Abschlussprüfung Berufliche Oberschule 2013 Physik 12 Technik - Aufgabe III - Lösung

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1 athphys-onlin Abschlusspüfung uflich Obschul 03 Physik Tchnik - Aufgab III - Lösung Tilaufgab.0 In d untn sthndn Skizz ist in Fadnstahloh dagstllt, it d d tag d spzifischn Ladung von Ektonn bstit wdn kann. Di Elktonn ttn aus d Glühkathod K it vnachlässigkba klin Gschwindigkit aus, duchlaufn di schlunigungsspannung U und flign duch das klin Loch in d Anod A it d Gschwindigkit v 0. Dann wdn di Elktonn in in Magntfld auf in Kisbahn it d Radius glnkt. Tilaufgab. ( E) Gbn Si di dingungn an, di das Magntfld fülln uss, dait sich di Ektonn in dis Magntfld auf in Kisbahn bwgn. Das Magntfld uss hoogn und zitlich konstant sin, di Elktonn ttn snkcht in das Magntfld in: v 0 Tilaufgab. (3 E) Das Magntfld wid ithilf ins Hlholtzspulnpaas zugt. In d obn sthndn Skizz ist in d Ringspuln ds Hlholtzspulnpaas knnba. Gbn Si dn tchnischn Ulaufsinn ds Stos duch di Ringspul an. gündn Si Ih Antwot. i Austitt d Elktonn duch di Anod gilt: v 0 nach obn, F L nach hts (zu Mittlpunkt d Kisbahn), in di Zichnbn hinin (UVW-Rgl) tchnisch Stoichtung i Spulnpaa i Uhzigsinn (Rcht-Hand-Rgl). Sit von 7

2 athphys-onlin Tilaufgab.3 (3 E) Ekläutn Si, wi s dazu kot, dass di Kisbahn d Elktonn i Fadnstahloh sichtba wid. D Glaskolbn ist it ging Duck it Edlgas gfüllt. Elktonn stoßn it dn Gasaton zusan und gn dis zu Luchtn an. Da nu di Gasato luchtn, di sich in d Flugbahn d Elktonn bfindn, wid di Kisbahn sichtba. Di Elktonn wdn hi chts zugt. Tilaufgab.4 (4 E) Litn Si in Glichung h, di aufzigt, wi d tag v 0 d Gschwindigkit v 0 schlunigungsspannung U abhängt. Eläutn Si dabi Ihn Lösungsansatz. von d i Duchlaufn d Potntialdiffnz U vlin di Elktonn potntill Engi und gwinnn kintisch Engi. Engihaltungssatz: E kin E pot v 0 q U q v 0 U Sit von 7

3 athphys-onlin Tilaufgab.5 (5 E) U Zign Si, dass fü dn Radius d Kisbahn gilt: Dabi ist di Mass ins Elktons, di Elntaladung und d tag d agntischn Flussdicht Kisbahn: F Z F L v 0 v 0 v 0 Mit.4 folgt: U vinfachn: U Tilaufgab.6.0 Di schlunigungsspannung btägt U 50 V. Di Stäk ds Stos duch das Hlholtzspulnpaa ist so hoch ingstllt, dass di Flussdicht ds agntischn Flds dn tag it d Radius 0.75 T hat. In dis Magntfld bwgn sich di Elktonn auf in Kisbahn 5.5c. Tilaufgab.6. (5 E) chnn Si aus dn unt.6.0 ggbnn Gößn dn tag d spzifischn Ladung ins Elktons. Fühn Si dabi in Einhitnuchnung duch. Ggbn: U 50V T 5.5c Aus.5. U Auflösn: U 50V T U spz Ladung spz Ladung.8 0 As kg Sit 3 von 7

