06 Bewegung geladener Teilchen im E- und B-Feld

Übungsaufgaben Physik FOS/BOS 12 Technik
Bewegung freier Ladungsträger in elektrischen und magnetischen Feldern
1) Um den Zusammenhang zwischen der Beschleunigungsspannung
und der seitlichen Ablenkung
am Ende eines Ablenkkondensators zu untersuchen, werden Elektronen mit verschiedenen Beschleunigungsspannungen
beschleunigt und anschließend in einem Ablenkkondensator abgelenkt.
Es ergeben sich folgende Wertepaare:
in
200
300
in
14
9,3
400
7,0
500
5,6
600
4,7
700
4,0
a) Stellen Sie
Maßstab:
in Abhängigkeit von
grafisch dar.
-Achse:
100 = 1,0
-Achse:
2,0
= 1,0
b) Zeigen Sie durch eine geeignete Untersuchung an den Wertepaaren, wie von
abhängt.
c) Berechnen Sie die Spannung
am Ablenkkondensator, wenn für seine Abmessungen gilt:
= 6,4 ; = 3,0 ; 82
d) Die Flugbahn eines Elektrons soll hinter dem Ablenkkondensator mit der ursprünglichen Flugrichtung den Winkel ! = 12° einschließen. Berechnen Sie die dazu nötige Beschleunigungsspannung
. 412
2) Entsprechend nebenstehender Skizze fallen negativ geladene Was%
'
sertröpfchen mit der Anfangsgeschwindigkeit #$ = 0,0 & in das
homogene Feld eines Plattenkondensators.
a) Fertigen Sie einen Kräfteplan für die auf einen Wassertropfen
wirkenden Kräfte an.
b) Erstellen Sie für die '- und -Richtung eine ' ( - bzw. ( Funktion in allgemeiner Form.
c) Entwickeln Sie aus den Gleichungen von b) eine ' -Funktion
in allgemeiner Form.
d) Erläutern Sie kurz die Bahnform, die aus dem Ergebnis von c)
folgt.
e) Ein Wassertropfen der Masse = 1,5 ∙ 10*+ ,- wird beim Durchfallen des homogenen Feldes um
1,0
aus der vertikalen Richtung abgelenkt. Berechnen Sie seine Ladung ., wenn gegeben ist:
= 10,0 ; = 4,0 ; / = 3,2, . 1,84 ∙ 10* $ 0
3) Elektronen werden durch die Beschleunigungsspannung
= 3,0, beschleunigt und dann senkrecht
zu den magnetischen Feldlinien in ein Magnetfeld eingeschossen. Die Elektronen durchfliegen eine
4,0
breite Magnetfeldzone der Flußdichte 1 = 1,25 2 und treffen nach einer 3 = 20
breiten
feldfreien Zone auf einen Schirm.
a) Berechnen Sie die zur ursprünglichen Flugrichtung auftretende seitliche Ablenkung
auf dem
Schirm. 6,2
b) Zeigen Sie durch allgemeine Rechnung, dass für kleine Winkel ! die Ablenkung direkt proportional zur magnetischen Flussdichte 1 ist.
Hinweis: Für kleine ! gilt: sin ! ≈ tan ! ; cos ! ≈ 1