Schriftliche Abschlussprüfung Physik Allgemeine Arbeitshinweise

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1 Sächsisches Staatsministerium für Kultus Schuljahr 1991/92 Geltungsbereich: für Klassen 10 an Polytechnischen Oberschulen, Volkshochschulen Beruflichen Schulen Erweiterten Oberschulen Förderschulen Spezialschulen Schriftliche Abschlussprüfung Physik Allgemeine Arbeitshinweise 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. 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: - Duden - einen nicht programmierbaren Taschenrechner - eine im Freistaat Sachsen zugelassene Formel- und Tabellensammlung ohne Wissensspeicheranhang. Seite 1 von 6

2 Teil I (Pflichtaufgaben) Lösen Sie die folgenden vier Aufgaben! Aufgabe 1: Demonstrationsexperiment Vom Lehrer wird Ihnen ein Experiment mit einer Spule mit Eisenkern vorgeführt. Das Experiment gliedert sich in zwei Teile. In einem Teil des Experiments wird an die Spule eine Gleichspannung von 6 V, im anderen Teil wird eine Wechselspannung von 6 V angelegt. (Die angegebene Reihenfolge muss nicht mit der Reihenfolge im Experiment übereinstimmen!) Zum Nachweis des Stromflusses dient eine Glühlampe Beobachten Sie jeweils die Glühlampe nach dem Einschalten! Notieren Sie das Ergebnis Ihrer Beobachtungen! 1.2. Skizzieren Sie den Schaltplan der Experimentieranordnung! 1.3. Geben Sie für jeden Teil des Experiments die Spannungsart an! Begründen Sie Ihre Entscheidung! Aufgabe 2: Mechanik Beim Hausbau wird zum Heben der Baumaterialien eine Zugvorrichtung benutzt, die aus einem Seil, einer festen Rolle, einer losen Rolle sowie einem Elektromotor besteht. Mit dieser Vorrichtung wird ein Balken der Masse 75 kg innerhalb von 12 s vom Boden senkrecht in das 6 m höher gelegene Dachgeschoss gehoben Fertigen Sie eine Skizze der Zugvorrichtung an! 2.2. Bestimmen Sie die vom Motor aufzubringende Zugkraft! Begründen Sie Ihre Antwort! 2.3. Berechnen Sie die am Balken verrichtete Arbeit! Seite 2 von 6

3 Aufgabe 3: Leitungsvorgänge 3.1. Von einem Heißleiter wurde das nebenstehende Diagramm bei einer anliegenden Spannung von 6 V aufgenommen. Wie groß ist der elektrische Widerstand des Heißleiters bei einer Temperatur von 60 C? 3.2. Bei einem Experiment wurde für ein Bauelement folgende Messreihe aufgenommen: U in V I in ma Gilt das Ohmsche Gesetz? Begründen Sie Ihre Aussage! Welches der folgenden Bauelemente wurde benutzt: a) eine Glühlampe; b) ein Konstantandraht; c) ein Heißleiter? Aufgabe 4: Thermodynamik 4.1. Der Kessel einer Heißwasseranlage enthält Wasser. Berechnen Sie die Wärme, die erforderlich ist, um diese Wassermenge von 82 C zu erwärmen! (Hinweis: Für Wasser gilt 1 Liter entspricht 1 kg) 20 C auf 4.2. Beschreiben Sie die grundsätzlichen physikalischen Vorgänge im Arbeitstakt eines 4- Takt-Otto-Motors oder eines 4-Takt-Diesel-Motors! Seite 3 von 6

