Schriftliche Abschlussprüfung Physik 2001/2002
| Pflichtaufgaben | Wahlaufgaben | ||||||
| Aufgabe 1 | Aufgabe 2 | Aufgabe 3 | Aufgabe 4 | Aufgabe 5 | Aufgabe 6 | Aufgabe 7 | |
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 Experimentes 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 Wahlaufgabe
5 muss ein Schülerexperiment durchgeführt werden. Die Geräte
für dieses Experiment werden durch den Lehrer bereitgestellt.
Es ist kein Konzept erforderlich.
Insgesamt können 50 Bewertungseinheiten erreicht werden. Davon werden 25 Bewertungseinheiten (BE) für den Pflichtteil und 25 Bewertungseinheiten (BE) für den Wahlteil vergeben.
Sie dürfen folgende Hilfsmittel verwenden:
| Pflichtaufgaben | Wahlaufgaben | ||||||
| Aufgabe 1 | Aufgabe 2 | Aufgabe 3 | Aufgabe 4 | Aufgabe 5 | Aufgabe 6 | Aufgabe 7 | |
Teil I - Pflichtaufgaben
Aufgabe 1 Mechanische Schwingungen
Vom Lehrer wird Ihnen ein Experiment vorgeführt. Zwei Fadenpendel A und B haben die gleiche Masse. Die Pendel werden in Schwingungen versetzt.
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Pendel A
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Pendel B
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1.1 Beobachten Sie die Durchführung des Experimentes.Vergleichen
Sie die Periodendauern beider Pendel miteinander.
Notieren Sie Ihre Beobachtungen.
1.2 Vergleichen Sie die Frequenzen beider Pendel. Begründen Sie Ihre Entscheidung.
1.3 Ein Pendel führt ungedämpfte Schwingungen mit einer Amplitude von 2,5 cm aus. Für 10 Schwingungen benötigt es 15 s. Zeichnen Sie ein zugehöriges y-t- Diagramm für zwei Perioden.
Für 1.1 bis 1.3 erreichbare BE: 7
| Pflichtaufgaben | Wahlaufgaben | ||||||
| Aufgabe 1 | Aufgabe 2 | Aufgabe 3 | Aufgabe 4 | Aufgabe 5 | Aufgabe 6 | Aufgabe 7 | |
In einer Trafostation wird eine Spannung von 110 kV auf 20 kV herabgesetzt. Die Primärspule des Transformators hat 3 300 Windungen.
2.1 Berechnen Sie die Windungszahl der Sekundärspule.
2.2 Erklären Sie die Wirkungsweise eines Transformators.
Für 2.1 bis 2.2 erreichbare BE: 6
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| Aufgabe 1 | Aufgabe 2 | Aufgabe 3 | Aufgabe 4 | Aufgabe 5 | Aufgabe 6 | Aufgabe 7 | |
Beim Abbremsen eines Fahrzeugs mit 1,2 t Masse wirkt eine konstante Beschleunigung von 4,2 m/s²
3.1 Berechnen Sie die Bremskraft.
3.2 Eine nicht angeschnallte Person rutscht beim Bremsvorgang vom Sitz. Erläutern Sie mithilfe eines physikalischen Gesetzes diesen Vorgang.
Für 3.1 bis 3.2 erreichbare BE: 5
| Pflichtaufgaben | Wahlaufgaben | ||||||
| Aufgabe 1 | Aufgabe 2 | Aufgabe 3 | Aufgabe 4 | Aufgabe 5 | Aufgabe 6 | Aufgabe 7 | |
In Wohnhäusern werden häufig Warmwasserheizungen eingebaut. Von einem Heizkessel aus werden die Wohnungen im Haus mit Wärme versorgt.
4.1 In einem solchen Heizkessel werden 700 l Wasser von 15 °C auf 70 °C erwärmt. (Es gilt: 1 l entspricht 1 kg.) Berechnen Sie die erforderliche Wärme.
4.2 Der Wirkungsgrad der Heizungsanlage beträgt 75 %. Erläutern Sie diese Aussage.
4.3 Nennen Sie zwei Möglichkeiten, um im Haushalt Wärmeverluste gering zu halten.
Für 4.1 bis 4.3 erreichbare BE: 7
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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 5, 6 und 7 haben Sie nur eine zu lösen.
5.1 Schülerexperiment
| Aufgabe: | Untersuchen Sie experimentell die Abhängigkeit des elektrischen Widerstandes R eines Drahtes von dessen Länge l. |
| Vorbereitung: |
1. Zeichnen Sie einen Schaltplan für eine Spannungs- und Stromstärkemessung an einem Widerstand. 2. Bereiten Sie eine Messwerttabelle für die Größen Länge, Spannung, Stromstärke und Widerstand für insgesamt 4 Messungen vor. |
| Durchführung: |
1. Bauen Sie die Schaltung nach Ihrem Schaltplan auf. 2. Lassen Sie die Schaltung vom Lehrer kontrollieren. Der Lehrer teilt Ihnen die zu verwendende Spannung mit.
3. Führen Sie die Messungen durch. 4. Notieren Sie die Messwerte in der Tabelle. |
| Auswertung: |
1. Berechnen Sie für jede Messung den Widerstand. 2. Stellen Sie den Widerstand R in Abhängigkeit von der Länge l in einem Diagramm dar. 3. Geben Sie den Zusammenhang zwischen beiden Größen an. 4. Nennen Sie zwei Fehlerquellen, die die Genauigkeit Ihrer Messergebnisse beeinflusst haben. |
Für 5.1 erreichbare BE: 15
5.2 Es soll eine Spule mit einem Widerstand von 15 Q hergestellt werden.
5.2.1 Es wird Kupferdraht mit einer Querschnittsfläche von 0,3 mm2 verwendet. Berechnen Sie die Länge des benötigten Drahtes.
