Illustrierende Aufgaben zum LehrplanPLUS. Multiple Choice Test zu elektrischen und magnetischen Feldern

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1 Multiple Choice Test zu elektrischen und magnetischen Feldern Jahrgangsstufen FOS, BOS Stand: Fach Übergreifende Bildungs- und Erziehungsziele Benötigtes Material Physik Technische Bildung, Medienbildung / Digitale Bildung Gegebenenfalls einen Internetzugang für die Mebis-Variante Kompetenzerwartungen Lehrplan Physik FOS (T) LB 3 Lehrplan Physik BOS (T) LB 6 Die Schülerinnen und Schüler... fertigen für klassische Felder auf Grundlage experimenteller Befunde oder auch unter Einsatz geeigneter Computersoftware aussagekräftige Feldlinienbilder an. Im Falle von Quellenfeldern verwenden sie dazu insbesondere das ihnen vertraute Superpositionsprinzip. Auf Basis der gewonnenen Feldlinienbilder treffen sie fundierte qualitative Aussagen über spezifische Eigenschaften der analysierten Felder, insbesondere Homogenität und Symmetrie. berechnen ausgehend von einer allgemeinen Feldstärkedefinition die elektrische Feldstärke bzw. die magnetische Flussdichte in einem Raumpunkt im Feld mithilfe der Kraftwirkung auf eine Probeladung bzw. einen stromdurchflossenen Leiter. Seite von

2 Aufgabe Ein Hinweis vorab: Der folgende Test wurde ursprünglich als Multiple-Choice-Test für die Plattform mebis des Landesmedienzentrums Bayern zur Online-Bearbeitung konzipiert. Der Test ist dort als Austauschkurs zugänglich []. Die vorliegende Druckversion besteht aus der Fragensammlung des Online-Kurses. Seite von

3 Aufgabe Abbildung : Diagramm zu Aufgabe Im Punkt A befindet sich die punktförmige elektrische Ladung q. Die dadurch hervorgerufene elektrische Feldstärke E (P) im Punkt P ist längs der x-achse gerichtet und nach rechts orientiert. Wählen Sie wahre Aussagen aus. a) q > 0 b) Eine positive Ladung im Punkt Q erfährt eine parallel zur y-achse gerichtete Coulombkraft, die zu steigenden y-werten hin orientiert ist. c) q erzeugt ein radialsymmetrisches elektrisches Feld. d) Eine negative elektrische Ladung im Punkt P erfährt eine Coulombkraft, die parallel zur x-achse gerichtet und zu steigenden x-werten hin orientiert ist. Seite 3 von

4 Aufgabe Abbildung : Diagramm zu Aufgabe Im Punkt A befindet sich die punktförmige elektrische Ladung q und ruft die elektrische Feldstärke E (P) im Punkt P hervor. Entscheiden Sie, welche der folgenden Aussagen über den Betrag der elektrischen Feldstärke E an verschiedenen in Abbildung eingetragenen Punkten wahr sind. a) E (Q) E (T) b) 4 E (P) = E (Q) c) E (P) = E (R) 6 d) E (P) = E (Q) e) E (P) = E (S) Seite 4 von

5 Aufgabe 3 Abbildung 3: Diagramm zu Aufgabe 3 Im Punkt A befindet sich die punktförmige elektrische Ladung q. Die dadurch hervorgerufene elektrische Feldstärke E im Punkt P hat den Betrag E (P) = 5 V. Im m elektrischen Feld von q befindet sich eine weitere Ladung q =,0 nc und erfährt die Coulombkraft F C. Entscheiden Sie, welche der folgenden Aussagen über den Betrag von F C wahr sind. a) Befindet sich q im Punkt P, so gilt F C (P) = N. b) Befindet sich q im Punkt R, so gilt F C (R) = N. c) Befindet sich q im Punkt S, so gilt F C (S) = N. d) Befindet sich q im Punkt T, so gilt F C (T) =,0 0 7 N. Seite 5 von

