mit dem Betrag v 0 Die Anordnung befindet sich im Vakuum. Die auf die Ionen wirkenden Gravitationskräfte sind vernachlässigbar klein.

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1 athphy-online Abchluprüfung Berufliche Oberchule 00 Phyik Technik - Aufgabe II - Löung Teilaufgabe.0 Mit der unten dargetellten Anordnung kann die Mae von Protonen betit werden. Eine Waertoffionenquelle IQ endet einfach poitiv geladene Waertoffionen, u.a. Protonen it verchiedenen kinetichen Energien au. Durch ein kleine Loch in der Blende S treten olche Ionen in einen Gechwindigkeitfilter ein. Ionen, die den Gechwindigkeitfilter ohne Ablenkung paieren und dann durch ein kleine Loch in der Blende S verlaen, beitzen eine Gechwindigkeit v 0 it de Betrag v 0. Die Anordnung befindet ich i Vakuu. Die auf die Ionen wirkenden Gravitationkräfte ind vernachläigbar klein. Teilaufgabe. (6 BE) Erklären Sie anhand einer bechrifteten Skizze die Wirkungweie eine Gechwindigkeitfilter. I Filter ind ein hoogene B Feld und ein hoogene E Feld enkrecht überlagert. Protonen treten it unterchiedlichen Gechwindigkeiten v in den Filter ein, wobei gilt: v B und v E poitive Ladung erfährt durch da Magnetfeld eine Ablenkung: Lorentzkraft F L qv B nach oben. F el qe nach unten Ionen, für die F B F el gilt, werden nicht abgelenkt und verlaen den Filter durch die Öffnung der Blende S. AP 00, Phyik. Klae, Aufgabe II - Löung Seite von 6

2 athphy-online Ladungen it F el F L bzw. F el F L werden nach unten bzw. oben abgelenkt und treffen auf die Platten der Blende S auf. Teilaufgabe..0 Nach de Durchlaufen de Gechwindigkeitfilter gelangen die Protonen in ein hoogene Magnetfeld, deen Fludichte B zeitlich kontant it und den Betrag B T hat. Bei Eintritt in da Magnetfeld haben diee Protonen die Gechwindigkeit v 0, die enkrecht zu den Feldlinien gerichtet it und den Betrag v hat. Teilaufgabe.. (4 BE) Ein Proton erfährt i Magnetfeld eine Kraft. Erläutern Sie, wie ich diee Kraft auf den Betrag und die Richtung der Gechwindigkeit de Proton auwirkt. E gilt: F L v 0 F L wirkt nicht betragändernd v 0 it kontant F L it Zentralkraft. F L it kontant Ionen bewegen ich auf einer ebenen Halbkreibahn. Teilaufgabe.. (5 BE) I Magnetfeld bewegen ich die Protonen auf eine Halbkrei it de Radiu r P 6.5 c. Berechnen Sie die Mae P eine Proton. P v 0 qb r F L F Z qv 0 B Auflöen: r P v C450 3 T6.50 Berechnen: P.80 5 P.70 7 kg [ P ] CT A V J N kg kg AP 00, Phyik. Klae, Aufgabe II - Löung Seite von 6

3 athphy-online Teilaufgabe..3 ( BE) Die Ionenquelle liefert neben Protonen (*) auch Deuteronen (*). Für die Maen P und D der beiden Ionenorten gilt: D P. Ein Deuteron trägt die Ladung q D + e, wobei e die Eleentarladung it. Begründen Sie rechnerich, da die Protonen und die Deuteronen nicht i elben Punkt auf die an der Blende S angebrachte photographiche Platte. (*) H Ionen (*) D Ionen D P D v 0 Radiu: r D qb P v 0 r qb P Sie treffen alo nicht auf deelben Punkt auf. Teilaufgabe.0 Ein Motorrad bechleunigt ab de Zeitpunkt t 0 0auf einer geradlinigen, horizontal verlaufenden Straße au der Ruhe herau bi zu Zeitpunkt t 4.0 auf eine Gechwindigkeit v it de Betrag v 0. Diee Gechwindigkeit v behält da Motorrad bi zu Zeitpunkt t 7.0 bei. Da Motorrad und der Fahrer haben die Geatae 60 kg. Für die folgenden Aufgaben wird vereinfachend angenoen, da da Motorrad i Zeitintervall [0 ; 4,0] gleichäßig bechleunigt und bei allen i Zeitintervall [0 ; 7,0] auftretenden Gechwindigkeiten der auftretende Fahrwidertand F W (Rollreibung zwichen den Reifen und de Straßenbelag, Reibung i Getriebe und Antrieb, Luftwidertand) denelben Betrag F W hat. Dabei gilt: F W 0.8F G, wobei F G der Betrag der Gewichtkraft F G von Mototrrad it Fahrer it. Teilaufgabe. (4 BE) Berechnen Sie den Betrag a der Bechleunigung a und die Länge der Strecke, die da Motorrad i Zeitintervall [0 ; 7,0] auübt. 0 Δv a a a.5 Δt 4.0 t [ 0 ; 4 ] () t a t.5 ( 4 ) 0 t [ 4 ; 7 ] () t v 0 Δt ge ge 50 AP 00, Phyik. Klae, Aufgabe II - Löung Seite 3 von 6

