Schriftliche Abschlussprüfung Physik 1997/98

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 1 - Pflichtaufgaben

Aufgabe 1 Elektrizitätslehre

Vom Lehrer werden Ihnen zwei Experimente nach folgendem Schaltplan vorgeführt. Für jedes Experiment wird eine andere Spannungsart verwendet.

1.1 Beobachten Sie in beiden Experimenten die Glühlampen L₁ und L₂ nach dem Einschalten und notieren Sie Ihre Beobachtungsergebnisse.

1.2 Geben Sie für jedes Experiment die verwendete Spannungsart an und begründen Sie jeweils Ihre Entscheidung.

Zur Lösung Aufgabe 1

Aufgabe 2 Mechanische Schwingungen

2.1 In einem Experiment soll die Periodendauer einer mechanischen Schwingung bestimmt werden.

2.1.1 Skizzieren Sie einen möglichen Aufbau.
Beschreiben Sie Durchführung und Auswertung.

2.1.2 Geben Sie eine Möglichkeit zur Verringerung der Periodendauer an.

2.2 Für eine mechanische Schwingung wurden eine Amplitude von 1,80 m und eine Periodendauer von 3,6 s festgestellt.

2.2.1 Zeichnen Sie ein zugehöriges y-t-Diagramm für mindestens zwei Perioden.

2.2.2 Berechnen Sie die Frequenz dieser Schwingung.

Zur Lösung Aufgabe 2

Aufgabe 3 Optik

Ein Lichtstrahl trifft, aus der Luft kommend, unter einem Einfallswinkel von 48° auf eine Glasplatte aus leichtem Kronglas. Nach zweimaliger Brechung tritt der Lichtstrahl wieder aus.

3.1 Berechnen Sie den Brechungswinkel beim Übergang von Luft in Glas.

3.2 Skizzieren Sie den vollständigen Strahlenverlauf.

3.3 Vergleichen Sie die Richtungen des einfallenden und des aus der Glasplatte austretenden Lichtstrahls.

Zur Lösung Aufgabe 3

Aufgabe 4 Mechanik

Mit Hilfe eines Schrägaufzuges (Länge 10 m) werden Paletten mit Dachziegeln auf den Dachstuhl eines Hauses befördert. Der Höhenunterschied beträgt 5 m.

4.1 Skizzieren Sie den beschriebenen Sachverhalt.

4.2 Ermitteln Sie die Zugkraft für die Beförderung einer Palette mit der Masse 40 kg.

4.3 Kann mit Hilfe eines Schrägaufzugs mechanische Arbeit gespart werden?
Begründen Sie Ihre Antwort.

Zur Lösung Aufgabe 4

Teil II - Wahlaufgaben

Von den folgenden Aufgaben haben Sie nur eine zu lösen.

Aufgabe 5 Thermodynamik

5.1 Schülerexperiment

Aufgabe: Untersuchen Sie den Temperaturverlauf beim Erwärmen von 100 g Wasser in einem Zeitraum von 5 min.

Vorbereitung:        Wärmen Sie die Heizplatte einige Minuten vor.
Der Temperaturverlauf ist in Abständen von 30 s zu beobachten.
Bereiten Sie eine entsprechende Meßwerttabelle vor.

Durchführung:       1 . Bestimmen Sie die Anfangstemperatur des Wassers.
2. Führen Sie die weiteren Temperaturmessungen während der Erwärmung durch. Notieren Sie Ihre Meßwerte.

Auswertung:         1 . Stellen Sie die Temperatur des Wassers in Abhängigkeit von der Zeit in einem Diagramm dar.
2. Formulieren Sie in Worten den Zusammenhang zwischen den beiden Größen.

5.2 Wirkungsgrad der Versuchsanordnung

5.2.1 Berechnen Sie die in 5 min von der Heizplatte abgegebene Energie. (Die Leistung der Heizplatte wird Ihnen vom Lehrer mitgeteilt.)

5.2.2 Berechnen Sie die vom Wasser aufgenommene Energie.

5.2.3 Berechnen Sie den Wirkungsgrad.

5.2.4 Begründen Sie, warum die Versuchsanordnung nicht den Wirkungsgrad 100 % erreicht.

5.2.5 Geben Sie eine mögliche Änderung der verwendeten Versuchsanordnung an, die zu einer Verbesserung des Wirkungsgrades beitragen kann.

5.3 Aggregalzustandsänderungen

5.3.1 Während des Schülerexperimentes konnten Sie das Beschlagen der Gefäßwand beobachten. Es bildeten sich Tropfen. Ordnen Sie den entsprechenden physikalischen Vorgang zu. Erklären Sie diesen.

