Physik 9, Brodscholl, Schuljahr 2016/17: Übungsaufgaben zur Klassenarbeit Nr. 1

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1 Physik 9, Brodscholl, Schuljahr 2016/17: Übungsaufgaben zur Klassenarbeit Nr. 1 Multiple Choice Mehrfachantworten können vorkommen. 1. Welche Stoffe werden von Magneten angezogen? a. alle Metalle. b. Eisen. c. Nickel. 2. Welche Stoffe werden von Magneten angezogen? a. Diamagnetische Stoffe b. Paramagnetische Stoffe c. Ferromagnetische Stoffe 3. Die Wirkung eines Magneten lässt sich abschirmen durch a. Eisen. b. Luft. c. Aluminium. 4. Die Wirkung eines Magneten lässt sich durch a. alle ferromagnetischen Stoffe abschirmen. b. alle nicht ferromagnetischen Stoffe abschirmen. c. alle magnetisierbaren Stoffe abschirmen. 5. Jeder Magnet besitzt a. einen Plus- und Minuspol. b. einen Nord- und Südpol. c. zwei Stellen stärkster Anziehung d. parallele Feldlinienmuster. 6. Gleichnamige magnetische Pole a. ziehen sich an. b. stoßen sich ab. c. wechselwirken nicht miteinander. 7. Worüber sagt das magnetische Kraftgesetz etwas aus? a. Über die Anziehung und Abstoßung magnetischer Pole. b. Über die geometrische Struktur von Magnetfeldern. c. Über die Richtung des Erdmagnetfeldes am jeweiligen Ort. 8. Das Ende einer Kompassnadel, welches nach Norden weist, ist der a. magnetische Nordpol. b. magnetische Südpol. c. magnetische Pluspol. d. magnetische Minuspol. 9. Im Süden der Erde befindet sich der a. magnetische Nordpol. b. magnetische Südpol. c. magnetische Pluspol. d. magnetische Minuspol. 10. Die magnetische Wirkung von ferromagnetischen Materialien lässt sich durch verringern. a. schnelles Abkühlen. b. Erhitzung. c. Starke Erschütterung. 11. Als magnetisches Feld wird a. ausschließlich der Raum zwischen zwei Magneten bezeichnet. b. der Bereich eines Magneten mit der größten Wechselwirkung bezeichnet. c. der Wirkungsbereich eines Magneten bezeichnet. 12. Die Dichte der Feldlinien ist ein Maß für a. die Lorentzkraft. b. die Stärke des Magnetfeldes. c. den Wirkungsbereich eines elektrischen Feldes. 13. Feldlinien a. sind Ketten von Eisenfeilspänen. b. geben die Richtung der Kraft an, die auf den Nordpol eines Magneten wirkt. c. sind Hilfsmittel zur Darstellung eines Magnetfeldes. 14. Wer entdeckte, dass eine Magnetnadel in der Nähe eines elektrischen Stromes eine Kraft erfährt? a. Michael Faraday b. Hans Christian Oersted c. Hendrik Antoon Lorentz. 15. Eine stromdurchflossene Spule bezeichnet man als a. Elektromagnet. b. Dauermagnet. c. Ferrit. 16. Innerhalb einer langen stromdurchflossenen Spule a. verlaufen die Feldlinien nahezu parallel. b. verlaufen die Feldlinien auf geschlossenen Kreisen um die Spulenachse. c. existiert kein homogenes Magnetfeld.

