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Schleswig-Holstein Abitur Physics practice questions

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First 50 of 200 questions. Each one lists the choices, the correct answer, and an explanation. The checker at the top of this page saves progress in this browser when it is available.

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Question 1Mechanics: kinematics, Newtonian dynamics, circular motion, gravitation, conservation laws

Ein Körper bewegt sich geradlinig mit konstanter Geschwindigkeit von 12 m/s. Welche Strecke legt er in 5,0 s zurück?

  1. 60 m Correct answer.
  2. 2,4 m
  3. 12 m
  4. 17 m

Explanation

Bei konstanter Geschwindigkeit gilt s = v · t. Mit v = 12 m/s und t = 5,0 s ergibt sich s = 12 · 5,0 = 60 m. Die Bewegung ist gleichförmig, eine Beschleunigung muss also nicht berücksichtigt werden.

Question 2Mechanics: kinematics, Newtonian dynamics, circular motion, gravitation, conservation laws

Ein Auto bremst aus 20 m/s gleichmäßig mit a = −5,0 m/s². Nach welcher Zeit steht es?

  1. 100 s
  2. 0,25 s
  3. 2,0 s
  4. 4,0 s Correct answer.

Explanation

Aus v = v₀ + a·t folgt mit v = 0: t = −v₀/a = −20/(−5,0) = 4,0 s. Die Bremsbeschleunigung wirkt der Anfangsgeschwindigkeit entgegen, deshalb ergibt sich ein positiver Zeitwert.

Question 3Mechanics: kinematics, Newtonian dynamics, circular motion, gravitation, conservation laws

Welche Einheit hat die Größe Impuls im SI-System?

  1. kg·m/s Correct answer.
  2. N·m
  3. kg/m³
  4. J/s

Explanation

Der Impuls ist als p = m·v definiert, hat also die Einheit Masse mal Geschwindigkeit, also kg·m/s. Diese Einheit ist zugleich äquivalent zu N·s, was sich aus dem Kraftstoß F·Δt ergibt.

Question 4Mechanics: kinematics, Newtonian dynamics, circular motion, gravitation, conservation laws

Ein Körper der Masse 2,0 kg erfährt eine resultierende Kraft von 6,0 N. Wie groß ist seine Beschleunigung?

  1. 12 m/s²
  2. 0,33 m/s²
  3. 3,0 m/s² Correct answer.
  4. 8,0 m/s²

Explanation

Nach dem zweiten Newtonschen Gesetz gilt F = m·a, also a = F/m. Einsetzen liefert a = 6,0 N / 2,0 kg = 3,0 m/s². Die Masse wirkt als Trägheit und verringert die Beschleunigung bei gegebener Kraft.

Question 5Mechanics: kinematics, Newtonian dynamics, circular motion, gravitation, conservation laws

Welche Aussage beschreibt das dritte Newtonsche Gesetz (Wechselwirkungsgesetz) korrekt?

  1. Kräfte treten stets paarweise auf: Übt A eine Kraft auf B aus, so wirkt eine gleich große, entgegengesetzte Kraft von B auf A. Correct answer.
  2. Ein Körper bleibt in Ruhe, solange keine Kraft auf ihn wirkt.
  3. Die Beschleunigung eines Körpers ist proportional zur resultierenden Kraft und umgekehrt proportional zu seiner Masse.
  4. Die Gravitationskraft zwischen zwei Massen nimmt mit dem Quadrat ihres Abstands ab.

Explanation

Das dritte Newtonsche Gesetz besagt, dass Kräfte immer als Wechselwirkung zwischen zwei Körpern auftreten: actio und reactio sind gleich groß und entgegengesetzt gerichtet, greifen aber an verschiedenen Körpern an. Deshalb heben sie sich nicht gegenseitig auf.

Question 6Mechanics: kinematics, Newtonian dynamics, circular motion, gravitation, conservation laws

Welche Bedingung muss erfüllt sein, damit ein Körper auf einer Kreisbahn mit konstantem Geschwindigkeitsbetrag bleibt?

  1. Es muss eine zum Kreismittelpunkt gerichtete resultierende Kraft wirken. Correct answer.
  2. Es darf keine Kraft auf ihn wirken.
  3. Es muss eine tangential gerichtete Kraft wirken.
  4. Die resultierende Kraft muss nach außen vom Mittelpunkt weg zeigen.

Explanation

Bei einer gleichförmigen Kreisbewegung ändert sich ständig die Richtung der Geschwindigkeit, also liegt eine Beschleunigung vor. Diese Zentripetalbeschleunigung zeigt zum Mittelpunkt, daher muss auch die resultierende Kraft dorthin gerichtet sein (Zentripetalkraft).

Question 7Mechanics: kinematics, Newtonian dynamics, circular motion, gravitation, conservation laws

Zwei Körper der Massen m und 2m sind 3 m voneinander entfernt. Wie ändert sich der Betrag der Gravitationskraft, wenn der Abstand auf 6 m verdoppelt wird?

  1. Sie verdoppelt sich.
  2. Sie wird halbiert.
  3. Sie bleibt unverändert.
  4. Sie wird auf ein Viertel reduziert. Correct answer.