5.3.2 Stellen Sie sich vor, dem Wasser wird weiterhin ohne Unterbrechung Wärme zugeführt.
Beschreiben Sie den weiteren Temperaturverlauf.
Benennen und erklären Sie den ablaufenden physikalischen Vorgang.

Zur Lösung Aufgabe 5

Aufgabe 6 Elektrizitätslehre

6.1 In einem Stromkreis sind zwei Stromstärke- und zwei Spannungsmeßgeräte so angeordnet, wie es der Schaltplan zeigt.

6.1.1 Geben Sie die Stromstärke I₂an.

6.1.2 Berechnen Sie die Spannung U₂ am Widerstand R₂.

6.1.3 Berechnen Sie die Widerstände R₁ und R₂.

6.2    Eine Glühlampe hat die Anschlußwerte 6,0 V und 5,0 W. Um sie an einer 12 V-Spannungsquelle betreiben zu können, ist ein Vorwiderstand nötig.

6.2.1 Zeichnen Sie einen entsprechenden Schaltplan.

6.2.2 Berechnen Sie den Vorwiderstand.

6.3    In einem Haushalt werden zahlreiche elektrische Geräte, wie z. B. Leuchten, Radio, Fernsehgerät, Kochplatte, Kaffeemaschine, Kühlschrank und Waschmaschine, benutzt.

6.3.1 Geben Sie zwei Gründe an, weshalb diese Geräte nicht in Reihenschaltung betrieben werden.

6.3.2 Erläutern Sie eine Möglichkeit zur Einsparung von Elektroenergie im Haushalt.

6.4     Geräte der Unterhaltungselektronik mit Fernbedienung werden oft nicht gänzlich abgeschaltet, sondern in Betriebsbereitschaft (Stand-by-Betrieb) belassen. Dabei kann die Leistungsaufnahme immer noch bis zu 10 W betragen.

6.4.1 Ermitteln Sie die während eines Jahres verrichtete elektrische Arbeit, wenn das Gerät durchschnittlich 18 Stunden pro Tag im Stand-by-Betrieb belassen wird.

6.4.2 Berechnen Sie die dadurch entstehenden Kosten. Gehen Sie vom Preis 0,27 DM für 1 kWh aus.

6 5     Bei einer Wohnungsrenovierung soll die bisherige, insgesamt 50 m lange Aluminiumleitung mit dem Querschnitt 1,6 mm², durch eine gleich lange Kupferleitung ersetzt werden. Berechnen Sie den Querschnitt dieser Kupferleitung, wenn der Widerstand beider Leitungen gleich sein soll.

Zur Lösung Aufgabe 6

Aufgabe 7 Energie, Umwelt, Mensch

7.1 Straßenverkehr

7.1.1 Berechnen Sie die kinetische Energie eines PKW (m=1500 kg), wenn er mit  einer Geschwindigkeit von 50 km/hfährt.

7.1.2 Der PKW erhöht seine Geschwindigkeit von 50 km/h auf 100 km/h
Ermitteln Sie, um welchen Faktor sich die kinetische Energie ändert.

7.1.3 Der PKW nähert sich mit der Geschwindigkeit von 100 km/h dem Ende eines Staus.
Beschreiben Sie, was beim plötzlichen Abbremsen des PKW mit den darin befindlichen Personen und Gegenständen passiert.
Begründen Sie Ihre Aussage mit Hilfe eines physikalischen Gesetzes.

7.1.4 Nennen Sie eine technische Möglichkeit, Verletzungsgefahren beiAuffahrunfällen zu vermindern

7.2 Luftdruck

7.2.1 Erläutern Sie ein Experiment zum Nachweis des Luftdrucks.

7.2.2 Ballons werden im Wetterdienst eingesetzt, um den Luftdruck und die Temperatur während des Aufstieges zu messen. Begründen Sie, warum der Ballon aufsteigt und geben Sie die wirkenden Kräfte an, die zum Aufsteigen führen.

7.3 Wechselstromgeneratoren

7.3.1 Ein Fahrraddynamo ist ein Wechselstromgenerator.

Bezeichnen Sie die gekennzeichneten Teile.

7.3.2 Erläutern Sie die Wirkungsweise.

7.3.3 Geben Sie die wesentliche Energieumwandlung an.

7.4 Radioaktive Strahlung

7.4.1 Leiten Sie eine Strahlenschutzmaßnahme aus den Eigenschaften der radioaktiven Strahlen ab.

7.4.2 Stellen Sie den Vorteilen der Kernenergienutzung die Sicherheitsrisiken gegenüber.

Zur Lösung Aufgabe 7

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