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Übungsaufgaben Physik FOS/BOS 12 Technik Bewegung freier Ladungsträger in elektrischen und magnetischen Feldern 1) Um den Zusammenhang zwischen der Beschleunigungsspannung und der seitlichen Ablenkung am Ende eines Ablenkkondensators zu untersuchen, werden Elektronen mit verschiedenen Beschleunigungsspannungen beschleunigt und anschließend in einem Ablenkkondensator abgelenkt. Es ergeben sich folgende Wertepaare: in 200 300 in 14 9,3
400 7,0
500 5,6
600 4,7
700 4,0
a) Stellen Sie Maßstab:
in Abhängigkeit von grafisch dar. -Achse: 100 = 1,0 -Achse: 2,0 = 1,0 b) Zeigen Sie durch eine geeignete Untersuchung an den Wertepaaren, wie von abhängt. c) Berechnen Sie die Spannung am Ablenkkondensator, wenn für seine Abmessungen gilt: = 6,4 ; = 3,0 ; 82 d) Die Flugbahn eines Elektrons soll hinter dem Ablenkkondensator mit der ursprünglichen Flugrichtung den Winkel ! = 12° einschließen. Berechnen Sie die dazu nötige Beschleunigungsspannung . 412 2) Entsprechend nebenstehender Skizze fallen negativ geladene Was% ' sertröpfchen mit der Anfangsgeschwindigkeit #$ = 0,0 & in das homogene Feld eines Plattenkondensators. a) Fertigen Sie einen Kräfteplan für die auf einen Wassertropfen wirkenden Kräfte an. b) Erstellen Sie für die '- und -Richtung eine ' ( - bzw. ( Funktion in allgemeiner Form. c) Entwickeln Sie aus den Gleichungen von b) eine ' -Funktion in allgemeiner Form. d) Erläutern Sie kurz die Bahnform, die aus dem Ergebnis von c) folgt. e) Ein Wassertropfen der Masse = 1,5 ∙ 10*+ ,- wird beim Durchfallen des homogenen Feldes um 1,0 aus der vertikalen Richtung abgelenkt. Berechnen Sie seine Ladung ., wenn gegeben ist: = 10,0 ; = 4,0 ; / = 3,2 , . 1,84 ∙ 10* $ 0 3) Elektronen werden durch die Beschleunigungsspannung = 3,0 , beschleunigt und dann senkrecht zu den magnetischen Feldlinien in ein Magnetfeld eingeschossen. Die Elektronen durchfliegen eine 4,0 breite Magnetfeldzone der Flußdichte 1 = 1,25 2 und treffen nach einer 3 = 20 breiten feldfreien Zone auf einen Schirm. a) Berechnen Sie die zur ursprünglichen Flugrichtung auftretende seitliche Ablenkung auf dem Schirm. 6,2 b) Zeigen Sie durch allgemeine Rechnung, dass für kleine Winkel ! die Ablenkung direkt proportional zur magnetischen Flussdichte 1 ist. Hinweis: Für kleine ! gilt: sin ! ≈ tan ! ; cos ! ≈ 1
