VO Physik I, Prof. Asenbaum

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Inhaltsverzeichnis

Physik für Molekulare Biologie

Klausur vom 14.03.2007

  1. Erläutern Sie das Rastertunnelmikroskop.
    Wie ist eine dreidimensionale "Abbildung" der Atome möglich? (4P)
  2. Eine Kraft von 2 N erzeugt bei einer Feder 3 cm Längenänderung.
    Wie groß ist die Federkraftkonstante? (2P)
    Wie groß ist die Resonanzfrequenz, wenn diese Feder mit einer Masse von 3 kg zu Schwingungen angeregt wird? (2P)
  3. Erläutern Sie den Strahlengang beim Michelson Interferometer(Zeichnung!). (3P)
    Wobei werden Michelson Interferometer praktisch eingesetzt? (1P)
  4. Von einem Turm der Höhe h = 50 m wird eine Masse m = 2 kg nahezu senkrecht mit einer Geschwindigkeit v = 10 m/s nach oben geworfen, sodass die Masse neben dem Turm auf den Erdboden aufschlägt (g = 10 m/s²). Luftwiderstand, Erdkrümmung und Erdrotation werden vernachlässigt. Wie lang ist die Masse in der Luft und mit welcher Geschwindigkeit schlägt sie auf? (4P)
  5. Welche Eigenfrequenz hat eine 1,5 m lange, an einer Seite geschlossene Pfeife, die mit Luft (Schallgeschwindigkeit 330 m/s) gefüllt ist? Welche Frequenz entspricht der ersten Oberschwingung? (2P)
    Was ändert sich, wenn die Pfeife mit Helium (Schallgeschwindigkeit 971 m/s) oder Wasserstoff (Schallgeschwindigkeit 1286 m/s) gefüllt ist? (2P)
  6. Ein Kondensator von C = 1 nF wird über einen Widerstand von 100 Ohm entladen. Wie groß ist die Spannung am Kondensator nach 0,1 Mikrosekunden, wenn die Anfangsspannung U = 5 V war? (4P)
  7. Erläutern Sie die physikalischen Prozesse bei der Absorption von Gamma-Quanten durch Materie. (4P)
  8. Erläutern Sie das Verhalten des Druckes als Funktion des Volumens bei einer Isotherme des realen Gases unterhalb des kritischen Punktes. (Zeichnung!)

Lösungen

Klausur vom 18.04.2007

  1. Erläutern Sie die Intensitätsverteilung am Schirm bei der Beugung von monochromatischem Licht an einem Einfachspalt. (Zeichnung!) (4P)
  2. Erläutern Sie die spektrale Verteilung der Strahlung des schwarzen Körpers bei drei verschiedenen Temperaturen (Zeichnung!) (4P)
  3. Geben Sie einen Mittelwert für die Geschwindigkeit der Gasteilchen bei Helium für 10 K und für 300 K an.(kB = 1,38.10-23 J/K) (4P)
  4. Zwei elektrisch zunächst ungeladene Massen mit je 106 kg befinden sich in einem Abstand von 108 km. Welche gleiche Anzahl von Elektronen auf jeder der Massen ist notwendig, um die Gravitationskraft zwischen den Massen zu kompensieren? (ε0 = 8,9.10-12 A2s4kg-1m-3, G = 6,7.10-11 N m2kg-2) (4P)
  5. Erläutern Sie Dia-, Para- und Ferromagnetismus. (4P)
  6. Ein Kondensator von C = 1 nF wird über einen Widerstand von 100 Ohm an einer Spannungsquelle von 10 V aufgeladen. Nach welcher Zeit beträgt die Spannung am Kondensator 5V ? (4P)
  7. Erläutern Sie mit Hilfe des Diagramms "Mittlere Energie/Nukleon als Funktion der Kernladungszahl" die Energiegewinnung bei der Kernspaltung (2P) und bei der Kernfusion (2P).
  8. Berechnen Sie den Druck von gasförmigen Helium bei einem Volumen von einem Liter nach einer adiabatischen Zustandsänderung, wenn der Anfangsdruck 2 bar und das Anfangsvolumen 5 Liter betragen haben. (4P)

