Physik 12 22 - sokrates

Physik 12
22.2.00
1.Aufgabe
Wasserwellen bewegen sich in tiefem Wasser mit der
Geschwindigkeit c1= 34 cm/sec. Sie treffen unter dem
Winkel Alpha = 60o auf die Grenzlinie zu einem flachen
Teil, wo sie sich mit c2= 24 cm/sec bewegen. Erhöht man
die Frequenz so sinkt die Geschwindigkeit im tiefen Teil
auf c2= 32 cm/sec.
1) Berechne in beiden Fällen den Brechungswinkel.
2) Die Wellenlänge im tiefen Teil beträgt in ersten
Versuch l= 1,7 cm. Wie groß ist die Wellenlänge im flachen
Teil und welche Frequenz hatte die Welle?
2.Aufgabe
Ein mit Wasser teilweise gefülltes Rohr zeigt Resonanz bei
einer Länge l1= 25 cm der Luftsäule, dann bei l2= 42 cm.
1) Zeichne die stehende Welle für beide Messwerte ein.
2) Welche Wellenlänge und Frequenz hatte der abgegebene
Ton in beiden Versuchen?
Physik 12 , GK ,
16.5.2000
1. Aufgabe
( 2
Nenne die Formel für die relativistische Massenzunahme.
2. Aufgabe
( 4
Ein kg Wasser wird von 0 auf 100 Grad erhitzt. Wie schwer
ist es dann? c= 4,18 J/(g*K)
3. Aufgabe
( 2, 6
Elektronen werden in einer Röntgenröhre durch 500 kV
beschleunigt.
a) Zeichne und beschrifte eine solche Röhre.
b) Wie schwer sind die Elektronen dann?
Ruhmasse,e = 9,1*10-31 kg
Ladung,e = 1,602*10-19 A*sec
1 eV= 1,602*10-19 J
4. Aufgabe
(5
Schreibe 5 Sätze zur heutigen (16.5) Hausaufgabe
-- Es ging um die Austrittsarbeit von Fotoelektronen
Aufg 3 C
(5
Berechne wie schnell die Elektronen dann sind.
-- Die Elektronen haben die relativistische Masse m= 2*mo
Mit der Gleichung
mo
m = ----------1- v2/c2
wird v berechnet
1- v2/c2 = mo /2*m2
1- v2/c2 = 1/4
v2/c2 = -1/4 +1
v2 = 3/4 *c2
v = 3/4 * c
= 0,866 *c
Physik 12 GK , 21.3.2000
1. Aufgabe
( 12
Erkläre die Begriffe der Physik
a) Reflexion, b) Brechung, c) Beugung, d) Interferenz
e) Doppler Effekt, f) Dualismus.
2. Aufgabe
( 4,2,4
Ein Lichtbündel geht durch einen Doppelspalt.
1) Zeichne und beschrifte den Versuch.
2) Nenne die Beobachtungen.
3) Leite die Ergebnisformel her.
3. Aufgabe
( 3, 3
Ein 5 cm breites Lichtbündel
1) Erkläre die Reflexion mit
Lichtes.
2) Erkläre die Reflexion mit
3) Mache jeweils eine kleine
fällt auf einen Spiegel.
dem Teilchenmodell des
dem Wellenmodell des Lichtes.
Skizze zum Text.
4. Aufgabe
( 3, 3
Licht fällt unter dem Winkel =50 Grad auf die Wasseroberfläche.
1) Unter welchem Winkel geht es weiter, wenn die Brechzahl
n =1,33 beträgt?
2) Wie gross ist dann die Geschwindigkeit in Wasser?
3) Mache eine kleine Skizze zum Text.
5. Aufgabe
( 3
Licht geht vom Wasser in die Luft über.
Welchen Einfallswinkel muß das Licht haben, damit es
gerade an der Wasseroberfläche entlang austritt?
6. Aufgabe
( 4
Ein Laser (  =600 nm) strahlt auf die 3 m entfernte Wand.
Hält man ein Gitter vor den Laser, so entsteht 40 cm neben
dem ersten Lichtfleck ein weiterer Lichtfleck. Berechne
den Abstand der Striche auf dem Gitter in mm.
7. Aufgabe
( 2 + 2
Polarisation
1) Erkläre die Entstehung.
2) Wozu kann man sie verwenden?
l. Kursarbeit Physik, 12
24.11.00
Aufgabe 1
Ein Strom negativ geladener Teilchen trete wie auf dem Blatt
skizziert von rechts kommend in das hier eingezeichnete
homogene Magnetfeld der Feldstärke B ein.
+++++++
+++++++
+++++++
+++++++
+++++++
a) Geben Sie begründet Form und Richtung der Bahnkurve an (
Wortargumentation)
b) Zeichnen Sie auf das Blatt die Bahnkurve im Magnetfeld
maßstäblich ein. Leiten Sie zu diesem Zweck zuerst die
entsprechenden Formeln her.
Wie verläuft sie nach Verlassen des Magnetfeldes? Zeichnen Sie
in richtiger Weise.
Die experimentellen Daten sind:
B= 1,5-10-3 T; e/m = 1,76 *1011 As/kg, v = 8,4 *106 m/s
Aufgabe 1
2.) In einem Fadenstrahlrohr wird der Kathodenstrahl bei einem
Magnetfeld von B = 8*10-4 T auf eine geschlossene Kreisbahn mit
dem Radius r = 6.5 cm gelenkt.
Wie groß ist die Beschleunigungsspannung U? Leiten Sie die
entsprechenden Formeln her und berechnen Sie die Spannung.
Aufgabe 1
In einem homogenen magnetischen Feld der Flussdichte B = 0.3 T
befindet sich senkrecht zu den Feldlinien eine kreisförmige
Leiterschleife mit 200 Wicklungen. Ihr Radius betrage 8 cm und
ihr Widerstand ca 80  . In welcher Zeit muss man B
gleichmäßig auf Null herunterregeln, damit ein Strom von 2.5 A
fließt?
Aufgabe 1
Was versteht man unter einer harmonischen Schwingung?
