Schriftliche Abschlussprüfung Physik 1998/99

  Pflichtaufgaben Wahlaufgaben

Allgemeine Arbeitshinweise

Aufgabe 1 Aufgabe 2 Aufgabe 3 Aufgabe 4 Aufgabe 5 Aufgabe 6 Aufgabe 7

Allgemeine Arbeitshinweise

Die schriftliche Abschlussprüfung besteht aus zwei Teilen:

Teil I Pflichtaufgaben

Teil II Wahlaufgaben

Vor der planmäßigen Arbeitszeit stehen Ihnen 15 Minuten zum Vertrautmachen mit den Aufgaben zur Verfügung.

Nachdem Sie die Aufgaben gelesen haben, wird Ihnen ein Demonstrationsexperiment gezeigt. Die Arbeitszeit zur Lösung aller Aufgaben beginnt erst nach Beendigung dieses Experiments und beträgt 150 Minuten.

Die Aufgabe 1 der Pflichtaufgaben ist zuerst zu bearbeiten. Die Reihenfolge der Bearbeitung der anderen Aufgaben ist beliebig.

Von den drei Wahlaufgaben ist nur eine Aufgabe zu bearbeiten. Zur Lösung der \Nahlaufgabe 5 muss ein Schülerexperiment durchgeführt werden. Die Geräte für dieses Experiment werden durch den Lehrer bereitgestellt.

Es ist kein Konzept erforderlich.

Für die Prüfungsarbeit können 50 Bewertungseinheiten erreicht werden. Davon werden 25 Bewertungseinheiten für den Pflichtteil und 25 Bewertungseinheiten für den Wahlteil vergeben.

Sie dürfen folgende Hilfsmittel verwenden:
- Tabellen- und Formelsammlung ohne ausführliche Musterbeispiele sowie ohne Wissensspeicheranhang
- nicht programmierbarer Taschenrechner
- Wörterbuch der deutschen Rechtschreibung


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Allgemeine Arbeitshinweise

Aufgabe 1 Aufgabe 2 Aufgabe 3 Aufgabe 4 Aufgabe 5 Aufgabe 6 Aufgabe 7

Teil I - Pflichtaufgaben

Aufgabe 1 Mechanik

Vom Lehrer wird Ihnen ein Experiment vorgeführt. Dabei wird ein Wagen durch ein Hindernis zum Stehen gebracht.

phprf99.gif (6108 Byte)

1.1 Beobachten Sie die Bewegung des Wagens und des darauf befindlichen Körpers.
Beschreiben Sie Ihre Beobachtung.

1.2 Erklären Sie mit Hilfe eines physikalischen Gesetzes die Bewegung des Körpers beim Abbremsen.

1.3 Formulieren Sie eine Schlussfolgerung für die Beförderung von Personen in einem Fahrzeug.

Zur Lösung Aufgabe 1


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Aufgabe 1 Aufgabe 2 Aufgabe 3 Aufgabe 4 Aufgabe 5 Aufgabe 6 Aufgabe 7

Aufgabe 2 Mechanische Schwingungen und Wellen

Beim Stimmen von Musikinstrumenten verwendet man oft den von einer Stimmgabel erzeugten Kammerton a1, dessen Frequenz 440 Hz beträgt.

2.1 Nennen Sie zwei Merkmale der von der Stimmgabel ausgehenden Schallwelle.

2.2 Berechnen Sie die Periodendauer.

2.3 Erläutern Sie an einem selbst gewählten Beispiel eine Möglichkeit, unerwünschte Schallausbreitung zu unterbinden.

Zur Lösung Aufgabe 2


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Aufgabe 1 Aufgabe 2 Aufgabe 3 Aufgabe 4 Aufgabe 5 Aufgabe 6 Aufgabe 7

Aufgabe 3 Thermodynamik

Ein Becherglas ist mit Wasser und zerkleinerten Eisstücken gefüllt. Dem Becherglas wird gleichmäßig Warme zugeführt. Jeweils nach einer Minute erfolgt eine Temperaturmessung Die Ergebnisse zeigt folgende Tabelle:

t in min 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
u  in C 0 0 0 0 0 0,1 1,2 5,2 9,1 13,0

