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

1. Aufgabe (10 Punkte)
Erklären Sie folgende Begriffe: konservative Kraft, Dopplereffekt, Nukleon, Nebenquantenzahl, Dispersion.
2. Aufgabe (3, 3, 4 Punkte)
Eine Masse bewegt sich geradlinig entlang der x−Achse (positive Richtung). Zur
Zeit t = 0, bei x0 = 100 m hat die Masse eine Geschwindigkeit von 20 m/s. Die
Beschleunigung als Funktion der Zeit ist:
a(t) = 2, 0 m/s2 − (0, 10 m/s3 ) t.
a) Wie lautet der Ausdruck für die Geschwindigkeit als Funktion der Zeit?
b) Zu welcher Zeit ist die Geschwindigkeit maximal?
c) Welche der folgenden Größen bleiben bei der Bewegung der Masse konstant,
bzw. ändern sich (Begründung):
kinetische Energie, potentielle Energie, Impuls, Drehimpuls ?
3. Aufgabe (10 Punkte)
Bewerten Sie folgende Aussagen mit richtig oder falsch, und geben Sie eine Begründung für Ihre Antwort.
~ - Feld durchläuft, wird
a) Ein Elektron hat die Geschwindigkeit ~v . Wenn es ein B
es in jedem Fall beschleunigt.
b) Wenn zwei rotierende Körper dieselbe Masse und die dieselbe Winkelgeschwindigkeit haben, sind auch ihre Drehimpulse immer identisch.
c) Wirkt eine negative Beschleunigung auf eine Masse, wird sie immer gebremst.
d) Elektrisch neutrale Teilchen können ein magnetisches Moment haben.
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)
Eine Drehscheibe hat eine Masse m = 1 kg und einen Radius R = 10 cm. Sie rollt
horizontal entlang der x−Achse mit einer Geschwindigkeit v = 10 cm/s.
a) Wie groß ist die Momentangeschwindigkeit am höchsten Punkt der Scheibe
(Begründung)?
b) Wie groß ist die Winkelgeschwindigkeit (vektoriell !) der Scheibe?
c) Wie groß ist die kinetische Energie der Scheibe?
(Hinweis: Das Trägheitsmoment bezüglich der Schwerpunktsache ist I = 21 mR2 ).
5. Aufgabe (3, 2, 4 Punkte)
Die in der Abbildung gezeigte Leiterschleife umschließt eine Fläche von 100 cm2
und wird von einem konstanten Strom I = 1 A durchflossen. Sie befindet sich in
~ = 0, 3 T.
einem homogenen Magnetfeld der Stärke |B|
a) Zeichnen Sie in die Abbildung die Richtungen aller wirkenden Kräfte (an den
vier Seiten) sowie die Richtung des magnetischen Dipolmoments ein.
b) Welche Gesamtkraft wirkt auf den Stromleiter (Begründung) ?
c) Welches Drehmoment wirkt auf den Stromleiter? Zeichnen Sie die Richtung des
Drehmoments in die gegebene Abbildung ein.
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) Ein Elektron der kinetischen Energie Ekin = 100 eV wird auf die oben beschriebene Ebene geschossen. Die Fläche ist negativ geladen. Die Flächenladungsdichte
ist σ = 4µ C/m2 . Von welchem Abstand muss das Elektron auf die Platte geschossen werden, damit es die geladene Fläche gerade noch erreicht?
7. Aufgabe (2, 2, 4 Punkte)
Bei Caesium ist die Austrittsarbeit für eine Elektron Wa = 1,9 eV. Es wird mit
Licht der Wellenlänge λ = 589 nm bestrahlt.
a) Welche Frequenz hat das Licht?
b) Welchen Impuls haben die Photonen des Lichts?
c) Welche Gegenspannung muss angelegt werden, damit der durch den Photoeffekt
erzeugte Elektronenstrom gerade verschwindet?
D. Samm
Physikklausur 1. Juli 2014
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8. Aufgabe (3, 3, 4, 4 Punkte)
a) Erklären Sie den Unterschied zwischen Wärme und Temperatur.
b) Erklären Sie den Begriff Totalreflexion, und erläutern Sie, unter welchen Bedingungen sie auftritt.
c) Wie lautet die Lenz’sche Regel? Nutzen Sie ein selbstgewähltes Beispiel, um
diese Regel plausibel zu machen.
d) Was ist der Unterschied zwischen Beugung, Brechung und Interferenz?
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
ǫ0 = 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 1. Juli 2014
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