Schriftliche Abschlussprüfung Physik 1994/95
Die schriftliche Abschlussprüfung besteht aus 2 Teilen:
Teil I (Pflichtaufgaben)
Teil 11 (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 Wahlaufgabe 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
- beiliegende Zusammenstellung von ausgewählten Wertetafeln
- nicht programmierbarer Taschenrechner
- Duden (Deutsche Rechtschreibung)
Teil I (Pflichtaufgaben)
Aufgabe 1: Schwingungen und Wellen
Vom Lehrer wird Ihnen ein Experiment vorgeführt. Zwei Pendel haben gleiche Länge und gleiche Masse. Ihnen werden durch gleiche Auslenkung einmalig gleiche Energien zugeführt. Der Schwingungsvorgang wird ausgelöst. Nach 10 Schwingungen wird das Experiment abgebrochen.
1.1 Beobachten Sie die Durchführung
des Experiments!
Notieren Sie das Ergebnis Ihrer Beobachtung!
1.2 Begründen Sie das unterschiedliche Verhalten der Pendel!
1.3 Ultraschallwellen
verwendet man z. B., um mit Hilfe des Echolotverfahrens Meerestiefen zu bestimmen. Aus der
Laufzeit der Wellen wird die Entfernung zum Meeresboden berechnet.
Welche Eigenschaft mechanischer Wellen wird hier angewendet?
1.4 Ein am
Schiffsrumpf angebrachter Schallgeber sendet Schallwellen im
Frequenzbereich von 20 kHz bis 600 kHz aus. Sei einer Wassertemperatur von 4 °C
empfängt der Echoempfänger die Schallwelle nach 0,7s.
Berechnen Sie die Meerestiefe!
Auf einer Modellbahnanlage (12 V) soll eine Glühlampe (3,5 V / 200 mA) für eine Hausbeleuchtung angebracht werden. Um die Glühlampe anzuschließen, muss ein Vorwiderstand eingebaut werden
2.1 Zeichnen Sie einen entsprechenden Schaltplan!
2.2 Geben Sie die Spannung an, die an diesem Vorwiderstand anliegen muss!
2.3 Berechnen Sie den elektrischen Widerstand des erforderlichen Vorwiderstandes!
2.4 Für den Aufbau der Schaltung stehen technische
Widerstände von 33 2, 47 Ohm und 490 9 zur Verfügung.
Begründen Sie, welcher dieser Widerstände als Vorwiderstand gewählt werden muss!
2.5 Berechnen Sie die elektrische Leistung der Glühlampe!
Die Heizung eines Zweifamilienhauses kann 800 1 Wasser pro Stunde erwärmen. Die Temperatur des Wassers soll von 12°C auf 78°C erhöht werden. (Für Wasser gilt: 1 l entspricht 1 kg)
3.1 Berechnen Sie die erforderliche Wärme!
3.2 Nennen Sie zwei Möglichkeiten, um im Haushalt Wärmeverluste gering zu halten!
4.1 Beschreiben Sie die Energieumwandlungen, die notwendig sind, um aus Brennstoffen elektrische Energie zu gewinnen! Berücksichtigen Sie die Aggregate Dampferzeuger, Dampfturbine, Generator, Transformator.
4.2 Der Wirkungsgrad einer solchen Anlage beträgt h = 0,42 (42 Prozent).
Erläutern Sie diese Angabe.
4.3 Nennen Sie die Gültigkeitsbedingungen für den Energieerhaltungssatz der Mechanik!
Teil II (Wahlaufgaben)
Von den folgenden Aufgaben haben Sie nur eine zu lösen.
5.1 Welche Voraussetzungen müssen erfüllt sein, damit elektrischer Strom fließen kann?
5.2 Halbleiterwiderstand
5.2.1 Ein Halbleiterwiderstand wird erwärmt, U = konstant.
Wie ändern sich
a) der elektrische Widerstand und
b) die Stromstärke?
Begründen Sie!
5.2.2 Wozu kann ein Halbleiterwiderstand genutzt werden?
5.3 Elektromagnetische Induktion
5.3.1 Unter welchen Bedingungen kann eine Induktionsspannung entstehen?
5.3.2 Beschreiben Sie anhand einer Skizze den Aufbau eines Transformators!
5.3.3 Erklären Sie die Wirkungsweise des Transformators!
5.3.4 Welche Spannung kann auf der Sekundärseite eines unbelasteten
Transformators abgegriffen werden, wenn an der Primärseite eine Wechselspannung von 48 V
anliegt?
Die felderzeugende Spule (Primärspule) hat 1000 Windungen, die Induktionsspule
(Sekundärspule) hat 125 Windungen.Begründen Sie!
