Grundkurs Physik (2ph2) Klausur Kurshalbjahr 12/1 Blatt 1 von 2

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1 Kurhalbjahr 12/1 Blatt 1 von 2 1. Ein kugelförmige Öltröpfchen mit Raiu r = 1, m chwebt in einem horizontal gelagerten Plattenkonenator mit Plattenabtan = 0, 50 cm. Die Konenatorpannung beträgt = 500 V, er Feltärkevektor zeigt enkrecht nach oben. Die Dichte e Öl beträgt ϱ = 0, 881 g. Der Auftrieb in er Luft it zu vernachläigen. cm 3 4 BE a) Skizzieren Sie ie Veruchanornung un tragen Sie ie auftretenen Kräfte owie ie zugehörige Polung er Konenatorpannung ein. Welche Vorzeichen beitzt ie Laung e Öltröpfchen? 8 BE b) Leiten Sie ie Formel für ie Betimmung er Laung e Tröpfchen in Abhängigkeit von en anfang gegebenen Größen allgemein her. Wie viele Elementarlaungen trägt a Öltröpfchen? 4 BE c) Welche Schwierigkeiten treten bei er bechriebenen Betimmung er Tröpfchenlaung auf? 3 BE ) Zwei im Abtan von 0, 10 mm chwebene Öltröpfchen tragen beie ie Laung q = 4, C. Mit welcher Kraft toßen ich ie beien Öltröpfchen ab? 2. Im Folgenen oll ie Ablenkung eine Elektronentrahl im elektrichen Querfel unterucht weren. Dazu wir ie nachtehen kizzierte Anornung verwenet. Glühkathoe Anoe Leuchtchirm + Ablenkkonenator 0 y x a l - a Die au er Kathoe mit zu vernachläigener Gechwinigkeit autretenen Elektronen urchlaufen ie Bechleunigungpannung a = 2, 0 kv un treten läng er gezeichneten x-ache in en Ablenkkonentator ein, een quaratiche Platten ie Seitenlänge l = 4, 0 cm un en Abtan = 2, 0 cm haben. Da elektriche Fel oll ich auf en Innenbereich e Konenator bechränken, e arf al homogen angenommen weren. Der Leuchtchirm befinet ich a = 10 cm hinter em Ablenkkonentator. 3 BE a) Berechnen Sie ie Gechwinigkeit v x, mit er ie Elektronen in en Ablenkkonenator eintreten. (Ergebni: 2, m) 6 BE b) An ie Platten e Ablenkkonenator wir ie Spannung = 0, 80 kv angelegt. Berechnen Sie ie Laung auf einer Konenatorplatte owie ie elektriche Feltärke innerhalb e Konenator. weiter

2 Kurhalbjahr 12/1 Blatt 2 von 2 9 BE c) Berechnen Sie ie Verweilauer er Elektronen im elektrichen Fel e Ablenkkonenator un en Abtan er Elektronen von er x-ache beim Verlaen e Ablenkkonenator. 6 BE ) Berechnen Sie ie Gechwinigkeitkomponente v y er Elektronen nach ihrem Flug urch a elektriche Fel e Ablenkkonenator. (Ergebni: 1, m) 7 BE e) Ermitteln Sie au einer maßtäblich angefertigten Zeichnung, wie weit er Auftreffpunkt er Elektronen auf em Leuchtchirm von 0 entfernt it. 50 BE Viel Erfolg! Kink

3 Kurhalbjahr 12/1 Muterlöung 1 1. geg.: r = 1, m, = 0, 50 cm, a = 10 cm, = 500 V, ϱ = 0, 881 g = 881 kg. cm 3 m 3 4 BE a) F C E - + Da Öltröpfchen it poitiv gelaen. 8 BE b) Kräftegleichgewicht: F G Au er Dicht e Öl: F G = F C mg = Eq q = mg E = mg = mg. Eingeetzt: ϱ = m V m = ϱv = ϱ 4 3 r3 π. q = ϱ 4 3 r3 π g Einetzen er gegebenen Größen: = 4πϱr3 g 3 kg 4π 881 (1, m) 3 9, 81 N 0, 0050 m m q = 3 kg V = 3 1, A Da Tröpfchen trägt 3 Elementarlaungen. 4 BE c) Die Schwierigkeiten bei ieer Veruchurchführung in: = 4, A α) Durch ie Brownche Bewegung wir ie Eintellung er Spannung für en Schwebefall ehr ungenau. β) Der Durchmeer er Öltröpfchen it ubmikrokopich klein. E weren ie zu großen Raien er Beugungcheibchen gemeen. 3 BE ) geg.: = 0, 10 mm = 1, m, q = 4, A. Coulomb-Geetz: F = 1 q 2 4πε o = 1 2 4π 8, C V m (4, A ) 2 (1, m) 2 = 2, N

4 Kurhalbjahr 12/1 Muterlöung 2 2. geg.: a = 2, 0 kv, l = 4, 0 cm, = 2, 0 cm, a = 10 cm. 3 BE a) Energieerhaltung: 1 2 mv2 x = a e v x = 2 e m a = 2 1, C 9, kg 2000 V = 2, m 6 BE b) geg.: = 0, 80 kv. Kapazität e Konenator: A C = ε o = ε l 2 o Laung au er Kapazität = 8, 85 C V m (0, 040 m)2 0, 020 m = 7, F C = Q Q = C = 7, F 800 V = 5, A Feltärke: E = = 800 V 0, 020 m = 4, V m 9 BE c) Verweilauer t au v x : v x = l t t = l v = 0, 040 m 2, m = 1, Bechleunigung in y-richtung mittel 2. Newtonchem Geetz: a y = F m = Ee m = 4, V 1, 60 m A 9, kg = 7, m 2 Bewegunggleichung: 6 BE ) Bewegunggleichung: y k = 1 2 a yt 2 = 1 2 7, m 2 (1, ) 2 = 7, m = 0, 79 cm v y = a y t = 7, m 2 1, = 1, m

5 Kurhalbjahr 12/1 Muterlöung 3 7 BE e) y=4,9 cm y k v y =0,79cm vre v x a= 10,0 cm Die y-ablenkung beträgt ingeamt 4, 9 cm. 50 BE