Schriftliche Abschlussprüfung Physik 1993/94
Die schriftliche Abschlussprüfung besteht aus 2 Teilen:
Teil I (Pflichtaufgaben)
Teil II (Wahlaufgaben)
Vor der planmäßigen Arbeitszeit stehen Ihnen 15 Minuten zum Vertrautmachen mit den Aufgaben zur Verfügung.
Nachdem Sie den Text von Aufgabe 1 gelesen haben, wird Ihnen ein Demonstrationsexperiment gezeigt.
Die Arbeitszeit zur Lösung aller Aufgaben beginnt erst nach Beendigung dieses Experiments und beträgt 150 Minuten.
Es ist kein Konzept erforderlich.
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.
Sie dürfen folgende Hilfsmittel verwenden:
- Tabellen- und Formelsammlung ohne ausführliche Musterbeispiele sowie
ohne Wissensspeicheranhang
- nicht programmierbarer Taschenrechner
- Duden (Deutsche Rechtschreibung)
Teil I (Pflichtaufgaben)
Aufgabe 1: Demonstrationsexperiment
Sie sollen herausfinden, welches Bauelement sich in einem undurchsichtigen Kasten befindet. Dazu wird Ihnen vom Lehrer ein Experiment vorgeführt.
Experimenteller Aufbau:
Eine Spannungsquelle, eine Glühlampe, ein Schalter und ein elektrisches Bauelement, das sich in einem undurchsichtigen Kasten befindet, sind in Reihe geschaltet.
Das Experiment besteht aus 3 Teilen. Die Spannungsquelle liefert:
a) eine Gleichspannung,
b) eine Gleichspannung mit entgegengesetzter Polarität,
c) eine Wechselspannung.
1.1 Beobachten Sie die Glühlampe! Notieren Sie Ihre Beobachtungen für alle 3 Teile des Experiments!
1.2 Zeichnen Sie den Schaltplan der Experimentieranordnung!
1.3 Bestimmen Sie, weiches elektrische Bauelement sich in dem Kasten befindet!
1.4 Begründen Sie Ihre Entscheidung!
In einem Experiment wurde der Zusammenhang zwischen der Temperatur und der Stromstärke eines metallischen Leiters untersucht. Bei einer konstanten Spannung von 6,0 V wurden folgende Werte gemessen:
|
n in °C |
20
|
30
|
40
|
50
|
60
|
70
|
80
|
|
I in mA
|
3,75
|
3,63
|
3,5
|
3,37
|
3,25
|
3,12
|
3,00
|
2.1 Tragen Sie die Werte in ein I -n - Diagramm ein und zeichnen Sie den Graphen!
2.2 Welchen Zusammenhang zwischen der Temperatur eines metallischen Leiters und seinem Widerstand bestätigt der Kurvenverlauf?
2.3 Überprüfen Sie Ihre Aussage durch Berechnung des elektrischen Widerstands bei 20°C und bei 80°C!
2.4 Begründen Sie diese Temperaturabhängigkeit!
Ein Pkw fährt auf der Autobahn mit einer Geschwindigkeit von 125 km/h. Beim Überfahren einer Bergkuppe sieht der Fahrer das Ende eines Staus, das sich 75 m vor ihm befindet. Nach einer Reaktionszeit von 0,8 s betätigt er die Bremse. Trotz Vollbremsung, die Bremsverzögerung beträgt 6,5 m/s², kommt es zum Unfall.
Berechnen Sie die Entfernung, die zum gefahrlosen Anhalten nötig gewesen wäre!
Im folgenden Diagramm ist das Verhalten von Wasser in unterschiedlichen Aggregatzuständen bei gleichmäßiger Zufuhr von Wärme dargestellt.
