Aufgabe Vorschlag B1 - 2.2 · Abitur Hessen Physik GK 2021

Thema: Geladene Teilchen in elektrischen und magnetischen Feldern · Aus der Prüfung GK (2021)

Aufgabenstellung

Die Betrachtung von geladenen Körpern führt zum Begriff des elektrischen Feldes.

An einen luftgefüllten Plattenkondensator aus kreisförmigen Metallplatten, die einen Plattenabstand von d=0,6 cmd = 0{,}6\text{ cm} und einen Radius von jeweils r=5 cmr = 5\text{ cm} besitzen, wird eine Spannung von U=60 VU = 60\text{ V} angelegt.

2.2

Beide Kondensatorplatten haben in der Mitte ein winziges Loch. Durch dieses Loch wird ein Elektron mit der Geschwindigkeit von v0=4⋅106 msv_0 = 4 \cdot 10^6\,\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s}} geschossen (Material 2).

Begründen Sie, welches der Diagramme in Material 3 die Veränderung der kinetischen Energie des Elektrons im Plattenkondensator in Abhängigkeit von der Flugstrecke ss durch den Plattenkondensator beschreibt. (2 BE)

Diagramm

Berechnen Sie die kinetische Energie des Elektrons, nachdem es den Kondensator durchflogen hat. (4 BE)

Aufgabenstellung: Aufgabe Vorschlag B1 - 2.2 · Abitur Hessen Physik GK 2021

Lösung

Nach den offiziellen Korrekturhinweisen

Begründen Sie, welches der Diagramme in Material 3 die Veränderung der kinetischen Energie des Elektrons im Plattenkondensator in Abhängigkeit von der Flugstrecke s durch den Plattenkondensator beschreibt.

Lösung: Diagramm B

Begründung für die Wahl des Diagramms:

Lösung: Da das Elektron in Richtung der positiv geladenen Platte fliegt, muss die kinetische Energie des Elektrons zunehmen. Da in dem Plattenkondensator ein homogenes elektrisches Feld vorliegt, muss die kinetische Energie linear zunehmen (W=F⋅s=e⋅E⋅sW = F \cdot s = e \cdot E \cdot s).

Berechnen Sie die kinetische Energie des Elektrons, nachdem es den Kondensator durchflogen hat.

Lösung: 1,69⋅10−171{,}69 \cdot 10^{-17} J / 105,7105{,}7 eV

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