Definieren Sie!
b) Zeigen Sie, daß die Schwingung eines mathematischen Pendels
eine harmonische ist. Welches ist dabei die einschränkenden
Bedingung? Erläutern Sie deren Notwendigkeit mit einer
Rechnung.
c) Zeigen Sie deduktiv, daß sich eine harmonische
Schraubenfederschwingung und die Parallelprojektion einer
Kreisbewegung analog beschreiben lassen. Leiten Sie deduktiv T
einer Schraubenfederschwingung her.
Aufgabe 5
Zwei Federpendel zeigen bei folgenden Kräften folgende
Auslenkungen :
I.
F(N)
0
0.5
1.0
1.5
2.0
s(cm)
0
2.4
4.9
7.1
9.7
II.
F(N)
s(cm
0
0
0.5
1.6
1.0
3.2
1.5
4.9
2.0
6.5
a) Bestimmen Sie graphisch die Richtgrößen D1 und D2.
b) Welche Schwingungszeiten haben diese Federpendel bei einer
Masse von m = 500 g ?
c) Wie groß wird die Periodendauer, wenn bei der gleichen
Masse m = 500g die beiden Federn mit den Konstanten D1 und D2
aneinander gehängt werden? Berechnen Sie zuerst die
Federkonstante der Kombination. Diskutieren Sie die Ergebnisse
aus 5b und 5c)
Aufgabe 6
a) Leiten Sie die Formel für die Schwingungszeit eines Pendels
her. Welches grundlegende physikalische Faktum wird hierbei
verwendet?
b) Wie verhalten sich die Schwingungszeiten zweier Pendel,
wenn sich deren Längen wie 3:2 verhalten. Begründen Sie
mittels einer kurzen Rechnung.
c) Die Kreisbewegung eines Plattenspielers und eine
Pendelbewegung sollen synchron verlaufen. Wie lang ist demnach
ein Pendel, wenn der Plattenspieler 33 1/3 Umdrehungen pro
Minute macht? Setzen Sie dabei voraus, daß die Pendelbewegung
eine harmonische ist.
d) Welche Gravitationsbeschleunigung herrscht auf dem Mars,
wenn ein Pendel mit der Länge l, das auf dem Mond eine
Schwingungszeit von 3 s hat, dort eine Schwingungszeit von ca.
1.98 s hat? Wie lang ist das Pendel?
Konstanten : g,E = 9.81 m/s2 ; g,Mo = 1/6 g,E
Nr 1 a)
Die Form muss eine Kreisbahn sein, da der
Geschwindigkeitsvektor v immer senkrecht auf B und F
steht.
Die Richtung ist nach oben (linke Handregel)
b) F,L = F,z
Q*B = m*v/r
Q/m = v/ (B*r) = e/m
= 1/ (1,5*10-3) * 8,4 * 106 * 1/(1,76 *1011 m)
= 0,032 m
Nach dem Verlassen läuft sie auf einer Gerade, die die
Tangente des letzten Punktes im Feld ist.
Nr 2
Q/m = V/B*r
mit Q*U = 1/2*m*v2
mit 2*Q*U /m = v2
Q2/m2 = V2 /(B2*r2)
Q/m = 2 Q*U/(B2*r2*m)
= 2*U /B2*r2)
= e/m
U= e/m * (B2*r2) /2
U = 1,76 *1011 *(8 *10-4)2 *0,0652 / 2 *V
= 237,9 V
Nr 3 )
U= n*A dB/ dt
U=I*R
I*R = n*A* dB/dt
dt = (n*A*dB) / (I*R)
dt = (200*PI *0,082 * 0,3) / (2,5 *80)
dt = 6,03 *10-3 s
Nr 4 a)
Eine harmonische Schwingung ist eine Schwingung, bei der
die Kraft zur Auslenkung der rücktreibenden Kraft entgegen
wirkt.
b) F,rück/ F,gew = y / l
F,rück = (F,gew *y)/ l
F,rück = D *y
Ausgehend von
F.rück/y = F,gew * sin  /y = F.gew *sin / b = F.gew *
sin /( * l)
da bei  <= 6 o gilt:
sin  ist nahezu gleich dem  im Bogenmaß gilt
F.rück/y = F,gew/ l
Bsp : sin 15o = 0,258819
15o im Bogenmaß = 0,2618
(hier sind die Unterschiede zu gross)
F,rück /F,z = y /r
F,rück = (F.z *y) / r
F,rück = D *y
F,z = 42*m*r ) / T2
T2= 4 2*m*r /(F,z
mit r/F,z = 1/D
T= 2   m/D
Nr 5 a)
D1 = 2,07 N / 0,1 m
D2 = 1,56 N / 0,05 mb = 31,2 N/m
b) T = 2  m/D
für D1 gilt
T1 = 2  0,5/20,7
= 0,977 s
für D2 gilt
t2 = 2  0,5/31,6
= 0,79 s
c) F1 = y1 * D1
y1=F1/D1
F2=y2*D2
y2=F2/D2
F=(y1+y2)*D
F/D = F1/D1 + F2/D2
1/D = 1/D1 + 1/D2
D= D1*D2)/ (D1+D2) = 20,7 *31,2)/(20,7+31,2)
= 12,4 N/m
die Periodendauer wurde länger
T=2 0,5/12,4 s = 1,26 s
Nr 6 a)
Ausgehend von
T= 2   m/D
für Schraubenfeder
T= 2   m/D
für Pendel
mit D=F,gew / l
T= 2   (m*l)/(m*g) da Äquivalenz von schwerer und
träger Masse lässt sich das kürzen
T = 2   l/g
d)
T,Mo = 2   l/(1/6*g)
T,Mo2 = 42 6*l/g
l= (T2*g)/(242)
=32 *9,81 / (24*2)
= 0,373 m
T,MA = 2   l/g,M
T,MA2 = 4 2 *l/g,M
g,M = 42 *l / T,MA2
= 42  * 0,373 / 1,982
= 3,756 m/s2
c) T= 2  l/g
T = 60 s /33.3 = 1,8 s
l= 1,8 s)2 * 9,81 m / 4  *s2
= 0,8 m
b) T1 = 2  2*l/g
T2 = 2  3* l/g
T1/T2 = (2
2 / 3
* 2  l/g ) / ( 3 * 2   l/g)
Physik 12 GK , 21.3.2000
1. Aufgabe
( 12
Erkläre die Begriffe der Physik
a) Reflexion, b) Brechung, c) Beugung, d) Interferenz
e) Doppler Effekt, f) Dualismus.
