FRAGEN ZU KAPITEL 23 1 Abb. 23-19 zeigt drei - Wiley-VCH

FRAGEN ZU KAPITEL 23
1 ➜ Abb. 23-19 zeigt drei elektrische Feldlinien. Welche
Richtung hat die elektrostatische Kraft auf eine positive Probeladung (a) im Punkt A, (b) im Punkt B? (c) In welchem
Punkt (A oder B) wird die Beschleunigung der Probeladung
größer sein, wenn sie losgelassen wird?
y
A
x
B
einander gleich? (b) Zeigen die Felder auf die sie jeweils erzeugende Ladung hin oder von ihr weg? (c) Ist der Betrag
des resultierenden elektrischen Felds im Punkt P gleich der
Summe der Beträge E der beiden Teilfelder, also gleich 2E?
(d) Löschen sich die x-Komponenten der beiden Teilfelder aus
oder verstärken sie sich? (e) Löschen sich die y-Komponenten
der beiden Teilfelder aus oder verstärken sie sich? (f) Hat
das resultierende Feld im Punkt P die Richtung der sich
auslöschenden oder der sich verstärkenden Komponenten?
(g) Welche Richtung hat das resultierende Feld?
y
Abb. 23-19: Frage 1
P
2 ➜ Abb. 23-20a zeigt zwei geladene Teilchen. (a) In wel–q
–q
chem Bereich der Verbindungsachse der Teilchen gibt es
x
einen – nicht im Unendlichen liegenden – Punkt, in dem das
d
d
Abb. 23-22: Frage 5
resultierende elektrische Feld der beiden Ladungen null ist:
links von den beiden Teilchen, rechts davon oder zwischen
ihnen? (b) Gibt es einen – nicht im Unendlichen liegenden – 6 ➜ Drei zum selben Krümmungsradius kreisförmig geboPunkt außerhalb der Verbindungsachse, in dem das resultie- gene, nichtleitende Stäbe sind homogen geladen.◦ Stab A hat
die Ladung +2Q und spannt einen Winkel von 30 auf, Stab B
rende Feld verschwindet?
trägt eine Ladung +6Q und spannt einen Winkel von 90◦ auf,
+q
–3q
e
p
p
Stab C schließlich trägt die Ladung +4Q und spannt einen
(a)
(b)
Winkel von 60◦ auf. Ordnen Sie die Stäbe nach dem Wert
ihrer linearen Ladungsdichte.
Abb. 23-20: Fragen 2 und 3
7 ➜ Der in Abb. 23-23a abgebildete, kreisförmig gebogene
Plastikstab trägt eine homogen verteilte Ladung +Q und erzeugt in seinem Krümmungsmittelpunkt (dem Ursprung des
Koordinatensystems) ein elektrisches Feld vom Betrag E. Wie
in den Abbildungen 23-23b, c und d dargestellt, fügt man
nacheinander weitere zu einem Viertelkreis gebogene und
ebenfalls jeweils mit der Ladung +Q geladene Stäbe hinzu, bis ein vollständiger Kreis entstanden ist. Betrachten Sie
4 ➜ Abb. 23-21 zeigt zwei quadratische Anordnungen gela- zusätzlich noch eine weitere Anordnung (e), die sich von (d)
dener Teilchen. Die beiden Quadrate, deren Mittelpunkte im nur dadurch unterscheidet, dass der Stab im vierten QuadranPunkt P zusammenfallen, sind gegeneinander gedreht. Die ten die negative Ladung −Q trägt. Ordnen Sie diese fünf Fälle
Abstände der Teilchen betragen jeweils entweder d oder d/2 nach dem Betrag des im Ursprung jeweils erzeugten elektrientlang der Kanten der Quadrate. Ermitteln Sie Betrag und schen Felds.