4.1 Ordnen Sie den Abschnitten I bis V den jeweiligen physikalischen Vorgang zu!
4.2 Erläutern Sie, weshalb sich in den Abschnitten II und IV trotz Energiezufuhr die Temperatur nicht ändert!
Teil II (Wahlaufgaben)
Von den folgenden Aufgaben haben Sie nur eine zu lösen
Aufgabe 5: Mechanische Schwingungen und Wellen
5.1 Schülerexperiment: Fadenpendel oder Federschwinger
Wählen Sie nur eines der Schülerexperimente!Aufgabe:
Untersuchen Sie die Abhängigkeit der Periodendauer T eines Fadenpendels von seiner Länge l!Vorbereitung:
1. Skizzieren Sie den Versuchsaufbau!
2. Entwerfen Sie eine Messwerttabelle für die Pendellängen 0, 15 m; 0,3 m; 0,45 m und 0,6 m!Durchführung:
1. Bauen Sie die Experimentieranordnung nach Ihrer Skizze auf!
2. Messen Sie jeweils die Zeit für 10 Schwingungen und bestimmen Sie daraus die Periodendauer!
3. Notieren Sie die Werte in der Tabelle!Auswertung:
1. Zeichnen Sie entsprechend Ihrer Messwertreihe ein T-l-Diagramm!
2. Welcher Zusammenhang besteht zwischen der Periodendauer und der Pendellänge?
3. Berechnen Sie die Periodendauer für die Pendellänge 0,6 m!
4. Vergleichen Sie den berechneten Wert mit dem gemessenen Wert der Periodendauer!
5.Geben Sie eine mögliche Fehlerquelle beim Experimentieren an!
Aufgabe:
Untersuchen Sie die Abhängigkeit der Periodendauer T eines Federschwingers von der Masse m!Vorbereitung:
1. Skizzieren Sie den Versuchsaufbau!
2. Entwerfen Sie eine Messwerttabelle für die Massen 40g; 60g; 80g und 100g!Durchführung:
1. Bauen Sie die Experimentieranordnung nach Ihrer Skizze auf!
2. Messen Sie jeweils die Zeit für 10 Schwingungen und bestimmen Sie daraus die Periodendauer!
3. Notieren Sie die Werte in der Tabelle!Auswertung:
1. Zeichnen Sie entsprechend Ihrer Messwertreihe ein T-m-Diagramm!
2. Welcher Zusammenhang besteht zwischen der Periodendauer und der Masse?
3. Berechnen Sie die Periodendauer für die Masse 100g! (Den Wert der Federkonstante teilt Ihnen der Physiklehrer mit.)
4. Vergleichen Sie den berechneten Wert mit dem gemessenen Wert der Periodendauer!
5. Geben Sie eine mögliche Fehlerquelle beim Experimentieren an!
5.2 Eine Schwingung hat eine Periodendauer von 0,01 s bei gleichbleibender Amplitude von 1,5cm.
5.2.1 Zeichnen Sie das zugehörige y - t - Diagramm für zwei Perioden!
5.2.2 Berechnen Sie die Frequenz der Schwingung!
5.3 Mechanische Wellen
5.3.1 Erläutern Sie an einem selbstgewählten Beispiel die folgenden Merkmale mechanischer Wellen: Ausbreitungsgeschwindigkeit, Frequenz, und Wellenlänge!
5.3.2 Begründen Sie die Notwendigkeit des Lärmschutzes!Beschreiben Sie mögliche Maßnahmen an einem Beispiel!
Aufgabe 6: Kraft, Arbeit und Energie
6.1 Ein Pkw hat mit Insassen eine Gesamtmasse von 1050 kg. Er wird innerhalb von 4,0 s aus dem Stand auf eine Geschwindigkeit von 45 km/h beschleunigt.
6.1.1 Berechnen Sie die Beschleunigung!
6.1.2 Welche Kraft muss dabei der Motor mindestens aufbringen?
6.1.3 Welche kinetische Energie besitzt der Pkw bei dieser Geschwindigkeit?
6.1.4 Auf das Wievielfache vergrößert sich die kinetische Energie, wenn sich die Geschwindigkeit verdoppelt?
Begründen Sie!
