1. Aufgabe (10) Erklären Sie folgende physikalischen Begriffe

1. Aufgabe (10)
Erklären Sie folgende physikalischen Begriffe: elektrisches Feld, elektrischer Dipol,
konservative Kraft, Inertialsystem, Photoeffekt
2. Aufgabe (3, 3, 4)
Mit Hilfe eines 1,0 m langen Seils wird eine punktförmige Masse (m = 100 g) auf
einer vertikalen Kreisbahn gehalten. Die Bewegung erfolgt im Uhrzeigersinn.
a) Welche Mindestgeschwindigkeit muss die Masse am höchsten Punkt der Kreisbahn haben, damit sie sich weiter auf einer Kreisbahn bewegt?
b) Welche Arbeit wird von der Gravitationskraft verrichtet, wenn die Masse vom
höchsten Punkt der Kreisbahn den tiefsten Punkt erreicht hat?
c) Zeichnen Sie in einer Skizze am obersten sowie am untersten Punkt der Kreisbahn folgende Vektoren ein:
Gravitationskraft, Zentripetalkraft, Drehimpuls, Tangentialgeschwindigkeit.
3. Aufgabe (10)
Bewerten Sie die folgenden Aussagen mit richtig oder falsch, und geben Sie eine
Begründung an. (Antworten ohne Begründung werden nicht gewertet.)
a) Wird ein Elektron in einem homogenen Magnetfeld abgelenkt, ändert sich immer die Geschwindigkeit des Elektrons.
b) Das elektrische Feld einer Punktladung ist inhomogen.
c) Mit Hilfe eines Dielektrikums wird die Kapazität eines Kondensators vergrößert.
d) Werden zwei parallele, gerade Stromleiter von elektrischen Strömen durchflossen, deren Stromrichtungen parallel zueinander sind, ziehen sich die Stromleiter
an.
e) Vegrößert man den Drehimpuls einer Masse, wird auch in jedem Fall der Impuls
größer.
4. Aufgabe (8)
Eine Masse m = 100 g wird an eine ungedehnte Feder gehängt und fällt aus der
Ruhe in Richtung Boden. Die Feder hat eine Federkonstante k = 10 N/m.
a) Berechnen Sie mit Hilfe der Energieerhaltung die maximale Strecke, die die
Feder fällt, bevor sie sich wieder nach oben bewegt.
b) Wie groß ist die Auslenkung bei minimaler potentieller Energie?
5. Aufgabe (4, 5)
a) Wie groß ist der Gesamtwiderstand der Schaltung, wenn die Widerstände folgende Werte haben: R1 = 3, 0 Ω, R2 = 12, 0 Ω, R3 = 8, 0 Ω und R4 = 6, 0 Ω.
b) Es liegt eine Spannung (zwischen den äußeren Knoten) von 12 V an. Bestimmen
Sie die Ströme, die durch die Widerstände fließen.
6. Aufgabe (8)
In der Abbildung ist ein Stromkreis skizziert. Berechnen Sie
a) die Stromstärke mit Hilfe der Kirchhoff’schen Maschenregel und
b) die von jeder Spannungsquelle abgegebene oder aufgenommene Leistung.
7. Aufgabe (2, 3, 3 )
Eine Spule wird von einem konstanten Strom I = 10 mA durchflossen. Die Spule
ist kreisförmig und besteht aus 100 sehr dicht gewickelten Windungen. Die Querschnittsfläche der Spule beträgt 10 cm2 . Die Spule befindet sich in einem homogenen Magnetfeld mit B = 0, 1 T. Die Richtung des Magnetfelds ist antiparallel zur
Richtung des magnetischen Moments.
a) Zeichnen Sie in einer Skizze (neben der Richtung des Magnetfelds und der
Richtung des magnetischen Moments) die Bewegungsrichtung der Elektronen des
Leiters ein.
b) Wie groß ist die Änderung der potentiellen Energie, wenn die Spule so gedreht
wird, dass das magnetische Moment und das Magnetfeld parallel zueinander sind?
c) Wie groß ist das Drehmoment, um die Spule in die ursprüngliche Anordnung
(das magnetische Moment ist wieder antiparallel zum Magnetfeld) zu überführen?
8. Aufgabe (2,4,2,2,4,3)
a) Ordnen Sie folgende elektromagnetische Wellen nach aufsteigender Wellenlänge:
Mikrowellen, Licht, Infrarotstrahlung, Radiowellen, Röntgenstrahlung.
b) Erklären Sie das physikalische Prinzip eines Geschwindigkeitsfilters.
c) Unter welchen Bedingungen tritt beim Übergang eines Lichtstrahls von einem
Medium in ein anderes Totalreflexion auf?
d) Erklären Sie die Lenz’sche Regel.
e) Erklären Sie, warum ein Satellit auch ohne eigenen Antrieb die Erde umkreisen
kann.
f ) Warum können maximal sechs Elektronen den 2p-Zustand in einem Atom annehmen?
Konstanten
Gravitationskonstante
G = 6,67 ·10−11 N m2 /kg2
Boltzmannkonstante
k = 1,38·10−23 J/K
Gaskonstante
R = 8,314 J/(mol K)
Avogadrokonstante
NA = 6,022 ·1023 mol−1
Rydbergkonstante
Ry = 1,097 ·107 m−1
Elementarladung
e = 1,602·10−19 C
Erdbeschleunigung
g = 9,81 m/s2
Lichtgeschwindigkeit
c = 2,998 ·108 m/s
Plancksche Konstante
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
ǫ0 = 8, 9 · 10−12 C2 /(N m2 )
Magnetische Feldkonstante µ0 = 4π10−7 N s2 /C2
Umrechnungen
−19
1 eV = 1,602 ·10 J
ϑ/◦ C = T /K - 273