2 17. Das Magnetfeld einer schlanken, stromdurchflossenen Spule ist umso stärker, je a. länger die Spule ist. b. größer die Stromstärke ist. c. mehr Windungen die Spule besitzt. 18. Was sind magnetische Pole? a. Bereiche größter Wechselwirkung. b. Stellen stärkster magnetischer Ladung. c. Pluspol und Minuspol. 19. Wenn Eisen von einem Magneten berührt wird, a. wird die paramagnetische Eigenschaft aufgehoben. b. wird es magnetisiert. c. wird die Ordnung der Weiss-Bezirke zerstört. 20. Im Norden der Erde befindet sich der a. magnetische Nordpol. b. magnetische Südpol. c. magnetische Pluspol. d. magnetische Minuspol. 21. Magnetisieren bedeutet modellhaft: a. Wechsel der Feldlinienrichtung. b. Parallele Ausrichtung der Weiss-Bezirke. c. Erhöhung der Feldliniendichte. 22. Die magnetischen Feldlinien eines elektrischen Stromes in einem geraden Leiter a. verlaufen in Kreislinien parallel zum Leiter. b. bilden geschlossene Kreise senkrecht zum Leiter. c. verlaufen auf Kreisbögen vom Pluspol zum Minuspol. 23. Außerhalb einer stromdurchflossenen Spule ähnelt ihr Magnetfeld dem Feld a. eines Ringmagneten. b. eines Hufeisenmagneten. c. eines Stabmagneten. 24. Ein Eisenkern im Inneren einer stromdurchflossenen Spule a. verstärkt ihre magnetische Wirkung. b. schwächt ihre magnetische Wirkung ab. c. beeinflusst ihre magnetische Wirkung nicht. 25. Die magnetische Flussdichte einer stromdurchflossenen, schlanken Spule ist umso schwächer, je a. länger die Spule (bei gleicher Windungszahl) ist. b. größer die Stromstärke ist. c. geringer die Windungsdichte der Spule ist. 26. Die Lorentzkraft F L, die auf einen stromdurchflossenen Leiter in einem homogenen Magnetfeld B wirkt, ist Null, wenn a. der Strom senkrecht zu den Feldlinien fließt. b. die Feldlinien parallel zur Bewegungsrichtung der Elektronen verlaufen. c. die Stromstärke zu gering ist. 27. Stoffe, die zu starken Dauermagneten gemacht werden können, heißen a. diamagnetisch. b. paramagnetisch. c. ferromagnetisch. 28. Elektrische Ströme a. sind stets von einem Magnetfeld umgeben. b. erzeugen stets ein homogenes Magnetfeld. c. sind stets das Resultat von ringförmigen Magnetfeldern. 29. Für paramagnetische Materialen gilt: a. Das Material verliert seine magnetische Eigenschaft auch nicht über einen längeren Zeitraum. b. Sie haben die Tendenz aus einem Magnetfeld herauszuwandern. c. Sie sind nur so lange magnetisch, wie sie sich in einem magnetischen Feld befinden. 30. Die Linke-Hand-Regel zur Bestimmung der Lorentzkraft gilt für a. bewegte Protonen. b. bewegte Elektronen. c. die technische Stromrichtung. d. die physikalische Stromrichtung. 31. Die Einheit der magnetischen Flussdichte ist: a. Newton b. Ampere c. Volt d. Tesla 32. Permeabilität beschreibt: a. die Geschwindigkeit mit der ein Material seine magnetische Wirkung verliert. b. die Durchlässigkeit von Materie für magnetische Felder. c. die Ausprägung eines homogenen Magnetfeldes. 33. Homogene Magnetfelder zeichnen sich durch aus. a. eine hohe Feldliniendichte b. parallele Feldlinien c. eine konstante magnetische Flussdichte

3 6 Vs 34. Die magnetische Feldkonstante beträgt 1, Am a Vs Am b. 0, Vs Am c. 1, Vs Am d. 1,257 0, Vs Am 35. Eine Spule erzeugt eine magnetische Flussdichte von 0,000004T. Das sind: a T b T c. 4 μt d. 4MT 36. Für magnetische Türschlösser verwendet man idealerweise a. diamagnetische Materialien. b. weichmagnetische Werkstoffe. c. ferromagnetische Werkstoffe. d. hartmagnetische Materialien. 37. Stoffe, die eine hohe Permeabilitätszahl aufweisen, sind a. diamagnetisch. b. paramagnetisch. c. ferromagnetisch. 