4 athphy-online Teilaufgabe. (4 BE) Berechnen Sie den Betrag F Zug der Zugkraft F Zug, die der Motor i Zeitintervall ] 0 ; 4,0 [ auübt. F re F Zug F W F Zug F re F W 0 a g F Zug 60kg kg9.8 F Zug. 0 3 N Teilaufgabe.3.0 Wt () ei die Arbeit, die der Motor ab de Zeitpunkt t 0 0bi zu eine Zeitpunkt t, der i Zeitintervall [0 ; 4,0] liegt, verrichtet. Teilaufgabe.3. (4 BE) Zeigen Sie, da für einen Zeitpunkt t it 0t 4.0 gilt: Wt ().40 3 J t Wt () F Zug t () F Zug at Wt (). 0 3 N.5 t Berechnung der Kontanten:.0 3 N J Wt ().40 3 J t Teilaufgabe.3. (4 BE) Stellen Sie die Abhängigkeit der Arbeit W von der Zeit t für 0 t dar. Ertellen Sie dazu eine Wertetabelle it der Schrittweite Δt.0. Maßtab: 0,5 entpricht c;,0 kj entpricht c. 4.0 in eine t-w-diagra t t Wt J AP 00, Phyik. Klae, Aufgabe II - Löung Seite 4 von 6

5 athphy-online Arbeit in kj Zeit t in Teilaufgabe.3.3 (4 BE) Betien Sie ithilfe de t-w-diagra von Teilaufgabe.3. die ittlere Leitung de Motor für da Zeitintervall [0,5 ; 4,0]. Arbeit in kj Zeit t in Graph der Arbeit konkrete Werte Steigung der Sekante Tangente Steigung der Tangente ΔW Steigung der Sekante: ΔW P Δt ittlere Leitung: P 4900W ( ) J AP 00, Phyik. Klae, Aufgabe II - Löung Seite 5 von 6

6 athphy-online Teilaufgabe.3.4 (3 BE) Zu eine Zeitpunkt t gibt der Motor die oentane Leitung P(t) ab. Betien Sie P(t) für den Zeitpunkt t 3.0. Steigung der Tangente: ΔW Δt (.5) 0 3 J oentane Leitung: P W Teilaufgabe.4.0 Da Motorrad durchfährt eine Kurve. In dieer Kurve it die Fahrbahn nicht überhöht. Bei der Fahrt durch die Kurve bewegt ich der geeinae Schwerpunkt von Motorrad und Fahrer it einer Gechwindigkeit vo Betrag 0 auf eine Kreibogen it de Radiu r 3, der in einer Horizontalebene liegt. Teilaufgabe.4. (6 BE) Berechnen Sie anhand eine Kräfteplan den Winkel φ, u den ich der Motorradfahrer it Motorrad au der Vertikalen "nach innen legen", d.h. zu Kurvenittelpunkt hin neigen u. F Z F B F G tan( φ) F Z F G v 0 r 0 g v rg φ arctan v rg 0 φ atan φ 8Grad 39.8 Teilaufgabe.4. (4 BE) Die Haftreibungzahl für den Motorradreifen auf de Straßenbelag beträgt μ 0.6. Berechnen Sie den größten Winkel φ ax, u den ich der Fahrer it Motorrad nach innen legen kann, ohne wegzurutchen. F Z F R F G tan φ ax F R 0 g tan φ ax μ 0 g tanφ ax μ φ ax arctan( μ) φ ax atan( 0.6) φ ax 3Grad AP 00, Phyik. Klae, Aufgabe II - Löung Seite 6 von 6