-Diagramm für Durchlass- und für
Sperrrichtung auf!
Vorbetrachtungen:
1. Skizzieren und beschriften Sie den Aufbau einer Halbleiterdiode!
2. Erklären Sie n-Leiter, p-Leiter und pn-Übergang!
3. Zeichnen Sie je einen Schaltplan und erklären Sie das Zustandekommen
a) der Durchlassrichtung
b) der Sperrrichtung!
4. Nennen und erläutern Sie mind. 2 Anwendungen zur Halbleiterdiode!
5. Was versteht man unter der Schwellenspannung einer Halbleiterdiode?
6. Begründen Sie die Notwendigkeit eines Vorwiderstandes!
7. Erklären Sie den Unterschied zwischen „stromrichtiger“ und „spannungsrichtiger“ Schaltung! Begründen
Sie das Verwenden der entsprechenden Schaltungsart im Experiment!
8. Skizzieren Sie die vermutete I-U-Kennlinie für Durchlass- und Sperrrichtung!
Versuchsdurchführung
Bauen Sie für die Durchlassrichtung die spannungsrichtige Schaltung auf.
Stellen Sie den verstellbaren Widerstand auf 0 und erhöhen Sie in kleinen Schritten die Spannung. Lesen Sie die
zugehörige Stromstärke ab!
Führen Sie analog die Messungen für die Sperrrichtung in stromrichtiger Schaltung aus!
Auswertung
Zeichnen Sie das I-U-Diagramm. Skalieren Sie eventuell die Achsen des 3.Quadranten anders!
Interpretieren Sie das Diagramm!
Nennen Sie vermeidbare Fehler im Experiment!
2. Ermittlung der Fallbeschleunigung
Aufgabe:
1. Ermitteln Sie unter Verwendung eines Fadenpendels die Fallbeschleunigung.
2. Bestätigen Sie die Gleichung zur Bestimmung der Schwingungsdauer eines Hemmungspendels.
Vorbereitung:
1. Erklären sie, wie die Fallbeschleunigung g unter Verwendung eines Fadenpendels bestimmt werden
kann! (Welche Größen sind zu messen? Gleichung bereitstellen und umstellen.)
2. Welchen Wert erwarten sie für die Fallbeschleunigung?
3. Welchen Einfluss hat die Masse des Pendelkörpers auf die Schwingungsdauer des Pendels?
4. Ein Hemmungspendel ist ein Fadenpendel, das beim Pendeln durch ein Hindernis (unterer Querstab) in
Höhe Gleichgewichtslage beim Pendeln mit ganzer Länge behindert wird und abknickt.
Die Schwingungsdauer wird berechnet durch:
Tab = Ta / 2 + Tb / 2
Begründen Sie die Gleichung.
Durchführung und Auswertung:
1) Fallbeschleunigung
Führen Sie die notwendigen Messungen zur Bestimmung der Fallbeschleunigung an drei verschiedenen Längen
des Pendels durch und berechnen Sie die jeweilige Fallbeschleunigung.
Berechnen Sie die durchschnittliche Fallbeschleunigung und vergleichen Sie mit dem erwarteten Wert!
Warum kann es zu Abweichungen kommen?
2) Hemmungspendel
a) Bestimmen Sie die Schwingungsdauer Ta des Pendels der Länge a.
b) Wählen Sie b so, dass etwa b = 0,5 a gilt.
Bestimmen Sie die Schwingungsdauer Tb des Pendels der Länge b!
c) Bestimmen Sie die Schwingungsdauer Tab des Hemmungspendels!
d) Verändern Sie die Lage des Querstabes so, dass etwa b = 0,75 a gilt.
Messen Sie erneut die Schwingungsdauern Tb von Pendel b und des Hemmungspendel
Tab.
Messtabelle
a=
Ta in
Tb in
Tab gemessen
Tab berechnet
b = 0,5 a
b = 0,75 a
e) Berechnen Sie aus den Schwingungsdauern von Pendel a und Pendel b die Schwingungsdauer des
Hemmungspendels. Tragen Sie die Werte in die Tabelle ein.
f) Vergleichen Sie den berechneten mit dem gemessenen Wert.
Worauf sind Unterschiede zurückzuführen?
3. Belasteter
Transformator
1. Aufgabe
1.1.
Untersuchen Sie am belasteten Transformator
a) die Abhängigkeit der Sekundärspannung U2 vom Belastungswiderstand R und
b) die Abhängigkeit der Sekundärstromstärke I2 vom Belastungswiderstand R!
2. Vorbereitung
2.1.
Erklären Sie die Wirkungsweise eines Transformators (Induktionsgesetz)!
2.2.