2. Aufgabe
( 10
Ein Lichtbündel geht durch einen Doppelspalt.
1) Zeichne und beschrifte den Versuch.
2) Nenne die Beobachtungen.
3) Leite die Ergebnisformel her.
3. Aufgabe
( 3, 3
Ein 5 cm breites Lichtbündel fällt auf einen Spiegel.
1) Erkläre die Reflexion mit dem Teilchenmodell des
Lichtes.
2) Erkläre die Reflexion mit dem Wellenmodell des Lichtes.
3) Mache jeweils eine kleine Skizze zum Text.
4. Aufgabe
( 3, 3
Licht fällt unter dem Winkel =50 Grad auf die Wasseroberfläche.
1) Unter welchem Winkel geht es weiter, wenn die Brechzahl
n =1,33 beträgt?
2) Wie gross ist dann die Geschwindigkeit in Wasser?
3) Mache eine kleine Skizze zum Text.
5. Aufgabe
( 3
Licht geht vom Wasser in die Luft über.
Welchen Einfallswinkel muß das Licht haben, damit es
gerade an der Wasseroberfläche entlang austritt?
6. Aufgabe
Ein Laser (  =600 nm) strahlt auf die 3 m entfernte Wand.
Hält man ein Gitter vor den Laser, so entsteht 40 cm neben
dem ersten Lichtfleck ein weiterer Lichtfleck. Berechne
den Abstand der Striche auf dem Gitter in mm.
7. Aufgabe
Polarisation
1) Erkläre die Entstehung.
2) Wozu kann man sie verwenden?
2. Kursarbeit Grundkurs Physik 12/2 , 23.03.01 , wellern
l a.) Erläutern Sie das astronomische Verfahren zur Bestimmung der
Lichtge-schwindigkeit nach Olaf Römer. Aufgrund welcher günstiger
astronomischer Gegebenheit ist die Interpretation von Römer relativ
einfach?
l b*) Es gibt in der Astronomie eine Besonderheit beim Beobachten von
Sternen, die auf eine endliche Lichtgeschwindigkeit schließen läßt.
Beschreiben Sie das Phänomen und erklären Sie, wie es grundsätzlich zur
Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit herangezogen werden kann.
Entwickeln Sie eine Formel.
2 a) Unter den terrestrischen Methoden hatte eine Zeit lang die
Zahnradmethode von Fizeau Bedeutung. Erklären Sie diese. ( Skizze!).
Was ist der Nachteil der Methode?
2 b) Leiten Sie für 2a eine Formel her, wenn L der Abstand zwischen
Zahnrad und Spiegel ist. Das Zahnrad habe Z Zähne (also auch Z Lücken)
und macht N Umdrehungen pro Sekunde, wenn die Lichtquelle das erste
Mal unsichtbar wird.
Berechnen Sie für folgende Zahlenwerte N, die Umdrehungen/s, wenn die
Lichtquelle das erste Mal dunkel wird. L = 9225 m ; Z = 720 Zähne ; c = 3
*10 8 m/s
2 c) Erläutern Sie das Verfahren zur Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit
nach Foucault und zeigen Sie, daß gilt:
8 PI l r f
c = --------s
mit s: Verschiebung des Lichtstrahls, l: Abstand Drehspiegel - Planspiegel,
r: Abstand Drehspiegel -Lichtquelle (Spalt), f: Drehspiegelfrequenz
Skizze bei der Erläuterung nicht vergessen!!
2 d) Welche Frequenz muß der Drehspiegel haben, damit eine
Verschiebung des ,/ Lichtstrahls von 4 mm erreicht wird?
Folgende Werte liegen zugrunde:
r=4.75m , l=15.20m , c=3*108 m/s
4 ) Beschreiben Sie den Aufbau des Youngschen Doppelspaltversuchs (mit
sauberer übersichtlicher Skizze!), geben Sie die Ergebnisse wieder, die Sie
erhalten, wenn Sie weißes Licht einer Bogenlampe benutzen. Deuten Sie
den Versuch mit einem in der Wellenoptik gültigen Prinzip.
5 ) Was ist der Grund für den relativ künstlich anmutenden
Versuchsaufbau? Welchen Einfluß hat die Größe der Spaltbreite s für das
Gelingen des Versuchs? Mit welchem Licht hätte man den Versuchsaufbau
einfacher gestalten können?
6 ) Was ändert sich im Ergebnis des Versuchs, wenn einfarbiges Licht, z.
B. rotes oder grünes Licht verwendet wird? Welche Schlußfolgerungen
ziehen Sie daraus?
7 ) Warum ist die in Aufgabe 4 vorgestellte Deutung für Licht nicht
unbedingt schlüssig? Schildern Sie kurz einen Versuch, der die Deutung
als fragwürdig erscheinen läßt. Was bedeutet dies für die Aufklärung der
Natur des Lichtes?
8 ) Wie lautet die Formel für das Auftreten von Interferenzmaxima beim
optischen Gitter? Leiten Sie die Formel mit der Fraunhoferschen Methode
her. Erläutern Sie die in der Formel auftretenden Größen.
9 ) Beschreiben Sie einen Versuch, (Skizze zum Versuch !) bei dem Sie
mittels eines optischen Gitters ein Spektrum erzeugen, und entwickeln Sie
daraus Formeln, mit denen man quantitativ die Wellenlänge von
sichtbarem Licht bestimmen kann.
Was ist der wesentliche Unterschied zu einem Spektrum , das durch ein
Prisma erzeugt wird?
10 ) Eine Spektrallinie werde in 2.Ordnung mit λ = 480 nm bestimmt. Wie
weit ist sie von ihrer entsprechenden, symmetrisch liegenden Spektrallinie
entfernt, wenn das Gitter 2.48 m vom Schirm entfernt ist? (g = 570 L/mm
)
11 ) Auf ein Beugungsgitter fällt gelbes Licht der Wellenlänge λ = 600 nm.