6 Aufgabe 4 Abbildung 4: Diagramm zu Aufgabe 4 Im Punkt A befindet sich die punktförmige elektrische Ladung q. Die von ihr hervorgerufene elektrische Feldstärke E im Punkt P hat den Betrag E (P) = 5 V m. Entscheiden Sie, für welche der weiteren in Abbildung 4 eingetragenen Punkte der Betrag der Feldstärke richtig angegeben ist. a) E (Q) = 50 V m b) E (T) = 5 N C c) E (R) = 4,0 0² V m d) E (S) = 0,0 kv m Seite 6 von

7 Aufgabe 5 Abbildung 5: Diagramm zu Aufgabe 5 Im Punkt A befindet sich die punktförmige elektrische Ladung q. Die dadurch hervorgerufene elektrische Feldstärke E im Punkt P ist längs der x-achse gerichtet, nach rechts orientiert und hat den Betrag E (P) = 5 V m. Wählen Sie die wahre Aussage aus. a) q = 0,8 0 6 C b) q = 0,8 0 6 C c) q =,7 0 6 C d) q =,7 0 6 C Seite 7 von

8 Aufgabe 6 Abbildung 6: Diagramm zu Aufgabe 6 In den Punkten A und B befindet sich jeweils eine punktförmige, elektrische Ladung q A = q B = µc. Beide Ladungen zusammen rufen eine Coulombkraft F C auf eine dritte Ladung q > 0 hervor. Wählen Sie aus, welche Aussagen wahr sind. a) Befindet sich q im Punkt P, so ist F C nach rechts orientiert. b) Befindet sich q im Punkt P, so ist F C = 0. c) Befindet sich q im Punkt Q, so ist F C = 0. d) Befindet sich q im Punkt Q, so ist F C nach oben orientiert. e) Befindet sich q im Punkt Q, so ist F C nach unten orientiert. Seite 8 von

9 Aufgabe 7 Abbildung 7: Diagramm zu Aufgabe 7 Im Punkt A befindet sich die punktförmige, elektrische Ladung q A = µc und verursacht eine Coulombkraft F C,A auf eine kleine, punktförmige elektrische Ladung q im Punkt P, die im Diagramm an P angreifend angetragen ist. Aufgrund einer weiteren elektrischen Ladung q B = µc im Punkt B wirkt eine zweite Coulombkraft F C,B auf die Ladung in P. Wählen Sie wahre Aussagen aus. a) Trägt man den Vektor von F C,B ebenfalls ausgehend von P an, so befindet sich seine Spitze im Punkt mit den Koordinaten ( m 3 m). b) Trägt man den Vektor von F C,B ebenfalls ausgehend von P an, so befindet sich seine Spitze im Punkt mit den Koordinaten (6 m m). c) Die Summe F C,A +F C,B der Kräfte auf q weist nach rechts. d) Die Summe F C,A +F C,B der Kräfte auf q weist nach oben. Seite 9 von

10 Aufgabe 8 Abbildung 8: Diagramm zu Aufgabe 8 Im Punkt A befindet sich die punktförmige elektrische Ladung q A, und verursacht eine Coulombkraft F C,A auf eine Ladung q im Punkt P, die im Diagramm an P angreifend angetragen ist. Aufgrund einer weiteren Ladung q B im Punkt B wirkt eine zweite Kraft auf die Ladung in P. Wählen Sie geeignete Ergänzungen zu folgendem Satzanfang, so dass sich wahre Aussagen ergeben. Trägt man die Coulombkraft F C,B auf die Ladung q, die von der Ladung q B verursacht wird, ebenfalls an P angreifend an, so befindet sich seine Spitze a) im Punkt mit den Koordinaten ( m 3 m), wenn q B = q A. b) im Punkt mit den Koordinaten (6 m m), wenn q B = q A. c) im Punkt mit den Koordinaten (8 m 0 m), wenn q B = q A. d) im Punkt mit den Koordinaten (0 m 4 m), wenn q B = q A. Seite 0 von

