Übung 7 Arbeit und Energie Das Coulombsche Gesetz, das

Übung 7
Arbeit und Energie
1. Der Körper der Masse M = 1.5 kg gleite aus der Ruhe die reibungsfreie gekrümmte Rampe
aus einer Höhe von 3 m hinunter. Danach rutsche er 5 m weit über die raue, horizontale
Fläche, bis er stehen bleibt.
a) Mit welcher Geschwindigkeit verlässt der Körper die Rampe?
b) Wie viel Arbeit wird an ihm durch Reibung verrichtet?
c) Bestimmen Sie die Reibungszahl zwischen dem Körper und der horizsontalen Ebene.
(6 Punkte)
2. Ein vollbesetzter Bus und sein Anhänger mit der Gesamtmasse 15 t sollen auf ebener
Strecke vom Stand aus auf 40 km/h beschleunigt werden.
a) Welche Energie wird gebraucht?
b) Welche Endleistung und welche durchschnittliche Leistung sind aufzubringen, wenn
die Beschleunigung auf der Strecke 100 m gleichmäßig erfolgt?
(6 Punkte)
Das Coulombsche Gesetz, das Gaußsche Gesetz
3. Man beweise, dass die Massenanziehung zweier Wasserstoffatome stets klein ist gegen die
elektrische Abstoßung, wenn beide eine Elementarladung tragen (mH = 1,67x10-27 kg).
(6 Punkte)
4. Eine leitende Kugelschale mit der Gesamtladung null habe den inneren Radius a und den
äußeren Radius b. Eine Punktladung q befinde sich im Mittelpunkt der Kugelschale.
a) Verwenden Sie das Gaußsche Gesetz und die Eigenschaften eines Leiters im
elektrostatischen Gleichgewicht, um das elektrische Feld in den Gebieten
r < a und a < r < b sowie b < r zu bestimmen.
b) Zeichnen Sie die elektrischen Feldlinien für diese Situation.
c) Berechnen Sie das Ladungsdichte auf der Innenfläche (r = a) und auf der Außenfläche
(r = b) der Kugelschale.
(8 Punkte)
Struktur der Materie
5. Ein anfangs ruhendes Elektron wird zwischen zwei Elektroden mit der Spannung U
beschleunigt. Seine Geschwindigkeit bleibt dabei im nichtrelativistischen Bereich (V << c).
Wie groß ist seine De-Broglie- Wellenlänge λ?
U = 1 kV
(5 Punkte)
6. Eine Silberfläche wird mit Licht der Wellenlänge λ bestrahlt. Die Grenzwellenlänge des
lichtelektrischen Effektes beim Silber ist λG.
Welche Geschwindigkeit V haben die ausgelösten Elektronen?
λ = 150 nm, λG = 261 nm.
(8 Punkte)
7. An einer Wolframplatte (Austrittsarbeit A) wird ein Photostrom beobachtet, der bei der
Gegenspannung Ug aussetzt.
Aus welchem Wellelängenbereich (λ1 bis λ2) stammen die Photonen, die zu dem
beobachteten Photostrom beitragen?
A = 4,55 eV; Ug = 2,38 V.
(8 Punkte)
8. Berechnen Sie den Elektronenbahnradius des Li++ - Ions im Grundzustand!
(5 Punkte)