5.4 Schülerexperiment
Aufgabe: Ermitteln Sie den elektrischen Widerstand einer Spule (1000 Windungen) mit geschlossenem Eisenkern im Gleich- und Wechselstromkreis!
Vorbereitung: 1 . Entwerfen Sie
einen Schaltplan!
2. Entwerfen Sie eine Messwerttabelle!
Durchführung: 1. Bauen Sie die
Schaltung auf! Lassen Sie die Schaltung vom Lehrer überprüfen!
2. Messen Sie jeweils Spannung und Stromstärke bei Verwendung von Gleich- und
Wechselspannung! (Buchsenkombination 2 V - 8 V)!
3. Notieren Sie die Werte in der Tabelle!
Auswertung: 1 .
Berechnen Sie den elektrischen Widerstand der Spule im Gleich- und Wechselstromkreis!
2. Vergleichen Sie die Widerstände! Begründen Sie!
6.1 Ein schmales
Lichtbündel trifft auf einen Winkelspiegel (siehe Skizze) und wird reflektiert.
6.1.1 Übernehmen Sie die Skizze! Zeichnen Sie den weiteren Strahlenverlauf bei einem Einfallswinkel von 60°!
6.1 .2 Kennzeichnen Sie einen Einfalls- und den zugehörigen Reflexionswinkel
6. 1.3 Welche Lage nehmen der einfallende und der aus dem Winkelspiegel austretende Strahl zueinander ein?
6.2
Ein schmales einfarbiges Lichtbündel trifft unter einem Einfallswinkel
a1
= 40° auf eine Platte aus Polystyrol
6.2.1 Berechnen Sie den Brechungswinkel beim Übergang des Lichtes in die Platte!
6.2.2 Zeichnen Sie den vollständigen Strahlenverlauf einschließlich des Austritts aus der Platte!
6.2.3 Wie groß muss der Einfallswinkel a1 gewählt werden, damit das Licht an den Oberflächen nicht gebrochen wird?
6.3 Vor einer Sammellinse mit einer Brennweite f = 3 cm
steht in einer Entfernung von 7 cm ein 1,5 cm hoher Gegenstand auf der optischen Achse.
(Als Gegenstand soll ein Pfeil gezeichnet werden, dessen Fußpunkt sich auf der optischen
Achse befindet.)
6.3.1 Konstruieren Sie das Bild des Gegenstandes!
6.3.2 Wie weit ist das Bild von der Linse entfernt?
6.3.3 Vergleichen Sie Bild- und Gegenstandsgröße! Bei welchem optischen Gerät wird diese Art der Bildentstehung genutzt?
6.4 Einfarbiges Licht tritt in der angegebenen Weise in einen schwarzen Kasten, in dem sich ein optisches Bauteil befindet, ein und wieder heraus.
6.4.1 Nennen Sie zwei verschiedene optische Bauteile, die sich im Inneren des Kastens befinden können!
6.4.2 Übernehmen Sie die Skizze!
Zeichnen Sie einen möglichen Strahlenverlauf und das Bauteil ein!
7.1 Die Fahrt eines PKW von
einer Ampel zur nächsten Ampel wird beobachtet und untersucht.
Das Fahrzeug wird aus dem Stand gleichmäßig 6 s lang mit 2,1 m/s² beschleunigt.
Mit der erreichten Geschwindigkeit fährt es 5 s weiter.
Durch eine Verzögerung (negative Beschleunigung) von 4,2 m/s² kommt der PKW an der
nächsten Ampel zum Stehen.
7.1.1 Welche Höchstgeschwindigkeit erreicht der PKW (in km/h)?
7.1.2 Welchen Weg legt das Auto während der Beschleunigung zurück?
7.1.3 Welchen Weg legt das Auto mit konstanter Geschwindigkeit zurück?
7.1.4 Berechnen Sie den Bremsweg!
7.1.5 Wie groß ist die Entfernung zwischen den Ampeln?
7.2 Für eine Bewegung eines
Körpers wurden folgende Messwerte aufgenommen:
t in s |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
s in m |
0 |
0,75 |
3,00 |
6,75 |
12,00 |
7.2.1 Zeichnen Sie das Weg - Zeit - Diagramm!
.2.2 Welchen Weg hat der Körper nach 2,5 s zurückgelegt?
7.2.3 Welche Bewegungsart liegt vor?
7.3 Begründen Sie mit einem physikalischen Gesetz, warum die Fahrgäste in einem Bus beim Anfahren nach hinten und beim Bremsen nach vorn gedrückt werden!
7.4 Berechnen Sie die Geschwindigkeit in km/h , die ein Wasserspringer beim Springen vom 10m-Turm im Moment des Eintauchens in das Wassererreicht!
7.5 Welche Schubkraft muss eine Rakete mit einer Masse von 100 t mindestens haben, damit sie vom Erdboden abheben kann? Begründen Sie!
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