Aufgaben zur Klausurvorbereitung Kl. 11 EAN

Schwerpunkte zur 2. Klausur:
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Teilchen in elektrischen und magnetischen Felder(e/m-Bestimmung, Wien-Filter, Zyklotron)
Magnetische Felder um stromdurchflossene Leiter/Spulen, Lorentzkraft
Übungsaufgaben:
1) Ein von einem Strom I = 4 A durchflossenen Leiter der Länge l = 5cm erfährt in einem homogenen Magnetfeld der
Feldstärke B = 0,3 T die Kraft F = 0,04 N. Welchen Winkel bildet der Leiter mit den magnetischen Feldlinien? (41,8°)
2) Zwei feste Leiter (Abstand d = 5,0 cm) bilden eine Metallschiene, auf
der ein beweglicher Leiter der Länge l = 7,0 cm und Masse m = 100 g
liegt. Welche Beschleunigung erfährt der bewegliche Leiter, wenn
durch den geschlossenen Kreis der Strom I = 20 A fließt und die
magnetische Flussdichte B = 1,5 T beträgt? (15m·s-2)
3) In einer Spule (relative Dielektrizitätszahl = 1) mit 800 Windungen,
einer Länge von 5 cm und einem Widerstand von 45Ohm soll ein
magnetisches Feld mit einer magnetischen Flussdichte von 12mT
erzeugt werden.
a) Welche Spannung muss an die Spule angelegt werden?
b) Geben Sie zwei Möglichkeiten an, mit der man die magnetische Flussdichte verdoppeln kann.
4) S.318/15
5) S.582/10a,b
6) Die aus einer Glühkathode mit vernachlässigbarer
Geschwindigkeit austretenden Elektronen werden durch die
Spannung U beschleunigt und passieren die Anode durch die
Öffnung A mit der Geschwindigkeit v. Hinter der Anodenöffnung
verläuft die Elektronenbahn bis zum Auftreffen auf die Fotoplatte
F in einem homogenen Magnetfeld der Flussdichte B, das
senkrecht zur Teilchenbewegung gerichtet ist. Die Elektronen
treffen im Abstand x von der Öffnung A auf die Fotoplatte.
a) Berechnen Sie die Beschleunigungsspannung U0, bis zu der v kleiner als 10% der Lichtgeschwindigkeit und somit
eine nichtrelativistische Rechnung zulässig ist. (2,56 kV)
b) Bestimmen Sie x für nichtrelativistische Elektronen in Abhängigkeit von U und B.
c) Die Fotoplatte F registriert Elektronen bis zu einem maximalen Abstand x max = 10 cm. Wie groß muss B mindestens
gewählt werden, damit alle nichtrelativistischen Elektronen auf die Fotoplatte treffen? (3,4 mT)
Nun passieren statt der Elektronen einfach geladene Ionen die Öffnung A mit der einheitlichen Geschwindigkeit
v = 5,4·104 m/s und treffen auf die Fotoplatte F.
d) Wie kann man erreichen, dass nur Ionen einheitlicher Geschwindigkeit durch die Öffnung A gelangen? Genaue
Erklärung!
7) 583/13
8) a) Erklären Sie Aufbau und Funktionsweise eines Zyklotrons anhand einer beschrifteten Skizze.
b) Die magnetische Flussdichte in einem Zyklotron beträgt 0,78T. Berechnen Sie den maximalen Durchmesser der
Bahn von Protonen, die in diesem Zyklotron auf 10% der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden. (0,8m)
c) Erklären Sie, warum ein klassisches Zyklotron für die Beschleunigung der Teilchen auf größere Geschwindigkeiten
als 0,10c nicht geeignet ist.