BESONDERE LEISTUNGSFESTSTELLUNG PHYSIK. Tafelwerk Wörterbuch zur Deutschen Rechtschreibung

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1 BESONDERE LEISTUNGSFESTSTELLUNG 2008 PHYSIK Arbeitszeit: Hilfsmittel: 120 Minuten Taschenrechner Tafelwerk Wörterbuch zur Deutschen Rechtschreibung Lösen Sie die Pflichtaufgabe und wählen Sie von den Wahlaufgaben A1 und A2 eine zur Bearbeitung aus.

2 Pflichtaufgabe 1 Mechanik Ein Heißluftballon steigt nach dem Start von der Erdoberfläche zunächst mit einer Beschleunigung von 0,5 m/s 2 senkrecht nach oben. 30 s nach dem Start wird der Brenner ausgeschaltet und der Ballon fliegt genau 20 s mit konstanter Geschwindigkeit weiter nach oben. Danach wird der Ballon bei einer konstanten Beschleunigung gleichmäßig langsamer, bis er ruhig in der Luft steht. In diesem dritten Abschnitt legt der Ballon weitere 320 m nach oben zurück. 1.1 Nennen Sie die Bewegungsarten in den drei Phasen der Bewegung des Ballons. 1.2 Berechnen Sie die Geschwindigkeit, die der Ballon nach den ersten 30 s erreicht hat. 1.3 Berechnen Sie die Zeit, die der Ballon für den gesamten Aufstieg benötigt. 1.4 Zeichnen Sie die Geschwindigkeit in Abhängigkeit von der Zeit für den gesamten Vorgang in ein geeignetes Koordinatensystem 1.5 In einer Höhe von 845 m wird aus dem Ballon ein Sandsack der Masse 20 kg geworfen. Berechnen Sie die mechanische Arbeit, die benötigt wird, um den Sandsack auf diese Höhe zu heben. Welche Energieumwandlungen finden für den Sandsack bis zum Aufprall statt? Begründen Sie! 5 BE Elektrizitätslehre 2. I II III N S 2.1 Zeichnen Sie in die Abbildungen I und II die Feldlinienbilder der Magnetfelder ein. 2.2 In Spule III soll eine Spannung erzeugt werden. Beschreiben Sie eine Möglichkeit mit Hilfe des Dauermagneten I und eine andere Möglichkeit mit Hilfe der stromdurchflossenen Spule II dies zu realisieren. 2.3 Nennen Sie drei Maßnahmen, um die induzierte Spannung in Spule III zu vergrößern? 2 BE 2 BE

3 Wahlaufgabe A1 Kernphysik 1. Modellvorstellungen spielen bei der Beschreibung des Aufbaus eines Atoms eine große Rolle 1.1. Beschreiben Sie vollständig den Aufbau eines Atoms! 1.2. Vervollständigen Sie folgende Übersicht! Isotope Protonenzahl Neutronenzahl Massenzahl Ordnungszahl Cl Cl Na 1.3. Im folgenden Diagramm ist der Spontanzerfall des radioaktiven Nuklids Bi dargestellt Energieumwandlungen Bestimmen Sie die noch vorhandene Masse nach 10 Tagen und 20 Tagen! 2 BE Was gibt die Halbwertszeit eines radioaktiven Nuklids an? 210 Ermitteln Sie die Halbwertszeit von 83 Bi anhand des Diagramms! 2. Ein neues Pumpspeicherkraftwerk mit einer Spitzenleistung von 2 Gigawatt soll geplant werden. 2.1 Beschreiben Sie die Energieumwandlungen die stattfinden wenn das Wasser aus dem Oberbecken durch die Generatoren des Kraftwerkes in das Unterbecken fließt Skizzieren Sie den prinzipiellen Aufbau eines Generators und bezeichnen Sie die wichtigsten Teile! 2.3. In welcher Höhe muss sich das Oberbecken über den Generatoren befinden, wenn je Sekunde 2500 m³ Wasser nach unten fließen und keine Energieverluste zu berücksichtigen sind? 2 BE 4 BE

