4. Klausur Physik-Leistungskurs Klasse Dauer: 90 min Hilfsmittel. Tafelwerk, Taschenrechner

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Helmuth Weber
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1 4. Klausu Physik-Leistungskus Klasse Daue: 90 in Hilfsittel. Tafelwek, Taschenechne 1. Duch eine kuze pule, die an eine Ozsilloskop angeschlossen ist, fällt ein Daueagnet. Welche de dei Kuven bescheibt den pannungsvelauf a besten? (1). Vegleichen ie die Funktionspinzipien von Geneato und Tansfoato unte Beücksichtigung des nduktionsgesetzes. (5) 3. Eine quadatische Leiteschleife it de eitenlänge von 6,0 c ist in eine hoogenen Magnetfeld it 0 T que stehend. Beechnen ie die in de chleife duchschnittlich induziete pannung, wenn a) das Magnetfeld in 0,5 s auf ein Dittel seine uspünglichen täke abgebaut wid (4) b) die chleife i Magnetfeld in 0,5 s u 65 u eine Achse gedeht wid, die senkecht zu den Magnetfeldlinie steht. (4) 4. a) Ein Tansfoato nit 55 W Leistung auf und bildet bei eine Wikungsgad von 9% ausgangsseitig eine pannung von 16V. Wie goß ist de ekundästo? (3) b) Ekläe, wau de Eisenken eines Tafos aus einzelnen lackieten Blätten besteht und nicht aus eine tück gegossen wid. () 5. Ein it de pannung beschleunigtes Elekton duchläuft in eine hoogenen Magnetfeld it de täke B eine Keisbahn it de Radius e 30 c. Welchen Radius He hat die von eine Heliuken beschiebene Keisbahn, wenn de Ken it de gleichen pannung wie das Elekton beschleunigt wid und sich i gleichen Magnetfeld bewegt? (Masse des Heliukens He 6,65 * 10-7 kg). (4)

2 Lösungen 1. b ist ichtig. Nähet sich de Magnet it seine esten Pol de pule, wid eine ansteigende pannung induziet. st die Mitte des Magneten in de pule, ändet sich das Magnetfeld fü einen kuzen Moent nicht, so dass die pannung auf Null absinkt. Danach fliegt de andee Pol duch die pule, so dass wiede eine pannung it entgegen gesetzten Vozeichen entsteht. Da de Magnet schnelle wid, ist de Betag de zweiten pannungsspitze höhe als de esten pitze. Gleichzeitig ist sie schale gewoden.. Geeinsakeiten: owohl i Geneato als auch i Tansfoato weden in eine pule pannungen induziet. dφ nduktionsgesetz: ind dt nteschiede: Geneato ändet sich die Fläche de pule, die vo Magnetfeld duchsetzt wid, da sie die pule in eine konstanten Magnetfeld deht. da ind B dt Bei Tafo wid duch die Piäspule ein veändeliches Magnetfeld ezeugt, das die ekundäspule duchsetzt. Die duchsetzte Fläche bleibt bei Tafo konstant. db ind A dt

3 3. a 6,0 c B 0T t 0,5 s α 65 Antwot: a) n de pule wid eine pannung induziet, wenn sich das Magnetfeld ändet. Es gilt das nduktionsgesetz: ( B A) N t Die Windungszahl ist 1 und die Fläche, die vo Magnetfeld duchsetzt wid, ändet sich nicht. Dait wid: B A t Die Fläche ist ein Quadat it 6,0 c Kantenlänge und hat dait eine Fläche 3 von 3,6 10. Die täke des Magnetfeldes ändet sich von 0 T auf 0/3 T, also u 40/3 T. Dait kann die pannung fü den esten Fall beechnet weden: T 3, ,5s 1,9 10 V b) zweiten Fall bleibt das Magnetfeld konstant und die Fläche ändet sich: A B t 3 Zu Beginn de Zeit ist die Fläche 3,6 10. Deht sich die chleife, wid wenige Fläche duchsetzt. Die Fläche a Ende des Voganges beechnet sich it A A cosα 1 3 A 3,6 10 cos 65 3 A 1,5 10 Dait ist die Flächenändeung A A A 1 3 A,08 10 nd das setzt an in das nduktionsgesetz ein: 4 3 3, T 0,5s 1,66 10 V esten Fall wid eine pannung von 0,19V induziet, i zweiten Fall 0,166 V.

4 4. P P 55 W η 0,9 16 V Fü den Tafo gilt de Enegieehaltungssatz: was Piäseitig an Leistung hineingeht, uss ekundäseitig auch wiede an Leistung heauskoen. Dabei finden natülich noch die Veluste u.a. duch Wäe Beücksichtigung, die duch den Wikungsgad beschieben weden. Es gilt also: PP η P Leistung ist pannung al to: P η P PP η 55 W 0,9 16 V 3, A Antwot: ekundäkeis fließt ein to von 3, A.

5 5. Antwot: e 30c 7 He 6,65 10 kg Die geladenen Teilchen weden duch die Loentzkaft auf eine Keisbahn gezwungen. Es gilt: F F v L Q v B v Q v B v Q B De Radius ist von de Masse, de Geschwindigkeit und de Ladung de Teilchen abhängig. Es wid eine Aussage übe die Geschwindigkeit de Teilchen geacht, die die Beschleunigungsspannung duchlaufen haben: Q v Q v Das wid in die Radiusgleichung eingesetzt, die vohe noch schnell quadiet wid: v Q B Q Q B Q B Die Beschleunigungsspannung und die agnetische Feldstäke B sind konstant. Dait gilt: ~ Q Die Masse des Heliukens ist 7300 al so goß wie die Masse eines Elektons, die Ladung ist doppelt so goß. Dait ist de Quotient 3650 Q 60,4 Q De Radius de Keisbahn, den die Heliukene duchfliegen ist also 60,4 al göße als de Radius de Elektonenbahn und soit 18 goß. Die Heliukene fliegen auf eine Radius it 18 Radius. He

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