5.2.2 Anstelle von Kupferdraht soll Aluminiumdraht gleichen Querschnittes verwendet werden. Der Widerstand der Spule soll gleich bleiben. Vergleichen Sie die Längen der beiden Drähte. Begründen Sie Ihre Entscheidung.
Für 5.2 erreichbare BE: 5
5.3 Ein Lötkolben hat bei einer Spannung von 230 V eine Leistungsaufnahme von 60 W.
5.3.1 Berechnen Sie den elektrischen Widerstand des Lötkolbens.
5.3.2 Geben Sie die bei einem Lötkolben auftretende Energieumwandlung an.
5.3.3 Nennen Sie ein weiteres elektrisches Gerät, bei dem die gleiche Energieumwandlung auftritt.
Für 5.3 erreichbare BE: 5
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6.1
Für jeden PKW wird sein Beschleunigungsvermögen
mit der Angabe der Zeit beschrieben, die er für das Erreichen der Geschwindigkeit
von 100 
aus
dem Stillstand benötigt. Das Diagramm enthält dazu die entsprechenden
Angaben für zwei Fahrzeuge. Die Beschleunigung wird als konstant angenommen.
6.1.1
Ermitteln Sie die Zeit, die Fahrzeug A zum Erreichen der Geschwindigkeit von
100 benötigt.
6.1.2 Welches Fahrzeug wird am stärksten beschleunigt? Begründen Sie.
6.1.3 Berechnen Sie die Beschleunigung für Fahrzeug B.
6.1.4 Zeichnen Sie für die Bewegung von Fahrzeug B ein zugehöriges Beschleunigung - Zeit - Diagramm.
6.1.5 Berechnen Sie den Weg, den Fahrzeug B in den ersten 6 Sekunden zurücklegt.
Für 6.1 erreichbare BE: 12
6.2
Die Geschwindigkeit auf einer Straße vor einer örtlichen
Mittelschule wurde auf 30 begrenzt.
6.2.1
Berechnen Sie die Zeit, die ein Schüler zum Überqueren der 5 m breiten
Straße benötigt, wenn er sich mit einer konstanten Geschwindigkeit
von 4 bewegt.
Geben Sie das Ergebnis in Sekunden an.
6.2.2
Ein PKW - Fahrer beobachtet den Schüler in einer Entfernung von 50 m beim
Betreten der Fahrbahn. Er nähert sich mit der zulässigen Höchstgeschwindigkeit.
Muss der Fahrer die Geschwindigkeit verringern, damit der Schüler die Straße
gefahrlos überqueren kann? Begründen Sie.
6.2.3
Die Geschwindigkeit eines Fahrzeugs beträgt 30 .
Aufgrund eines unvorhergesehenen Ereignisses muss der Fahrer eine Vollbremsung
mit einer Bremsverzögerung von 8 
einleiten.
Bis zur Betätigung des Bremspedals vergeht eine Zeit von 0,8 s.
Berechnen Sie den Anhalteweg.
Für 6.2 erreichbare BE: 11
6.3 Nennen Sie zwei praktische Beispiele für Bewegungen mit konstantem Betrag der Geschwindigkeit.
Für 6.3 erreichbare BE: 2
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Aufgabe 7 Energie, Umwelt und Mensch
7.1 Mit Solarstromanlagen wird die Energie der Sonne direkt in elektrische Energie umgewandelt.
7.1.1 Nennen Sie einen Vorteil und einen Nachteil dieser Energiequelle.
7.1.2
Ein Solarmodul, das aus mehreren Solarzellen besteht, liefert unter Sonneneinstrahlung
die Stromstärke 6 A bei der elektrischen Spannung von 50 V.
Berechnen Sie die elektrische Leistung des Solarmoduls.
7.1.3 Diese elektrische Leistung wird erreicht, wenn die Leistung der auftreffenden Sonnenstrahlung 2,5 kW beträgt. Berechnen Sie den Wirkungsgrad dieses Solarmoduls.
7.1.4
Elektrische Energie kann zum Betreiben eines Föns genutzt werden.
Geben Sie zwei dabei auftretende Energieumwandlungen an.
7.1.5 Erläutern Sie eine Möglichkeit zur Einsparung von elektrischer Energie im Haushalt.
Für 7.1 erreichbare BE: 10
7.2
Die Abbildung zeigt vereinfacht und vergrößert
einen Teil der strukturierten Oberfläche einer Solarzelle und einen Lichtstrahl,
der unter einem Einfallswinkel von 45° auftrifft. Das Licht wird beim Übergang
von Luft in die Solarzelle gebrochen und anschließend am Spiegel reflektiert.
Die Lichtgeschwindigkeit in der Solarzelle beträgt 200 000 
.
7.2.1 Berechnen Sie den Brechungswinkel des Lichtes beim Übergang von Luft in die Solarzelle.
7.2.2 Übernehmen Sie die Abbildung und zeichnen Sie den Strahlenverlauf bei der Brechung des Lichtes und bei der anschließenden Reflexion am Spiegel.
Für 7.2 erreichbare BE: 5
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