Prüfung Physik IB 2012-03-29

Schriftliche Prüfung aus Physik IB (Rechenteil) am 29.3.2012
(3 Beispiele: insgesamt 12 Punkte) 1. Bei einem harmonischen Oszillator mit einer Schwingungsdauer T = 3s nehme die Amplitude pro Periode um 5% ab. a) Um wie viele Prozent verringert sich die Energie pro Schwingung? b) Nach wie vielen Schwingungen (Anzahl der Perioden) hat die Amplitude auf die Hälfte abgenommen. c) Wie groß wäre die Periodendauer des Oszillators, wenn die Dämpfung Null wäre? (4 Punkte) 2. Ein idealer Plattenkondensator mit einem Plattenabstand von 1 mm ist bis zur Hälfte des Plattenabstandes mit einen Dielektrikum der relativen Dielektrizitätskonstante ε = 4 ausgefüllt. Zwischen die Platten wird eine elektrische Spannung von 10 Volt angelegt. a) Berechnen Sie den Potentialverlauf U(x) zwischen den Platten und zeichnen Sie diesen in ein Diagramm ein. b) Berechnen Sie die Ladung, die pro cm2 Plattenfläche des Kondensators gespeichert wird. (4 Punkte) 3. Eine Spule bestehe aus 150 Windungen mit einem Durchmesser von 5cm. Diese Spule befindet sich in einem homogenen Magnetfeld mit der Spulenachse parallel zum Feld. Das Magnetfeld verändert sich zeitlich derart, dass es ab dem Zeitpunkt t = 0s von B = 0T weg hoch geregelt wird. Während dieses Vorgangs stellt man fest, dass eine mit der Zeit linear ansteigende Spannung in der Spule induziert wird, die bei t = 0 bei U = 0V beginnt und nach t = 7s eine Spannung U = 0.8V erreicht. Berechnen Sie die nach 7 Sekunden erreichte Magnetfeldstärke B und skizzieren Sie die Funktion für die zeitliche Veränderung des Magnetfeldes B(t). (4 Punkte) Schriftliche Prüfung aus Physik IB (Theoretischer-Teil) am 29.3.2012
(2 Fragen nach Wahl beantworten, bitte genau kennzeichnen! Maximal 8 Punkte)
1. Ein Kondensator mit Kapazität C sei auf die Spannung Uc aufgeladen. Wenn man den Schalter (siehe Skizze) schließt, dann fließt ein Strom über I
die Spule L und induziert dort eine Spannung UL. a) Nutzen Sie fundamentale Beziehungen aus der Vorlesung, um für die gegebene Schaltung eine UL
C
UC
Differentialgleichung für die Stromstärke L
aufzustellen. Um welche Differenzialgleichung handelt es sich? Geben Sie einen Lösungsansatz an. b) Was ändert sich, wenn Sie in nebenstehender Schaltung zusätzlich einen Widerstand R in Serie schalten? 2. Schreiben Sie die Maxwellgleichungen sowohl in der integralen als auch in der differenziellen Form an, und erklären sie in Worten deren physikalische Bedeutung? (4 Punkte) 3. Protonen werden durch das Feld eines Plattenkondensators mit einer Spannung U beschleunigt und durch ein Loch in das homogene Magnetfeld B (das aus der Zeichenebene heraus zeigt) eines Elektromagneten eingeschossen (siehe Skizze). a) In welchem Abstand d vom Eintrittsloch trifft der Protonenstrahl auf den Leuchtschirm auf. b) Was ändert sich qualitativ und auch quantitativ (Abschätzung!) wenn man das elektrische Feld umkehrt und Elektronen statt Protonen verwendet? (4 Punkte) r
B
d
U
Schirm
r
E
+