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LK Physik 12/1
1. Kursarbeit: aus der Physik
18.09.2008
Aufgabe 1: Begriffe
Erläutere folgende Begriffe in jeweils einem Satz und gib – wenn möglich – die
Definitionsgleichung bzw. eine Skizze an:
a) Torsionsdrehwaage
c) Teslameter
b) Elektronenkanone
d) Magnetfeld einer Spule H
Aufgabe 2: Stromwaage
a) Zur Messung der Kraft auf einen stromdurchflossenen Leiter im Magnetfeld lässt sich
die „Stromwaage“ einsetzen. Skizziere und beschrifte den Versuch.
b) Beschreibe in Stichworten die Durchführung des Versuchs. Welche Messgrößen werden
erfasst ?
c) Bei den Messungen ergibt sich u.a. folgende Tabelle. Werte die Ergebnisse graphisch
aus. Gib die Zusammenhänge zwischen den Größen an.
Messung
1
2
3
4
5
6
Einheit
I
0
1
2
3
4
4 A
l
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
0,03 m
F
0
0,83
1,62
2,5
3,03
1,81 cN
d) Mit Hilfe dieses Ergebnisses wird die magnetische Flussdichte B definiert. Gib Die
Definitionsgleichung und die daraus resultierende abgeleitete Einheit an. Begründe,
warum auch 1 T = 1 kg/ 1 As2 gilt.
e) Berechne aus den Messergebnissen den Mittelwert der Feldstärke B bei dem
Experiment.
Aufgabe 3: Hall-Effekt
a) Die Kraft auf ein bewegtes Elektron lässt sich nachweisen mit dem Hall-Effekt. Erläutere
den physikalischen Grundgedanken des Versuchs. Welche Kräfte wirken dabei auf die
Elektronen im Leiter ? Leite daraus die Formel für die Hallspannung her.
b) Skizziere und beschrifte den zum Nachweis des Hall-Effekts verwendeten Aufbau.
c) Beschreibe in Stichworten die Durchführung des Versuchs. Welche Messgrößen werden
erfasst , mit welchen Messgeräten? Erläutere insbesondere die Kalibrierung des
Nullpunktes der Hallspannung mit dem eingebauten Potentiometer.
d) Bei dem Experiment wurden folgende Messungen gemacht: I = 10 A; B = 0,15 T; d = 2
cm; UH = 0,1 mV . Ermittle daraus die mittlere Geschwindigkeit der Elektronen im HallLeiter.
Aufgabe 4: Fadenstrahlrohr
a) Im Fadenstrahlrohr werden Elektronen auf eine Kreisbahn gezwungen. Begründe diese
Bahn mit Hilfe der wirkenden Kräfte auf das Elektron.
b) Leite aus dem Kräftegleichgewicht den Zusammenhang zwischen Bahnradius r und
Elektronengeschwindigkeit v senkrecht zum Feld B her.
c) Das Elektron wird in einer Elektronenkanone mit der Beschleunigungsspannung UA
gestartet. Damit lässt sich aus den Messungen des Experiments die spezifische Ladung
des Elektrons e/m berechnen. Leite diesen Zusammenhang her.
d) Wird das Elektron mit dem Winkel  (ungleich 900) gegen die Feldrichtung
eingeschossen, ergibt sich eine Spiralbahn. Begründe !
e) Wie groß ist de Abstand zweier Spiralen nach einer Umdrehung des Elektrons (abhängig
von den bisher gemessenen Größen)?
Aufgabe 5: Geschwindigkeitsfilter
a) Ein Ionenstrahl (Ladung Q, Masse m) durchläuft einen Bereich, in dem sich die Kräfte
durch ein gleichzeitig wirkendes elektrisches Feld E und magnetisches Feld B
kompensieren. Wie müssen die Felder zueinander gerichtet sein ? Skizziere die
Situation.
b) Zeige: Für ein geradlinig durch den "Geschwindigkeitsfilter" hindurchlaufendes Teilchen
gilt:
v = E/B.