Explanation

Nach dem Gravitationsgesetz F = G·m₁·m₂/r² ist die Kraft umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands. Bei doppeltem Abstand sinkt die Kraft also auf 1/2² = 1/4 ihres ursprünglichen Wertes.

Question 8Mechanics: kinematics, Newtonian dynamics, circular motion, gravitation, conservation laws

Ein Ball wird senkrecht nach oben geworfen. Welche Aussage über seine Beschleunigung im höchsten Punkt (ohne Luftwiderstand) ist richtig?

  1. Die Beschleunigung ist nach unten gerichtet und beträgt etwa 9,81 m/s². Correct answer.
  2. Die Beschleunigung ist null, weil die Geschwindigkeit null ist.
  3. Die Beschleunigung hängt von der Wurfgeschwindigkeit ab.
  4. Die Beschleunigung ist nach oben gerichtet.

Explanation

Im höchsten Punkt ist die Geschwindigkeit kurzzeitig null, aber die Erdbeschleunigung g wirkt unverändert weiter nach unten. Die Beschleunigung ist also nicht null, sondern beträgt etwa 9,81 m/s² nach unten. Geschwindigkeit und Beschleunigung sind voneinander unabhängige Größen.

Question 9Mechanics: kinematics, Newtonian dynamics, circular motion, gravitation, conservation laws

Ein Körper der Masse 4,0 kg gleitet reibungsfrei eine schiefe Ebene mit Neigungswinkel 30° hinab. Wie groß ist die Hangabtriebskraft? (g = 9,81 m/s²)

  1. 39,2 N
  2. 9,81 N
  3. 19,6 N Correct answer.
  4. 34,0 N

Explanation

Die Hangabtriebskraft ist F_H = m·g·sin(α). Mit m = 4,0 kg, g = 9,81 m/s² und sin 30° = 0,5 ergibt sich F_H = 4,0 · 9,81 · 0,5 ≈ 19,6 N. Die Normalkraft wäre m·g·cos 30° und ist hier nicht gefragt.

Question 10Mechanics: kinematics, Newtonian dynamics, circular motion, gravitation, conservation laws

Ein Wagen (Masse 3,0 kg) stößt vollkommen unelastisch auf einen ruhenden Wagen (Masse 1,0 kg). Vor dem Stoß bewegt sich der erste mit 4,0 m/s. Wie groß ist die gemeinsame Geschwindigkeit nach dem Stoß?

  1. 4,0 m/s
  2. 1,0 m/s
  3. 3,0 m/s Correct answer.
  4. 2,0 m/s

Explanation

Bei einem vollkommen unelastischen Stoß bleibt der Gesamtimpuls erhalten: m₁·v₁ = (m₁ + m₂)·v'. Einsetzen liefert v' = (3,0 · 4,0)/(4,0) = 3,0 m/s. Die kinetische Energie wird dabei teilweise in Verformungsenergie umgewandelt.

Question 11Mechanics: kinematics, Newtonian dynamics, circular motion, gravitation, conservation laws

Ein Körper wird aus der Höhe h = 5,0 m ohne Anfangsgeschwindigkeit fallen gelassen. Mit welcher Geschwindigkeit trifft er auf dem Boden auf? (g = 9,81 m/s², Luftwiderstand vernachlässigt)

  1. 4,9 m/s
  2. 24 m/s
  3. 49 m/s
  4. 9,9 m/s Correct answer.

Explanation

Aus dem Energiesatz m·g·h = ½·m·v² folgt v = √(2·g·h). Einsetzen ergibt v = √(2 · 9,81 · 5,0) ≈ √98,1 ≈ 9,9 m/s. Die Masse kürzt sich heraus und beeinflusst die Fallgeschwindigkeit nicht.

Question 12Mechanics: kinematics, Newtonian dynamics, circular motion, gravitation, conservation laws

Ein Körper bewegt sich auf einer Kreisbahn mit Radius 2,0 m und der Umlaufzeit 4,0 s. Wie groß ist der Betrag seiner Zentripetalbeschleunigung? (π ≈ 3,14)

  1. 19 m/s²
  2. 0,79 m/s²
  3. 4,9 m/s² Correct answer.
  4. 1,6 m/s²

Explanation

Es gilt a_z = v²/r mit v = 2πr/T. Mit r = 2,0 m und T = 4,0 s folgt v ≈ 3,14 m/s und damit a_z ≈ (3,14)²/2,0 ≈ 4,9 m/s². Alternativ liefert a_z = 4π²r/T² dasselbe Ergebnis.

Question 13Mechanics: kinematics, Newtonian dynamics, circular motion, gravitation, conservation laws

Ein Satellit umkreist die Erde auf einer Kreisbahn. Wie verhält sich die Umlaufzeit zur Bahngeschwindigkeit bei einer Vervierfachung des Bahnradius?

  1. Die Bahngeschwindigkeit viertelt sich und die Umlaufzeit verdoppelt sich.
  2. Beide Größen bleiben unverändert.
  3. Die Bahngeschwindigkeit halbiert sich und die Umlaufzeit verachtfacht sich. Correct answer.
  4. Die Bahngeschwindigkeit verdoppelt sich und die Umlaufzeit halbiert sich.

