Schriftliche Abschlussprüfung Physik 1996/97

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 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
- nicht programmierbarer Taschenrechner
- Wörterbuch der deutschen Rechtschreibung

Teil I - Pflichtaufgaben

Aufgabe 1 Mechanik der Flüssigkeiten

Vom Lehrer werden Ihnen zwei Experimente vorgeführt. Dabei werden zwei Körper gleichen Volumens in eine Flüssigkeit gegeben.

1.1 Beobachten Sie jeweils das Verhalten des Körpers.
Notieren Sie Ihre Beobachtungsergebnisse.

1.2 Erklären Sie beide Beobachtungsergebnisse.
Betrachten Sie dabei die wirkenden Kräfte am Körper 1 und am Körper 2.

1.3 Einer der Körper soll in der Flüssigkeit schweben.
Überlegen Sie, welche Veränderungen im Experiment vorgenommen werden müssten, damit der Körper schwebt.
Beschreiben Sie eine Möglichkeit.
Begründen Sie.

Zur Lösung Aufgabe 1

Aufgabe 2 Elektrizitätslehre

Bei einem Experiment wurde für ein Bauelement folgende Messreihe aufgenommen:

2.1 Stellen Sie die Stromstärke in Abhängigkeit von der Spannung in einem Diagramm dar.

2.2 Berechnen Sie für die Spannungen 1 V und 6 V jeweils den elektrischen Widerstand.

2.3 Entscheiden Sie, ob es sich bei dem Bauelement um eine Glühlampe, einen Konstantandraht oder einen Halbleiter handelt.
Begründen Sie Ihre Entscheidung.

Zur Lösung Aufgabe 2

 Aufgabe 3 Mechanische Wellen

3.1 Nennen Sie zwei Eigenschaften mechanischer Wellen.
Erläutern Sie eine davon an einem Beispiel.

3.2 Begründen Sie, warum man bei einem Gewitter im allgemeinen den Donner später hört als den Blitz sieht.

3.3 Beschreiben Sie an einem Beispiel eine Maßnahme zur Schalldämpfung.

Zur Lösung Aufgabe 3

Aufgabe 4 Thermodynamik

Thermosgefäße bewirken, dass die Temperatur erwärmter Flüssigkeiten nur langsam abnimmt.

4.1 Beschreiben Sie den Aufbau eines Thermosgefäßes.

4.2 Erläutern Sie, wie die Wärmeübertragung an die Umgebung vermindert wird.

Zur Lösung Aufgabe 4

Teil II - Wahlaufgaben

Von den folgenden Aufgaben haben Sie nur eine zu lösen.

 Aufgabe 5 Elektrizitätslehre

5.1 Schülerexperiment

Aufgabe:               Bestätigen Sie experimentell das Gesetz U₁ : U₂ = N₁ : N₂ am unbelasteten Transformator.

Vorbereitung:        1. Zeichnen Sie einen entsprechenden Schaltplan.
2. Bereiten Sie eine Messwerttabelle für 4 Messungen vor.

Durchführung:       1. Bauen Sie die Schaltung nach Ihrem Schaltplan auf. Verwenden Sie für die Primärspule 500 Windungen und die      Sekundärspule 1000 Windungen.
2. Lassen Sie die Schaltung vom Lehrer kontrollieren.
3. Führen Sie die Messungen für verschiedene Spannungen durch.
    Wählen Sie die Spannungen im Bereich von 3 V bis 6 V.
4. Notieren Sie Ihre Messwerte.

Auswertung:         1. Werten Sie die Messreihe entsprechend der Aufgabenstellung aus.
2. Geben Sie eine mögliche Fehlerquelle an, die die Genauigkeit Ihrer Messergebnisse beeinflusst.

5.2 Verzweigter Stromkreis

In einem Haushalt sollen zugleich folgende Geräte in einem gemeinsamen Stromkreis betrieben werden: Grill (800 W / 1230 V), Mixer (550 W / 1230 V), Mikrowelle (1200 W / 230 V).

5.2.1 Zeichnen Sie einen entsprechenden Schaltplan, in dem Sie die Geräte als Widerstände darstellen.

5.2.2 Berechnen Sie die Einzelstromstärken und die Gesamtstromstärke.

5.2.3 Ist ein Unterbrechen des Stromkreises zu erwarten, wenn dieser mit einer Sicherung für 10 A abgesichert ist? Begründen Sie.