38. Wenn die Flussdichte einer leeren und die einer befüllten Spule gleich ist, dann gilt für die Permeabilitätszahl μ r des Spulenkerns: a. μ r = 0 b. μ r < 0 c. μ r > 1 d. μ r = Was ist der sog. Sonnenwind? a. geladener Sternenstaub. b. Strom geladener Teilchen. c. Plasma. 40. Das Polarlicht ist eine Leuchterscheinung, die a. in Polargebieten beim Auftreffen beschleunigter geladener Teilchen auf die Atmosphäre hervorgerufen wird. b. die durch die Abschirmung der Plasmateilchen der Sonne durch das Erdmagnetfeld erzeugt wird. c. die durch angeregte Stickstoff- und Sauerstoffatome der Erdatmosphäre entsteht. 41. Für die sog. Linke-Faust-Regel gilt: Umfasse den Leiter so mit der linken Faust, dass der abgespreizte Daumen in die a. Richtung der magnetischen Feldlinien (Nord nach Süd) zeigt. b. Elektronenstromrichtung (von nach +) zeigt. c. Richtung der bewegten Ladung (von + nach -) zeigt. d. entgegengesetzte magnetische Feldlinienrichtung (Süd nach Nord) zeigt. 42. Eisen ist prinzipiell auch diamagnetisch, aber wenn es sich in einem Magnetfeld befindet, a. wird es spontan ferromagnetisch und verliert seine diamagnetische Eigenschaft vollständig. b. tritt die ferromagnetische Eigenschaft so deutlich in den Vordergrund, dass die diamagnetische Eigenschaft nicht mehr messbar ist. c. reagiert das Material ausschließlich paramagnetisch und verliert somit seine diamagnetische Eigenschaft. 43. Die Curie-Temperatur gibt den Übergang an, ab den Materialien a. keine diamagnetischen Eigenschaften mehr zeigen. b. ihre ferromagnetische Eigenschaft verlieren und nur noch paramagnetisch reagieren. c. spontan ferromagnetisch reagieren und die diamagnetischen Eigenschaften nicht mehr messbar sind. 44. Die Bereiche gleicher werden Domänen oder Weiss-Bezirke genannt. a. magnetischer Flussdichte b. Magnetisierung c. Magnetfeldstärke 45. Je dichter die Feldlinien verlaufen, desto a. schwächer ist dort die magnetische Flussdichte. b. stärker ist dort das magnetische Feld. c. homogener ist das magnetische Feld. 46. Wenn Elektronen im rechten Winkel zu den Feldlinien eines Magnetfeldes verlaufen, so a. folgt eine Bewegungszustandsänderung der Elektronen. b. beträgt die auf die Elektronen einwirkende Lorentzkraft Null. c. ist die Stärke der Lorentzkraft, die die Elektronen ablenkt, von der Stromstärke unabhängig. d. beeinflusst die magnetische Flussdichte die Stärke der Lorentzkraft, die auf die Elektronen einwirkt. 47. Die magnetische Flussdichte kann mit... gemessen werden. a. Magnetometern b. Teslaspulen c. Hallsensoren

4 Weitere Aufgaben 48. Der obere Rundmagnet schwebt über dem unteren Rundmagnet. Ist die abstoßende Kraft bei 1 oder bei 2 größer? Links (bei 1) ist die Abstoßung größer als rechts (bei 2). Rechts (bei 2) ist die Abstoßung größer als links (bei 1). Es ist nicht möglich, zu sagen, bei welcher der beiden Abbildungen die abstoßende Kraft größer ist. 49. Zieht ein Magnet den Eisennagel auch durchs Vakuum an? Begründen Sie Ihre Aussage. 50. Faraday untersuchte, ob auch die Umkehrung von Oersteds Entdeckung möglich sei. a. Welche Entdeckung machte Oersted 1821? b. Was bedeutet eine Umkehrung der Erkenntnisse von Oersted? 51. Füllen Sie die Tabelle aus. Physikalische Größe Formelzeichen für die Größe Einheit der Größe Zeichen für die Einheit Kraft A T Länge s 52. Zeichnen Sie jeweils ein Bild einer magnetisierten und einer entmagnetisierten Eisenprobe, indem Sie das Modell der Weiss- Bezirke nutzen. 53. Wie lässt sich ein Material entmagnetisieren? 54. Was stellt die sog. Curie-Temperatur dar? 55. Eisen hat eine Curie-Temperatur von ca. 768 C. Was passiert mit einem aus Eisen bestehenden Magneten, der auf 800 C erhitzt wird? 56. Formulieren Sie das magnetische Kraftgesetz. 