Schriftliche
Abschlussprüfung Physik 1994/95
Die vorliegenden Lösungen sind Musterlösungen
von , Leipzig, und keine offiziellen Lösungen des Sächsischen
Staatsministeriums für Kultus. Der Autor garantiert nicht für
die Vollständigkeit und Richtigkeit der vorliegenden Lösungen. Wir
freuen uns über jeden Hinweis zur Verbesserung dieser Musterlösungen.
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Betreff: Prüfung 1994
Lösung
Aufgabe 1: Demonstrationsexperiment
Zur Aufgabenstellung
1.1. a)
Die Glühlampe leuchtet hell.
b) Die Glühlampe leuchtet so hell wie bei a).
c) Die Glühlampe leuchtet dunkler als bei a) und b)
1.2.
1.3. Im Kasten
befindet sich eine Spule.
1.4. Bei Gleichspannung
leuchtet die Lampe gleich hell. Bei Wechselspannung ist die Spule von einem
sich ständig ändernden Magnetfeld umgeben, deshalb wird in ihr eine
Spannung induziert, die dem Stromfluss entgegengesetzt gerichtet ist. Das
bedeutet, dass das Fließen des Stromes behindert wird, der Widerstand
wächst und damit die Glühlampe weniger stark leuchtet.
Lösung
Aufgabe 2: Elektrizitätslehre
Zur Aufgabenstellung
2.1.
2.2. Je höher die Temperatur,
um so höher der elektrische Widerstand eines metallischen Leiters.
2.3.
|
Für n
= 20°C:
|
Für n
= 80°C:
|
2.4. Je höher
die Temperatur, desto stärker bewegen sich die Gitterbausteine des Metalles;
die Elektronen, welche sich gerichtet zwischen den Gitterbausteinen hindurch
bewegen, stoßen mit den Gitterbausteinen öfter zusammen.
Sie werden also in ihrer Bewegung stärker behindert, das heißt, der
Widerstand steigt.
Lösung
Aufgabe 3: Mechanik
Zur Aufgabenstellung
Geg.: v = 125 km/h = 34,72 m/s
t
= 0,8 s
a = 6,5 m/s²
Ges.: Anhalteweg sgesamt
Lösung:
Anhalteweg = Reaktionsweg + Bremsweg
Während der Reaktionszeit bewegt sich das Fahrzeug gleichförmig
weiter, in der Zeit des Bremsens gleichmäßig beschleunigt (verzögert).
1. Berechnung des Weges während der Reaktionszeit
s = v · t
s = 34,72 m/s · 0,8 s
s = 27,78 m
2. Berechnung des Bremsweges
3. Berechnung des Gesamtweges
sgesamt = 27,78 m + 92,74 m
sgesamt = 121m
Zum gefahrlosen Anhalten wäre eine Entfernung von mindestens 121 m
nötig gewesen.
Lösung
Aufgabe 4 Thermodynamik
Zur Aufgabenstellung
4.1. I Erwärmen
II Schmelzen
III Erwärmen
IV Sieden
V Erwärmen
4.2 In
den Abschnitten II und IV erfolgt eine Aggregatzustandsänderung. Die
zugeführte Energie wird zur Umordnung der Teilchen benötigt.
Lösung
Wahlaufgabe 5: Mechanische Schwingungen und Wellen
Zur Aufgabenstellung
Aufgabe 5.1 Schülerexperiment Fadenpendel
Vorbereitung / Durchführung:
Versuchsaufbau:
Messwerttabelle:
Auswertung:
1.
2. 
3.
4. Tber. »
Tgem
5. Ungenaues Einstellen der Fadenlänge, ungenaue Zeitmessungen
Aufgabe 5.2
5.2.1
5.2.2 ges.: f
geg.: T = 0,01 s
Lösung:
Die Frequenz der Schwingung beträgt 100 Hz.
Aufgabe 5.3
5.3.1 Beispiel: Wasserwellen
Die Ausbreitungsgeschwindigkeit gibt an, wie schnell
sich eine Schwingung im Raum ausbreitet. Man beobachtet also die Ausbreitung
einer einzelnen Schwingung im Wasser, misst Entfernung und für die Ausbreitung
benötigte Zeit und kann so die Ausbreitungsgeschwindigkeit berechnen.
Die Frequenz gibt an, wie viele Schwingungen in einer
Sekunde ausgeführt werden. Dazu muss man bei Wasserwellen die Anzahl
der Wellenberge oder -täler in einer bestimmten Zeit (z. B. 10s) zählen
und dann ausrechnen, wie viele dieser Schwingungen pro Sekunde stattfinden.
Die Wellenlänge ist die Entfernung zwischen zwei
benachbarten Körpern oder Teilchen im gleichen Schwingungszustand. Bei
Wasserwellen könnte man die Wellenlänge also durch Messen des Abstandes
zwischen zwei Wellenbergen bestimmen.
5.3.2 Man muss sich
vor Lärm schützen, um gesundheitliche Schäden (z. B. Schwerhörigkeit)
zu vermeiden.