3.1 Zeichnen Sie ein u-t-Diagramm.

3.2 Beschreiben und erklären Sie den Temperaturverlauf in den beiden Zeitintervallen 0 t 4 min und
6 min
t 9 min.

Zur Lösung Aufgabe 3


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Aufgabe 1 Aufgabe 2 Aufgabe 3 Aufgabe 4 Aufgabe 5 Aufgabe 6 Aufgabe 7

Aufgabe 4 Induktion

4.1 In einer Spule soll eine Induktionsspannung erzeugt und nachgewiesen werden.

4.1.1 Skizzieren Sie den Aufbau eines entsprechenden Experimentes.
Beschreiben Sie den Ablauf.

4.1.2 Nennen Sie zwei Möglichkeiten zum Vergrößern der Induktionsspannung.

4.2      Ein Transformator hat eine Primärspule mit 4 600 Windungen. Damit soll eine Primärspannung von 230 V auf 8 V transformiert werden. Für die Sekundärspule stehen folgende Windungszahlen zur Auswahl:

9.200 4.600 2.300 160 46

           Geben Sie die geeignete Windungszahl an.

Lösung Aufgabe 4


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Aufgabe 1 Aufgabe 2 Aufgabe 3 Aufgabe 4 Aufgabe 5 Aufgabe 6 Aufgabe 7

Teil II - Wahlaufgaben

Von den folgenden Aufgaben haben Sie nur eine zu lösen.


Aufgabe 5 Elektrizitätslehre

5.1 Schülerexperiment

Aufgabe:          Bestimmen Sie ein unbekanntes Bauelement durch Aufnahme der U-I-Kennlinie.

Vorbereitung:    1. Zeichnen Sie einen entsprechenden Schaltplan. Verwenden Sie für das unbekannte
    Bauelement das Schaltzeichen "Widerstand".
2. Bereiten Sie eine Messwerttabelle für fünf Messwertpaare vor.
    Der Lehrer teilt Ihnen die für das Bauelement zulässige Höchstspannung mit.

Durchführung:    1. Bauen Sie die Schaltung nach Ihrem Schaltplan auf.
2. Lassen Sie die Schaltung vom Lehrer überprüfen.
3. Führen Sie die Messungen durch.
    Notieren Sie die Messwerte in der Tabelle.

Auswertung:      1. Zeichnen Sie die U-I-Kennlinie des Bauelementes.
2. Gilt für das gegebene Bauelement das Ohmsche Gesetz?
    Begründen Sie Ihre Aussage.
3. Entscheiden Sie, ob es sich bei dem verwendeten Bauelement um eine Glühlampe, einen
    Konstantandraht oder einen Halbleiterwiderstand handelt.

 

5.2 Der elektrische Widerstand

5.2.1 Berechnen Sie den elektrischen Widerstand eines Kupferdrahtes mit der Querschnittsfläche 0,4 mm² und der Länge 240 m.

5.2.2 Wie verändert sich bei gleicher Länge der Widerstand des Drahtes, wenn die Querschnittsfläche nur halb so groß ist?
Begründen Sie.

5.2.3 Beschreiben und begründen Sie das Widerstandsverhalten eines Eisendrahtes bei Erwärmung.

 

5.3 Vorwiderstand

Mit Hilfe eines Vorwiderstandes wird eine Glühlampe (3 V ; 0,1 A) mit einer 12 V-Spannungsquelle betrieben.

5.3.1 Begründen Sie die Notwendigkeit des Einsatzes eines Vorwiderstandes.

5.3.2 Berechnen Sie die Größe des zu verwendenden Widerstandes.

Lösung Aufgabe 5


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Aufgabe 1 Aufgabe 2 Aufgabe 3 Aufgabe 4 Aufgabe 5 Aufgabe 6 Aufgabe 7

Aufgabe 6 Mechanik

6.1 Bewegungen

Schienenfahrzeuge der Deutschen Bahn AG sind mit Fahrtenschreibern ausgerüstet. Bei einer Testfahrt werden folgende Daten aufgezeichnet:

 

Abschnitt I: Die Geschwindigkeit wächst innerhalb von 150 s gleichmäßig auf 54 km/h an.

Abschnitt II: Mit dieser Geschwindigkeit bewegt sich das Schienenfahrzeug 90 s weiter.

Abschnitt III: Das Fahrzeug wird in 30 s gleichmäßig bis zu einer Geschwindigkeit von 27 km/h abgebremst.

Abschnitt IV: Mit dieser Geschwindigkeit fährt es weiter.

