1. Aufgabe (10 Punkte) Geben Sie die Definitionen folgender

1. Aufgabe (10 Punkte)
Geben Sie die Definitionen folgender physikalischer Größen an, und erklären Sie
die Formelzeichen:
~ magnetisches Dipolmoment,
Spannung U , Trägheitsmoment I, elektrisches Feld E,
Kraft.
2. Aufgabe (4, 4, 2 Punkte)
Ein Ball wird in die Luft geworfen und nach 2 s wieder aufgefangen. Die Abwurfhöhe ist identisch mit der Auffanghöhe.
a) Welche Auffanggeschwindigkeit hat der Ball?
Hinweis: Benutzen Sie ein geeignetes Koordinatensystem, und beginnen Sie Ihre
Lösung mit der Definitionsgleichung der Beschleunigung.
b) Welche maximale Höhe (relativ zum Abwurfpunkt) wird von dem Ball erreicht?
c) Ist die Anfangsgeschwindigkeit ( bei Abwurfhöhe) identisch mit der Auftreffgeschwindigkeit (bei Auffanghöhe)?
3. Aufgabe (10 Punkte)
Bewerten Sie folgende Aussagen mit richtig oder falsch, und geben Sie eine Begründung für Ihre Antwort.
a) Wird ein Elektron in einem homogenen elektrischen Feld parallel zu den Feld~
linien verschoben, ist die vom E-Feld
verrichtete Arbeit positiv.
b) Zwei Massen m1 und m2 haben dieselbe kinetische Energie. Sie haben in diesem
Fall auch immer denselben Impuls.
c) Befindet sich innerhalb einer geschlossenen Oberfläche keine elektrische Ladung,
ist der elektrische Fluß durch die Oberfläche immer Null.
d) Erhöht man den Druck eines idealen Gases, vergrößert sich immer sein Volumen.
e) Isotherme Zustandsänderungen eines idealen Gases führen immer zu ∆Q> 0.
4. Aufgabe (6, 4 Punkte)
Eine harmonische Welle hat eine Ausbreitungsgeschwindigkeit von c = 30 m/s,
eine Frequenz von 3 s−1 und oszilliert zwischen den y- Werten + 5 m und - 5 m.
Die Welle breitet sich entlang der negativen z-Achse aus. Zum Zeitpunkt t = 0 ist
die Auslenkung null.
a) Wie lautet eine mögliche Wellenfunktion ?
Hinweis: Geben Sie zunächst die Wellenfunktion in allgemeiner Form an und dann
für diesen Spezialfall.
b) Erklären Sie den Unterschied zwischen longitudinalen und transversalen Wellen,
und geben Sie jeweils ein konkretes Beispiel.
5. Aufgabe (3, 3, 2 Punkte)
Im entspannten Zustand befindet sich das obere Ende einer Feder mit der Federkonstanten k = 800 N/m bei z = 0. Man legt eine Kugel (als Punkt gedacht) der
Masse m = 1, 0 kg auf das Federende und drückt die Feder auf z1 = −0, 10 m zusammen. Danach lässt man die Feder los. Die Feder entspannt sich und schleudert
die Kugel auf z2 empor. Die Masse der Feder können Sie vernachlässigen
a) Berechnen Sie z2 .
b) Welche Geschwindigkeit vz3 hat die Kugel bei z3 = 0, 20 m?
c) Interpretieren Sie die Vorzeichen von Lösung b).
6. Aufgabe (8 Punkte)
Eine Vollkugel mit dem Radius R ist homogen mit der Volumenladungsdichte σ geladen und trägt die positive Gesamtladung Q. Geben Sie mit Hilfe des Gauß’schen
Gesetzes den Betrag des elektrischen Feldes als Funktion vom Abstand r vom Mittelpunkt der Kugel für folgende Fälle an:
a) innerhalb der Kugel,
b) außerhalb der Kugel.
Hinweis: Sie müssen jeden relevaten Rechenschritt begründen!
7. Aufgabe ( 6 Punkte)
In einem Plattenkondensator herrscht ein homogenes elektrisches Feld. Ein Elektron (m = 9, 1 · 10−31 kg, q = 1, 6 · 10−19 C) bewegt sich aus der Ruhe von der
negativen Platte in Richtung der positiven Platte. Der Abstand der beiden Platten ist 2, 0 · 10−2 m. Das Elektron erreicht die positive Platte nach einer Zeit von
1, 5 · 10−8 s. Wie groß ist das elektrische Feld?
Hinweis: Nutzen Sie zur Berechnung das 2. Newtonsche Grundgesetz.
D. Samm
Physikklausur 13. März 2014
2
8. Aufgabe (4,3,4,4,3 Punkte)
a) Erklären Sie den Unterschied zwischen träger und schwerer Masse.
b) Was versteht man unter α, β und γ Zerfall?
c) Erklären Sie das physikalische Prinzip eines Geschwindigkeitsfilters.
d) Eine negative Ladung bewegt sich gleichförmig auf einer Kreisbahn im Uhrzeigersinn. Stellen Sie in einer Skizze die Kreisbahn dar, und zeichenen Sie jeweils
für den untersten und obersten Punkt folgende Vektoren ein: Drehimpuls, Zentripetalkraft, magnetisches Moment, Tangentialgeschwindigkeit.
e) Erklären Sie den Unterschied zwischen Majoritäts- und Minoritätsladungsträger am Beispiel eines p-dotierten Halbleiters..
Konstanten
G = 6,67 ·10−11 N m2 /kg2
k = 1,38·10−23 J/K
R = 8,314 J/(mol K)
NA = 6,022 ·1023 mol−1
Ry = 1,097 ·107 m−1
e = 1,602·10−19 C
g = 9,81 m/s2
c = 2,998 ·108 m/s
h = 6,626 ·10−34 J s
h = 4,14 ·10−15 eVs
Elektronenmasse
me = 9,109 ·10−31 kg = 0,51 MeV/c2
Protonenmasse
mp = 1,673 ·10−27 kg ≈1 GeV/c2
Neutronenmasse
mn ≈1 GeV/c2
Elektrische Feldkonstante
ǫ0 = 8, 9 · 10−12 C2 /(N m2 )
Magnetische Feldkonstante µ0 = 4π10−7 N s2 /C2
Gravitationskonstante
Boltzmannkonstante
Gaskonstante
Avogadrokonstante
Rydbergkonstante
Elementarladung
Erdbeschleunigung
Lichtgeschwindigkeit
Plancksche Konstante
Umrechnungen
1 eV = 1,602 ·10−19 J
ϑ/◦ C = T /K - 273
D. Samm
Physikklausur 13. März 2014
3