Klausur Physik 1 (GPH1) am Fachbereich Elektrotechnik und Informatik, Fachbereich Mechatronik und Maschinenbau

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1 Nae, Matrikelnuer: Klausur Physik 1 (GPH1) a Fachbereich Elektrotechnik und Inforatik, Fachbereich Mechatronik und Maschinenbau Zugelassene Hilfsittel: Beiblätter zur Vorlesung Physik 1 ab WS 99/00 (Prof.Sternberg, Prof.Müller) ohne Veränderungen oder Ergänzungen, Taschenrechner (ohne drahtlose Übertragung it einer Reichweite von größer als 30 c wie Funkode, IR-Sender), kein PDA oder Laptop Dauer: Stunden, Maxial erreichbare Punktezahl: 100. Bestanden hat, wer indestens 50 Punkte erreicht. Bitte beginnen Sie die Lösung der Aufgabe unbedingt auf de betreffenden Aufgabenblatt! Falls Sie weitere Blätter benötigen, üssen diese unbedingt deutlich it der Aufgabennuer gekennzeichnet sein. Achtung! Bei dieser Klausur werden pro Aufgabe 1 Punkt für die For (Gliederung, Lesbarkeit, Rechtschreibung) vergeben! Verwenden Sie bei Berechnungen nach Möglichkeit zunächst die gegebenen sybolischen Größen und setzten Sie erst a Schluss die Zahlenwerte (it Einheiten!) ein. Bitte kennzeichnen Sie dieses Blatt und alle weiteren, die Sie verwenden, it Ihre Naen und Ihrer Matrikelnuer. AUFGABE MÖGLICHE PUNKTZAHL ERREICHTE PUNKTZAHL 1.a 6 1.b 4 1.c 6 1.d 8.a 11.b 8.c 5 3.a 7 3.b 6 3.c 7 3 d 4 4.a 6 4.b 6 4.c 4.d 6 4.e 4 For 4 Sue 100 Seite 1 von 8

2 1. Aufgabe a) Ein großer Affe von 50 kg hängt an eine waagerechten Ast. Der Ast bricht bei eine Drehoent von 700 N. U welche Strecke darf sich der Affe noch nach außen hangeln, wenn der Schwerpunkt des Affen bereits 1 vo Sta entfernt ist? (Das Gewicht des Asts kann an vernachlässigen.) b) Das Gewicht des Affen ist nur auf +/- 1 kg bekannt. Runden Sie das unter a) erhaltene Ergebnis sinnvoll. c) Welche der folgenden Einheiten sind KEINE zusaengesetzten Größen? o N o A o s o W o V o C o o J o Lux o kg o Ω o K d) Sind folgende Aussagen physikalisch richtig oder falsch? Bitte ein Satz als Kurzbegründung. 1. Die Tafel Schokolade wiegt 100 g.. Die Glühbirne hat eine Leistung von 60 W. 3. Das Pferd, welches die Kutsche den Berg heraufzieht, hat richtig viel Arbeit. 4. Eisen ist schwer. Es hat eine Dichte von 7,85 g/c 3. Lösung: a) M = r * F, da r senkrecht auf F 700 N = (1 + x ) * * g = (1 + x) * 50 kg * 9,81 /s = (1 + x) * 490,5 kg /s 700 / 490,5-1 = x => x = 0,47 b) Fehler Masse Affe => 1/50 Fehler Astabstand : 1,47 * 1/50 = 0,09 Seite von 8

3 Also runden auf x = 0,43 +/- 0,03 c) Welche der folgenden Einheiten sind KEINE zusaengesetzten Größen? N A s W V C J Lux kg Ω K d) 1. falsch, da die Masse 100 g ist und nicht das Gewicht.. richtig, elektrische Leistungsaufnahe 3. richtig, das Pferd verrichtet den Berg hinauf Hubarbeit gh 4. falsch, schwer ist eine qualitative Gewichtsangabe, Dichte ist eine Massendichte, es üsste Wichte heißen. Seite 3 von 8