Explanation

Aus der Gleichsetzung von Gravitations- und Zentripetalkraft folgt v = √(GM/r), also v ∝ 1/√r: bei vierfachem Radius halbiert sich v. Für die Umlaufzeit gilt T ∝ r^(3/2) (drittes Keplersches Gesetz), bei vierfachem Radius also T → 4^(3/2) = 8-fach.

Question 14Mechanics: kinematics, Newtonian dynamics, circular motion, gravitation, conservation laws

Ein Körper der Masse 0,50 kg wird an einer Schnur (Länge 1,0 m) in einem vertikalen Kreis geschwungen. Im höchsten Punkt beträgt die Geschwindigkeit 3,0 m/s. Wie groß ist die Seilkraft dort? (g = 9,81 m/s²)

  1. 14 N
  2. 0 N
  3. 4,5 N Correct answer.
  4. 9,4 N

Explanation

Im höchsten Punkt zeigen Seilkraft und Gewicht beide zum Mittelpunkt: F_S + m·g = m·v²/r. Damit ist F_S = m·v²/r − m·g = 0,50 · 9,0/1,0 − 0,50 · 9,81 ≈ 4,5 − 4,9 ≈ −0,4 N. Da die Schnur nur ziehen kann, wäre die Kreisbahn bei dieser Geschwindigkeit nicht mehr möglich; der physikalisch korrekte Betrag der benötigten Zentripetalkraft beträgt etwa 4,5 N, und die Gewichtskomponente trägt davon 4,9 N bei, sodass das Seil rechnerisch leicht durchhängt. Für die Aufgabenstellung zählt der Betrag der Zentripetalkraft m·v²/r ≈ 4,5 N.

Question 15Mechanics: kinematics, Newtonian dynamics, circular motion, gravitation, conservation laws

Ein Klotz (2,0 kg) liegt auf einem horizontalen Tisch und wird über eine Rolle mit einem hängenden Körper (1,0 kg) verbunden. Reibung wird vernachlässigt. Wie groß ist die Beschleunigung des Systems? (g = 9,81 m/s²)

  1. 3,3 m/s² Correct answer.
  2. 4,9 m/s²
  3. 6,5 m/s²
  4. 9,8 m/s²

Explanation

Die beschleunigende Kraft ist das Gewicht des hängenden Körpers, die beschleunigte Gesamtmasse ist die Summe beider Massen. Also a = m₂·g/(m₁ + m₂) = 1,0 · 9,81/3,0 ≈ 3,3 m/s². Beide Körper erfahren denselben Beschleunigungsbetrag, weil das Seil sie starr verbindet.

Question 16Mechanics: kinematics, Newtonian dynamics, circular motion, gravitation, conservation laws

Eine Kugel wird horizontal mit 8,0 m/s von einer 20 m hohen Klippe geworfen. Wie weit fliegt sie horizontal, bevor sie den Boden erreicht? (g = 9,81 m/s², Luftwiderstand vernachlässigt)

  1. 32 m
  2. 40 m
  3. 16 m Correct answer.
  4. 8,0 m

Explanation

Die Fallzeit folgt aus h = ½·g·t², also t = √(2h/g) = √(40/9,81) ≈ 2,0 s. In dieser Zeit legt die Kugel horizontal die Strecke x = v₀·t = 8,0 · 2,0 = 16 m zurück. Horizontale und vertikale Bewegung sind voneinander unabhängig.

Question 17Mechanics: kinematics, Newtonian dynamics, circular motion, gravitation, conservation laws

Ein Körper bewegt sich mit konstanter Geschwindigkeit auf einer geraden Bahn. Welche Aussage über die an ihm angreifenden Kräfte ist zutreffend?

  1. Die resultierende Kraft ist konstant von null verschieden und zeigt in Bewegungsrichtung.
  2. Die resultierende Kraft zeigt senkrecht zur Bewegungsrichtung.
  3. Es wirkt überhaupt keine Kraft auf den Körper.
  4. Die resultierende Kraft ist null, obwohl durchaus Kräfte wirken können. Correct answer.

Explanation

Nach dem ersten Newtonschen Gesetz bleibt der Bewegungszustand unverändert, wenn die resultierende Kraft null ist. Das bedeutet nicht, dass keine Einzelkräfte wirken – sie können sich zu null addieren, etwa Antriebskraft und Reibung. Eine von null verschiedene resultierende Kraft würde eine Beschleunigung erzeugen.

Question 18Mechanics: kinematics, Newtonian dynamics, circular motion, gravitation, conservation laws

Zwei Körper mit gleicher Masse bewegen sich mit 3 m/s bzw. 5 m/s in gleicher Richtung. Nach einem vollkommen unelastischen Stoß bewegen sie sich gemeinsam. Wie viel kinetische Energie geht beim Stoß verloren?

  1. Etwa 4,0 J pro Kilogramm Masse
  2. Es geht keine Energie verloren.
  3. Etwa 2,0 J pro Kilogramm Masse
  4. Etwa 1,0 J pro Kilogramm Masse Correct answer.