Lösungen

Klausur vom 20.06.2007

  1. Während eines Gewitters treten in der Luft Feldstärken von 300.000 V/m auf. Betrachten Sie eine in 2 km Höhe befindliche kreisförmige Gewitterwolke und die darunter liegende Erdoberfläche als Platten eines Kondensators.
    a) Ermitteln Sie die Spannungsdifferenz zwischen Wolke und Boden.
    b) Welche Ladung und
    c) welche Energie (in J und kWh) ist bei dieser Spannung in der Wolke gespeichert (Durchmesser der Wolke 30 km)?
  2. Erläutern Sie
    a) Drehkristallverfahren,b) Debye-Scherrer Methode und
    c) Laueaufnahme und stellen Sie einen Zusammenhang mit der Braggbedingung her.
  3. Erläutern Sie mindestens vier verschiedene Arten von Kernstrahlungsdetektoren und erklären Sie deren Funktionsweise.
  4. Erläutern Sie das Lennard-Jones-Potential und seine Bedeutung für die drei Aggregatzustände.
  5. Eine Wechselspannungsquelle mit 5 Veff und 1 kHz ist über einen Widerstand von 50 Ohm an einen Kondensator mit 1 µF angeschlossen. Wie groß ist die Spannung am Kondensator?
  6. Konstruieren Sie den Strahlengang im Fabry-Perot-Interferometer, erläutern Sie die Funktionsweise und geben Sie zumindest ein Beispiel für einen praktischen Einsatz an.
  7. Ein Rennauto beschleunigt in 10 Sekunden von 0 km/h auf 100 km/h. Wie weit fährt es in diesen 10 Sekunden?
  8. a) Wieviele Moleküle befinden sich in 1 cm3 Luft bei Normalbedingungen und
    b) wie groß ist der mittlere Abstand der Teilchen zueinander?

Lösungen

Klausur vom 03.10.2007

  1. Durch ein 10 m langes Rohr mit 5 cm Rohrdurchmesser fließen 20 L/min. Wie hoch ist die Durchflussrate, wenn der Durchmesser um 2 cm vergrößert wird und die Länge des Rohres verdoppelt wird? (3P)
  2. Ein Federpendel besteht aus einer Feder und einem Pendelkörper der Masse m = 0,5 kg, die Schwingungsdauer beträgt 1 s. Berechnen Sie die Federkraftkonstante, wenn die Masse um 100 g erhöht wird und die Schwingungsdauer um 2 Sekunden größer werden soll. Wie ändert sich die Schwingungsdauer, wenn das Pendel gedämpft wird mit b = 0,05 kg/s ? (6P)
  3. Eine Wechselspannungsquelle mit 10 Veff und 5 kHz ist über einen Widerstand von 50 Ohm an eine Spule mit 1 mH angeschlossen. Wie groß ist die Spannung an der Spule? (4P)
  4. Erläutern Sie die Intensitätsverteilung am Schirm bei der Beugung von violettem und rotem Licht an einem Einfachspalt (Zeichnung!) . (4P)
  5. Ein Plattenkondensator mit Plattenabstand d = 1 mm und 10 m2 Fläche (Dielektrikum Luft) trägt die Ladung von 0,1 Coulomb. Wenn die elektrische Energie dieses Kondensators vollständig in mechanische Energie umgewandelt werden würde, wie hoch könnte die Masse von 1 g im Schwerefeld der Erde gehoben werden? (ε0 = 8,9.10-12 A2s4kg-1m-3) (6P)
  6. Erläutern Sie das elektrische und magnetische Feld einer Stabantenne (Zeichnung!). (3P)
  7. Erläutern Sie Funktion und Wirkungsweise eines Szintillationsdetektors (Zeichnung!). (3P)
  8. Erläutern Sie Alpha- und Beta-Zerfall (Zeichnung!). (3P)