4 Teil II (Wahlaufgaben) Von den folgenden Aufgaben haben Sie nur eine zu lösen. Aufgabe 5: Optik 5.1. Ein einfarbiger Lichtstrahl tritt unter dem Einfallswinkel 40 aus der Luft in einen Quader aus Polystyren (Polystyrol) ein und verlässt ihn nach zweimaliger Brechung wieder. Zeichnen Sie den Strahlenverlauf! Ermitteln Sie die dazu erforderlichen Winkel! Hinweis: Brechungsgesetz: sin a sin b = c 1 c 2 ; c1 bzw. c 2 : Lichtgeschwindigkeit im jeweiligen Medium 5.2. Was versteht man unter Totalreflexion? Unter welchen Bedingungen findet sie statt? 5.3. Eine Kerzenflamme wird mit Hilfe einer Sammellinse von 10 cm Brennweite auf einem Schirm abgebildet. Die Gegenstandsweite soll 26 cm betragen. Bestimmen Sie experimentell die Bildweite! Fertigen Sie eine Skizze für die Versuchsanordnung an, und geben Sie die ermittelte Bildweite an! 5.4. Überprüfen Sie Ihr experimentell gewonnenes Ergebnis durch Konstruktion! Hinweise: - Wählen Sie einen geeigneten Maßstab für Brenn- und Gegenstandsweite! - Zeichnen Sie in der Konstruktion den Gegenstand 3 cm groß! Aufgabe 6: Mechanik 6.1. Die Bewegung eines Fahrzeuges ist im Diagramm dargestellt: Welche Bewegungsarten liegen in den einzelnen Etappen vor? Begründen Sie Ihre Entscheidungen! Berechnen Sie für die Etappe B die Beschleunigung! Seite 4 von 6

5 6.2. Ein PKW fährt mit konstanter Geschwindigkeit von 108 km/h geradlinig auf einem ebenen Autobahnabschnitt. Plötzlich nimmt er einen wegen eines Defektes in 90 m Entfernung stehenden LKW wahr Der PKW-Fahrer beginnt nach einer Reaktionszeit von 0,8 s zu bremsen. Wie weit ist der PKW bei Beginn des Bremsvorganges noch vom stehenden LKW entfernt? Die Bremsverzögerung des PKW ist konstant und beträgt 6,2 m/s². Entscheiden Sie durch Rechnung, ob der PKW noch vor dem parkenden LKW zum Stehen kommt! Der PKW hat mit Insassen eine Masse von 1,25 t. Wie groß ist die beim Bremsen wirkende Kraft? 6.3. Zitat aus der Deutschen Straßenverkehrsordnung, 3 (1): "Der Fahrzeugführer darf nur so schnell fahren,... dass er innerhalb der überschaubaren Strecken halten kann..." Geben Sie aus physikalischer Sicht Begründungen für die Notwendigkeit dieser Festlegung an! Aufgabe 7: Gleichstromkreis 7.1. Bei einer elektrischen Heizplatte, die zwei Heizdrähte enthält, sind drei Betriebsstufen möglich: Stufe 1: Reihenschaltung der beiden Heizdrähte; Stufe 2: Einschaltung nur eines Heizdrahtes; Stufe 3: Parallelschaltung der beiden Heizdrähte Zeichnen Sie für jede Schaltstufe einen Schaltplan! Der elektrische Widerstand jedes Heizdrahtes beträgt 80 Ohm. Berechnen Sie den Gesamtwiderstand für die Stufe 1 und den Gesamtwiderstand für die Stufe 3! Berechnen Sie die elektrische Leistung der Heizplatte bei Stufe 2! Die Betriebsspannung beträgt 220 V. Geben Sie für Stufe 1 und für Stufe 3 an, ob sich die elektrische Leistung gegenüber der Stufe 2 vergrößert oder verringert! Begründen Sie! Bei Stufe 2 ist die Heizplatte 40 Minuten lang in Betrieb. Berechnen Sie die vom elektrischen Strom verrichtete Arbeit! Geben Sie für das Erwärmen einer Speise auf der elektrischen Heizplatte die Energieumwandlung und die hauptsächlich auftretende Form der Wärmeübertragung an! 7.2. Wie verändert sich der elektrische Widerstand einer Kupferleitung, wenn statt eines Drahtes von 2 mm² Querschnitt ein Draht von 6 mm² Querschnitt gleicher Länge verwendet wird? Begründen Sie Ihr Ergebnis! Seite 5 von 6

6 7.3. Ein elektrisches Gerät mit einer Betriebsspannung von 24 V wird irrtümlicherweise an eine Spannungsquelle von 220 V angeschlossen. Wie wirkt sich dieser Irrtum aus? Begründen Sie Ihre Aussage! Seite 6 von 6