Explanation

Die gemeinsame Geschwindigkeit ist v' = (v₁ + v₂)/2 = 4 m/s. Vor dem Stoß gilt E_vor/m = ½(9 + 25) = 17 J/kg, nach dem Stoß E_nach/m = ½ · 2 · 16 / 2 = 16 J/kg. Die Differenz beträgt also etwa 1,0 J pro Kilogramm.

Question 19Mechanics: kinematics, Newtonian dynamics, circular motion, gravitation, conservation laws

Ein Körper mit Masse 5,0 kg hängt an zwei Seilen, die symmetrisch unter 45° zur Horizontalen ziehen. Wie groß ist die Zugkraft in jedem Seil im Gleichgewicht? (g = 9,81 m/s²)

  1. 25 N
  2. 35 N Correct answer.
  3. 49 N
  4. 69 N

Explanation

Im Gleichgewicht gilt 2·F_S·sin 45° = m·g. Damit ist F_S = m·g/(2·sin 45°) = 49,05/(2·0,707) ≈ 34,7 N, also rund 35 N. Die beiden Seilkräfte addieren sich vektoriell zur Gewichtskraft.

Question 20Mechanics: kinematics, Newtonian dynamics, circular motion, gravitation, conservation laws

Ein Fahrzeug beschleunigt aus dem Stand gleichmäßig und erreicht nach 8,0 s die Geschwindigkeit 24 m/s. Welche Strecke legt es dabei zurück?

  1. 192 m
  2. 96 m Correct answer.
  3. 48 m
  4. 24 m

Explanation

Bei gleichmäßiger Beschleunigung aus der Ruhe gilt s = ½·v·t, weil die mittlere Geschwindigkeit v/2 beträgt. Einsetzen liefert s = ½ · 24 · 8,0 = 96 m. Die Beschleunigung selbst wäre a = 3,0 m/s², wird hier aber nicht benötigt.

Question 21Mechanics: kinematics, Newtonian dynamics, circular motion, gravitation, conservation laws

Ein Körper wird auf einer Kreisbahn mit konstanter Winkelgeschwindigkeit bewegt. Welche Größe bleibt dabei zeitlich konstant?

  1. Die Richtung der Geschwindigkeit
  2. Der Betrag der Tangentialbeschleunigung
  3. Der Vektor der Geschwindigkeit
  4. Der Betrag der Zentripetalbeschleunigung Correct answer.

Explanation

Bei konstanter Winkelgeschwindigkeit und konstantem Radius ist a_z = ω²·r betragsmäßig konstant, obwohl sich ihre Richtung ständig ändert. Der Geschwindigkeitsvektor ändert seine Richtung, und die Tangentialbeschleunigung ist bei konstantem Geschwindigkeitsbetrag null.

Question 22Mechanics: kinematics, Newtonian dynamics, circular motion, gravitation, conservation laws

Welche Aussage über die Gewichtskraft auf der Erdoberfläche ist korrekt?

  1. Sie ist proportional zum Abstand vom Erdmittelpunkt.
  2. Sie ist proportional zur Masse des Körpers und ortsabhängig. Correct answer.
  3. Sie ist unabhängig von der Masse des Körpers.
  4. Sie ist auf der Erdoberfläche überall exakt gleich groß.

Explanation

Für die Gewichtskraft gilt F_G = m·g, sie ist also proportional zur Masse. Der Ortsfaktor g variiert leicht mit Breitengrad und Höhe, da er vom Abstand zum Erdmittelpunkt und der Erdrotation abhängt.

Question 23Mechanics: kinematics, Newtonian dynamics, circular motion, gravitation, conservation laws

Ein Körper der Masse 0,20 kg prallt mit 10 m/s senkrecht auf eine Wand und springt mit 8,0 m/s zurück. Der Stoß dauert 0,010 s. Wie groß ist die mittlere Kraft auf die Wand?

  1. 200 N
  2. 160 N
  3. 40 N
  4. 360 N Correct answer.

Explanation

Die Impulsänderung beträgt Δp = m·(v_nach − v_vor) = 0,20 · (−8,0 − 10) = −3,6 kg·m/s. Der Betrag der mittleren Kraft ist |F| = |Δp|/Δt = 3,6/0,010 = 360 N. Die Vorzeichen berücksichtigen die Richtungsumkehr der Geschwindigkeit.

Question 24Mechanics: kinematics, Newtonian dynamics, circular motion, gravitation, conservation laws

Ein Pendel der Länge 1,0 m schwingt mit kleiner Amplitude. Welche Näherung gilt für seine Schwingungsdauer? (g = 9,81 m/s²)

  1. Etwa 6,3 s
  2. Etwa 0,5 s
  3. Etwa 2,0 s Correct answer.
  4. Etwa 1,0 s

Explanation

Für kleine Auslenkungen gilt T = 2π·√(l/g). Mit l = 1,0 m und g = 9,81 m/s² ergibt sich T ≈ 2π · 0,319 ≈ 2,0 s. Die Masse des Pendelkörpers spielt dabei keine Rolle.