Lösungen

Klausur vom 18.12.2007

  1. Erläutern und konstruieren Sie den Strahlengang im Durchlichtmikroskop. (4P)
  2. Berechnen Sie Cp/Cv von a) einatomigen (1P), b) zweiatomigen (1P) und c) dreiatomigen (1P) Gasen.
  3. Eine Wechselspannungsquelle mit 10 Veff und 1 kHz ist über eine Kapazität von 1µF an eine Spule mit 1 H angeschlossen. Wie groß sind die Spannungen an Spule und Kondensator? (4P)
  4. Erläutern Sie den Strahlengang in einem Spektralphotometer mit A) Einkanaldetektor (2P) und B) Vielkanaldetektor (2P).
  5. Bestimmen Sie den Reibungskoeffizienten, der bei einem zunächst ungedämpftem harmonischen Oszillator mit der Masse 1 kg und der Federkraftkonstante von 1 kg/s² die Resonanzfrequenz um einen Faktor 2 ändert. (5P)
  6. Berechnen Sie die maximale Spannung an einem Kondensator mit 1 µF in einem Parallelschwingkreis mit einer Spule von 1 H, wenn der maximale Strom durch die Spule 1 Ampere beträgt. (4P)
  7. Erläutern Sie Funktion und Wirkungsweise eines Geigerzählers (Zeichnung!). (4P)
  8. Erläutern die Entstehung von Röntgenstrahlung (Zeichnung!) (2P) und erläutern Sie ein Röntgenspektrum (Zeichnung!). (2P)

Lösungen

Klausur vom 29.01.2008

  1. Erläutern Sie das Fabry-Perot-Interferometer und zeichnen Sie den Strahlengang. (4P)
  2. Erläutern Sie die Isothermen des realen Gases in der Nähe des kritischen Punktes (Zeichnung!) (4P)
  3. Ein Tier mit der Masse m = 50 kg springt 1 m senkrecht hoch. Wie groß ist die Kraft auf die Pfoten beim Auftreffen auf den Boden, wenn der Abbremsvorgang beim Auftreffen auf den Boden 0,1 Sekunden dauert? (4P)
  4. Erläutern Sie Funktion und Wirkungsweise eines Fouriertransformations-Infrarotspektrometer. (4P)
  5. Bestimmen Sie die Federkraftkonstante bei einem ungedämpften harmonischen Oszillator mit der Masse m = 1kg, wenn im gedämpften Fall (Reibungskoeffizient b = 18 kg s-1) die Resonanzfrequenz 0.795 Hz beträgt. (4P)
  6. Ein Kondensator von C = 10 nF wird über einen Widerstand von 50 Ohm an einer Spannungsquelle von U = 10 V aufgeladen. Wie groß ist die Spannung am Kondensator nach einer Mikrosekunde? (Zeichnung!) (4P)
  7. Beschreiben Sie vier verschiedene Methoden zur Messung der Temperatur (Zeichnung!) (4P)
  8. Ein Plattenkondensator mit Plattenabstand d = 2cm und eingeschobenen Dielektrikum ist auf 5 Volt aufgeladen. Vergrößert man den Plattenabstand auf 5 cm und nimmt das Dielektrikum heraus, dann beträgt die Spannung am Kondensator 25 Volt. Wie groß ist die relative Dielektrizitätskonstante des Dielektrikums? (4P)

Lösungen

Klausur vom 12.03.2008

  1. Erläutern die Vorgänge beim Einschalten und Ausschalten eines Stromkreises mit Gleichspannungsquelle, Widerstand und Induktivität. (4P)
  2. Die kürzerwellige von den beiden gelben Linien des Natriumspektrums hat die Wellenlänge λ = 589,0 nm. Die Frequenzdifferenz dieser beiden Linien beträgt 515 GHz. A. Welchen Energiedifferenzen entsprechen diese beiden Linien? (3P) B. Zeige durch Rechnung, ob sich diese beiden Linien in einem Gitterspektrometer mit einem Gitter von 5 cm x 5 cm und 500 Linien/cm in erster Ordung auflösen lassen. (3P)
  3. Von einem Turm der Höhe 10 m wird ein Ball senkrecht nach unten mit einer Geschwindigkeit v = 180 m / Minute geworfen. Welche maximale Höhe erreicht dieser Ball nach einem verlustfreien Aufprall auf dem Boden unter Vernachlässigung des Luftwiderstandes? (4P)
  4. Erläutern Sie die Polarisierbarkeit von Materie und ihre Wechselwirkung mit elektromagnetischer Strahlung, Zeichnung! (3P)
  5. An einer Gleichspannungsquelle von 10 V liegt parallel ein Widerstand von 70 Ω und weiters dazu parallel eine Serienschaltung von einem 100 Ω Widerstand mit einem 50 Ω Widerstand. Berechnen Sie A. die Spannung am 50 Ω Widerstand (2P) und B. die Spannung am 50 Ω Widerstand, wenn zu diesem Widerstand ein weiterer 50 Ω parallel geschaltet ist. (2P)
  6. Ein Kondensator von C = 1 nF wird über einen Widerstand von 100 Ohm an einer Spannungsquelle von U = 10 V aufgeladen. Nach welcher Zeit ist die Spannung am Kondensator 3 V ? (Zeichnung!) (4P)
  7. Erläutern sie die Abhängigkeit der spezifischen Wärmekapazität bei konstantem Volumen als Funktion der absoluten Temperatur (Zeichnung!) (3P)
  8. Erläutern Sie die Infrarotspektroskopie (Prinzip, Apparatur und Spektren), Zeichnung! (4P)