11 Aufgabe 9 Abbildung 9: Diagramm zu Aufgabe 9 Im Punkt A befindet sich die punktförmige elektrische Ladung q A und verursacht auf eine punktförmige elektrische Ladung q im Punkt P eine Coulombkraft F C,A, die im obigen Diagramm an P angreifend angetragen ist. Aufgrund einer weiteren punktförmigen elektrischen Ladung q B im Punkt B wirkt eine zweite Coulombkraft F C,B auf q. Wählen Sie geeignete Ergänzungen zu folgendem Satzanfang, so dass sich wahre Aussagen ergeben. Trägt man die Coulombkraft F C,B auf die Ladung q, die von der Ladung q B verursacht wird, ebenfalls an P angreifend an, so findet sich seine Spitze a) im Punkt mit den Koordinaten (4 m 4 m), wenn gilt q B = q A. b) im Punkt mit den Koordinaten (4 m 0 m), wenn gilt q B = q A. c) im Punkt mit den Koordinaten (4 m 4 m), wenn gilt q B = q A. d) im Punkt mit den Koordinaten (4 m - m), wenn gilt q B = q A. Seite von

12 Aufgabe 0 Abbildung 0: Diagramm zu Aufgabe 0 Im Punkt A befindet sich die punktförmige elektrische Ladung q A und verursacht auf eine punktförmige elektrische Ladung q im Punkt P eine Coulombkraft F C,A, deren Vektor im Diagramm an P angreifend angetragen ist. Aufgrund einer weiteren punktförmigen elektrischen Ladung q B im Punkt B wirkt eine zweite Coulombkraft F C,B auf q. Wählen Sie geeignete Ergänzungen zu folgendem Satzanfang, so dass sich wahre Aussagen ergeben. Trägt man F C,B ebenfalls an P angreifend ein, so befindet sich seine Spitze a) im Punkt mit den Koordinaten (4 m 4 m), wenn q B = q A. b) im Punkt mit den Koordinaten (4 m 0 m), wenn q B = q A. c) im Punkt mit den Koordinaten (4 m - m), wenn q B = 0,5 q A. d) im Punkt mit den Koordinaten (4 m 0 m), wenn q B = q A. Seite von

13 Aufgabe Abbildung : Diagramm zu Aufgabe Im Punkt A befindet sich eine punktförmige elektrische Ladung q A = µc. Im Punkt B befindet sich eine weitere punktförmige elektrische Ladung q B. Im Punkt P ist der Betrag der elektrischen Feldstärke E gleich Null. Wählen Sie die wahre Aussage aus. a) q B = 9 µc b) q B = 4 µc c) q B = µc d) q B = 9 µc e) q B = 4 µc Seite 3 von

14 Aufgabe Eine kleine elektrische Ladung q = 0 nc befindet sich in einem elektrischen Feld mit der Feldstärke E, das von einem Plattenkondensator erzeugt wird. Sie erfährt die Coulombkraft F C vom Betrag F C = 0,0 mn. Wählen Sie wahre Aussagen aus. a) E = 0 V m b) E = 0 0³ T c) E = 0 kn C d) E = 0 0³ kg m A s³ Seite 4 von

15 Aufgabe Abbildung 3: Feldlinienbild zu Aufgabe 3 Dargestellt ist das Feldlinienbild einer punktförmigen elektrischen Ladung Q im Ursprung. Im Diagramm der Abbildung 3 sei die Längeneinheit m. Wählen Sie wahre Aussagen aus. a) Das Vorzeichen der felderzeugenden Ladung Q ist positiv. b) Das dargestellte elektrische Feld E ist homogen. c) Befindet sich eine negative elektrische Ladung q an einem beliebigen Ort außer im Ursprung, so erfährt sie eine Kraft, die zum Ursprung hin orientiert ist. d) Das elektrische Feld ist nicht radialsymmetrisch. Seite 5 von

16 Aufgabe 4 Am Ort ( m 0) befindet sich die elektrische Ladung Q und am Ort ( m 0) die elektrische Ladung Q. In nachfolgenden Diagrammen der Abbildung 4 sei die Längeneinheit jeweils m. Ordnen Sie die folgenden Beschreibungen den passenden Feldlinienbildern zu. a) Q < 0 Q = Q b) Q < 0 4 Q = Q c) Q < 0 Q = Q d) Q > 0 Q = Q e) Q < 0 4 Q = Q 0 Q Q 0 Q Q A 0 B 0 0 Q Q 0 Q Q C 0 D 0 0 Q Q E 0 Abbildung 4: Skizzierte Feldlinienbilder zu Aufgabe 4 Seite 6 von