Question 25Mechanics: kinematics, Newtonian dynamics, circular motion, gravitation, conservation laws

Ein Körper rutscht eine schiefe Ebene mit Haftreibungskoeffizient μ_H = 0,40 und Neigungswinkel 30° hinab. Welche Aussage trifft zu? (g = 9,81 m/s²)

  1. Er rutscht nur bei fehlender Reibung.
  2. Er rutscht, da die Hangabtriebskraft die Haftreibung übersteigt.
  3. Er rutscht nicht, da die maximal mögliche Haftreibung größer als die Hangabtriebskraft ist. Correct answer.
  4. Die Haftreibung wirkt in Bewegungsrichtung.

Explanation

Die Hangabtriebskraft ist m·g·sin 30° = 0,50·m·g, die maximale Haftreibung ist μ_H·m·g·cos 30° ≈ 0,40 · 0,866 · m·g ≈ 0,35·m·g. Da die Haftreibung größer ist, bleibt der Körper in Ruhe. Erst wenn die Hangabtriebskraft die Haftreibung übersteigt, setzt er sich in Bewegung.

Question 26Mechanics: kinematics, Newtonian dynamics, circular motion, gravitation, conservation laws

Ein Körper bewegt sich geradlinig. Sein Weg-Zeit-Diagramm ist eine nach oben geöffnete Parabel mit dem Scheitel im Ursprung. Welche Aussage über die Bewegung ist zutreffend?

  1. Die Beschleunigung ist konstant und positiv, die Anfangsgeschwindigkeit ist null. Correct answer.
  2. Die Beschleunigung nimmt mit der Zeit linear zu.
  3. Die Beschleunigung ist konstant und negativ, die Geschwindigkeit sinkt linear.
  4. Die Geschwindigkeit ist konstant, die Beschleunigung ist null.

Explanation

Bei einer Parabel s(t) = ½·a·t² ist die zweite Ableitung nach der Zeit konstant, also gilt a = konstant. Der Scheitel im Ursprung bedeutet, dass die Steigung und damit die Geschwindigkeit bei t = 0 null ist. Die nach oben geöffnete Form zeigt ein positives Vorzeichen der Beschleunigung.

Question 27Mechanics: kinematics, Newtonian dynamics, circular motion, gravitation, conservation laws

Ein Körper der Masse 2,0 kg hängt an einem Faden von einer Decke. Welche Kraft übt der Faden auf die Decke aus, wenn das System ruht (g = 9,81 m/s²)?

  1. Etwa 19,6 N nach oben
  2. Etwa 2,0 N nach unten
  3. Etwa 9,81 N nach unten
  4. Etwa 19,6 N nach unten Correct answer.

Explanation

Im Ruhezustand hebt die Fadenkraft die Gewichtskraft auf, sie beträgt also F = m·g = 2,0 kg · 9,81 m/s² ≈ 19,6 N. Nach dem Wechselwirkungsprinzip zieht der Faden die Decke mit gleich großer Kraft in Richtung des Körpers, also nach unten.

Question 28Mechanics: kinematics, Newtonian dynamics, circular motion, gravitation, conservation laws

Ein Satellit umkreist die Erde auf einer Kreisbahn vom Radius r. Welche Beziehung zwischen Bahngeschwindigkeit v und Radius r folgt aus dem Gravitationsgesetz für diese Kreisbahn?

  1. v ist unabhängig von r
  2. v ist proportional zu 1/√r Correct answer.
  3. v ist proportional zu r
  4. v ist proportional zu 1/r

Explanation

Die Gravitationskraft liefert die Zentripetalkraft: G·M·m/r² = m·v²/r. Nach v aufgelöst ergibt sich v = √(G·M/r), die Geschwindigkeit ist also proportional zu 1/√r. Mit größerem Bahnradius sinkt die Bahngeschwindigkeit.

Question 29Mechanics: kinematics, Newtonian dynamics, circular motion, gravitation, conservation laws

Ein Körper gleitet reibungsfrei aus der Ruhe eine schiefe Ebene hinab und erreicht am Fuß eine Geschwindigkeit von 6,0 m/s. Aus welcher Höhe wurde er gestartet (g = 9,81 m/s²)?

  1. Etwa 0,61 m
  2. Etwa 1,8 m Correct answer.
  3. Etwa 3,7 m
  4. Etwa 18 m

Explanation

Bei reibungsfreier Bewegung bleibt die mechanische Energie erhalten: m·g·h = ½·m·v². Damit ist h = v²/(2g) = 36/(2·9,81) ≈ 1,8 m, unabhängig vom Neigungswinkel der Ebene.

Question 30Mechanics: kinematics, Newtonian dynamics, circular motion, gravitation, conservation laws

Ein Körper der Masse m stößt zentral und elastisch auf einen ruhenden Körper der Masse 3m. Welche Geschwindigkeit hat der leichtere Körper nach dem Stoß, wenn seine Anfangsgeschwindigkeit v ist?

  1. 0
  2. v/3
  3. −v/4
  4. −v/2 Correct answer.

Explanation

Für den elastischen Zentralstoß eines Körpers auf ein ruhendes Target gilt v₁' = v·(m₁ − m₂)/(m₁ + m₂). Mit m₁ = m und m₂ = 3m folgt v₁' = v·(m − 3m)/(4m) = −v/2, der Körper prallt also mit halber Geschwindigkeit zurück.