Lösungen

Klausur vom 09.04.2008

  1. Von einem Turm der Höhe h = 50 m wird eine Masse m = 2 kg senkrecht nach unten fallengelassen. Zur gleichen Zeit wird vom Boden aus in 2 m Höhe eine Masse m = 1 kg senkrecht mit einer Geschwindigkeit v = 30 m/s nach oben geworfen. Zu welchem Zeitpunkt befinden sich beide Massen auf gleicher Höhe? (2P) Wie lang sind jeweils die beiden Massen in der Luft und mit welcher Geschwindigkeit schlagen sie am Erdboden auf? (2P) Luftwiderstand, Erdkrümmung und Erdrotation werden vernachlässigt
  2. Vergleichen Sie die Interferometer von Michelson und Fabry-Perot hinsichtlich Aufbau, Strahlengang und Interferogramm, mit Zeichnungen! (4P)
  3. Welche Länge hat eine an beiden Seiten offene Pfeife, die mit Luft (Schallgeschwindigkeit 330 m/s) gefüllt ist, wenn die Grundschwingung eine Frequenz von 500 Hz hat, Zeichnung? (2P) Welche Frequenz hat die erste Oberschwingung einer an beiden Seiten geschlossenen Pfeife der Länge 1 m, die mit Helium (Schallgeschwindigkeit 971 m/s) gefüllt ist? (Zeichnung!) (2P)
  4. Erläutern Sie die Heisenbergsche Unschärferelation! (4P)
  5. Erläutern Sie die 14C Methode zur Altersbestimmung. (4P)
  6. Ein Kondensator von C1 = 1 nF ist parallel zu einer Serienschaltung von zwei Kondensatoren C2 = 2 nF und C3 = 3nF geschaltet. Die Gesamtkapazität dieser drei Kondensatoren ist Teil eines ungedämpften Parallelschwingkreises. Wenn die Resonanzfrequenz dieses ungedämpften Parallelschwingkreises 2 kHz beträgt, wie groß ist dann die Induktivität? (4P)
  7. Erläutern Sie den physikalischen Gehalt der dritten und vierten Maxwellgleichung. (4P)
  8. Berechnen Sie das Volumen von gasförmigen Helium bei einem Druck 105 N/m2 nach einer adiabatischen Zustandsänderung, wenn der Anfangsdruck 3*105 N/m2 und das Anfangsvolumen 3 Liter betragen haben. (4P)

Lösungen

Klausur vom 25.06.2008

  1. Ein Kondensator von C = 12 nF wird über einen Widerstand von 50 Ohm an einer Spannungsquelle von 5 V aufgeladen. Nach welcher Zeit beträgt die Spannung am Kondensator 2V ? (4P)
  2. Berechnen Sie den Druck von gasförmigen Stickstoff bei einem Volumen von einem Liter nach einer adiabatischen Zustandsänderung, wenn der Anfangsdruck 1 bar und das Anfangsvolumen 3 Liter betragen haben. (4P)
  3. Erläutern Sie a) Drehkristallverfahren, b) Debye-Scherrer Methode und c) Laueaufnahme und stellen Sie einen Zusammenhang mit der Braggbedingung her. (4P)
  4. Berechnen Sie die Kapazität eines Kondensators, auf 1000 V aufgeladen, in einem Parallelschwingkreis mit einer Spule von 1 H, wenn der maximale Strom durch die Spule 0,1 Ampere beträgt. (4P)
  5. Beschreiben Sie mindestens vier verschiedene Methoden zur Erzeugung von linear polarisiertem Licht. (4P)
  6. Erläutern sie die Abhängigkeit der spezifischen Wärmekapazität bei konstantem Volumen als Funktion der absoluten Temperatur (Zeichnung!) (4P)
  7. Durch einen 10 m langen Schlauch mit 2 cm Innendurchmesser sollen 20 l Wasser (Zähigkeit 1.8 mPas) in der Minute fließen. Welche Druckdifferenz ist dazu nötig? Um wie viel muss der Durchmesser des Schlauches verändert werden, damit nur 5 l/min fließen? (4P)
  8. Konstruieren Sie mit Hilfe der ausgezeichneten Strahlen für eine Konkavlinse das Bild für einen Gegenstand innerhalb der einfachen Brennweite, mit Zeichnung!!!!(4P)

