1. Aufgabe (10 Punkte) Erklären Sie folgende Begriffe: stehende

1. Aufgabe (10 Punkte)
Erklären Sie folgende Begriffe: stehende Welle, Längenkontraktion, magnetisches
Moment, Wellenlänge, Pauli Prinzip.
2. Aufgabe (2, 4, 2 Punkte)
Ein Auto bewegt sich entlang der positiven x-Achse Die Beschleunigung des Autos
ist durch a = αt gegeben, wobei α = 3, 0 m/s3 ist.
a) Bestimmen Sie die Funktion v(t).
b) Wenn nach 1 s die Geschwindigkeit des Autos 6,0 m/s beträgt, wie groß ist
dann die Geschwindigkeit nach 2s?
c) Bestimmen Sie die Funktion x(t).
3. Aufgabe (10 Punkte)
Bewerten Sie folgende Aussagen mit richtig oder falsch, und geben Sie eine Begründung für Ihre Antwort.
a) Ein Elektron hat die Geschwindigkeit ~v . Wenn es das elektrische Feld einer positiven Punktladung durchläuft, ändert sich in jedem Fall seine kinetische Energie.
b) Elektrische Feldlinien einer positiven Ladung enden immer in einer negativen
Ladung.
c) Eine Masse wird beschleunigt. Wenn die Beschleunigung positiv ist, wird die
Masse in jedem Fall schneller.
d) Isotope haben unterschiedliche Protonenzahlen aber gleiche Massenzahl.
e) Ein senkrecht nach oben geworfener Ball hat am obersten Punkt seiner Bahnkurve die Geschwindigkeit null. In diesem Augenblick ist auch seine Beschleunigung
null.
4. Aufgabe (3, 3, 3 Punkte)
Ein Körper der Masse m1 = 10 g trifft mit einer Geschwindigkeit v1 = 100 m/s auf
einen zweiten, ruhenden Körper der Masse m2 = 40 g und bleibt in ihm stecken.
a) Welchen Impuls hat der Gesamtkörper nach dem Stoß?
b) Welche Geschwindigkeit hat der Gesamtkörper nach dem Stoß?
c) Welche kinetische Energie hat der Gesamtkörper nach dem Stoß?
5. Aufgabe (2, 3, 3, 2 Punkte)
Ein ideales 2-atomiges Gas wird vom Anfangszustand p1 = 1 · 105 Pa, V1 = 1 m3
mit einer Temperatur von 25o C in den Endzustand p2 = 2 · 105 Pa, V2 = 1 m3
überführt.
a) Ist die Zustandsänderung isobar, isochor oder isotherm?
b) Wie groß ist die Zahl der Mole des Gases?
c) Welche Endtemperatur erreicht das Gas?
d) Wie groß ist die Änderung der inneren Energie?
6. Aufgabe (4, 3, 3 Punkte)
Eine dünne, unendlich ausgedehnte Ebene ist homogen geladen.
a) Geben Sie mit Hilfe des Gauß’schen Gesetzes das elektrische Feld als Funktion
der Flächenladungsdichte σ der Ebene an. (Hinweis: Sie müssen jeden relevanten
Rechenschritt begründen.)
b) Bestimmen Sie das Potential als Funktion vom Abstand d von der Oberfläche
der Ebene,
c) Die obene beschriebene Ebene ist negativ geladen. Ein Elektron wird von der
Oberfläche der Ebene geschossen. Das Elektron startet mit einer kinetischen Energie Ekin = 100 eV. Die Flächenladungsdichte ist σ = 4µC/m2 . Welchen maximalen
Abstand von der Ebene erreicht das Elektron?
7. Aufgabe (2, 2, 2, 4 Punkte)
Photonen treffen auf eine Metalloberfläche und lösen per Photoeffekt Elektronen
heraus. Die Energie der einzelnen Photonen beträgt Eγ = 3 eV. Die Austrittsarbeit
für ein Elektron beträgt Wa = 1,5 eV.
a) Welche Wellenlänge hat das Licht?
b) Welchen Impuls haben die Photonen des Lichts?
c) Welche Geschwindigkeit (in Einheiten der Lichtgeschwindigkeit v = ... ·c) haben
die herausgelösten Elektronen?
c) Welche Gegenspannung muss angelegt werden, damit der durch den Photoeffekt
erzeugte Elektronenstrom gerade verschwindet?
D. Samm
Physikklausur 25. Septemberi 2014
2
8. Aufgabe (4, 4, 3, 3 Punkte)
a) Ein Elektron bewegt sich in einem homogenen Magnetfeld auf einer Kreisbahn.
Zeichnen Sie in einer Skizze (die Feldlinien zeigen in die Zeichenenbene hinein) die
Kreisbahn und mögliche Richtungen folgender Vektoren ein: Tangentialgeschwindigkeit, Drehimpuls, magnetisches Moment, Lorentzkraft.
b) Erklären Sie den Begriff konservative Kraft, und zeigen Sie (jeweils an einem
selbstgewählten Beispiel), dass die Federkraft eine konservative Kraft ist, die Reibungskraft dagegen nicht.
c) Ein Boratom hat fünf Elektronen. Wie lautet die Elektronenkonfiguration der
Elektronen im Grundzustand?
(Beispiel: Für das Elektron im Wasserstoffatom gilt: 1s1 )
d) Was ist der Unterschied zwischen Beugung, Brechung und Reflexion von Wellen?
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
0 = 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 25. Septemberi 2014
3