4 . Beschleunigung Ein Körper bewegt sich in eine Richtung it de Ortvektor ( it x(t) = 0, z(t) = 0): y(t) = 5 * e (K * t) ½ * g * t ( = Meter) it g der Erdbeschleunigung 9,81 /s und K einer Konstante it [K] = 1/s a) Wie sieht die dazugehörige Geschwindigkeit und Beschleunigung aus? b) Bei welche K (Zahlenwert) findet zu Zeitpunkt t = 0 keine Beschleunigung statt? c) Welcher Körper bzw. Objekt könnte eine solche Bewegung achen? Lösung: a) v = dy/dt = 5 * K * e (K * t) g * t a= dv/dt = 5 * K * e (K * t) g b) 0 = 5 * K * e (K * 0) g = 5 * K * 1 9,81 /s 9,81 /s / 5 = K => K = 1,4/s c) Eine Rakete wird exponentiell beschleunigt, da sehr viel Treibstoff verbrannt wird, der dann nicht ehr itbeschleunigt werden uss. Die Erdanziehung zieht zurück. Allerdings gilt dieses nur für kleine Höhen, also Spielzeugraketen. Seite 4 von 8

5 3. Bohr sche Atoodell I Bohr'schen Atoodel für das Wasserstoffato ukreist ein Elektron auf verschiedenen Bahnen ein Proton. Jede Bahn entspricht eine bestiten Energieniveau. E r E1 r1 a) Bestien Sie das Energieniveau E, wenn das Energieniveau E 1 auf Null gesetzt wird und die Frequenz des abgestrahlten Lichten 1, Hz beträgt! b) Das Elektron wird durch die Coulobkraft Fc vo Proton angezogen. In de Bohr'schen Atoodell werden die Elektronen wie Planeten und der Atokern wie die Sonne angesehen. Erläutern Sie die Bohr'sche Erklärung, waru das Elektron nicht in den Kern fällt! c) Berechnen Sie die Geschwindigkeit des Elektrons für die Bahn it de Radius r = 0, ! d) Nennen Sie zwei Gründe, waru diese Vorstellung vo Bohr schen Atoodell falsch sein uss! Hinweis: Elektronenladung e = 1, As Elektronenasse = 9, kg Plancksches Wirkungsquantu h = 6, Js Dielektrizitätskonstante 4 1 A s ε 0 = 8, Colubkraft F C 1 e kg FC = ε 0 r Zentrifugalkraft F Z F Z = v r Seite 5 von 8

6 Lösung a) b) Das Elektron wird durch ein Kräftegleichgewicht zwischen der anziehenden Colubkraft F C und der abstoßenden Zentrifugalkraft F Z auf seiner Bahn gehalten. c) ΔE = h f E = h f = E E 1 = 6,6 10 = E -34 Js1, Hz = 10, J F C = F Z 1 e ε r 0 v = r 1 v = 8, v = A s kg e 1 ε r 0 (1, As ) -10 0, , kg v = (1,6 ) 8,85 0,53 9,1110 ( ) (As) 10 1 A s kg 4 3 kg v =, v = s A s A s 4 =, s = 4, s d) Strahlungskatastrophe und For der Elektronenschalen Seite 6 von 8

7 4. Schlagballwurf To wirft auf eine (ebenen) Sportplatz einen 00g-Ball. Luftreibung, Wind und Rotation des Balles seien vernachlässigt. Die Abwurfhöhe des Balles ist 1,30, der Abwurfwinkel 30º (geessen zu Horizontalen) und die Abwurfgeschwindigkeit ist v = 60 k/h. a) Wie groß ist die Differenz der potentiellen Energie des Balles zwischen de höchsten Punkt der Flugkurve und de tiefsten Punkt der Flugkurve des Balles. b) Wie weit fliegt der Ball (g = 9,81 /s²)? c) Der Ball schlage nun auf der Wiese auf. Was gilt für den Aufprallwinkel (geessen zur Horizontalen) α des Balles bei de oben beschriebenen Wurf von To? α < 30º α = 30º 45º > α > 30º α = 45º 60º α > 45º α = 60º α > 60º d) Bei Aufprall des Balles auf die Wiese wird ein Teil der kinetischen Energie des Balles in andere Energieforen (Verforungsenergie, Wäreenergie und akustische Energie) ugewandelt. Wie groß ist das Verhältnis von kinetischer Energie zu den anderen Energieforen in Abhängigkeit von de Aufprallwinkel α? e) Man sagt, der Ball verrichte nach de Aufprall Reibungsarbeit? Ist diese Arbeit gleichbedeutend it der Arbeit i physikalischen Sinn? Begründen Sie. Seite 7 von 8

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