17 Aufgabe 5 F mg + elektrischer Leiter Abbildung 5: Skizze zu Aufgabe 5 Durch einen waagrecht liegenden elektrischen Leiter fließt entsprechend der in Abbildung 5 dargestellten Polung ein elektrischer Strom der Stromstärke I. Eine in der Abbildung nicht dargestellte Spule erzeugt ein homogenes und zeitlich konstantes magnetisches Feld der Flussdichte B. Dadurch wirkt eine nach oben orientierte magnetische Kraft F mg senkrecht auf den Leiter. Wählen Sie die zutreffende Beschreibung für die Richtung und Orientierung von B aus. a) B ist senkrecht zur Zeichenebene gerichtet und in sie hinein orientiert. b) B ist senkrecht zur Zeichenebene gerichtet und aus ihr heraus orientiert. c) B liegt in der Zeichenebene, ist senkrecht zum Leiter gerichtet und nach oben orientiert. d) B liegt in der Zeichenebene, ist parallel zum Leiter gerichtet und nach rechts orientiert. Seite 7 von

18 Aufgabe 6 B F mg + elektrischer Leiter Abbildung 6: Skizze zu Aufgabe 6 Durch ein Leiterstück der Länge l fließt ein elektrischer Strom der Stromstärke I. Senkrecht zur Stromrichtung verlaufen die Feldlinien eines homogenen und zeitlich konstanten magnetischen Feldes der Flussdichte B, das von einer in der Skizze nicht dargestellten Spule erzeugt wird. Dadurch wirkt eine magnetische Kraft F mg auf den Leiter. Wählen Sie wahre Aussagen aus. a) Halbiert man B, so halbiert sich F mg. b) Halbiert man l, so verdoppelt sich F mg. c) Stellt man fest, dass sich F mg verdoppelt hat, so kann das daran liegen, dass sich B verdoppelt hat. d) Verdoppeln sich sowohl I als auch B, so vervierfacht sich F mg. Seite 8 von

19 Aufgabe 7 B F mg + elektrischer Leiter Abbildung 7: Skizze zu Aufgabe 7 Durch einen Leiter der Länge l = 0 cm fließt ein elektrischer Strom der Stromstärke I = 0 A. Senkrecht zur Stromrichtung verlaufen die Feldlinien eines homogenen und zeitlich konstanten magnetischen Feldes der Flussdichte B, das von einer in der Skizze nicht dargestellten Spule erzeugt wird. Dadurch wirkt eine magnetische Kraft F mg mit dem Betrag F mg = 0 mn auf den Leiter. Wählen Sie zutreffende Aussagen aus. a) B = 0,00 T b) B = 0 mt c) B = 0,0 T d) B =,0 0 3 T Seite 9 von

20 Aufgabe 8 Für die Flussdichte B eines magnetischen Felds gilt B = 0 mt. Wählen Sie zutreffende Aussagen aus. a) B = 0,00 T b) B = 0,00 V m² N c) B = 0,00 A m d) B = 0,00 kg A s² Seite 0 von

21 Hinweise zum Unterricht Lösungen: : abc bce 3 ad 4 c 5 a 6 bd 7 bc 8 abcd 9 cd 0 bc d cd 3 ac 4 Ae Bd Cc Db Ea 5 b 6 acd 7 ab 8 acd Seite von

22 Anregung zum weiteren Lernen Zur Veranschaulichung elektrischer Felder, die von Punktladungen ausgehen, eignen sich auch interaktive Simulationsprogramme []. Quellen- und Literaturangaben [] Als Austauschkurs mit dem Namen Multiple-Choice-Test zu elektrischen und magnetischen Feldern verfügbar im Bereich teachshare auf den Internetseiten der Plattform mebis des Landesmedienzentrums Bayern, [] zum Beispiel: Ladungen und Felder von PhET Interactive Simulations, University of Colorado, 06, verfügbar auf den Internetseiten der Plattform mebis des Landesmedienzentrums Bayern, Seite von