57. Was passiert mit einem Elektron, das sich senkrecht zu einem Magnetfeld bewegt? 58. Was passiert mit einem Elektron, da sich parallel zu einem Magnetfeld bewegt? 59. Bestimmen Sie in der folgenden Abbildung die Richtung der Lorentz-Kraft, die auf den stromdurchflossenen Leiter wirkt. Fertigen Sie eine Skizze an, die ihren Lösungsweg verdeutlicht. 60. Bestimmen Sie in der folgenden Abbildung die Polung der Spannungsquelle. Fertigen Sie eine Skizze an, die ihren Lösungsweg verdeutlicht. 61. Vervollständigen Sie die folgenden Sätze zu wahren Aussagen. a. Die Dichte der Feldlinien ist ein Maß für... b. Zum Verlust der Magnetisierung eines ferromagnetischen Materials führen die folgende Ereignisse:... c. Magnetische Monopole Wie und wozu benutzt man die sog. Linke-Faust-Regel? 63. Ist die folgende Aussage wahr oder falsch? Begründen Sie Ihre Antwort. "Die nebenstehende Abbildung zeigt die Feldstruktur zwischen den gleichnamigen Polen zweier unterschiedlich starker Stabmagnete." 64. Ein Proton bewegt sich von Nord nach Süd durch ein homogenes Magnetfeld der Stärke 1 T (West- Ost-Richtung, gleiche Ebene). In welche Richtung wird es abgelenkt? Begründen Sie Ihre Antwort durch eine passende Skizze. 65. Zur Bestimmung der Erdmagnetfeldstärke lässt man durch einen 100m langen Draht Gleichstrom der Stärke 20A fließen. Der Draht erfährt eine Auslenkung nach unten. Die dabei gemessene Kraft beträgt 94 mn. a. In welche Richtung muss der Draht verlegt werden, damit die auf die Elektronen wirkende Kraft entweder maximal oder 0 ist? b. Berechnen Sie mit den angegebenen Daten die Erdmagnetfeldstärke B. 10

5 66. Wie entstehen die sog. Polarlichter? Gehen Sie dabei auch auf die unterschiedlichen Farben ein. 67. Die folgenden drei Abbildungen zeigen die sog. Weiss schen Bezirke einer Materialprobe. Welche Informationen können Sie aufgrund der Aufnahmen ableiten? Begründen Sie Ihre Antwort. 68. In der folgenden Abbildung ist ein homogenes Magnetfeld gegeben. Zeichnen Sie darin ein gerades, stromdurchflossenes Leiterstück ein (gleiche Ebene), so dass die Lorentzkraft in ihrer maximalen Stärke auftritt. BሬԦ 69. In Musterstadt verläuft das Erdmagnetfeld in Süd-Nord-Richtung. Es gilt: B = 12μT. In der Oberleitung einer Bahnstrecke fließen Elektronen. Die Oberleitung und die parallelen Magnetfeldlinien bilden einen Winkel von 65. Die Stromstärke beträgt 3500 Ampere. a. Fertigen Sie eine geeignete Skizze an. b. Wie groß ist die Kraft, die auf die Leitung zwischen zwei Masten im Abstand von 65m wirkt, wenn F L = max. gelten soll? 70. Ein Stabmagnet ist auf einer Nadel drehbar gelagert. Wohin dreht sich der Stabmagnet? 71. Die magnetische Flussdichte einer stromführenden, schlanken Spule soll verstärkt werden. Welche Maßnahmen sind dafür geeignet? 72. Ein an einem Faden aufgehängter Nagel wird durch einen Magnet gehalten. Lässt der Magnetismus nach, wenn man den Magneten und das Eisen stark erhitzt? Begründen Sie Ihre Antwort. 73. Ein Kompass liegt über einem Elektrokabel. Was ist zu beobachten, wenn man Gleichstrom durch das Kabel fließen lässt? Begründen Sie Ihre Antwort. 74. Die beiden braunen Magnetpole haben ein Eisenfeilichtmuster erstellt. Zeichnen Sie die Pole korrekt ein. 75. Ein gerader Leiter (grün) geht durch eine Plexiglasscheibe, auf die Eisenfeilspäne gestreut werden (vgl. Abb. rechts). Welche Aussagen sind sichtig? Begründen Sie Ihre Aussage. Die magnetischen Feldlinien gehen vom Nord zum Südpol. Die magnetischen Feldlinien sind in sich geschlossen. Die magnetischen Feldlinien gehen radial vom Leiter weg. Die magnetischen Feldlinien sind konzentrische Kreise.