2 m hinter dem Gitter steht ein Schirm, auf dem das Interferenzmuster zu
sehen
ist.
Das
Beugungsmaximum
2.
Ordnung
hat
vom
Beugungsmaximum 0. Ordnung einen Abstand von 24 cm. Wie groß ist die
Gitterkonstante?
12 ) Lichtwellen treffen auf ein Gitter ( g = 0.01 mm). Wie groß ist für das
Beugungsmaximum l. Ordnung der Beugungswinkel für rotes Licht (λ =
700 nm ) und für violettes Licht (λ= 400 nm ). Kann sich irgendeine Farbe
des Spektrums l .Ordnung mit irgendeiner Farbe des Spektrums
2.Ordnung überdecken? Rechnen Sie.
13 ) Welches ist die größte Wellenlänge, die man bei einem Gitter mit 570
L/mm in 2.Ordnung benutzen kann?
Die Aufgaben 2a/b und 2c/d bilden eine inhaltliche Einheit; es werden
entweder die Aufgaben 2a/b oder 2c/a bearbeitet (wahlweise). Die
Aufgaben 2a/b bringen weniger Punkte. *) nicht verpflichtende Aufgaben
Lösungen
Aufg 1 a)
Die Zeit, die der Mond braucht um aus dem Schatten heraus zu kommen
ist nicht konstant. Sie hängt von der Position der Erde ab. An Pos II und
IV ist sie gleich gross. Die Differenz von Pos I und III hat Römer als Δt
benutzt. Der Weg ist der Durchmesser der Erdbahn.
Er hat ausgenutzt , dass einmal das Licht hinter der Erden herläuft und
dass einmal die Erde dem Licht entgegeneilt.
Aufg 1 b)
tan α = v *t / (c* t)
c = v / (tan α)
Man muss das Fernrohr in Richtung der Erdgeschwindigkeit neigen, um so
das Sternenlicht aufzufangen.
Aufg 2 b)
C *S
f = --------8 *Pi *l *r
3*108 *4 *10-3
f = -----8 *Pi *15,2 *4,75
= 661,3 s-1
Nr 2 c)
c= 2 l / Δ E
tan 2 α = s/ 2 r = 2 α im Bogenmass
=> α = s/ 2 r
für α = 2 Pi ist Δt = T
=> Δt = α * T / 2Pi = α / (Δ Pi *f)
2* l*2 *Pi *f
c = --------------α
mit α = s /2r
2* l*2 *Pi *f *2r
c = ------------------s
2* l*2 *Pi *f *2r
c = --------------------s
Aufg 4
Es entstehen helle und dunkle Streifen
2) Die hellen Streifen sind farbig ( Regenbogen)
3) Das Bild ist nicht mehr zu beobachten,
Beleuchtungsspalt
Es sind Interferenzen
Huygensprinzip
vorhanden
=>
Licht
ist
b
ei
grösserem
wellenförmig
;
Aufg 5
Licht und Beugungsspalt sind nötig um interferenzfähiges Licht zu
erzeugen. Eine normale Lichtquelle strahlt kein interferenzfähiges Licht
aus.
Man hätte einen Laser benutzen können.
Aufg 6
Die Breite des Streifenmusters ändert sich
=> λfarbig ist verschieden
Beispiel: rotes Streifenmuster ist breiter als grünes Streifenmuster λ ,rot
> λ,grün
Aufg 7
Zwei-Zentren-Theorie ist nicht schlüssig, da unter
Bedingungen auch Interferenzen am Einfachspakt auftreten
=> Phänomen Licht als Welle noch nicht verstanden.
Aufg 8
n * λ = g *sin α
bestimmten
n= Ordnungszahl ; λ= Wellenlänge ; g= Gitterkonstante ; λ= Winkel
Interferenzmaximum bei Gangunterschied
n*λ
für n= 0, 1, 2
Aufg 9
tan α = a1, rot / l
=> α
g * sin λ
λ,rot = ---------n
für n= 1
zwischen λ,rot und λ,blau ist sichtbares Licht. Beim Gitter wird blau am
wenigsten abgelenkt, beim Spektrum am stärksten.
Aufg 10
geg:
λ = 480 nm ; n= 2 ; e= 2,48 m ;
g-1 = 570 L/mm ==> g = 1/ 570 *103 m = 1/ 5,7 +105 m
ges: d =2*a
Lösung
sin α = n * α / g
2 *480 *10-9 m
g = ----------------1/ 5,7 *105 m
= 2* 4,8 *10-7 *5,7*105
= 0,5472
==> α = 33 Grad
a= tan α *e
= tan 33 * 2,48 m
= 1,6 m
d= 3,2 m
Aufg 11
λ,gelb = 600 nm ; l= 2 m ; a2= 0,24 m ; n = 2 ; ges (g)
tan α = a2 / l
= 0,24 m / 2 m
= 0,12 ==> α = 6,8 Grad
n*α
g = -----sin α
2* 6*10-7 m
= --------------sin 6,8
= 1,0 *10-5 m
Aufg 12
n * λ,rot
sin α,rot = -------g
1 *7 *10-7 m
= ---------0,01 *10-5 m
= 7 *10-2
==> α,rot = 4,01 Grad
und α,vio = 2,29 Grad
sin α2, vio = 2 * sin α1,vio
==> α2,vio = 4,59 Grad
Die Spektren 1. und 2. Ordnung überdecken sich nicht, liegen aber dicht
nebeneinander
Aufg 13
n= 2 ; g= 1/ 570 *103 m
sin α = 1 = n* λ /g
==> λ = g /n
= 1/ (570 *103 *2)
= 8,77 *10-7 m
Physik 12 Leistung
Dez. 98
1.Aufgabe
1. Erläutere den Versuch mit dem Fadenstrahlrohr zur
Bestimmung der spezifischen Ladung des Elektrons. Leite
dazu eine Gleichung für e/m her, in der rechts nur
messbare Größen auftreten.
2. Begründe die Form der Bahnkurve und die
Leuchterscheinung. Verdeutliche n einer Skizze die
Richtung des Magnetfelds.
3. Zeige, dass die Umlaufdauer T der Elektronen unabhängig
von ihrer Bahngeschwindigkeit v0 ist. Von welchen Größen
hängt sie ab ?