Eine Möglichkeit des Lärmschutzes zu Hause besteht
in der Verwendung sogenannter "Lärmschutzfenster". Diese bestehen aus
zwei dicken Glasscheiben (unterschiedliche Dicke) und einem breiten Zwischenraum,
so dass der Lärm in möglichst vielen Frequenzbereichen gedämpft
werden kann.
Lösung
Wahlaufgabe 6: Kraft, Arbeit und Energie
Zur Aufgabenstellung
Aufgabe 6.1
Geg.: m = 1050 kg
t = 4,0 s
v = 45 km/h = 12,5 m/s
6.1.1
Ges.: a
Lösung:
Die Beschleunigung beträgt 3,1 m/s².
6.1.2
Ges.: F
Lösung:
Der Motor muss mindestens eine Kraft von 3281,2 N aufbringen.
6.1.3
Ges.: Ekin
Lösung:
Der PKW besitzt eine kinetische Energie von 82000 J.
6.1.4
Die kinetische Energie vervierfacht sich.
Begründung:
Die kinetische Energie berechnet man mit der Gleichung 
.
Es gilt also: Ekin ~ v². Vergrößert
sich nun die Geschwindigkeit auf das Doppelte so vergrößert sich
die kinetische Energie auf das Quadrat der Änderung, also auf das 2²-oder
das 4-fache.
Aufgabe 6.2
6.2.1
Ges.: WHub
Geg.: m = 480 kg
h = 9,2 m
Lösung:
Die Hubarbeit beträgt runf 43300 J.
6.2.2 Die potentielle Energie ist genau so groß
wie die berechnete Hubarbeit, sie beträgt also auch 43300 J.
6.2.3 Potentielle Energie ®
Kinetische Energie ®
Potentielle Energie
6.2.4 Die Summe
aus potentieller und kinetischer Energie in einem geschlossenen Systen ist
konstant.
Aufgabe 6.3
Die Gesamtkraft beträgt etwa 9000 N (berechnet: 9021 N).
Aufgabe 6.4
Das bei diesem Vorgang wirkende Gesetz ist das Trägheitsgesetz:
Ein Körper ändert seinen Bewegungszustand nur dann, wenn eine Kraft
auf ihn einwirkt.
Die Person bewegt sich zunächst mit dem Fahrzeug in gleicher Geschwindigkeit.
Wenn das Fahrzeug seine Geschwindigkeit verringert, verharrt der Körper
der Person, die nicht angeschnallt ist (also keine Kraft auf ihn einwirkt),
weiterhin in dieser Bewegung und wird so nach vorn geschleudert.
Lösung
Wahlaufgabe 7: Elektrizitätslehre
Zur Aufgabenstellung
Aufgabe 7.1
7.1.1
7.1.2 Nach Anlegen einer Gleich- oder Wechselspannung misst
man Spannung oder Stromstärke.
Danach berechnet man den Widerstand, in dem man den Quotienten aus Spannung
und Stromstärke bildet: 
Aufgabe 7.2
7.2.1
7.2.2 Für das Bauelement 1 gilt das Ohmsche Gesetz,
da sich im I-U-Diagramm eine Gerade ergibt und somit gilt U ~ I.
7.2.3 Bauelement 2 könnte eine Glühlampe sein.
Aufgabe 7.3
7.3.1 Der Widerstand des 480 m langen Kupferdrahtes
ist größer als der Widerstand des 120 m langen Kupferdrahtes
(genau genommen vier Mal so groß).
Das Widerstandsgesetz lautet: 
.
Daraus folgt bei gleichem Querschnitt und gleichem Material, dass R ~ l ist.
7.3.2 Der Widerstand des Drahtes mit dem dreifachen Querschnitt
ist kleiner (genau genommen nur ein Drittel des Widerstandes des gegebenen
Kupferdrahtes).
Aufgabe 7.4
7.4.1
7.4.2 ges.: I1; I2
geg.: U = 220 V
P1 = 1100 W; P2
= 1,5 kW = 1500 W
Lösung:
Die Teilstromstärken betragen 5 A und 6,82 A, die Gesamtstromstärke
beträgt 11,82 A.
7.4.3 Es ist eine Unterbrechung des Stromkreises zu erwarten,
da die benötigte Gesamtstromstärke 11,82 A beträgt und damit
die maximale Stromstärke der Sicherung von 10 A überschreitet.
7.4.4 In Haushalten wird keine Reihenschaltung verwendet,
weil
- bei Ausfall eines Gerätes alle elektrischen Geräte im Haushalt
ausfallen würden,
- alle Haushaltgeräte mit unterschiedlichen Spannungen angeboten
werden müssten, was technisch nicht möglich ist.
Aufgabe 7.5
7.5.1 Ges.: Wel
Geg.: t = 8760 h; P = 10 W=0,010 kW
Lösung:
Die verrichtete elektrische Arbeit beträgt 87,6 kWh.
7.5.2 ges.: Kosten
geg.: Preis = 0,24 DM / kWh
Lösung:
Kosten = 87,6 kWh · 0,24 DM / kWh
Kosten = 21,02 DM
Es fallen dabei Kosten in Höhe von 21,02 DM an.
Zur Übersicht
über die Abschlussprüfungen und deren Lösungen
