P I1 I2 I3 I4 a

Rechenteil: Physik IB Prüfung, 02.03.2016 (Maximal 12 Punkte) 1.
a) Berechnen Sie erst allgemein die Wellenlänge der Grundschwingung einer beidseitig eingespannten Saite aus der im Formelskriptum angegebenen Formel für stehende Wellen. b) Die g‐Saite einer Violine ist 30 cm lang. Wenn sie „leer“ (d.h. ohne Fingersatz) gespielt wird, schwingt sie mit 196 Hz. Die nächsthöheren Töne der C‐Dur Tonleiter sind a (220 Hz) und h (247 Hz). Wie weit vom Ende der Saite entfernt muss man die Finge für diese Töne setzen? (4 Punkte) 2.
Gegeben sei eine Serienschaltung zweier Kondensatoren mit gleicher
Querschnittsfläche. Kondensator 1 habe ein Dielektrikum aus Glas (1 = 7.5) und einen
Plattenabstand d1 = 2.5 mm, und für Kondensator 2 gilt 2 = 150 (Keramik) und d2 = 1
mm. An der Serienschaltung liegt ständig die Gesamtspannung U = 2500 V an. Wie groß
sind die Spannungen U1 und U2 an den beiden Kondensatoren sowie die Feldstärken E1
und E2? (4 Punkte)
3.
Vier sehr lange Leiter seien an den Eckpunkten eines Rechtecks mit Kantenlängen a und
3a angeordnet (siehe Skizze), mit a = 0.1 m. Die Ströme I1 = I2 = I3 = 1A fließen aus der Zeichenebene heraus, und der Strom I4 = 1A fließt in die Zeichenebene hinein. (a) Zeichnen Sie die Richtung der von den einzelnen Leitern erzeugten Magnetfelder I
I4
1
im Schwerpunkt des Rechtecks (Punkt P) in eine Skizze ein. (b) Berechnen Sie den P
Betrag des resultierenden Magnetfeldes an a
diesem Punkt. (c) Welchen Winkel schließt das resultierende Magnetfeld mit der I2
positiven x‐Achse ein? (4 Punkte) I3
3a
Theoretischer Teil: Physik IB Prüfung, 02.03.2016 (2 Fragen nach Wahl beantworten, maximal 8 Punkte) 1.
An einer Reihenschaltung aus einer 25 W und einer 100 W Glühlampe liegt eine
Spannung U an. Welche Lampe leuchtet heller? Begründen Sie Ihre Antwort. (4 Punkte)
2. Ein Kondensator mit Kapazität C sei auf der
Spannung U0 aufgeladen. Wenn man den Schalte S
(siehe Skizze) schließt, dann fließt ein Strom über
den elektrischen Widerstand R. a) Berechnen Sie allgemein den elektrischen Strom durch den Widerstand als Funktion der Zeit. b) Berechnen Sie die ohm‘sche Verlustleistung im Widerstand als Funktion der Zeit, und daraus die gesamte im Widerstand dissipierte Energie. Zeigen Sie, dass diese Energie gleich der ursprünglich im Kondensator gespeicherten elektrischen Energie ist.(4 Punkte)
3. Erklären Sie den Mechanismus der Selbstinduktion in Worten. Leiten Sie die
Selbstinduktivität einer Spule explizit her. Hinweis: das Magnetfeld einer
stromdurchflossenen Spule ist gegeben durch B   0 IN / l . (4 Punkte)