4. Bei einer Messung wurden folgende Ergebnisse erzielt:
U = 180 V, B= 13,6 *10-4 T, r = 3,2 cm. Berechne mit
diesen Werten e/m sowie die prozentuale Abweichung vom
Tabellenwert. Die Röhre wird nun um 15o gedreht. Welche
Auswirkung hat das auf die Bahnkurve? Wie weit ist ein
Elektron nach einem Umlauf von seinem Abschussort
entfernt?
5. Die Röhre werde nun in der ursprünglichen Lage in einen
Plattenkondensator (d =50 cm) gestellt, an dem die
Spannung U,C anliegt, so dass das elektrische Feld und
das Magnetfeld die gleiche Richtung haben. Welche
Auswirkung hat das auf die Bahnkurve ? (Skizze mit
Begr.
6. Wie groß muß U,C gewählt werden, damit ein Elektron
nach 2 Umläufen 2 cm vom Abschussort entfernt ist ?
2.Aufgabe
Elektronen treten mit einer kinetischen Energie von 1,2
*103 eV mitten zwischen den Platten in einen Kondensator
ein (l = 10 cm, d = 3 cm).
1. Leite allgemein die Gleichung der Bahnkurve der
Elektronen im Kondensator her.
2. Welchen Wert darf die Kondensatorspannung höchstens
haben, damit die Elektronen den Kondensator wieder
verlassen ?
3. Dem elektrischen Feld soll nun ein Magnetfeld derart
überlagert werden, dass die Elektronen den Kondensator
geradlinig durchfliegen. Bestimme anhand einer Skizze
die Richtungen der Feldvektoren E und B und berechne B
für U,C = 500 V.
4. Was muß in c) geändert werden, wenn statt Elektronen
Protonen gleicher Geschwindigkeit eingeschossen werden.
Begründe !!
3.Aufgabe
1. Eine Spule ist zusammen mit einem Amperemeter an eine
Batterie angeschlossen. Beschreibe und begründe anhand
von Formeln, was zu beobachten ist, wenn man einen
Weicheisenkern
a) in die Spule schiebt
b) aus der Spule herauszieht.
2. Ein langer, isolierter Draht wird in der Mitte
geknickt, dann wickelt man den doppelten Draht zu einer
Spule. Welchen Vorteil haben auf diese Weise
hergestellte Widerstände ?
4.Aufgabe
Ein Ganzmetallflugzeug mit der Spannweite l=44 m fliegt
in Kanada mit der Geschwindigkeit v = 900 km/h nach
Westen. Die Flussdichte des Erdmagnet-feldes beträgt
5,5.10 T, der Inklinationswinkel 75 o und der Vektor B,H
zeige nach Norden.
1. Berechne die zwischen den Flügelspitzen induzierte
Spannung.
2. Welcher Flügel wird positiv geladen ? Skizze
3. Wie ändert sich U, wenn das Flugzeug nach Norden fliegt
?
5.Aufgabe
In einer Spule (l = 50 cm, r = 5 cm, n = 2000) ohne
Eisenkern entsteht beim Anschluss an 220 V Gleichspannung
eine magnetische Feldstärke von 10000 A/m.
1. Berechne den ohmschen Widerstand der Spule.
2. Leite die Formel zur Berechnung der im Magnetfeld
gespeicherten Energie her und berechne diese.
3. Beim Ausschalten werde die Spule kurz-geschlossen. Nach
welcher Zeit ist die Stromstärke auf die Hälfte
gesunken ?
Physik 12
4.11.98
1.Aufg
Ein Kondensator C= 0,1 mikroFarad wird über einen
Widerstand R= 10 k Ohm an einer Spannungsquelle Uo = 100 V
aufgeladen.
1. Begründe, daß die Formel U(t) = Uo(1- e-t(RC)) den
Aufladevorgang richtig beschreibt.
2. Gib die Formel für I(t) und Q(t) an.
3. Berechne die Maximalwerte für Stromstärke und Ladung.
4. Berechne die Halbwertszeit (tH)
5. Zeichne den Graphen U(t) für 0  t  3 tH ;(kleinergleich)
6. Welche Energiewandlung findet während des Aufladens
statt?
1.Aufg
Ein Kondensator (A= 10 dm2, d= 5 mm, r = 200) mit
Dielektrikum wird an U= 1 kV angeschlossen.
1. Berechne die Kapazität, die Ladung, die elektrische
Feldstärke, die elektr. Flußdichte, die Energiedichte
sowie die gespeicherte Energie.
2. Wie ändern sich die Werte, wenn bei angeschlossener
Spannungsquelle das Dielektrikum entfernt wird?
Nach Entfernung des Dielektrikums wird die Spannungsquelle
abgetrennt und die Platten auf 1 cm auseinandergezogen.
3. Wie ändern sich die Werte gegenüber der Aufgabe 2) ?
4. Berechne die mechanische Arbeit für das
Auseinanderziehen und weise nach, daß sie in Form von
Feldenergie erhalten bleibt.
1.Aufg
Ein Bastler findet in seiner Elektronikkiste drei
Kondensatoren zu je 6 mikroFarad.
1. Zeichne alle 4 möglichen Schaltungen unter Verwendung
aller 3 Kondensatoren.
2. Berechne zu 1) jeweils die Gesamtkapazität.
Physik Leistung
12/1
28.9.98
1.Aufgabe
1. Beschreibe in Stichworten Gemeinsamkeiten und
Unterschiede zwischen dem Gravitationsfeld eines
Massenpunktes und dem elektrischen Feld einer
Punktladung.
2. In den Ecken eines Quadrates mit Seitenlange a = 10 cm
befinden sich die Punktladungen Q1 = Q2 = Q3 = Q4
= +l0-10 C.
3. Bestimme Betrag und Richtung der Kraft, die auf Q1
wirkt.
4. Es sei nun Q4 = — 10—10 C. Berechne das elektrische
Potential im Mittelpunkt des Quadrates (Bezugspunkt im
Unendlichen).
5. Welche physikalische Arbeit ist zu leisten, um die
negative Ladung in den Quadratmittelpunkt zu befördern
?