Nennen Sie die Gesetze für die Strom- und Spannungsübersetzung des Transformators!
Unter welchen Bedingungen gelten diese Gesetze?
2.3.
Stellen Sie Vermutungen auf, zu welchen Ergebnissen die nebenstehend abgebildeten Schaltungen 1a bis 1c im
Sekundärkreis führen.
Hinweise: Bei Schaltung 1a und 1b ist Gleichspannung, bei Schaltung 1c Wechselspannung angelegt.
Bei Schaltung 1b wird der Taster per Hand schnell ein- und ausgeschaltet.
2.4.
Entwerfen Sie für die Messungen der Aufgabe 1.1. einen Schaltplan, beachten Sie dabei, dass Stromstärke I2
und Spannung U2 im Sekundärstromkreis gleichzeitig gemessen werden sollen!
3. Durchführung
3.1.
Bauen Sie die Experimentieranordnung der Aufgabe 1.1. auf! Verwenden Sie dafür die Spulenanordnung
N1=250 und N2=500 Windungen! Zur Stromversorgung wählen Sie am SVG die Buchsenkombination 8-2!
Den veränderlichen Widerstand (Belastungswiderstand R) im Sekundärkreis realisieren Sie mit einem
Potentiometer (Drehwiderstand) von 50 Ohm! Die Widerstandsänderung am Drehwiderstand wird linear
vorgenommen. Unterteilen Sie dafür die Strecke zwischen Anfangsstellung und Endstellung des
Schleifkontaktes in Abständen von jeweils 5 Ohm. (vorbereitete Einteilung beachten!)
3.2.
Messen Sie für jeden gewählten Teilwiderstand Ri gleichzeitig die Sekundärspannung U2 und die
Sekundärstromstärke I2.
3.3.
Stellen Sie die Zusammenhänge in einem U-R-Diagramm und in einem I-R-Diagramm grafisch dar!
4. Messwerte
4.1.
Messwerttabelle zum Teilversuch 2:
Ri in Ω
U2 in A
I2 in mA
Auswertung
4.2.
Diagramme
4.3.
0
5
10
15
Interpretieren Sie beide Kurvenverläufe!
20
25
30
35
40
45
50
4. Optik
Aufgabe:
Untersuchen Sie den Lichtdurchgang durch eine mit Wasser gefüllten Küvette und bestimmen Sie die Brechzahl
von Wasser und die Lichtgeschwindigkeit in Wasser.
Versuchsvorbereitung:
1. Wann tritt Lichtbrechung auf? Nennen Sie mind. 4 Beispiele aus Natur und Technik !
2. Wiederholen Sie das Brechungsgesetz aus Klasse 6!
3. Entnehmen Sie dem Tafelwerk die mathematische Formulierung des Brechungsgesetzes!
4. Fertigen Sie zu diesem Gesetz eine Skizze an und beschriften Sie diese! (Lichtweg von Luft in Glas)
Durchführung
Untersuchen Sie die seitliche Verschiebung eines weißen Lichtbündels, das eine mit Wasser gefüllte Küvette der
Dicke d durchdringt.
Planen Sie das Experiment. Skizzieren Sie den Versuchsaufbau und fordern Sie bei Ihrem Lehrer die
erforderlichen Geräte und Hilfsmittel an.
Durchläuft das Lichtbündel einer Objektleuchte schräg eine wassergefüllte Küvette, erfolgt eine Ablenkung
( siehe Abbildung ).
Teil 1:
Ihnen wird eine Experimentieranordnung vollständig aufgebaut übergeben. Bestimmen Sie mit der folgenden
Gleichung jeweils die Brechzahl von Wasser. Bestimmen Sie die Brechzahl von Wasser mittels 5 verschiedener
Messungen. Berechnen Sie den Mittelwert der Brechzahl und vergleichen Sie Ihren Wert mit dem aus dem
Tafelwerk.
Für die Brechzahl der Flüssigkeit gilt:
n=
x`2 + d 2
x2 + d 2
Teil 2:
Bestimmen Sie aus der Breite d der Küvette und dem x´ - Wert, den Einfallswinkel α und aus der Breite d der
Küvette und dem x -Wert, den Brechungswinkel β.
Bestimmen Sie nun aus diesen Werten die Lichtgeschwindigkeit in Wasser, c 2. Vergleichen Sie nach der
Mittelwertbildung Ihr Ergebnis mit dem aus dem Tafelwerk.
Vergleichen Sie die beiden experimentellen Werte mit denen aus dem Tafelwert ( Brechzahl von Wasser und
Lichtgeschwindigkeit in Wasser ).
Führen Sie in diesem Zusammenhang eine Fehlerbetrachtung durch.