4 athphys-onlin Einhitnkontoll. V T V V s 4 Vs A Vs A A Js A N s A kg s s As kg Tilaufgab.6. (4 E) Eläutn Si zwi Möglichkitn, wi d Radius d Kisbahn vgößt wdn kann. Aus.5 folgt: U wid göß, wnn klin wid. ~ U wid göß, wnn U göß wid. Tilaufgab.0 Ein vtikal aufgstllt Mtallzylind it d Radius R 6.0 c tägt di positiv Ladung Q. Dis Ladung Q zugt in d Ugbung ds Mtallzylinds in lktischs Fld. Ein klin Kugl it d Mass g, di an in Fadn it d Läng l.36 hängt, wid lktisch gladn. Das Küglchn tägt dann di Ladung q C und wid dah vo positiv gladnn Mtallzylind angzogn. i d Auslnkung s stllt sich fü di klin Kugl in nu Glichgwichtslag in. Hi bfindt sich di Kugl i Abstand von d Zylindachs. Ausglnkt wid di klin Kugl duch di lktisch Kaft F l, di hoizontal und zu Zylindachs hin gichtt ist. Sih nbnsthnd, nicht aßstabsgtu Skizz. Di Mass ds Fadns ist vnachlässigba klin. Tilaufgab. (9 E) i d Duchfühung ds unt.0 bschibnn Vsuchs wdn di Auslnkung s d klinn Kugl und ih Abstand zu Zylindachs gssn. i in bstitn Abstand hält an fü di Auslnkung dn Wt s 0 chnn Si ithilf ins Käftplans dn tag F l d Kaft F l.0c. und dn tag E d Fldstäk E, di von d Ladung Q a Ot ds ausglnktn Küglchns zugt wid. [ Tilgbnis: F l N ] Sit 4 von 7

5 athphys-onlin sin( φ) s tan( φ) l F l F G F l F G tan( φ) F G tan acsin s l F l 0 g tan acsin s l F l kg9.8 s tanasin F l N F l N E E q 40 9 E V As Tilaufgab..0 D Vsuch aus.0 wid nun fü vschidn Abständ duchgfüht. und dabi di Abhängigkit ds tags E d lktisch Fldstäk E vo Abstand untsucht. Man hält folgnd Egbniss: "Mssung N." c E kv Tilaufgab.. (5 E) stätign Si duch in gaphisch Auswtung d Mssih, dass gilt: E k, wobi k konstant, d. h. unabhängig von ist. Mssung in c E in kv MW Sit 5 von 7

6 athphys-onlin Auslsn d Msswt. MW V c E MW E V E in kv/ ΔE 3 Δ / in / Di Msswt lign i Rahn d Mssgnauigkit auf in Uspungsgadn E ~ E k Tilaufgab.. ( E) stin Si di Konstant k aus d Diaga von... [ Möglichs Egbnis: k 7.0 V ] 80 3 V ΔE k Δ k k 0.73 kv Sit 6 von 7

7 athphys-onlin Tilaufgab..3 ( E) D Punkt P 0 ligt auf d Obfläch ds Mtallzylinds. chnn Si dn tag E 0 d i Punkt P 0 aufttndn lktischn Fldstäk E 0. E 0 k R E 0 0.7kV E kv Tilaufgab.3 (6 E) D Mtallzylind (Radius R 6.0 c ), d i noch di Ladung Q tägt, ist nun in d Höh h.8c üb in Untlag hoizontal angodnt. E kann von d ungladnn Untlag ngativ gladn PVC-Tilchn nach obn zihn. Dis Tilchn blibn dann an d Mtallzylind haftn. Di Käft zwischn dn gladnn PVC-tilchn sind zu vnachlässign. Eittln Si ithilf ds Egbnisss von.., wi goß d tag d spzifischn Ladung q ins ngativ gladnn PVC-Tilchns indstns sin uss, dait s vo lktisch gladnn Mtallzylind anghobn und aufgnon wdn kann. F l F G qe 0 g q g E 0 g E 0 g k g k ( R h) 9.8 s spz Ladung ( ) spz Ladung kv As kg Sit 7 von 7

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