6. Gegeben sind zwei Punktladungen Q1 = +2 C und Q2 = +3 C
mit dem Abstand d = 1 m. In welchem Abstand von Q1 auf
der Verbindungslinie der Ladungen wirkt auf eine
negative Probeladung die Coulombkraft 0 N ?
2.Aufgabe
1. Ein auf 200 V aufgeladener Kondensator (C1 = 8 mü F)
wird zu einem auf 50 V aufgeladenen Kondensator (C2 =
16 mü F) parallel geschaltet, nachdem die
Spannungsquellen vorher abgetrennt wurden. Weiche
Spannung stellt sich ein, wenn beim Parallelschalten
a)gleichnamig geladene Platten
b)ungleichnamig geladene Platten miteinander verbunden
werden ?
3.Aufgabe
Zwischen die Platten eines geladenen Kondensators wird
eine genau passende Plexiglasplatte (,r = 3) geschoben.
1. Fertige zwei Zeichnungen an, welche die Situation vor
und nach Einführen der Platte verdeutlichen und
erläutere sie.
2. Gib begründend an, ob und wie sich die Größen U, Q, F
und  ändern, wenn der Kondensator
a)mit der Spannungsquelle verbunden bleibt
b)vorher von der Quelle getrennt wurde.
3. In den Zwischenraum des geladenen Kondensators wird nun
eine Metallplatte (gleiche Fläche, Dicke a < d)
berührungsfrei eingeschoben. Erläutere die Situation
anhand einer Skizze und berechne allgemein die
Kapazität der Anordnung.
4.Aufgabe
Fin Plattenkondensator besteht aus zwei vertikalen, rechteckigen Platten der Breite b= 0.4 m
und der Hohe h = 0,6 m (Plattenabstand d = 5 cm).
1. An den Platten liegt U = 500 V an. Berechne die Ladung
Q.
2. Der Kondensator wird nun bis zur Hohe y mit Öl gefüllt
(,r = 2,8). Berechne die Kapazität als Funktion der
Füllhöhe y und zeichne das C-y-Schaubild.
5.Aufgabe
1. Zeichne untereinander die Graphen für U(t) und I(t) bem
Auf— und Entladen eines Kondensators.
2. Ein Kondensator wird über einen Widerstand R = 5 *106 
entladen. Nach 8 s ist die Spannung auf 10% des
ursprünglichen Wertes abgefallen. Berechne die
Kapazität des Kondensators.
3. Das Produkt RC wird als Zeitkonstante der Schaltung
bezeichnet. Zeige, dass sich als Einheit tatsächlich 1
s ergibt.
4. Die unten abgebildete Schaltung soll zur Bestimmung der
Geschwindigkeit einer Pistolenkugel verwendet werden.
Die parallelen Staniolstreifen haben einen Abstand von
2 cm. Durchschießt man sie, so dass die leitenden
Verbindungen unterbrochen werden, so sinkt die Spannung
am statischen Voltmeter um 5 V. Bestimme daraus die
Geschoss-geschwindigkeit.
200 V
10 k
OHM
Kugel
Staniol
0,2 mü F
14.12.99
Nenne die Formel für
y(t) =
v(t) =
a(t)=
omega =
Y =
Was versteht man unter der Richtgröße?
Wie ist sie definiert?
Bei einem Federpendel wird die Periodendauer T dreimal so
groß, wenn die anhängende Masse m um m1=50 g vergrößert
wird. Wie groß war die ursprüngliche Masse?
Physik
12
Leistung 27.5.99
1.Aufgabe
1. Beschreibe anhand einer Skizze ein Verfahren zur
Bestimmung der Schallgeschwindigkeit in Metallen. Leite
die zugehörige Gleichung her.
2. Der Versuch wird mit einem 56 cm langen Kupferstab
durchgeführt, dabei häuft sich das Korkmehl in
Abstanden von 5 cm an. Bestimme daraus die Schallgeschwindigkeit in Kupfer.
2.Aufgabe
Ein Lautsprecher (Frequenz f) befindet sich über der
Öffnung einer Glasröhre (1 = 2m), in der der Wasserspiegel
beliebig gehoben und gesenkt werden kann.
1. Bei gefüllter Röhre wird der Wasserspiegel gesenkt.
Berechne in Abhängigkeit von der Schallgeschwindigkeit
c und der Frequenz £ die ersten drei
aufeinanderfolgenden Luftraumlängen l1,l2, l3 für
welche die Lautstärke maximal wird ! (Skizze).
Berechne l,n für das n—te Maximum.
2. Es sei l,10 = 1,9 m. Berechne die Lautsprecherfrequenz
f und die Wellenlänge der Schallwelle in Luft.
3. Bei welcher kleinsten Frequenz f erhält man bei einer
Rohrlänge von 2 m gerade noch ein einziges Maximum ?
Für welche Frequenz f2 erhält man gerade die ersten
beiden Maxima?
4. Die Röhre wird mit Kohlendioxyd gefüllt. Für f= 850 Hz
ist der Abstand zweier aufeinanderfolgender Maxima um 4
cm kleiner als in Luft. Berechne die
Schallgeschwindigkeit in Kohlendioxyd.
3.Aufgabe
1. Ein Beobachter bewegt sich mit einer Geschwindigkeit v
an einer ruhenden Schallquelle vorbei. Im Augenblick
der Begegnung ändert sich die Tonhöhe um eine Quarte.
Berechne v .
2. Eine ruhende Schallquelle S sendet einen Ton der
Frequenz f aus. Eine Wand bewegt sich mit der
Geschwindigkeit v auf den ruhenden Beobachter B zu.
a) Wieviele Töne nimmt B wahr ?
b) Welche Frequenz f1 mißt ein mitbewegter Beobachter auf
der Wand im Punkt A ?
c) Welche Frequenz f2 hat die reflektierte Welle für B ?
d) Es sei v<c. Ist f2 größer oder kleiner als f ?
3. Eine Schallquelle (v0 ,f0 ) und ein Beobachter (v1 )
bewegen sich relativ zur ruhend gedachten Luft
voneinander weg. Leite allgemein eine Formel zur
Berechnung der Tonfrequenz f 1her, die der Beobachter
wahrnimmt .
