Bewegung geladener Teilchen

Kurt-Körber-Gymnasium
Wz
Name:
Physik
S3
Datum:
__________________________________________________________________________________
Übungsaufgaben
Bewegung geladener Teilchen im elektrischen Längs- und Querfeld
1. Berechne die Geschwindigkeit und die kinetische Energie von Elektronen, die eine
Beschleunigungsspannung von 300 V durchlaufen haben.
2. Berechne, ohne die Formeln der klassischen Physik in Frage zu stellen, die Spannung, die
ein Elektron aus der Ruhelage durchlaufen müsste, um eine Geschwindigkeit zu
erreichen, die gleich der Lichtgeschwindigkeit wäre.
3. Gib die Geschwindigkeit eines Elektrons mit der kinetischen Energie von 220 eV in km/s
an.
4. Ein Elektron, das die Beschleunigungsspannung
durchlaufen hat, fliegt
senkrecht zum elektrischen Feld in die Mitte zwischen zwei parallele geladene Platten
mit dem Abstand
. Zwischen den Platten liegt die Spannung
.
a) Wie lange dauert es, bis das Elektron auf eine der beiden Platten aufschlägt?
b) Wie weit ist der Auftreffpunkt vom Rand der Platte entfernt?
5. Wie ändert sich die Bahn der geladenen Teilchen in der Braunschen Röhre, wenn sich
statt der Elektronen…
a) Teilchen mit der dreifachen Masse,
b) Teilchen mit der dreifachen Ladung,
c) Teilchen mit dreifacher Masse und dreifacher Ladung bewegten?
6. Ein Elektron verlässt die Glühkatode und wird in Richtung Anode gleichmäßig
beschleunigt. Durch ein Loch in der Anode tritt das Elektron in ein homogenes
elektrisches Feld ein, das senkrecht zur Bewegungsrichtung steht.
a) Beschreibe und begründe die Bewegung des Elektrons.
b) Mit welcher Geschwindigkeit tritt das Elektron durch die Anode hindurch?
c) Prüfe, ob das Elektron das elektrische Querfeld verlässt oder auf eine Platte trifft.
5 cm
4V
600 V
2 cm
Katode
Anode
Kondensator
Kurt-Körber-Gymnasium
Wz
Name:
Physik
S3
Datum:
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7. An einer Elektronenstrahlröhre liegt eine Beschleunigungsspannung von
an. Das Ablenksystem besteht aus einem horizontalen, quadratischen Plattenpaar mit
der Kantenlänge von
und dem Plattenabstand von
. Die Spannung am
Plattenpaar beträgt
. Die obere Platte ist dabei positiv geladen.
a) Berechnen Sie die Geschwindigkeit eines Elektrons beim Eintritt in das Plattenpaar.
b) Begründen Sie, dass der klassische Lösungsweg bei einer Beschleunigung von
nicht anwendbar ist.
c) Charakterisieren Sie die Bahnkurve eines Elektrons im Plattenpaar. Beschreiben Sie,
wie sich die Richtung und der Betrag von Geschwindigkeit, Beschleunigung und
Kraft ändern. Begründen Sie ihre Aussagen ausführlich.
d) Berechnen Sie die Winkel zwischen der ursprünglichen und der Bewegungsbahn
nach dem Plattenpaar.
8. Die Abbildung zeigt die Bahnkurve eines Elektronenstrahls in einem näherungsweise
homogenen Kondensatorfeld.
a) Ergänzen Sie in der obigen Abbildung jeweils die Polung von
und . Erläutern
Sie die Aufgabe von Heizwendel und Lochelektrode. Begründen Sie, dass die
Spannung an der Lochanode die Elektronenbewegung nach dem Passieren des
Lochs nicht mehr beeinflusst.
b) Leiten Sie die folgende Gleichung für die Bahnkurve im Kondensatorfeld her:
UP
y
 x2
4  d U A
c) Begründen Sie, dass nach der Gleichung aus Aufgabe b) für Orte der
Elektronenbahn die Beziehung
gelten muss. Bestätigen Sie diese
Proportionalität, indem Sie aus dem Bild oben 5 Wertepaare ablesen. Legen Sie
dazu eine Tabelle an.
d) Geben Sie 3 Wertepaare von
und
an, bei denen der Elektrodenstrahl durch
) geht.
den Punkt (
Nutzen Sie dazu aus, dass die oben abgebildeten Kästchen im Originalmaßstab
Zentimetergröße haben.