4 Wahlaufgabe A2 Elektrizitätslehre - Mechanik Zur Vorbereitung eines Sportfestes soll eine elektrische Schaltung für eine Start- Ziel-Anlage gebaut werden. Am Start in der Nordkurve soll eine Lampe das Startsignal geben. Am Ziel in der Südkurve befinden sich die Gleichspannungsquelle und der Schalter. Es werden insgesamt 400 m einadriges Kabel verlegt. Das Stadion hat eine 400 m Bahn. 1. Zeichne das entsprechende Schaltbild für die elektrische Schaltung! 2 BE 2. Erkläre die Vorgänge im Glühfaden der Glühlampe nach dem Einschalten! 4 BE 3. Beschreibe eine Möglichkeit, den elektrischen Strom durch die Glühlampe zu 2 BE messen! 4. Beschreibe und erkläre, wie sich die elektrische Stromstärke nach dem 4 BE Einschalten ändert! Der Sportlehrer, in der Südkurve, beobachtet das Lichtsignal und den 200 m Lauf der Schüler. Für einen Schüler wird eine Zeit von 30 s gestoppt. Die Geschwindigkeit eines Elektrons in diesem Leiter beträgt 1 cm/s. 5. Berechne die Durchschnittsgeschwindigkeit des Schülers in km/h! 6. Berechne die Laufzeit des Lichtes von der Lampe bis zum Sportlehrer! 2 BE 7. Berechne die Strecke, die das Elektron während des Laufs des Schülers in dem 2 BE Leiter zurücklegt! 8. Begründe, weshalb die Lampe kurz nach dem Einschalten aufleuchtet, obwohl die Geschwindigkeit des Elektrons so gering ist!

5 Hinweise zu den Lösungen Lösungen Pflichtaufgabe 1.1 Nennen der 3 Bewegungsarten m/s s und 92,67 s 1.4 Diagramm mit den 3 Abschnitten ,79 kj 5 BE Energieumwandlungen (Bem.: Ist die thermische Energie nicht enthalten, wird abgezogen) 2.1 Feldlinienbilder 2 BE Möglichkeiten beschreiben 2 BE Maßnahmen Wahlaufgabe A1 Kernphysik 1.1 Atomaufbau je Bestandteil 1.2 Je Isotop Isotope Protonenanzahl Neutronenanzahl Massenzahl Ordnungszahl Cl Cl Na Masse nach 10 Tagen: 0,6g Masse nach 15 Tagen: 0,15g Wortdefinition Halbwertszeit: 5d 2. Energieumwandlungen 2.1. Beschreibung der stattfindenden Vorgänge 4 BE

6 2.2. Skizzieren des prinzipiellen Aufbaus 2.3. h = 81,5 m Wahlaufgabe W2 Elektrizitätslehre - Mechanik 1. Schaltbild mit Spannungsquelle, Glühlampe, Schalter und 2 BE Verbindungsleitern 2. Erklärung mit: 4 BE kalter Glühdraht, geringe thermische Bewegung der Atome/ Teilchen Elektronenbewegung durch den Draht; Elektronen werden im elektrischen Feld bewegt/ Kraft ausgeübt; thermische Bewegung der Atome/ Teilchen wird nach Zusammenstößen mit den Elektronen größer; Glühdraht glüht 3. z.b. Einbau eines Amperemeters in Reihenschaltung 2 BE 4. kalter Glühdraht-> geringer Widerstand, große Stromstärke; Glühdraht glüht-> größerer Widerstand, geringere Stromstärke; 4 BE 5. v=s/t = 6,67 m/s = 24 km/h 6. t= s/v = 200m/ m/s= 0,67 μs 2 BE 7. s=v t = 0,01 m/s 30s = 30 cm 2 BE 8. Signalgeschwindigkeit im Draht ist die Lichtgeschwindigkeit-> entspricht den 0,67 μs Summe: 20 BE

7 BESONDERE LEISTUNGSFESTSTELLUNG 2008 PHYSIK KLASSE 10 Lösungen Nicht für den Teilnehmer der Leistungsfeststellung bestimmt. Die Korrekturhinweise enthalten nur kurze Angaben zur erwarteten Schülerleistung. Nicht genannte, aber gleichwertige Lösungswege und Begründungen sind gleichberechtigt. Für richtig vollzogene Teilschritte, in die falsche Zwischenergebnisse eingegangen sind, wird bei sinnvollem Ergebnis die entsprechende Anzahl der BE vergeben. Die Einschätzung der erbrachten Schülerleistung und die Verteilung der hier vorgegebenen BE auf Zwischenschritte obliegt dem in der Klasse unterrichtenden Physiklehrer. Kriterien der Bewertung sind: - Fachliche Richtigkeit und Vollständigkeit, Eingrenzung auf Wesentliches, Verwendung der Fachsprache; - Sachgerechtes und situatives Anwenden von fachspezifischen und fächerübergreifenden Inhalten und Methoden; - Strukturierte und logische Gliederung der Darlegungen, sprachliche Korrektheit. Festlegung der Noten:

8 sehr gut (1) BE gut (2) BE befriedigend (3) BE ausreichend (4) 15 2 mangelhaft (5) 8 14 BE ungenügend (6) 0 7 BE