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Flugzeit im Feld

Wie lange braucht ein Elektron von Platte zu Platte? Dafür braucht man die Beschleunigung im Feld und die Bewegungsgesetze aus der Mechanik.

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Übungsaufgaben

Die Aufgaben sind nach Anforderungsbereichen geordnet: Erst sitzen die Begriffe (AFB I), dann folgen die Rechnungen (AFB II), zuletzt Beurteilung und Fehlersuche (AFB III). Arbeite sie der Reihe nach durch.

1Von der Kraft zur FlugzeitAFB I

Vervollständigen Sie den Text zur Flugzeit im homogenen Feld.

Wort anklicken, dann Lücke anklicken (oder umgekehrt). Ein Klick auf eine gefüllte Lücke legt das Wort zurück.

Auf das Elektron wirkt die F = q · E. Setzt man sie mit gleich, erhält man die Beschleunigung a = q · E ÷ m. Weil das Feld homogen ist, bleibt a auf dem ganzen Weg . Deshalb gelten die Gesetze wie beim aus der Ruhe. Setzt man für den Weg den ein, liefert s = ½ a t² die .

Der Text ist die ganze Seite in fünf Sätzen: Kraft → Beschleunigung → Bewegungsgesetze → Flugzeit. Im Gegensatz zur Endgeschwindigkeit braucht man hier den Plattenabstand gleich zweimal — einmal in E = U ÷ d und einmal als Weg s = d.
2Aussagen prüfenAFB I

Entscheiden Sie bei jeder Aussage, ob sie stimmt.

Fünf Aussagen nacheinander. Eine falsche Einschätzung reicht — dann startest du die Serie mit „Neue Runde“ neu.
Aussage 1 von 5

Die beiden falschen Aussagen verwechseln Weg und Beschleunigung: Der Plattenabstand steckt zweimal in der Rechnung — im Weg und in der Feldstärke. Deshalb wirkt er auf die Flugzeit nur linear, nicht quadratisch.
3Rechenweg ordnenAFB I

Bringen Sie die Schritte zur Berechnung einer Flugzeit in die richtige Reihenfolge.

Verschiebe die Zeilen mit den Pfeilen (oder per Tastatur), bis die Reihenfolge stimmt, und prüfe dann.
1Gegebene Größen notieren und \(d\) in Meter umrechnen
2Feldstärke berechnen: E = U ÷ d
3Kraft berechnen: F = q · E
4Beschleunigung berechnen: a = F ÷ m
5Weg-Zeit-Gesetz mit s = d nach t umstellen: t = √(2d ÷ a)
6Ergebnis in ns angeben und die Größenordnung prüfen
Die Kette läuft immer von der Ursache zur Wirkung: Feld → Kraft → Beschleunigung → Bewegung. Der erste Schritt ist kein Formalismus: Mit \(d\) in Zentimetern wird \(E\) um den Faktor 100 zu klein und \(t\) um den Faktor 10 falsch.