6.2 Bei einer Achterbahn (Berg- und Talbahn) werden die Wagen zunächst mit Hilfe eines Motors von A nach B gezogen und rollen
dann selbständig weiter.
6.2.1 Welche Hubarbeit verrichtet der Motor beim Hochziehen eines Wagens, wenn die Gesamtmasse 480 kg beträgt?
6.2.2 Wie groß ist die potentielle Energie des Wagens in dieser Höhe?
6.2.3 Beschreiben Sie die von B nach D ablaufenden Energieumwandlungen (Reibung wird vernachlässigt.)!
6.2.4 Nennen Sie den zugrunde liegenden Energieerhaltungssatz der Mechanik im Wortlaut!
6.2.5 Berechnen Sie die Geschwindigkeit des Wagens im Abschnitt C (Reibung wird vernachlässigt)!
6.3 Zwei Schlepper ziehen ein Schiff in den Hafen. Jeder der Schlepper zieht mit einer Kraft von 4800 N. Der Winkel zwischen den Kräften beträgt 40°.
Ermitteln Sie zeichnerisch die Gesamtkraft!6.4 Beim plötzlichen Bremsen wird eine Person, die keinen Sicherheitsgurt angelegt hat, nach vom geschleudert. Begründen Sie diesen Vorgang mit Hilfe eines physikalischen Gesetzes!
7.1 Ein unbekannter Widerstand soll ermittelt werden.
7.1.1 Zeichnen Sie einen Schaltplan dieser Experimentieranordnung!
7.1.2 Beschreiben Sie die Vorgehensweise!
7.2 Bei Messungen für zwei elektrische Bauelemente 1 und 2 wurden folgende Werte ermittelt:
| U in V | 1 | 2 | 4 | 5 | 7 |
| I1 in mA | 140 | 285 | 560 | 695 | 980 |
| I2 in mA | 175 | 300 | 455 | 515 | 595 |
7.2.1 Tragen Sie die Messwerte für Bauelement 1 und 2 in ein I-U-Diagramm ein! Zeichnen Sie die beiden Graphen!
7.2.2 Für welches der beiden Bauelemente gilt das Ohmsche Gesetz? Begründen Sie!
7.2.3 Welches der beiden Bauelemente könnte eine Glühlampe sein?
7.3 Ein Kupferdraht ist 120 m lang.
7.3.1 Vergleichen Sie seinen Widerstand mit dem Widerstand eines 480 m langen Kupferdrahtes bei gleichem Querschnitt! Begründen Sie!
7.3.2 Vergleichen Sie seinen Widerstand mit dem Widerstand eines gleichlangen Kupferdrahtes mit dreifachem Querschnitt!
7.4 In einem Haushalt werden gleichzeitig ein Staubsauger (220 V/1100 W) und ein Heißwasserspeicher (220 V/1.5 kW) in einem gemeinsamen Stromkreis betrieben.
7.4.1 Zeichnen Sie einen Schaltplan, in dem Sie die Geräte als Ohmsche Widerstände darstellen!
7.4.2 Berechnen Sie die Teilstromstärken und die Gesamtstromstärke!
7.4.3 Ist ein Unterbrechen des Stromkreises zu erwarten, wenn dieser mit einer 10 A - Sicherung abgesichert ist? Begründen Sie Ihre Antwort!
7.4.4 Erklären Sie, weshalb in Haushalten keine Reihenschaltung verwendet wird!
7.5 Ein Fernsehgerät ist im Jahr 8760 Stunden im Stand-by-Betrieb (Betriebsbereitschaft) bei einer Leistungsaufnahme von 10 W.
7.5.1 Berechnen Sie die verrichtete elektrische Arbeit!
7.5.2 Wie hoch sind die dabei entstehen den Kosten, wenn man 0,24 DM für 1 kWh bezahlen muss?
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