4.Aufgabe
1. Zeichne ein Schaltbild zur Erzeugung ungedämpfter
elektromagnetischer Schwingungen nach Meissner (mit
Meßgeräten für Gitterkonstante, Anodenstrom und
Schwingfrequenz)
2. Stelle in einem I/t — Diagramm (qualitativ den
zeitlichen Verlauf der Anodenstromstärke I,A dar.
5.Aufgabe
1. Beschreibe ein Verfahren, mit dem man bei einem
abgestimmten Lechersystem Bäuche und Knoten des
Magnetfeldes bzw. des el. Feldes nachweisen kann
(Skizze)
2.Eine Lecherleitung mit offenem Ende wird mit einer
Frequenz von 800 MHz angeregt. Berechne die drei
kürzesten Abstimmlängen.
3.Eine Lecherleitung wird an einen Schwingkreis gekoppelt.
Man mißt einen Knotenabstand von 30cm. Schaltet man zum
Schwingkreiskondensator einen Kondensator von 100 pF
parallel, so beträgt der Knotenabstand 60cm. Berechne
Frequenz, Induktivität und Kapazität des ursprünglichen
Schwingkreises
Physik 12 , Leistung
März 99
1.Aufgabe
1. Erläutere den Begriff mathematisches Pendel und leite
die Formel für die Periodendauer her.
2. Eine Pendeluhr, deren Pendel bei richtigem Gang die
Periodendauer 1 s haben soll geht täglich 6 Minuten
vor. Wie muß die Pendellänge verändert werden, damit
die Uhr richtig geht?
3. Wie verhält sich ein Feder— bzw. Fadenpendel im
schwerefreien Raum? Begrunde
2.Aufgabe
1. Skizziere für einen harmonischen Schwinger qualitativ
als Diagramme für eine Periode die Funktionen s(t),
v(t) a(t), Ekin(t), Epot(t), Ekin(s) und E
pot(s).
2. Ein zylindrischer Becher (m = 100 g) mit Radius 5 cm
schwimmt in einer mit Wasser (p = 0,998 g/cm3)
gefüllten Wanne, der Schwerpunkt liege im Boden.
a) Berechne die Eintauchtiefe.
b) Zeige, dass der Becher harmonisch schwingt, wenn man
ihn
um x aus der Ruhelage auslenkt und berechne die
Periodendauer (Herleitung).
c) Welche maximale Geschwindigkeit erreicht der Becher,
wenn man ihn auf die Wasseroberfläche setzt und loslässt ?
4.Zeige allgemein, dass ein Kegel (Schwerpunkt in der
Spitze, Höhe gleich Durchmesser) im Wasser keine
harmonischen Schwingungen ausführt.
3.Aufgabe
S1
L =912 H
S2
U = 100 V
C1
30 mü F
R=0 ohm
C2 =
10 mü F
In nebenstehender Schaltung sind die Schalter S1 und S2
zunächst in der gezeichneten Stellung. Im Zeitpunkt t = 0
s wird S1 umgelegt, so dass C1 und C2 mit L verbunden sind.
1. Berechne die Frequenz der entstehenden Schwingung.
2. Berechne den Scheitelwert I,m des Spulenstromes der
Schwingung.
3. In dem Zeitpunkt, in dem die Kondensatorspannung zum 3.
Mal null ist, wird Schalter S2 geöffnet. Welchen
Einfluss hat dies auf den Scheitelwert I des
Spulenstromes beim weiteren Schwingungsvorgang ?
Begründe, berechne ggf. I,m
4. Wie wirkt sich das Öffnen von S2 auf den Scheitelwert
U,m an C2 beim weitereri Schwirigungsvorgang aus ?
Begrunde. Berechne ggf. U,m
5. Berechne die neue Schwingungsdauer T
4.Aufgabe
In einem Schwingkreis (T = 0,2 s) beträgt die Spannung am
Kondensator zum Zeitpunkt t = 0 sec, U,m = 6 V. Sie nimmt
infolge der Dämpfung in jeder Periode um 20% ab.
1. Bestimme die Dämpfungskonstante und gib den zeitlichen
Verlauf der Spannung U(t) an.
2. Wieviel Prozent der Energie ist nach 10 Perioden noch
vorhanden ?
3. Die Kapazität des Kreises betrage 50 pF. Bestimme L.
5.Aufgabe
1. Beschreibe in Stichworten die Unterschiede zwischen
einer fortschreitenden und einer stehenden Welle.
2. Überlagern sich zwei gegeneinanderlaufende Wellen
gleicher Amplitude, Schwingungsrichtung und
Wellenlänge, so entsteht eine stehende Welle. Leite
allgemein die Wellengleichung einer stehenden Welle her
und interpretiere die einzelnen Terme der Gleichung.
3. Ein 3 m langer, biegsamer Schlauch wird oben
eingeklemmt und hängt frei nach unten. In der Nähe des
Aufhängungs-punktes wird er zu Schwingungen angeregt.
Bei einer Frequenz von 2 Hz gerät er zum ersten Mal in
eine Resonanzschwingung. Berechne anhand von Skizzen
die nächsten 3 Eigenfrequenzen und die zugehörigen
Wellenlängen sowie die Phasengeschwindigkeit der
Wellen.
4. Auf einem 12 m langen Wellenträger werde zum Zeitpunkt
t = O sec an beiden Enden sinusförmige
Transversalwellen gleicher Phasengeschwindigkeit (c= 2
m/s), Frequenz (f = 0,5 Hz) und Amplitude (s,m = 10 cm)
erregt, wobei die Welle am linken Ende nach oben, am
rechten Ende nach unten schwingend beginnt. Skizziere
das Momentbild des Wellenträgers für t1 = 4 s und t2 =4,5
s.
Formel : sin  + sin  = 2 *sin (+)/2 * 2 cos (-)/2
Arbeit, Physik 12,
2.11.99
==> Rechenweg und Lösung ohne Einheiten sind ganz falsch.
1. Aufgabe
(3 Pkt
Nenne mehrere Möglichkeiten um das elektrische Feld
sichtbar zu machen.
2. Aufgabe
(3 +3 Pkt
1) Nenne die Eigenschaften des elektr. Feldes.