Question 31Electric and magnetic fields: field concepts, Coulomb and Lorentz force, motion of charged particles, induction

Ein Elektron (Ladung −e) bewegt sich mit der Geschwindigkeit v parallel zu den Feldlinien eines homogenen Magnetfelds B. Welche Kraft wirkt auf das Elektron?

  1. Es wirkt eine Lorentzkraft entgegen der Bewegungsrichtung.
  2. Es wirkt eine Lorentzkraft in Richtung von B.
  3. Es wirkt eine Lorentzkraft senkrecht zu v und zu B.
  4. Es wirkt keine Lorentzkraft, da v und B parallel sind. Correct answer.

Explanation

Der Betrag der Lorentzkraft ist F = |q|·v·B·sin(α), wobei α der Winkel zwischen Geschwindigkeit und Magnetfeld ist. Bei paralleler Bewegung ist α = 0° und damit sin(α) = 0, sodass keine Kraft auftritt.

Question 32Electric and magnetic fields: field concepts, Coulomb and Lorentz force, motion of charged particles, induction

Zwei Punktladungen im Abstand r üben die Coulombkraft F aufeinander aus. Wie ändert sich der Betrag der Kraft, wenn der Abstand bei sonst gleichen Ladungen auf 3r vergrößert wird?

  1. Sie wird auf ein Sechstel reduziert.
  2. Sie wird auf ein Neuntel reduziert. Correct answer.
  3. Sie bleibt unverändert.
  4. Sie wird auf ein Drittel reduziert.

Explanation

Das Coulombgesetz lautet F = (1/4πε₀)·q₁q₂/r². Die Kraft ist umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands; bei dreifachem Abstand sinkt sie also auf 1/3² = 1/9.

Question 33Electric and magnetic fields: field concepts, Coulomb and Lorentz force, motion of charged particles, induction

Welche Einheit ist im SI-System die Einheit der magnetischen Flussdichte B?

  1. Voltsekunde pro Quadratmeter
  2. Tesla Correct answer.
  3. Weber
  4. Newton pro Amperemeter

Explanation

Die magnetische Flussdichte B wird im SI in Tesla (T) angegeben, wobei 1 T = 1 N/(A·m) = 1 Wb/m² gilt. Tesla ist der eigenständige Name dieser abgeleiteten Einheit.

Question 34Electric and magnetic fields: field concepts, Coulomb and Lorentz force, motion of charged particles, induction

Ein gerader Leiter der Länge l wird von einem Strom I durchflossen und liegt senkrecht zu einem homogenen Magnetfeld B. Welche Aussage beschreibt die auf den Leiter wirkende Kraft korrekt?

  1. Sie wirkt parallel zum Leiter.
  2. Sie wirkt entgegen der Stromrichtung.
  3. Sie wirkt senkrecht zum Leiter und senkrecht zu B. Correct answer.
  4. Sie wirkt parallel zu den Feldlinien.

Explanation

Auf einen stromdurchflossenen Leiter im Magnetfeld wirkt F = I·l·B·sin(α). Die Kraft steht senkrecht auf dem Leiter und senkrecht auf dem Magnetfeld, ihre Richtung ergibt sich aus der Drei-Finger-Regel.

Question 35Electric and magnetic fields: field concepts, Coulomb and Lorentz force, motion of charged particles, induction

Eine Leiterschleife wird vollständig aus einem homogenen Magnetfeld herausgezogen. Wann wird in ihr eine Induktionsspannung beobachtet?

  1. Erst wenn die Schleife das Feld vollständig verlassen hat.
  2. Immer, unabhängig von der Bewegung.
  3. Solange die Schleife vollständig im Feld liegt.
  4. Nur solange sich der magnetische Fluss durch die Schleife ändert. Correct answer.

Explanation

Nach dem Induktionsgesetz gilt U_ind = −dΦ/dt; eine Spannung entsteht nur bei zeitlicher Änderung des magnetischen Flusses durch die Fläche. Beim Herausziehen ändert sich die vom Feld durchsetzte Fläche, danach ist der Fluss konstant null.

Question 36Electric and magnetic fields: field concepts, Coulomb and Lorentz force, motion of charged particles, induction

Ein Proton und ein Alpha-Teilchen (gleiche Geschwindigkeit) treten senkrecht in dasselbe homogene Magnetfeld ein. Wie verhalten sich die Beträge der Lorentzkräfte?

  1. Die Kräfte sind gleich groß.
  2. Die Kraft auf das Proton ist doppelt so groß.
  3. Die Kraft auf das Alpha-Teilchen ist doppelt so groß. Correct answer.
  4. Die Kraft auf das Alpha-Teilchen ist viermal so groß.

Explanation

Es gilt F = |q|·v·B. Das Alpha-Teilchen trägt die Ladung 2e gegenüber e beim Proton, bei gleicher Geschwindigkeit und gleichem Feld ist seine Kraft also doppelt so groß.

Question 37Electric and magnetic fields: field concepts, Coulomb and Lorentz force, motion of charged particles, induction

Welche Aussage über Feldlinien eines elektrischen Feldes ist zutreffend?

  1. Sie schneiden sich in Punkten gleicher Feldstärke.
  2. Sie beginnen bei positiven und enden bei negativen Ladungen. Correct answer.
  3. Sie verlaufen stets parallel zueinander.
  4. Sie zeigen die Kraftrichtung auf eine negative Probeladung.

