GYMNASIUM MUTTENZ" MATURITÄTSPRÜFUNGEN! 2010! PHYSIK! KLASSE! 4AB

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1 GYMNASIUM MUTTENZ" MATURITÄTSPRÜFUNGEN! 2010! PHYSIK! KLASSE! 4AB Examinator: Experte: Bestimmungen Lösungen! -! Rechnungsaufgaben sind zuerst formal zu lösen, d.h. der Weg zum Resultat muss aus der Herleitung nachvollziehbar sein.! -! Resultate sind auf drei signifikante Ziffern zu runden.! -! Numerische Resultate, die direkt, also ohne Rechnung ermittelt werden können, sind kurz stichwortartig zu begründen.! -! Textantworten müssen einsichtig, physikalisch stichhaltig und sprachlich vertretbar formuliert sein. Bewertung! -! Die Punktzahl steht hinter jeder (Teil-) Aufgabe in Klammern.! -! Die maximale Punktzahl beträgt 51!Punkte.! -! Die Benotung erfolgt aufgrund der Formel:!!! Note!=!1!+!0,1!!Punktesumme!! wobei mathematisch auf halbe Noten gerundet wird und keine Noten über 6 gesetzt werden. Hilfsmittel! -! eigener Taschenrechner! -! eigene physikalische Formelsammlungen! -! eigene mathematische Formelsammlung

2 GYMNASIUM MUTTENZ" Seite 1 Aufgabe 1 Ein Lastwagen mit einer Masse von !kg fährt mit einer konstanten Geschwindigkeit von 80!km/h auf einer horizontalen Strasse. Die Luftwiderstandskraft beträgt 2300!N, der Rollreibungskoeffizient zwischen den Rädern und der Strasse 0,022. a)" Wieviel Arbeit verrichtet der Motor des Lastwagens in dieser Situation auf einer Strecke von 100!km?" [2] b)" Wie gross ist dabei die mechanische Leistung des Motors?" [2] c)" Wie gross ist der Wirkungsgrad des Motors, wenn für die 100!km lange Fahrt mit 80!km/h 55!Liter Benzin verbraucht werden? " Der Brennwert des Benzins beträgt 32!MJ/Liter." [2] d)" Wieviele Liter Benzin würde der Lastwagen pro 100!km verbrauchen, wenn er ebenfalls mit 80!km/h eine Rampe mit 2!% Steigung hinauffahren würde?" Aufgabe 2 Eine Luftmatratze hat ein Volumen von 98,5!dm 3. Dieses soll für alle Teilaufgaben konstant bleiben. Die Matratzenhülle hat eine Masse von 1,65!kg. Die Matratze ist auf einen Druck von 1,7!bar aufgepumpt. Die Temperatur der Luft im Innern beträgt 28 C. a)" Wie gross ist die in der Matratze enthaltene Luftmasse?" [2] b)" Nachdem die Matratze längere Zeit im Wasser war, ist die Temperatur der Luft im Innern auf 19 C gesunken. Um wieviel hat dadurch die innere Energie der Luft abgenommen?" [2] c)" d)" Wieviele Luftteilchen müssen noch in die Matratze gepumpt werden, damit der Druck bei 19 C wieder 1,7!bar beträgt?" Wieviel Masse kann die Matratze nun maximal tragen (ohne dass diese Masse ins Wasser taucht)?" [2]

3 GYMNASIUM MUTTENZ" Seite 2 Aufgabe 3 Ein Quader mit 4,4!kg Masse hängt an zwei identischen, (masselosen) Schraubenfedern. Unten am Quader hängt eine Kugel mit 1,0!kg Masse. Die Massen werden nun um 30!cm nach unten aus ihrer Gleichgewichtslage ausgelenkt und von dort losgelassen. Dabei ergibt sich eine Schwingung mit 1,44!s Schwingungsdauer. a)" Wie gross ist die Federkonstante einer Feder?" [2] b)" Wie gross sind Geschwindigkeit und Beschleunigung der Massen 1,2!s nach dem Loslassen? Geben Sie sowohl Betrag als auch Richtung an!" [2] c)" Im tiefsten Punkt wird plötzlich die Schnur zwischen Quader und Kugel durchgetrennt, so dass der Quader nun alleine schwingt. Wie gross sind Schwingungsdauer und Amplitude dieser Schwingung?" d)" Wie gross ist bei dieser Schwingung die maximale kinetische Energie des Quaders?" [2]

4 GYMNASIUM MUTTENZ" Seite 3 Aufgabe 4 Eine Batterie hat die Quellenspannung UQ!=!12,4!V und den Innenwiderstand Ri!=!5,5!#. An dieser Batterie sollen zwei gleiche Lampen in Serie betreiben werden, und zwar so, dass sie gemäss den aufgedruckten Werten 4,5!V!/!1!W leuchten. a)" Dazu muss ein Vorwiderstand eingebaut werden. Wie gross muss er sein?" [2] b)" Wieviel Leistung muss der Vorwiderstand aushalten können?" [2] c)" Eine der beiden Lampen brennt durch. Sie wird durch eine andere Lampe mit den aufgedruckten Werten 3!V!/!1 W ersetzt. " Skizzieren Sie die Schaltung mit den Widerständen, die jetzt nötig sind, damit beide Lampen gemäss den aufgedruckten Werten leuchten." [2] d)" Berechnen Sie die Werte der Widerstände aus Aufgabe c)." Aufgabe 5 Eine Spule mit 2000!Windungen und einer Querschnittsfläche von 14!cm 2 befindet sich so in einem homogenen Magnetfeld, dass die Feldlinien parallel zur Spulenachse verlaufen. Das Diagramm zeigt die Stärke des Magnetfeldes als Funktion der Zeit. Zeichnen Sie für das Zeitintervall 0!s!$!t!$!10!s ein U(t)-Diagramm, das die in der Spule induzierte Spannung darstellt."

5 GYMNASIUM MUTTENZ" Seite 4 Aufgabe 6 Aus einem Zerfallsprozess sind 15!mg entstanden. a)" Wieviele Kerne sind das?" [1,5] b)" Das Blei ist aus einem radioaktiven Isotop nach 3!!- und 3! -Zerfällen entstanden. " Um welches Isotop handelt es sich?" [1,5] Aufgabe 7 Das Kernkraftwerk Leibstadt hat eine elektrische Leistung von 1170!MW. Schätzen Sie ab, wieviel Masse in diesem Kraftwerk pro Monat in Energie umgewandelt wird." Aufgabe 8 Wieviel Strahlungsleistung gibt ein erwachsener Mensch netto an seine Umgebung ab? Schätzen Sie alle benötigten Daten sinnvoll!" Aufgabe 9 Wie genau kennt man die Geschwindigkeit eines Protons, das Bestandteil eines Kupfer-Kerns ist? (Ein Kupfer-Kern besteht aus 29 Protonen und 35!Neutronen)"