Lösungen

Klausur vom 01.10.2008

  1. Erläutern und beschreiben Sie mindestens drei verschiedene physikalische Experimente, bei denen dem Planckschen Wirkungsquantum eine fundamentale Rolle zukommt, drei Zeichnungen! (4P)
  2. Die Längerwellige von zwei Spektrallinien eines Atoms hat die Wellenlänge λ = 600,0 nm. Die Frequenzdifferenz dieser beiden Linien beträgt 900 GHz. A. Welche Energiedifferenz haben diese beiden Linien? (2P) B. Zeige durch Rechnung, ob sich diese beiden Linien von einem Gitterspektrometer mit einem Gitter von 2 cm x 2 cm und 200 Linien/cm in zweiter Ordung auflösen lassen. (2P)#
  3. Ein zunächst ungedämpfter harmonischer Oszillator mit der Masse m = 2 kg und der Federkraftkonstante von 3 kg/s2 wird mit einem Reibungskoeffizienten von b = 0,5 kg s-1 gedämpft. Bestimmen Sie die Resonanzfrequenz des ungedämpften und des gedämpften Oszillators. (4P)
  4. Konstruieren Sie mit Hilfe der ausgezeichneten Strahlen für einen Konvexspiegel das Bild für einen Gegenstand zwischen einfacher und doppelten Brennweite, mit Zeichnung! (4P)#
  5. An einer Gleichspannungsquelle von 8 V liegt in Serie ein Widerstand von 100 Ohm und eine Parallelschaltung von einem 200 Ohm Widerstand und einem 300 Ohm Widerstand. Berechnen Sie A. die Spannung am 300 Ohm Widerstand (2P), B. die Spannung am 100 Ohm Widerstand, wenn zu diesem Widerstand ein weiterer mit 150 Ohm parallel geschaltet ist. (2P)
  6. Erläutern Sie die Bedeutung des Lennard-Jones-Potentials für die Aggregatzustände (Zeichnung!) (4P)
  7. Erläutern sie die Maxwellsche Geschwindigkeitsverteilung eines Gases bei 80 K, 300 K und 800 K sowie die Maxwellsche Geschwindigkeitsverteilung bei 0 °C bei drei verschiedenen Gasen mit unterschiedlichem Molekulargewicht, zwei Zeichnungen! (4P)
  8. Eine Wechselspannungsquelle mit 7 Veff und 2 kHz ist über einen Widerstand von 100 Ohm an einen Spule mit 1 mH angeschlossen. Wie groß ist die Spannung am der Spule? (4P)

Lösungen

Klausur vom 17.12.2008

  1. Ein Lichtstrahl mit der Wellenlänge λ = 514 nm trifft auf einen Spalt mit 0,2 mm, der 5 m von einem Schirm entfernt ist. Wie groß ist der Abstand der beiden Minima links und rechts vom zentralen Maximum? Verwenden Sie die Näherung für kleine Winkel α: sin α ≈ tan α (Zeichnung!)
  2. Zwei elektrisch zunächst ungeladene Massen mit je 2 kg befinden sich in einem Abstand von 30 cm. Welche gleiche Anzahl von Elektronen auf jeder der Massen ist notwendig, um die Gravitationskraft zwischen den Massen zu kompensieren?
  3. Erläutern und konstruieren Sie den Strahlengang im Durchlichtmikroskop. (Zeichnung!)
  4. Ein Kondensator von C = 10 nF wird über einen Widerstand von 50 Ohm an einer Batterie mit einer Spannung von 10 V aufgeladen. Nach welcher Zeit ist die Spannung am Kondensator 2 V? (Zeichnung!)
  5. Erläutern Sie das Verhalten des Druckes als Funktion des Volumens bei einer Isotherme des realen Gases unterhalb des kritischen Punktes. (Zeichnung!)
  6. Erläutern Sie den Photoeffekt. (Zeichnung!)
  7. Erläutern die Entstehung von Röntgenstrahlung (Zeichnung!) und erläutern Sie ein Röntgenspektrum (Zeichnung!).
  8. Die Halbwertszeit von C14 beträgt 5568 Jahre. Wenn von dieser Substanz nach 1000 Jahren 1 g vorhanden ist, wie viel war ursprünglich vorhanden?