6 76. Die kleinen Magnetnadeln (Pfeilspitze Nordpol) haben sich im Kraftfeld der Rundmagnete ausgerichtet. Geben Sie die korrekte Polung an. 77. Eine Spule durchdringt eine Plexiglasscheibe auf die Eisenfeilspäne gestreut werden. Welche Aussagen sind richtig? Begründen Sie Ihre Entscheidung. Die magnetischen Feldlinien sind in sich geschlossen. Im Spulenäußeren gleichen die Feldlinien denen eines Stabmagneten. Im Spuleninneren sind die Feldlinien nahezu parallel zur Spulenachse. Man kann die Enden der Spule wie die Pole eines Stabmagneten betrachten, bei dem die Feldlinien im Äußeren vom Nord zum Südpol und im Inneren umgekehrt verlaufen. 78. Eine wichtige Grundlage des Elektromagnetismus stellt der Versuch nach Oersted dar. a. Beschreiben Sie anhand einer sauberen Skizze den Versuch. b. Welche Erkenntnis haben wir aus dem Versuch gewonnen? c. Was ändert sich bei obigem Versuch, wenn man die Stromrichtung umkehrt? d. Aus welchem Material sollte der stromdurchflossene Leiter nicht sein? 79. Erdmagnetfeld: Zeichnen Sie in das Bild die Richtung der Feldlinien des Erdmagnetfeldes ein. 80. Lorentzkräfte

7 81. Bestimmen Sie für alle sechs Bilder die jeweils gesuchte Größe. 82. Magnete sollte man nicht fallen lassen. Warum? 83. Sehr heißes Eisen (über 770 C) lässt sich nicht magnetisieren. Warum? 84. Ein Leiter von 4cm Länge führt einen Strom von 10A. Er erfährt die Kraft 0,2N, wenn er senkrecht zu den Feldlinien eines Magnetfeldes steht. Berechnen Sie die magnetische Flussdichte. 85. Die Länge einer Spule kann man, wie bei einer Ziehharmonika, ändern. Sie hat 40 Windungen und ist zunächst 30cm lang. a. Man lässt nun einen Strom von 2A fließen. Berechnen Sie die magnetische Flussdichte. b. Welche Stromstärke erzeugt ein Magnetfeld der Stärke 0,02mT? 86. Das Magnetfeld der Erde hat eine magnetische Flussdichte von 47μT. Die Feldlinien zeigen vom geographischen Südpol zum Nordpol der Erde und verläuft am Äquator horizontal. Durch einen 100 m langen Draht fließt am Äquator ein Gleichstrom von 20A von West nach Ost. a. Welche Kraft erfährt dieser Draht? b. In welche Richtung zeigt diese Kraft? 87. Das Feld eines sehr starken Elektromagneten hat eine Flussdichte von 20T. Sie zeigt waagrecht vom Betrachter weg. a. Welche Kraft erfährt darin ein waagrechter Leiter der Länge 10cm, durch den ein Strom von 4A von links nach rechts fließt? b. In welche Richtung zeigt diese Kraft? 88. Im Magnetfeld B erfahren 100 Leiterstücke von je 3cm Länge die Gesamtkraft 0,5N wenn sie von 0,3A elektrischen Strom durchflossen werden. a. Wie groß ist die Flussdichte, wenn man voraussetzt, dass die Leiterstücke senkrecht zur Flussdichte verlaufen. b. Was würde passieren, wenn die Leiterstücke parallel zur Flussdichte ausgerichtet wären? 89. Wie muss man die Drahtenden 1 und 2 (vgl. nebenstehende Abbildung A und B) anschließen, damit das Magnetfeld die gezeigte Richtung hat? 90. Bei der Spule C (vgl. nebenstehende Abb.) ist der Anschluss 1 am Pluspol und der Anschluss 2 am Minuspol. Beschreibe den Feldlinienverlauf. 91. Ein Metallstab in einem Hufeisenmagnet ist wie eine Schaukel an zwei Drähten aufgehängt (vgl. nebenstehende Abb.). a. Wie müssen Sie die Drahtenden 1 und 2 an die Spannungsquelle anschließen, damit das dargestellte Resultat zustande kommt? b. Auf den Stab wirkt eine Kraft nach rechts. Man kann das so erklären: links verstärken sich die Magnetfelder und rechts schwächen sie sich ab. Wie kann man erreichen, dass die Leiterschaukel nach links ausgelenkt wird?

8 92. Die Stromrichtungen in den beiden Drähten sind gleich (vgl. nebenstehende Abbildung). a. Zeichnen Sie ein Feldlinienbild in einer Ebene senkrecht zu den Drähten. b. Begründen Sie mit der Zeichnung, dass sich die Drähte anziehen. 93. Wie funktioniert die sog. Stromzange (siehe Abbildung)? 94. Was ist ein sog. Hall-Sensor? Beschreibe den Aufbau und die Funktion. Wofür setzt man einen solchen Sensor heute üblicherweise ein? Welchen Nutzen hat der Hall-Sensor in einem Smartphone. Erkläre. 95. Was ist die sog. SWARM-Mission, die am gestartet wurde? Was wird mithilfe der sog. SWARM-Mission überprüft?