Ein Elektron wird senkrecht zu den Feldlinien in das homogene Feld eines Plattenkondensators eingeschossen. Welche Bahn beschreibt es innerhalb des Feldes?

Erklärung: In Feldrichtung wirkt eine konstante Kraft, senkrecht dazu bleibt die Geschwindigkeit v₀ konstant. Die Überlagerung ergibt wie beim waagrechten Wurf eine Parabelbahn y = qE/(2mv₀²)·x².

Das Elektron bewegt sich im Querfeld entlang einer elektrischen Feldlinie von der negativen zur positiven Platte.

Erklärung: Falsch — eine verbreitete Fehlvorstellung! Die Feldlinie gibt die Richtung der Kraft an, nicht die der Bewegung. Das Elektron behält seine Einschussgeschwindigkeit quer zum Feld und wird nur zusätzlich abgelenkt: Es entsteht eine Parabel.

Wie bewegt sich das Elektron, nachdem es das Querfeld des Kondensators verlassen hat?

Erklärung: Außerhalb des Kondensators wirkt keine Kraft mehr. Nach dem Trägheitssatz fliegt das Elektron geradlinig in der Richtung weiter, die es beim Verlassen des Feldes hatte.

Die Bewegung des Elektrons im homogenen Querfeld entspricht in der Mechanik dem waagrechten ___.

Erklärung: Beide Bewegungen setzen sich gleich zusammen: konstante Geschwindigkeit in der einen Richtung, konstante Beschleunigung senkrecht dazu. Deshalb übernimmt man die Bahngleichung des waagrechten Wurfs.

Während das Elektron den Plattenkondensator durchquert, bleibt seine Geschwindigkeitskomponente in Einschussrichtung konstant.

Erklärung: Die elektrische Kraft wirkt nur senkrecht zur Einschussrichtung. In Einschussrichtung wirkt keine Kraft, also gilt vₓ = v₀ = konstant — genau wie beim waagrechten Wurf.

In einer Ablenkröhre gilt für die Ablenkung am Plattenende y₁ = l²·U/(4d·U_B). Berechne y₁ für l = 8 cm, d = 4 cm, U = 1 kV und U_B = 2 kV. (Antwort in cm)

Erklärung: y₁ = (0,08 m)² · 1000 V / (4 · 0,04 m · 2000 V) = 6,4 / 320 m = 0,02 m = 2 cm. Die Formel enthält nur Geometrie und die beiden Spannungen — die Elektronenmasse kürzt sich heraus.

Die Beschleunigungsspannung U_B einer Ablenkröhre wird erhöht, die Ablenkspannung bleibt gleich. Was passiert mit der Ablenkung des Strahls?

Erklärung: Schnellere Elektronen verbringen weniger Zeit zwischen den Platten, die Querkraft wirkt also kürzer. In der Formel y₁ = l²·U/(4d·U_B) steht U_B im Nenner. Wer "größer" wählt, verwechselt mehr Energie in Flugrichtung mit stärkerer Ablenkung quer dazu.

Vergrößert man bei gleicher Ablenkspannung U den Plattenabstand d, so wird die Ablenkung des Elektronenstrahls größer.

Erklärung: Falsch! Mit größerem Abstand sinkt die Feldstärke E = U/d, die ablenkende Kraft wird kleiner. Die Ablenkung nimmt ab — d steht in der Ablenkformel im Nenner.

Das elektrische Feld zwischen den Platten zeigt von unten nach oben. In welche Richtung wird ein durchfliegendes Elektron abgelenkt?

Erklärung: Das Elektron ist negativ geladen, die Kraft F = qE zeigt deshalb entgegen der Feldrichtung. Feldlinien geben die Kraftrichtung auf positive Ladungen an.

Bei 2 V an den y-Ablenkplatten steht der Leuchtfleck der Braunschen Röhre 1 cm über der Schirmmitte. Nun legt man 6 V an. Wo steht der Fleck jetzt?

Erklärung: Die Auslenkung des Leuchtflecks wächst linear mit der Ablenkspannung — dreifache Spannung, dreifacher Ausschlag. Genau deshalb kann das Oszilloskop Spannungen messen. 9 cm ergäbe ein quadratisches Gesetz, das hier nicht gilt.

An den x-Ablenkplatten eines Oszilloskops liegt nur die Sägezahnspannung an, die y-Platten bleiben spannungsfrei. Was zeigt der Schirm?

Erklärung: Die Sägezahnspannung wächst linear an und springt dann zurück — der Fleck wandert gleichförmig nach rechts und springt an den Anfang zurück. Sie liefert so die Zeitachse, auf der die y-Spannung aufgetragen wird.

Auf dem Oszilloskopschirm ist eine volle Schwingung 4 cm breit. Die Zeitablenkung beträgt 5 ms pro cm. Welche Frequenz hat die dargestellte Wechselspannung? (Antwort in Hz)

Erklärung: Eine Periode dauert T = 4 cm · 5 ms/cm = 20 ms = 0,02 s. Daraus folgt f = 1/T = 50 Hz — die Frequenz der Netzspannung.

Die Vertikalablenkung eines Oszilloskops ist auf 3 V pro cm eingestellt. Der Leuchtfleck schlägt maximal 3 cm nach oben aus. Wie groß ist die Maximalspannung? (Antwort in V)

Erklärung: Die Auslenkung ist proportional zur Spannung. Bei 3 V pro cm entsprechen 3 cm Ausschlag der Maximalspannung U = 3 · 3 V = 9 V.

Aufgabe 1 von 13