Lösungen

Klausur vom 28.01.2009

  1. Erläutern Sie den physikalischen Inhalt der Van-der Waalsgleichung.
  2. Berechnen Sie das Volumen von gasförmigen Helium bei einem Druck 105 N/m2 nach einer adiabatischen Zustandsänderung, wenn der Anfangsdruck 5*105 N/m2 und das Anfangsvolumen 4 Liter betragen haben.
  3. Ein Messinstrument hat bei 10 mV Vollausschlag einen Innenwiderstand von 100 Ohm. Welche Widerstände muß man wie schalten, dass das Instrument a) 100 V bei Vollausschlag anzeigt und b) 10 A bei Vollausschlag anzeigt.
  4. Erläutern Sie den ersten Hauptsatz der Thermodynamik.
  5. Ein Kondensator von C1 = 1 nF ist in Serie zu einer Parallelschaltung von zwei Kondensatoren C2 = 2 nF und C3 = 3 nF geschaltet. Die Gesamtkapazität dieser drei Kondensatoren ist Teil eines ungedämpften Parallelschwingkreises mit einer Induktivität von 5 mH. Wie groß ist die Resonanzfrequenz?
  6. Erläutern Sie den physikalischen Gehalt der ersten und zweiten Maxwellgleichung.
  7. Konstruieren Sie mit Hilfe der ausgezeichneten Strahlen für einen Konkavspiegel das Bild für einen Gegenstand innerhalb der einfachen Brennweite (mit Zeichnung!).
  8. Ein zunächst ungedämpfter harmonischer Oszillator mit der Masse m = 1 kg und der Federkraftkonstante von 2 kg/s2 wird mit einem Reibungskoeffizienten von b = 0,2 kg s-1 gedämpft. Bestimmen Sie die Resonanzfrequenz des ungedämpften und des gedämpften Oszillators.

Lösungen

Klausur vom 25.02.2009

  1. Eine Kraft von 4 N erzeugt bei einer Feder 2 mm Längenänderung. Wie groß ist die Federkraftkonstante? (2P) Wie groß ist die Resonanzfrequenz, wenn diese Feder mit einer Masse von 3 kg zu Schwingungen angeregt wird?
  2. Erläutern Sie die spektrale Verteilung der Strahlung des schwarzen Körpers bei drei verschiedenen Temperaturen (Zeichnung!)
  3. Erläutern Sie mit Hilfe des Diagramms "Mittlere Energie/Nukleon als Funktion der Kernladungszahl" die Energiegewinnung bei der Kernspaltung und bei der Kernfusion.
  4. Eine Wechselspannungsquelle mit 10 Veff ist über einen Widerstand von 100 Ohm in Serie mit einer Kapazität von 2 µF und an eine Spule mit 3 H angeschlossen. Bei welcher Frequenz ist der Strom durch den Widerstand maximal? Wie groß ist die Spannung am Widerstand bei der Hälfte dieser Frequenz?
  5. Erläutern Sie die Ramanspektroskopie (Prinzip, Apparatur und Spektren), Zeichnung!
  6. Wenn von 1 g einer Substanz nach 1000 Jahren noch 0,1 g vorhanden ist, wie groß ist die Halbwertszeit?
  7. Erläutern Sie Aufbau und Wirkungsweise eines Massenspektrometers (Zeichnung!)
  8. Ein Rennauto beschleunigt in 5 Sekunden von 0 km/h auf 100 km/h. Wie weit fährt es in diesen 5 Sekunden?


