a) Zur Bestimmung der Kapazität eines

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◮ Abitur 2012 | Aufgabe 3
Aufgabenblatt
a) Zur Bestimmung der Kapazität eines Plattenkondensators wird die Ladung auf ei-
(6VP)
ner Platte in Abhängigkeit von der angelegten Spannung gemessen. Es ergibt sich
folgende Messtabelle:
Spannung in kV
1,5
2,0
3,0
4,0
5,0
Ladung in μC
2,4
2,9
4,3
6,1
7,8
ˆ Stellen Sie die Ladung in Abhängigkeit von der Spannung in einem geeigneten
Schaubild dar.
ˆ Bestimmen Sie möglichst genau die Kapazität des Plattenkondensators.
Nun wird der Abstand der Kondensatorplatten bei konstanter Spannung verdoppelt.
ˆ Erläutern Sie, wie sich dies auf die elektrische Feldstärke auswirkt.
b) Im Inneren einer langgestreckten, stromdurchflossenen Spule mit 8.000 Windungen
(8VP)
cm2
pro Meter befindet sich ein quadratischer Leiterrahmen mit einer Fläche von 25
und 100 Windungen. Die magnetischen Feldlinien der Spule verlaufen senkrecht zur
Fläche des Leiterrahmens. Abbildung 1 zeigt den zeitlichen Verlauf der Stromstärke
in der langgestreckten Spule.
I in A
1,0
0,5
0
1
2
3
4
5
7 t in s
6
-0,5
Abb. 1
-1,0
ˆ Begründen Sie, warum im Leiterrahmen eine Spannung induziert wird.
ˆ Zeichnen Sie den zeitlichen Verlauf der induzierten Spannung im Leiterrahmen
in ein passendes Diagramm im Zeitintervall 0 s bis 6 s.
Nun bleibt die Stromstärke in der langgestreckten Spule konstant.
ˆ Erläutern Sie eine Möglichkeit, dennoch eine Spannung im Leiterrahmen zu
induzieren.
c)
Mithilfe der Schaltung von Abbildung 2 soll der Einschaltvorgang bei einer Spule
(7VP)
untersucht werden.
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A
ˆ Skizzieren Sie den zeitlichen Verlauf der Stromstärke nach
dem Schließen des Schalters und begründen Sie ihn phyR
sikalisch.
ˆ Skizzieren Sie in dasselbe Diagramm den zeitlichen Ver-
lauf der Stromstärke, wenn
– sich in der Spule ein Weicheisenkern befindet.
L
– sich im Stromkreis ein kleinerer Widerstand befindet.
ˆ Vergleichen Sie die Steigung aller drei Kurven im Ursprung
und begründen Sie Ihre Aussagen.
Abb. 2
d) An der Universität Konstanz wurde 1991 ein Experiment realisiert, bei dem Helium-
(9VP)
Atome einzeln auf einen Doppelspalt mit dem Spaltmittenabstand 8,0 m geschossen wurden. Die Helium-Atome hatten eine einheitliche Geschwindigkeit von 2.000
ms−1 . Hinter dem Doppelspalt wurden die Helium-Atome auf einer 1,95 m entfernten Goldfolie registriert, die als Detektorschirm diente. Bei der Auswertung nach ca.
42 h war ein Streifenmuster zu erkennen.
ˆ Erklären Sie das Zustandekommen des Streifenmusters.
ˆ Berechnen Sie den Abstand des Maximums 1. Ordnung vom Maximum 0. Ord-
nung.
ˆ Erläutern Sie, warum es wichtig ist, dass alle Helium-Atome dieselbe Ge-
schwindigkeit besitzen.
ˆ Erläutern Sie, ob sich das Streifenmuster ändert, wenn mithilfe eines Detektors
festgestellt wird, welchen der beiden Spalte die Heliumatome passieren.
Planck’sches Wirkungsquantum: h = 6, 63 · 10−34 Js
magnetische Feldkonstante: 0 = 1, 26 · 10Vs(Am)−1
Masse eines Helium-Atoms: m = 6, 64 · 10−27 kg
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