5.3 Elektrische Leitungsvorgänge

5.3.1 Erläutern Sie das Zustandekommen eines elektrischen Leitungsvorganges im Vakuum.

5.3.2 Ordnen Sie die folgenden Bauteile der abgebildeten Elektronenstrahlröhre den Zahlen zu: Ablenkplatten, Anode, Bildschirm, Heizwendel, Katode, Wehneltzylinder.

5.3.3 Nennen Sie ein Gerät, bei dem die Elektronenstrahlröhre Anwendung findet.

Zur Lösung Aufgabe 5

Aufgabe 6 Mechanik

6.1 Ein PKW kommt beim Bremsen ins Schleudern und rutscht eine Böschung hinab. Ein Abschleppfahrzeug zieht das Auto (Masse 1,2 t) mit einer Motorwinde wieder auf die Straße. Dabei wird ein Höhenunterschied von 2,50 m überwunden. Die Länge der Böschung beträgt 5,00 m.

6.1.1 Erklären Sie den Unterschied zwischen aufzuwendender Zugkraft der Motorwinde und Gewichtskraft des PKW.

6.1.2 Ermitteln Sie die Zugkraft, die von der Motorwinde aufzubringen ist.

6.1.3 Berechnen Sie die von der Motorwinde zu verrichtende mechanische Arbeit.

6.1.4 Erläutern Sie den Einfluss des Neigungswinkels a der Böschung auf die wirkenden Kräfte und die zu verrichtende mechanische Arbeit.

6.2 Die Abbildung zeigt eine "Gegenzug-Pendelleuchte".

6.2.1 Welche kraftumformenden Einrichtungen erkennen Sie?

6.2.2 Erläutern Sie das Prinzip dieser Aufhängung.

6.2.3 Das Gegengewicht übt eine Gewichtskraft von 56 N aus. Bestimmen Sie die Gewichtskraft der Lampe. (Die Gewichtskraft der Aufhängung wird nicht berücksichtigt.)

6.3 Die Abbildung zeigt das Sicherheitsventil eines Dampfkessels.

6.3.1 Welche kraftumformende Einrichtung findet Anwendung?

6.3.2 Berechnen Sie den Abstand des Gegengewichts (4 N) vom Drehpunkt, wenn der Dampf bei einer Kraft von 20 N auf das Ventil entweichen soll.

6.4 Zwei Jugendliche gleicher Masse stehen sich auf Inline-Skates so gegenüber, dass sich ihre Handflächen berühren. Einer der beiden stößt sich vom anderen ab.

6.4.1 Beschreiben Sie, was zu erwarten ist.

6.4.2 Formulieren Sie das entsprechende physikalische Gesetz.

6.4.3 Erläutern Sie ein weiteres Beispiel, das die Gültigkeit dieses physikalischen Gesetzes belegt.

Zur Lösung Aufgabe 6

Aufgabe 7 Optik

7.1 Sonnenlicht soll in seine Spektralfarben zerlegt werden. Skizzieren Sie eine mögliche Experimentieranordnung.
Erläutern Sie das Zustandekommen des Spektrums.

7.2 Bei einem Experiment zum Brechungsgesetz wird der Übertritt einfarbigen Lichtes aus einem halbrunden Kronglaskörper in die angrenzende Luft untersucht (siehe Skizze).

7.2.1 Berechnen Sie den Brechungswinkel für den Übergang von Kronglas nach Luft, wenn der Einfallswinkel 30° beträgt.
Stellen Sie den gesamten Strahlenverlauf zeichnerisch dar.

7.2.2 Beim Überschreiten eines bestimmten Einfallswinkels (Grenzwinkel) tritt Totalreflexion ein.
Was versteht man unter Totalreflexion?
Überprüfen Sie rechnerisch, ob diese Erscheinung beim Einfallswinkel 50° eintreten kann.

7.2.3 Nennen Sie eine mögliche Anwendung der Totalreflexion.

7.3 Eine Kerzenflamme wird mit Hilfe einer Sammellinse auf einem 60 cm von der Linse entfernten Schirm abgebildet. Das wirkliche (reelle), umgekehrte Bild der Kerzenflamme ist 18 cm hoch, die Sammellinse hat die Brennweite 10 cm.

7.3. 1 Zeichnen Sie den Strahlenverlauf, verwenden Sie einen geeigneten Maßstab.

7.3.2 Ermitteln Sie die Höhe der Flamme und deren Entfernung von der Linse.

7.4 Erläutern Sie an Hand einer Skizze die Bildentstehung im Auge oder in einem optischen Gerät.

Zur Lösung Aufgabe 7

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