Klausur vom 04.03.2009

  1. Von einem Turm der Höhe h = 100 m wird eine Masse m = 5 kg senkrecht mit einer Geschwindigkeit v = 10 m/s nach unten geworfen, sodass die Masse neben dem Turm auf den Erdboden aufschlägt (g = 10 m/s2). Luftwiderstand, Erdkrümmung und Erdrotation werden vernachlässigt. Wie lang ist die Masse in der Luft und mit welcher Geschwindigkeit schlägt sie auf?
  2. Drei an beiden Seiten geschlossene Pfeifen haben als Grundschwingung 1000 Hz, wobei diese Pfeifen a) mit Luft (Schallgeschwindigkeit 330 m/s), b) mit Helium (Schallgeschwindigkeit 971 m/s) und c) mit Wasserstoff (Schallgeschwindigkeit 1286 m/s) gefüllt sind. Wie groß sind die Pfeifenlängen?
  3. Berechnen Sie das Volumen von gasförmigen Helium bei einem Druck von 4 bar nach einer adiabatischen Zustandsänderung, wenn der Anfangsdruck 1 bar und das Anfangsvolumen 2 Liter betragen haben.
  4. An einer Gleichspannungsquelle von 20 V ist ein aus Widerstandsdrähten von jeweils 5 Ohm bestehender Tetraeder an zwei Ecken angeschlossen. Berechnen Sie den Strom, der in der Zuleitung fließt. Anleitung: Zeichnen Sie die Schaltung und wenden Sie die Kirchhoffschen Regeln an.
  5. Erläutern Sie mindestens vier verschiedene Arten von Kernstrahlungsdetektoren und erklären Sie deren Funktionsweise (Zeichnung).
  6. Erläutern die Entstehung von Röntgenstrahlung (Zeichnung!) und erläutern Sie ein Röntgenspektrum (Zeichnung!).
  7. Erläutern Sie die Polarisierbarkeit von Materie und ihre Wechselwirkung mit elektromagnetischer Strahlung, Zeichnung!
  8. Erläutern Sie die Abhängigkeit der spezifischen Wärmekapazität bei konstantem Volumen als Funktion der absoluten Temperatur (Zeichnung!)

Lösungen

Klausur vom 21.4.2009

  1. Eine Kugel fällt senkrecht aus einer Höhe von 10 m herunter. Im Zeitpunkt ihres Starts wird eine andere Kugel mit der Anfangsgeschwindigkeit 25 m/s senkrecht nach oben geschossen. Berechnen Sie die Höhe in der sich die Kugeln treffen.
  2. Wird an eine Batterie ein 10 Ohm-Widerstand angeschlossen, so wird mit einem Digitalvoltmeter eine Spannung von 9,1 V gemessen, bei 100 Ohm wird eine Spannung von 9,2 V gemessen. Wie groß sind Innenwiderstand und Spannung ohne Belastung der Batterie? (Rechnung auf 5 Stellen genau)
  3. Die kürzerwellige von zwei benachbarten Spektrallinien hat die Wellenlänge λ = 500 nm. Die Frequenzdifferenz dieser beiden Linien beträgt 600 GHz. A.Welchen Energiedifferenz haben diese beiden Linien? B.Lassen sich diese beiden Linien in einem Gitterspektrometer mit einem Gitter von 5 cm x 5 cm und 500 Linien/cm in erster Ordung auflösen? (Rechnung auf 6 Stellen genau!)
  4. Eine Kugel mit Durchmesser 1 cm und der Dichte 7 g/cm3 fällt in einem Zylinder, gefüllt mit einer Flüssigkeit, mit einer Geschwindigkeit von 2 mm/s. Wie groß ist die Zähigkeit der Flüssigkeit?
  5. Erläutern Sie drei verschiedene physikalische Prozesse bei der Absorption von Gamma-Quanten durch Materie.
  6. Konstruieren Sie den Strahlengang im Fabry-Perot-Interferometer, erläutern Sie die Funktionsweise und geben Sie zumindest ein Beispiel für einen praktischen Einsatz an.
  7. Erläutern Sie das Lennard-Jones-Potential und seine Bedeutung für die drei Aggregatzustände.
  8. Erläutern Sie die Maxwellsche Geschwindigkeitsverteilung eines Gases bei 80 K, 300 K und 800 K sowie die Maxwellsche Geschwindigkeitsverteilung bei 0 °C bei drei verschiedenen Gasen mit unterschiedlichem Molekulargewicht (zwei Zeichnungen!).

