Übungsklausur LK Physik

Übungsklausur LK Physik
Zeit: 200 min
Teil A: Mechanik / Elektrizitätslehre
1.
Eine harmonische Schwingung
yt   yˆ sin  t breite sich vom Nullpunkt als transversale Störung
längs der x-Achse mit der Geschwindigkeit
und
1.1
c  7,5  10 3 m  s 1 aus. Es sei weiter yˆ  1  10 2 m
   Hz .
2
Nennen Sie die Voraussetzungen für das Zustandekommen von mechanischen Wellen.
(2 BE)
1.2
Berechnen Sie Periodendauer, Frequenz und Wellenlänge für die oben beschriebene Welle.
(3 BE)
1.3
Nennen Sie die Wellengleichung.
(1 BE)
1.4
Zeichnen Sie das Momentanbild der Störung nach t1 = 4s. (maßstäbliche Zeichnung)
(2 BE)
1.5
Geben Sie die Schwingungsgleichung der Elongation und der Geschwindigkeit des Oszillators an, der
in der Entfernung x1 = 5,25 cm vom Nullpunkt von der Störung erfasst wird.
(4 BE)
1.6.
Welchen Ton hört ein Fußgänger, an dem eine pfeifende Lokomotive (1500 Hz) vorbeifährt, vorher und
nachher? Der Zug hat eine Geschwindigkeit von v = 120 km/h und der Schall werde zu c = 340 m/s
angenommen.
(3 BE)
2.
Legt man an einer Reihenschaltung aus ohmschen Widerstand R = 120 k und Kondensator C = 10nF
eine Eingangsspannung U1 an, so kann man eine Ausgangsspannung U2 entweder über den Kondensator
oder über den Widerstand „abgreifen“, so dass ein frequenzabhängiger Spannungsteiler entsteht. Der
Abgriff am Kondensator heißt RC-Tiefpass, der über dem Widerstand RC-Hochpass, weil im ersten
Fall die tiefen im zweiten Fall die hohen Frequenzen übertragen werden.
2.1
Zeichnen Sie jeweils für Hoch- und Tiefpass einen Schaltplan und geben Sie jeweils das Verhältnis von
Ausgangsspannung U2 zu Eingangsspannung U1 als Funktion der Frequenz f an, ohne die Zahlenwerte
für R und C einzusetzen.
(4 BE)
2.2
Zeichnen Sie für die angegebenen Werte für R und C die jeweiligen Frequenzkurven für Hoch- und
Tiefpass in ein Diagramm, d.h. die Abhängigkeit des Verhältnisses U 2/U1 von der Frequenz f.
(4 BE)
2.3
Der Schnittpunkt beider Kurven liegt bei der sogenannten Grenzfrequenz fg, bei der ohmscher und
kapazitiver Widerstand gleich groß sind. Berechnen Sie diese Frequenz sowie Phasenwinkel
 und das
Spannungsverhältnis U2/U1 mit Hilfe der gegebenen Werte für R und C.
(4 BE)
Teil B:
1.
Optik, Atom- und Kernphysik
Röntgenstrahlen sind elektromagnetische Erscheinungen, die unter besonderen Bedingungen künstlich
erzeugt werden können.
1.1
Erläutern Sie die Erzeugung von Röntgenstrahlen und gehen Sie dabei auch auf die Ursache der
charakteristischen Strahlung sowie der Bremsstrahlung ein.
(3 BE)
1.2
In einer Röntgenröhre werden die Elektronen durch eine Spannung U B = 50kV beschleunigt.
Bestimmen Sie die kurzwellige Grenze der Röntgenstrahlung.
(3 BE)
1.3
Mit der Bragg-Reflexion und dem Compton-Effekt können Teilchen- bzw. Welleneigenschaften von
Röntgenlicht beschrieben werden. Erklären Sie beide Phänomene.
(4 BE)
1.3
Im folgenden Diagramm wird die Bragg-Reflexion an einem NaCl-Kristall bei Bestrahlung mit
Röntgenstrahlung der Wellenlänge
  71 pm
dargestellt. Interpretieren Sie das Diagramm und
bestimmen Sie anhand des Diagramms den durchschnittlichen Netzebenenabstand eines NaCl-Kristalls.
Intensität-  -Diagramm an einem NaCl-Kristall
Hinweis: Bragg-Gleichung:
2d sin  n  n (n = 1, 2, 3, ...)
d – Netzebenenabstand;
n
- Glanzwinkel
(4 BE)
1.5
 -Quanten radioaktiver Präparate rufen ebenso den Compton-Effekt hervor wie Röntgenquanten. Welche
Energie geben Quanten von 1,2MeV an Elektronen ab, wenn sie um 180° zurückgestreut werden? Welche
Geschwindigkeit besitzen die gestoßenen Elektronen?
(4 BE)