Aufgaben zu: Kraft auf eine Ladung im elektrischen Feld
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LGÖ Ks Ph 12 4-stündig 21.10.2010 Aufgaben zu: Spannung und Potenzial 1) Zwischen zwei senkrecht stehenden Kondensatorplatten hängt ein Kügelchen der Masse 0,4 g an einem Faden. Die Kondensatorplatten sind an eine Spannungsquelle von 3 kV angeschlossen und haben einen Abstand von 10 cm. a) Welche elektrische Kraft erfährt das Kügelchen, wenn es die Ladung 5 nC trägt? b) Der Faden ist 80 cm lang. Von der Masse des Fadens und der Ausdehnung des Kügelchens ist abzusehen. Für kleine Auslenkungen des Kügelchens genügt eine näherungsweise Berechnung. Wie weit wird das Kügelchen horizontal ausgelenkt, wenn es die Ladung q = 5 nC trägt? Gib eine Gleichung an, mit der die horizontale Auslenkung s des Kügelchens in Abhängigkeit von seiner Ladung q berechnet werden kann. Zeichne ein s ( q ) -Diagramm im Bereich 0 ≤ q ≤ 10 nC . Hausaufgaben zu: Spannung und Potenzial 1) Zwischen zwei waagrechten Kondensatorplatten, die einen Abstand von 20 cm haben und zwischen denen eine Spannung von 200 kV liegt, befindet sich ein Wattestück der Masse 0,01 g. Welche Ladung muss das Wattestück haben, damit es zwischen den Kondensatorplatten schweben kann? 2) Fülle die Tabelle aus und runde dabei auf drei geltende Ziffern. Winkel ϕ 0° 5° 10° 20° 30° ϕ im Bogenmaß sin ϕ tan ϕ 3) Zwischen zwei senkrecht stehenden Kondensatorplatten hängt ein Kügelchen der Masse 0,4 g an einem Faden der Länge 80 cm. Von der Masse des Fadens und der Ausdehnung des Kügelchens ist abzusehen. Für kleine Auslenkungen des Kügelchens genügt eine näherungsweise Berechnung. a) Das Kügelchen trägt die Ladung 5 nC, und die Kondensatorplatten haben einen Abstand von 10 cm. Gib eine Gleichung an, mit der die horizontale Auslenkung s des Kügelchens in Abhängigkeit von der Spannung U zwischen den Kondensatorplatten berechnet werden kann. Zeichne ein s (U ) -Diagramm im Bereich 0 ≤ U ≤ 5 kV . b) Das Kügelchen trägt die Ladung 5 nC, und zwischen den Kondensatorplatten herrscht die Spannung 3 kV. Der Abstand d der Kondensatorplatten wird variiert; dabei bleiben die Kondensatorplatten an die Spannungsquelle angeschlossen, so dass die Spannung konstant bleibt. Wie hängt die horizontale Auslenkung s des Kügelchens vom Plattenabstand d ab? Skizziere ein s ( d ) -Diagramm im Bereich 8 cm ≤ d ≤ 20 cm . 07b_auf_spannungundpotenzial 1/2 LGÖ Ks Ph 12 4-stündig 21.10.2010 Vergleich: Elektrisches Feld und Gravitationsfeld Elektrisches Feld Gravitationsfeld In der Umgebung einer elektrischen Ladung erfährt eine andere Ladung eine elektrische Kraft. Definition: In der Umgebung eines Körpers erfährt ein anderer Körper eine Gravitationskraft. In der Umgebung einer geladenen Kugel erfährt eine Ladung eine elektrische Kraft. Beispiel: In der Umgebung der Erde erfährt ein Körper eine Gewichtskraft. JG elektrische Kraft F Feldkraft: JJG Gravitationskraft FG JG Im Beispiel: Gewichtskraft G Eigenschaft eines Probekörpers: Masse m elektrische Ladung q Abhängigkeit der Feldkraft von der Eigenschaft des Probekörpers: Die elektrische Kraft F ist proportional zur Die Gravitationskraft FG ist proportional zur Ladung q. Masse m. Betrag der Feldstärke: elektrische Feldstärke E = Einheit: 1 F q „Gravitationsfeldstärke“ g = G m N kg Im Beispiel: Ortsfaktor (= Erdbeschleunigung) N C Einheit: 1 Richtung der Feldstärke: Richtung der Kraft auf eine positive ProbeRichtung der Kraft auf einen Körper ladung Abituraufgaben (nach Stark-Heft 2011) Abitur 2006 Aufgabe I c) ohne „Erläutern Sie, …“ 07b_auf_spannungundpotenzial 2/2