Richtung des effektiven elektrischen Felds im Punkt P.
y
y
3 ➜ Abb. 23-20b zeigt ein Elektron und zwei Protonen, die
in gleichen Abständen auf einer Achse liegen. In welchem
Bereich der Achse gibt es einen – nicht im Unendlichen liegenden – Punkt, an welchem das resultierende elektrische Feld
null ist: links von allen Teilchen, rechts davon, zwischen den
beiden Protonen oder zwischen dem Elektron und dem benachbarten Proton?
–2q
+6q
–q
P
–q
x
(a)
(b)
y
y
–q
–3q
+2q
+3q
x
+2q
–3q
–2q
+3q
–2q
+6q
x
x
Abb. 23-21: Frage 4
5 ➜ In Abb. 23-22 sind zwei Teilchen mit der Ladung −q
symmetrisch zur y-Achse angeordnet. Jedes der beiden Teil(c)
chen erzeugt im Punkt P auf der y-Achse ein elektrisches
Feld. (a) Sind die Beträge dieser beiden Felder im Punkt P Abb. 23-23: Frage 7
(d)
Fragen zu Kapitel 23
8 ➜ Wie in Abb. 23-24 dargestellt bewegt sich ein Elektron e
durch eine kleine Öffnung in der Platte A hindurch auf die
Platte B zu. Ein homogenes elektrisches Feld im Raum zwischen den beiden Platten bremst das Elektron, ohne es abzulenken. (a) Welche Richtung hat das Feld? (b) Vier weitere
Teilchen bewegen sich ebenfalls, wie in der Abbildung dargestellt, durch kleine Öffnungen der Platten in den Plattenzwischenraum hinein. Drei von ihnen tragen die Ladungen
+q1 , +q2 und −q3 . Das vierte Teilchen, mit n bezeichnet, ist
ein Neutron und verhält sich elektrisch neutral. Wie ändert
sich die Teilchengeschwindigkeit in jedem dieser vier Fälle
beim Eintritt in das elektrische Feld?
e
+q2
+q1
–q3
n
A
B
Abb. 23-24: Frage 8
9 ➜ Abb. 23-25 zeigt die Flugbahn eines negativ geladenen
Teilchens 1 durch einen rechteckigen Bereich, in dem ein homogenes elektrisches Feld herrscht: Das Teilchen wird in der
Papierebene nach oben abgelenkt. (a) Ist das Feld nach oben,
unten, links oder rechts gerichtet? (b) Drei weitere geladene
Teilchen nähern sich wie dargestellt dem Feldbereich. Welche
von ihnen werden nach oben, welche nach unten abgelenkt?
3
4
–
+
+
–
2
1
Abb. 23-25: Frage 9
10 ➜ (a) Betrachten Sie noch einmal die Situation von Kontrollfrage 5: Ist die vom Feld am Dipol verrichtete Arbeit positiv, negativ oder null, wenn der Dipol von der Orientierung 1
in die Orientierung 2 gedreht wird? (b) Ist die vom Feld am
Dipol verrichtete Arbeit größer, kleiner oder die gleiche wie
in Frage (a), wenn man den Dipol aus der Orientierung 1 in
die Orientierung 4 dreht?
11 ➜ Vier verschiedene Orientierungen eines elektrischen Dipols in einem elektrischen Feld haben die potenziellen Energien (1) −5U0 , (2) −7U0 , (3) 3U0 und (4) 5U0 , wobei U0 positiv
sei. Ordnen Sie die vier Fälle nach (a) der Größe des Winkels
zwischen dem Dipolmoment p und dem elektrischen Feld E,
(b) dem Betrag des auf den Dipol wirkenden Drehmoments.
12 ➜ Läuft man an einem trockenen Tag über bestimmte Arten von Teppichen und greift dann nach einem metallenen
Türgriff oder – um mehr Spaß zu haben – nach jemandes
Nacken, so springt oft ein Funke über. Wie entsteht dieser
Funke? (Man kann die Intensität – die Helligkeit und das
Geräusch – der Entladung vergrößern, wenn man statt der
Hand einen Finger oder einen scharfkantigen Metallgegenstand, beispielsweise einen Schlüssel, verwendet.)

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