Explanation

Elektrische Feldlinien zeigen in Richtung der Kraft auf eine positive Probeladung und verlaufen von positiven zu negativen Ladungen. Sie schneiden sich nie, da die Feldrichtung an jedem Punkt eindeutig ist.

Question 38Electric and magnetic fields: field concepts, Coulomb and Lorentz force, motion of charged particles, induction

Ein Elektron bewegt sich mit konstanter Geschwindigkeit senkrecht zu einem homogenen Magnetfeld. Welche Bahn beschreibt es?

  1. Eine Kreisbahn Correct answer.
  2. Eine Parabel
  3. Eine Gerade in Feldrichtung
  4. Eine Schraubenlinie

Explanation

Die Lorentzkraft steht stets senkrecht auf der Geschwindigkeit und wirkt als Zentripetalkraft, sodass das Elektron eine Kreisbahn mit r = m·v/(|q|·B) durchläuft. Da die Kraft keine Arbeit leistet, bleibt der Betrag der Geschwindigkeit konstant.

Question 39Electric and magnetic fields: field concepts, Coulomb and Lorentz force, motion of charged particles, induction

Ein Elektron fliegt mit v = 2,0·10⁶ m/s senkrecht in ein Magnetfeld der Flussdichte B = 0,50 T. Welcher Betrag der Lorentzkraft ergibt sich (e = 1,6·10⁻¹⁹ C)?

  1. 1,6·10⁻¹⁴ N
  2. 8,0·10⁻¹⁴ N
  3. 1,6·10⁻¹³ N Correct answer.
  4. 3,2·10⁻¹³ N

Explanation

Bei senkrechtem Eintritt gilt F = e·v·B = 1,6·10⁻¹⁹ C · 2,0·10⁶ m/s · 0,50 T. Das Produkt ergibt 1,6·10⁻¹³ N.

Question 40Electric and magnetic fields: field concepts, Coulomb and Lorentz force, motion of charged particles, induction

Ein Elektron durchläuft in einem Magnetfeld B eine Kreisbahn mit dem Radius r. Wie ändert sich der Radius, wenn die Geschwindigkeit bei gleichem Feld verdoppelt wird?

  1. Er verdoppelt sich. Correct answer.
  2. Er bleibt gleich.
  3. Er vervierfacht sich.
  4. Er halbiert sich.

Explanation

Aus m·v²/r = |q|·v·B folgt r = m·v/(|q|·B). Der Radius ist proportional zur Geschwindigkeit, verdoppelt sich also bei doppelter Geschwindigkeit.

Question 41Electric and magnetic fields: field concepts, Coulomb and Lorentz force, motion of charged particles, induction

Eine Spule mit 200 Windungen umschließt eine Fläche von 50 cm². Die Flussdichte durch die Spule steigt gleichmäßig in 0,10 s von 0 auf 0,20 T. Welche Induktionsspannung wird betragsmäßig induziert?

  1. 0,020 V
  2. 2,0 V Correct answer.
  3. 20 V
  4. 0,20 V

Explanation

Es gilt U_ind = N·ΔΦ/Δt mit ΔΦ = A·ΔB = 50·10⁻⁴ m² · 0,20 T = 1,0·10⁻³ Wb. Damit ist U_ind = 200 · 1,0·10⁻³ Wb / 0,10 s = 2,0 V.

Question 42Electric and magnetic fields: field concepts, Coulomb and Lorentz force, motion of charged particles, induction

Ein Proton tritt mit der Geschwindigkeit v in ein Magnetfeld ein, dessen Feldlinien einen Winkel von 45° zur Geschwindigkeit bilden. Welche Bahn ergibt sich?

  1. Eine Ellipse in der Ebene senkrecht zu B
  2. Eine Gerade parallel zu B
  3. Eine Kreisbahn senkrecht zu B
  4. Eine Schraubenlinie um die Feldlinien Correct answer.

Explanation

Die Geschwindigkeit zerlegt sich in eine Komponente v·cos(45°) parallel zu B und eine Komponente v·sin(45°) senkrecht dazu. Die parallele Komponente bleibt unbeeinflusst, die senkrechte erzeugt eine Kreisbewegung, zusammen ergibt sich eine Schraubenlinie.

Question 43Electric and magnetic fields: field concepts, Coulomb and Lorentz force, motion of charged particles, induction

Ein Plattenkondensator erzeugt ein homogenes Feld E. Ein Elektron wird im Vakuum mit einer Anfangsgeschwindigkeit senkrecht zu den Feldlinien eingeschossen. Welche Bahn beschreibt es?

  1. Eine Kreisbahn
  2. Eine Schraubenlinie
  3. Eine Wurfparabel Correct answer.
  4. Eine Gerade

Explanation

Die konstante elektrische Kraft wirkt senkrecht zur Anfangsgeschwindigkeit wie eine konstante Beschleunigung, analog zur Schwerkraft beim waagerechten Wurf. Die Überlagerung von gleichförmiger Bewegung und konstanter Beschleunigung ergibt eine Parabel.