2) Beschreibe jeweils einen Versuch um diese Eigenschaft
zu zeigen.
2. Aufgabe
( 3 +3
Das elektr. Feld wirkt auf Körper und verändert sie. Nenne
jeweils einen Versuch um diese Wirkung zu zeigen.
3. Aufgabe
(7 Pkt
In einem kreisförmigen Teilchenbeschleuniger (r= 10 m)
sind 5 *1020 Elektronen enthalten. Die Elektronen bewegen
sich mit 90% der Lichtgeschwindigkeit. Wie gross ist die
Stromstärke im Beschleuniger?
q,e =1,6 *10-19 C
4. Aufgabe
(7 Pkt
Wie gross ist der Ausschlag (d) einer Probekugel der Masse
m= 0,25 g die an einem Faden der Länge l=1,5 m in einem
elektr Feld der Stärke E= 5,6 *102 N/C hängt, wenn die
Ladung Q= 6,0 *10-8 C beträgt ?
5. Aufgabe
(4 Pkt
Erkläre mit physikalischen Begriffen und einigen Formeln
die Funkenbildung beim elektrischen Feuerzeug.
6. Aufgabe
(4 +2 Pkt
Begründe mit Hilfe von Text und Formeln:
a) Verdoppelt man den Plattenabstand eines Kondensators,
so verdoppelt sich auch der Energieinhalt des Feldes.
b) Woher kommt die gewonnene elektr. Energie?
7. Aufgabe
(6 Pkt
Ein Öltröpfchen (m= 3,5 *10-9 mg, Dichte= 0,95 g/cm3)
schwebt zwischen den Platten eines Kondensators mit dem
Plattenabstand d= 0,5 cm bei einer Spannung U= 214 V.
Wie viele Elementarladungen trägt es?
Nachschreibearbeit
S.Kadenbach
1. Aufgabe
( 1 +1 +2 Pkt
Erkläre: Dielektrikum, Elementarladung.
Warum gibt es keine kleinere Ladungsmenge?
2. Aufgabe
( 2 +2 +2 Pkt
Das elektr. Feld wirkt auf Körper und verändert sie.
Beschreibe jeweils einen Versuch um diese Wirkung zu
zeigen.
3. Aufgabe
( 1 +2 Pkt
Zeichne das Feld um eine kleine (+)geladene Kugel. Wo
enden die Feldlinien?
4. Aufgabe
( 3
Berechne die Ladung eines Elektrons. (Der Rechenweg muss
nachvollziehbar sein.
5. Aufgabe
( 2
Pkt
Erkläre wie man sich früher die Feldwirkung vorstellte
und welche Vorstellung man heute hat.
6. Aufgabe
( 7 Pkt
Ein Öltröpfchen der Masse 2,4 *10-12 g kommt in einen
Kondensator von 0,5 cm Plattenabstand bei 250 V zum
Schweben. Welche Ladung trägt es? Wie viele Elementarladungen sind das?
7. Aufgabe
( 7 Pkt
Ein Plattenkondensator (3,0 mm Plattenabstand) ist auf
3000 V geladen. Wie viele freie Elektronen trägt 1 cm2 der
negativen Platte?
8. Aufgabe
( 7 Pkt
Berechne die Dicke der Kupferschicht (Cu)= 8,9 g/cm3),
die ein Strom der Stärke I= 5,8 A in der Zeit
t= 3 h auf der Oberfläche einer Kugel (r= 8,3 cm)
gleichmässig abscheidet.
-----------------------------Konstanten
1 F = 96500 A*s ; c = 3 *108 m/s
o = 8,85 *10-12C /V*m ;
AE(Cu) = 63,5 g/mol
Physik 12,
23.11.99
;
q,e = 1,6 *10-19C
1 J = 1 Nm = 1 VAs
1.Aufgabe
Lichtelektrischer Effekt
(2 +4
1) Zeichne und beschrifte eine Vakuumfotozelle im
Stromkreis.
2) Beschreibe ihre Arbeitsweise.
2.Aufgabe
Neonröhre
( 2 +4 +3
1) Zeichne und beschrifte eine Neonröhre im Stromkreis.
2) Erkläre ihre Arbeitsweise.
3) Erkläre die Entstehung von Licht dabei.
3.Aufgabe
Drei-Finger-Regel
( 2 +4 +3
1) Zeichne und beschrifte einen Versuch dazu.
2) Erkläre die Entstehung der Lorentzkraft.
3) Erkläre warum die Elektronen im Leiter fliessen.
4.Aufgabe
( 6
Welche Spannung muss ein Elektron durchlaufen, damit es
90% der Lichtgeschwindigkeit erreicht?
Aufgabe
Wer will ein Referat über das XEROX-Fotokopierverfahren
halten?
----------------------------------Konstanten
q,e = 1,602 *10-19 C
m,e = 9,11 *10-31 kg
E= Q *U
E = 1/2 * m * v2
Q *U = 1/2 *m *v2
0,5 * 9,11 *10-31 kg *( 300.000 km)2
U = ------------------1,602 *10-19 C * sec2
= 2,07 *105
= 207.000
-------------- nicht geschrieben ----------10.nov 99
1. Aufgabe
(7 Pkt
In einem kreisförmigen Teilchenbeschleuniger (r= 10 m)
sind 5 *1020 Elektronen enthalten. Die Elektronen bewegen
sich mit 90% der Lichtgeschwindigkeit. Wie gross ist die
Stromstärke im Beschleuniger?
q,e =1,6 *10-19 C
2. Aufgabe
( 3
Berechne die Ladung eines Elektrons. (Der Rechenweg muss
nachvollziehbar sein.
3. Aufgabe
( 6 Pkt
Ein Öltröpfchen der Masse 2,4 *10-12 g kommt in einen
Kondensator von 0,5 cm Plattenabstand bei 250 V zum
Schweben. Welche Ladung trägt es? Wie viele Elementarladungen sind das?
-----------------------------Konstanten
1 F = 96500 A*s ; c = 3 *108 m/s
o = 8,85 *10-12C /V*m ;
;
q,e = 1,6 *10-19C
1 J = 1 Nm = 1 VAs