 

6.1.1 Zeichnen Sie ein Geschwindigkeit-Zeit-Diagramm für die ersten sechs Minuten des Fahrtverlaufs.

6.1.2 Benennen Sie die Bewegungsarten in den einzelnen Abschnitten. Begründen Sie jeweils Ihre Entscheidung.

6.1.3 Berechnen Sie die Beschleunigung des Schienenfahrzeugs im Abschnitt I.

6.1 .4 Ermitteln Sie die Beschleunigung des Schienenfahrzeugs im Abschnitt II.

6.1 .5 Berechnen Sie den Weg, den das Schienenfahrzeug im Abschnitt II zurücklegt.

6.1.6 Das Schienenfahrzeug hat die Masse 60 t.
Berechnen Sie die Bremskraft, die notwendig ist, um die Geschwindigkeit im Abschnitt III zu vermindern.

 

6.2 Schwingungen

In den folgenden Diagrammen sind zwei mechanische Schwingungen dargestellt:

6.2.1 Geben Sie die Amplitude der Schwingung I an.

6.2.2 Vergleichen Sie die Periodendauer von Schwingung I mit der von Schwingung II.

6.2.3 Berechnen Sie die Frequenz von Schwingung II.

6.2.4 Geben Sie an, welche der beiden Schwingungen gedämpft ist. Begründen Sie Ihre Entscheidung.

6.2.5 Beschreiben Sie die auftretenden Energieumwandlungen bei gedämpften mechanischen Schwingungen.

6.2.6 Nennen Sie je ein Anwendungsbeispiel für eine ungedämpfte und für eine gedämpfte mechanische Schwingung.

Lösung Aufgabe 6


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Aufgabe 1 Aufgabe 2 Aufgabe 3 Aufgabe 4 Aufgabe 5 Aufgabe 6 Aufgabe 7

Aufgabe 7 Energie, Umwelt, Mensch

7.1     In Deutschland waren 1998 ca. 51 Millionen PKW zugelassen, davon 87% mit einem Viertakt-Ottomotor.

7.1.1 Benennen Sie drei der im Bild gekennzeichneten Teile des Ottomotors.

7.1 .2 Geben Sie die Energieumwandlungen in einem Ottomotor an.

7.1 .3 Der Wirkungsgrad von Ottomotoren beträgt ca. 25% Erläutern Sie diese Angabe.

7.1.4 Trotz eines wesentlich höheren Wirkungsgrades werden Elektromotoren bisher nur selten zum Antrieb von Kraftfahrzeugen genutzt.
Nennen Sie einen Grund dafür.

7.1.5 Begründen Sie die besondere Eignung von Wasser als Kühlmittel für Ottomotoren.

 

7.2 Ein Dreipersonenhaushalt verbraucht jährlich ca. 3 000 kWh elektrische Energie.

7.2.1 Ein Staubsauger mit der Leistung 2000 W wird täglich eine halbe Stunde genutzt.
Berechnen Sie die monatlichen Kosten (30 Tage). Eine Kilowattstunde kostet 25 Pfennige.

7.2.2 Geben Sie ein elektrisches Gerät an, das elektrische Energie in thermische Energie umwandelt.

7.2.3 Nennen Sie eine technische Entwicklung, die im Haushalt zur Energieeinsparung beitragen kann.

 

7.3      Für die Warmwasserversorgung von Häusern können Sonnenkollektoren genutzt werden. Es wird angenommen, dass ein Sonnenkollektor mit einer Fläche von 1 m² in einer Stunde etwa 1000 kJ an thermischer Energie von der Sonne aufnehmen kann und diese an das Wasser abgibt.

7.3.1 Berechnen Sie die thermische Energie, die bei 6 Stunden Sonneneinstrahlung von 5 Sonnenkollektoren an das Wasser abgegeben wird.

7.3.2 Überprüfen Sie durch Rechnung, ob mit dieser Energie 200 l Wasser von 20C auf 50C erwärmt werden können.

7.3.3 Nennen Sie einen Grund für den Einsatz von Sonnenkollektoren.

 

7.4 Schon vor langer Zeit haben die Menschen erkannt, dass Wasser mechanische Arbeit verrichten kann.

7.4.1 Erläutern Sie eine Nutzung dieser Eigenschaft aus der Vergangenheit oder der Gegenwart.

7.4.2 Begründen Sie die Zunahme der Energie der Flüsse bei Hochwasser.

Lösung Aufgabe 7


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