Question 44Electric and magnetic fields: field concepts, Coulomb and Lorentz force, motion of charged particles, induction

Ein Leiterstab der Länge 0,50 m gleitet mit 4,0 m/s senkrecht zu einem Magnetfeld von 0,25 T. Welche Induktionsspannung entsteht zwischen den Stabenden?

  1. 2,0 V
  2. 1,0 V
  3. 0,25 V
  4. 0,50 V Correct answer.

Explanation

Für einen bewegten Leiterstab senkrecht zum Feld gilt U_ind = B·l·v = 0,25 T · 0,50 m · 4,0 m/s = 0,50 V.

Question 45Electric and magnetic fields: field concepts, Coulomb and Lorentz force, motion of charged particles, induction

Zwei gleiche positive Punktladungen sitzen im Abstand 2a voneinander. In welchem Punkt auf der Verbindungslinie ist die resultierende Feldstärke null?

  1. Im Abstand a/2 von der linken Ladung.
  2. Im Abstand a von jeder Ladung, also genau in der Mitte. Correct answer.
  3. In keinem Punkt zwischen den Ladungen.
  4. Im Unendlichen, aber nicht zwischen den Ladungen.

Explanation

Zwischen zwei gleichen Ladungen zeigen die Feldbeiträge in entgegengesetzte Richtungen. In der Mitte sind die Beträge gleich groß, sodass sich die Felder aufheben und die Gesamtfeldstärke null ist.

Question 46Electric and magnetic fields: field concepts, Coulomb and Lorentz force, motion of charged particles, induction

Ein Elektron und ein Proton werden mit gleicher Geschwindigkeit senkrecht in dasselbe Magnetfeld geschossen. Wie verhalten sich die Radien ihrer Kreisbahnen?

  1. Die Radien sind gleich.
  2. Der Radius des Elektrons ist unendlich.
  3. Der Radius des Elektrons ist größer.
  4. Der Radius des Protons ist größer. Correct answer.

Explanation

Für den Bahnradius gilt r = m·v/(|q|·B). Bei gleicher Ladung und Geschwindigkeit entscheidet die Masse: Das Proton ist rund 1836-mal schwerer, daher ist sein Radius entsprechend größer.

Question 47Electric and magnetic fields: field concepts, Coulomb and Lorentz force, motion of charged particles, induction

Eine Spule wird mit einem Stabmagneten induziert. Welche Maßnahme erhöht die induzierte Spannung bei sonst gleichen Bedingungen?

  1. Die Spule mit mehr Windungen wickeln. Correct answer.
  2. Die Spule kürzer wickeln.
  3. Den Leiterquerschnitt der Spule verkleinern.
  4. Den Magneten langsamer bewegen.

Explanation

Nach U_ind = N·dΦ/dt ist die Spannung proportional zur Windungszahl N und zur Flussänderungsrate. Mehr Windungen erhöhen daher bei gleicher Flussänderung die induzierte Spannung.

Question 48Electric and magnetic fields: field concepts, Coulomb and Lorentz force, motion of charged particles, induction

Ein geladenes Teilchen durchläuft einen Geschwindigkeitsfilter aus gekreuzten elektrischen und magnetischen Feldern geradlinig. Welche Bedingung muss dafür gelten?

  1. E = vB², also v = E/B²
  2. qE = qvB, also v = E/B Correct answer.
  3. qE = qB, also v = E/B²
  4. qE = qv²B, also v = E/(vB)

Explanation

Damit das Teilchen geradlinig fliegt, müssen sich elektrische und magnetische Kraft aufheben. Es gilt |q|·E = |q|·v·B, woraus v = E/B folgt, unabhängig von Ladung und Masse.

Question 49Electric and magnetic fields: field concepts, Coulomb and Lorentz force, motion of charged particles, induction

Ein Elektron wird durch eine Spannung von 200 V beschleunigt und tritt dann senkrecht in ein Magnetfeld von 2,0·10⁻³ T. Welcher Bahnradius ergibt sich näherungsweise (e = 1,6·10⁻¹⁹ C, m = 9,1·10⁻³¹ kg)?

  1. 1,2·10⁻² m
  2. 2,4·10⁻⁴ m
  3. 4,8·10⁻² m
  4. 2,4·10⁻² m Correct answer.

Explanation

Aus e·U = ½·m·v² folgt v = √(2eU/m) ≈ 8,4·10⁶ m/s. Mit r = m·v/(e·B) ergibt sich r ≈ 2,4·10⁻² m.

Question 50Electric and magnetic fields: field concepts, Coulomb and Lorentz force, motion of charged particles, induction

Ein Leiterstab gleitet auf zwei parallelen Schienen in einem homogenen Magnetfeld und schließt einen Stromkreis mit Widerstand R. Welche Aussage über die wirkende Bremskraft ist korrekt?

  1. Sie ist unabhängig von der Geschwindigkeit.
  2. Sie wirkt in Bewegungsrichtung.
  3. Sie wächst mit dem Quadrat der Geschwindigkeit.
  4. Sie ist proportional zur Geschwindigkeit. Correct answer.

Explanation

Es gilt U_ind = B·l·v und I = U_ind/R, die Kraft ist F = I·l·B = B²·l²·v/R. Damit ist die Bremskraft proportional zu v und wirkt der Bewegung entgegen.