Aufgaben Lehrbuch Lösungen Datei

Aufgabenlösungen Physik Grundkurs 11 – Herr Rafelt
LB S. 124..125
– Aufgabe 27, 29, 30, 32, 34, 35, 36
Lösungen:
Aufgabe 27
a)
b)
Magnetfeld um eine stromdurchflossene Spule
Magnetfeld zwischen zwei senkrecht angeordneten Magnetplatten (Polen), …
Aufgabe 29
a)
b)
Die neben der skizzierten Variante weiteren möglichen Fälle ergeben sich
– durch umpolen der Spannungsquelle
– durch umdrehen des Magneten
Im dargestellten Fall wirkt eine Kraft auf den Leiter so, dass er sich aus dem
Magneten herausbewegt wird. Ermittelbar mit der Linken-Hand-Regel.
Aufgabe 30
d)
keine Ablenkung, da Bewegung
in Feldrichtung
Aufgabe 32
Die drehbare Spule befindet sich in einem Magnetfeld. Wird sie von einem Strom durchflossen, so
wirkt aufgrund der Lorentzkraft ein Kräftepaar, das zu einer Drehung der Spule führt. Eine
Rückstellfeder sorgt dafür, dass nur ein bestimmter Ausschlag erreicht wird. Je größer die
Stromstärke durch die Spule ist, desto größer ist die Kraft und desto größer ist demzufolge auch der
Ausschlag.
F
I
I
F
Aufgabe 34
Gesucht:
B in Tesla
Gegeben:
E = 500 eV
r = 2,6 cm = 0,026 m
Lösung:
FR = FL
me ⋅ v 2
= e ⋅v ⋅ B
r
m ⋅ v
B = e
r ⋅e
1
B =
2 me ⋅ E
r ⋅ e 
Einsetzen der Werte ergibt: 3 mT
v =

2E
me
Aufgabe 35
Lösung:
a) Die Geschwindigkeit v in Abhängigkeit der Beschleunigungsspannung U und der spezifischen
Ladung Q/m beträgt:
v =

2U ⋅
Q
m
Da Elektronen und Protonen auf die gleiche Geschwindigkeit gebracht werden sollen, gilt:
v =

2Ue ⋅
e
=
me

2U p ⋅
e
mp
Auflösen nach dem Verhältnis führt zu:
Up
m
= p
Ue
me
b) Bewegt sich ein geladenes Teilchen in einem homogenen Magnetfeld auf einer Kreisbahn, dann
wirkt die Lorentzkraft als Radialkraft. Daraus folgt:
me ⋅ v 2
= e ⋅v ⋅ B
r
m⋅ v
r =
Q ⋅ B
Das gesucht Verhältnis der Radien errechnet sich somit zu:
rp
m
= p = 1836
re
me
Für die Frequenz f gilt:
f =

1
v
=
=
2
2
r
Nach Einsetzen der Beziehung für den Radius erhält man:
f =
1 e ⋅ B und somit
2
m
fe
m
= p = 1836
fp
me
Um unterschiedliche Ladungsträger auf die gleiche Geschwindigkeit zu bringen, muss das
Verhältnis der Beschleunigungsspannungen dem vorliegenden Massenverhältnis entsprechen.
Die Beschleunigungsspannung der Protonen ist 1836-mal größer als die der Elektronen.
Bewegen sich Elektronen und Protonen im gleichen homogenen magnetischen Feld auf
Kreisbahnen, dann verhalten sich die Radien ebenfalls wie die Massen. Im Gegensatz dazu
verhalten sich die Umlauffrequenzen umgekehrt zu den Teilchenmassen.
Aufgabe 36
Lösung:
q
2U
= 2
m
B ⋅ r2
q
2⋅450 V
=
−3
m
12⋅10 T 2 ⋅ 0,13 m2
q
= 3,7⋅108 C⋅kg −1
m