VO Physik I, Prof. Asenbaum/Lösungen20090421

Klausur vom 23.6.2009

  1. Erläutern Sie die Abhängigkeit der spezifischen Wärmekapazität bei konstantem Volumen als Funktion der absoluten Temperatur (Zeichnung!).
  2. Ein Kondensator von C1 = 1 nF ist parallel zu zwei in Serie geschalteten Kondensatoren von je 4 nF geschaltet. Die Gesamtkapazität dieser drei Kondensatoren ist Teil eines ungedämpften Parallelschwingkreises mit einer Induktivität von 10 mH. Wie groß ist die Resonanzfrequenz?
  3. Berechnen Sie die Induktivität einer Spule, durch die in einem Parallelschwingkreis mit einem Kondensator von 1 µF, zunächst aufgeladen auf 100 V, ein maximaler Strom von 1 A fließt.
  4. Vergleichen Sie die Interferometer von Michelson und Fabry-Perot hinsichtlich Aufbau, Strahlengang und Interferogramm, mit Zeichnungen!
  5. Erläutern Sie mindestens vier verschiedene Arten von Kernstrahlungsdetektoren und erklären Sie deren Funktionsweise.
  6. Die Halbwertszeit von 14C beträgt 5600 Jahre. Wenn von dieser Substanz nach 500 Jahren 1 g vorhanden ist, wie viel war ursprünglich vorhanden?
  7. Erläutern Sie die Ramanspektroskopie (Prinzip, Apparatur und Spektren), Zeichnung!
  8. An einer Gleichspannungsquelle von 10 V ist eine aus Widerstandsdrähten von jeweils 10 Ohm bestehende quadratische Pyramide an einer Ecke und der Spitze angeschlossen. Berechnen Sie den Strom, der in der Zuleitung fließt. Anleitung: Zeichnen Sie die Schaltung und wenden Sie die Kirchhoffschen Regeln an.


Klausur vom 6.10.2009, Gruppe A

  1. Erläutern Sie eine Meßmethode zur Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit. (4P).
  2. Erläutern Sie die Intensitätsverteilung am Schirm bei der Beugung von monochromatischem Licht an einem Einfachspalt für violettes und rotes Licht.. (Zeichnung!) (4P)
  3. Ein Kondensator von C = 100 nF wird über einen Widerstand von 100 Ohm an einer Spannungsquelle von 5 V aufgeladen. Nach welcher Zeit beträgt die Spannung am Kondensator 2V? (4P)
  4. 100g CO2 nehmen bei 1 bar ein Volumen von 55 Liter ein. A) wie hoch ist die Temperatur? B) bei derselben Temperatur, wie hoch ist der Druck bei einem Volumen von 80 Liter?
  5. Erläutern Sie mit Hilfe des Diagramms "Mittlere Energie/Nukleon als Funktion der Kernladungszahl" die Energiegewinnung bei der Kernspaltung (2P) und bei der Kernfusion (2P).
  6. Ein zunächst ungedämpfter harmonischer Oszillator mit der Masse m = 2 kg und der Federkraftkonstante von 3 kg/s2 wird mit einem Reibungskoeffizienten von b = 0,5 kg s-1 gedämpft. Bestimmen Sie die Resonanzfrequenz des ungedämpften und des gedämpften Oszillators. (4P)
  7. Eine Wechselspannungsquelle mit 10 Veff ist über einen Widerstand von 100 Ohm in Serie mit einer Kapazität von 2 µF und an eine Spule mit 3 H angeschlossen. Bei welcher Frequenz ist der Strom durch den Widerstand maximal? Wie groß ist die Spannung am Widerstand bei der Hälfte dieser Frequenz?
  8. Erläutern Sie die Ramanspektroskopie (Prinzip, Apparatur und Spektren), Zeichnung!

Klausur vom 15.12.2009

Klausur im .doc Format

Klausur vom 27.1.2010

Klausur im .doc Format

Klausur vom 3.3.2009

Klausur im .doc Format

Klausur vom 13.4.2010

Klausur im .doc Format

Klausur vom 29.6.2010

[Klausur in .doc Format]

Klausur vom 5.10.2010

[Klausur in .doc Format]

Klausur vom 14.12.2010

[Klausur in .doc Format]

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