Physik-Prüfung. vom 24. September Lichtausbreitung, Schatten

Transkript

1 Physik-Prüfung vom 24. September 2010 Lichtausbreitung, Schatten Hinweise und Modalitäten: - Beginnen Sie erst mit der Prüfung, wenn das Zeichen dafür gegeben wurde. - Erlaubte Hilfsmittel: Papier, Schreibzeug, Massstab, Geodreieck, Zirkel, Taschenrechner - Bei jeder Aufgabe ist angegeben, wie viele Punkte ihre Lösung geben wird. Die Aufgaben können in beliebiger Reihenfolge gelöst werden. Verweilen Sie nicht zu lange bei einer Aufgabe, die Ihnen Schwierigkeiten bereitet. - Wenn Sie eine Frage haben, dann bleiben Sie bitte ruhig an Ihrem Platz und heben Sie die Hand. - Der Lösungsweg muss bei allen Aufgaben ersichtlich sein. Machen Sie die Resultate jeweils klar erkenntlich, zum Beispiel durch doppeltes Unterstreichen. - Kennzeichnen Sie bitte alle Blätter, die Sie abgeben, mit Ihrem Namen. Name: Vorname: Klasse: 1bN Viel Erfolg! Physik-Prüfung 1bN vom 24. September 2010 Seite 1 / 7

2 1. Kurzfragen Kurzantworten (5 Punkte) a) Damit Sie am Abend vor dem Einschlafen noch etwas im Physik-Buch lesen können, brauchen Sie Licht. Eine Lichtquelle (in diesem Fall eine Lampe) emittiert dieses Licht und ermöglicht es so, dass Sie die Buchstaben und Bilder im Buch sehen können. Welche der folgenden Skizzen A bis D stellt den Sehvorgang in dieser Situation korrekt dar? Kreuzen Sie die richtige Skizze an (es ist genau eine Antwort richtig). A B C D b) Ein Stein, der im Schatten liegt, ist kühler als ein Stein, der einige Meter daneben in der Sonne liegt. Geben Sie eine physikalische Erklärung für diese Alltagsbeobachtung. Durch welche Eigenschaft des Lichtes ist sie zu erklären? c) Auch an einem Tag mit komplett wolkenbedecktem Himmel ist es auf der Erde nicht völlig dunkel, sondern nur ein bisschen weniger hell als bei blauem Himmel. Wie ist das physikalisch zu erklären? d) Eine Blumenvase in einem Zimmer wird zuerst von einer punktförmigen Lichtquelle beleuchtet und wirft einen Schatten auf die dahinter liegende Wand. Danach wird die selbe Vase aus derselben Richtung durch parallele Lichtstrahlen beleuchtet. In welchem Fall ist das Schattenbild grösser? Kreuzen Sie die richtige Antwort an (es ist genau eine Antwort richtig). Das Schattenbild ist bei der Beleuchtung durch die parallelen Lichtstrahlen grösser. Das Schattenbild ist bei der Beleuchtung durch die punktförmige Lichtquelle grösser. Das Schattenbild ist in beiden Fällen gleich gross. Das kommt auf die Entfernung der Lichtquelle an. Keine der obigen Antworten ist richtig. e) In einem homogenen Medium breitet sich Licht geradlinig aus. Welches der folgenden Konzepte / Eigenschaften von Licht liefert eine Erklärung für diese Tatsache? Kreuzen Sie die richtige Antwort an (es ist genau eine Antwort richtig). Lichtgeschwindigkeit Fermatsches Prinzip Reflexion Transport von Energie durch Licht Physik-Prüfung 1bN vom 24. September 2010 Seite 2 / 7

3 2. Lichtausbreitung (2 Punkte) Vor einer Nische hängt ein lichtundurchlässiger Vorhang. In der Nische entsteht ein Schattenbild mit Kern- und Halbschatten wie in der untenstehender Skizze in einer Aufsicht (Ansicht von oben) dargestellt. Wie wird dieser Vorhang beleuchtet? Finden Sie durch Konstruktion direkt in der Skizze heraus, von wo der Vorhang beleuchtet wird. Wand der Nische Vorhang Halbschatten Kernschatten 3. Sonne im Zimmer (3 Punkte) Die Sonne scheint durch ein quadratisches Fenster in ein Zimmer und erzeugt einen Lichtfleck an der gegenüberliegenden Wand, die parallel zur Wand mit dem Fenster verläuft. a) Wie gross ist die Fläche des Lichtflecks, wenn die Seitenlänge des Fensters 1.5 m beträgt? b) Wie verändert sich die Fläche des Lichtflecks, wenn die Sonne später höher am Himmel steht und der Lichtfleck dann vollständig auf dem Boden zu sehen ist, wird er grösser, kleiner oder bleibt er gleich gross? c) Wenn ein Architekt die Versorgung des Zimmers mit Tageslicht verbessern will: Welche Massnahme trägt stärker dazu bei: die Vergrösserung der Fensterhöhe oder die Vergrösserung der Fensterbreite? Begründen Sie Ihre Antwort. Physik-Prüfung 1bN vom 24. September 2010 Seite 3 / 7

4 4. Schattengrösse (6 Punkte) Ein Informationsschild in einem Bahnhof wird zentral von vorne von einer punktförmigen Lichtquelle beleuchtet, so dass ein Schatten auf die hinter dem Schild liegende Wand geworfen wird. Das Schild und die Hauswand verlaufen parallel und die Verbindungslinie von Lichtquelle und Mittelpunkt des Schildes steht senkrecht auf der Hauswand wie in untenstehender, nicht massstäblicher Skizze dargestellt. Wand punktförmige Lichtquelle Info- Schild a) Wie weit ist der Mittelpunkt des Informationsschildes von der Lichtquelle entfernt, wenn der Schatten des Schildes auf der Wand 240 cm breit ist, die Wand 120 cm von der Lichtquelle entfernt ist und das Schild eine Breite von 80 cm aufweist? b) Wie breit ist der Schatten des Schildes, wenn das Schild 80 cm breit ist, 3.2 m von der Wand entfernt steht und die Verbindungslinie von Lichtquelle zum Mittelpunkt des Schildes 1.6 m misst? Physik-Prüfung 1bN vom 24. September 2010 Seite 4 / 7

5 5. Schätzen mit Schatten (7 Punkte) Ein Baum, der aufrecht (senkrecht zum Boden) auf einem ebenen Feld steht, wird von der Sonne beschienen und wirft einen Schatten auf den Boden (siehe nicht massstäbliche Zeichnung). H L K S a) Ist eine Situation denkbar, in welcher der Schatten des Stockes länger ist als der Schatten des Baumes? Begründen Sie Ihre Antwort. b) Unter welchem Winkel müssen die Sonnenstrahlen auf die Erdoberfläche treffen, damit der Schatten des Baumes gleich lang ist, wie der Baum hoch ist? (Geben Sie den von der Erdoberfläche und den Sonnenstrahlen eingeschlossenen Winkel an.) Die Länge von Schatten kann man benutzen, um die Höhe von Objekten zu bestimmen bzw. zu schätzen. Dazu steckt man einen Stab bekannter Höhe S in den Boden und misst die Länge K seines Schattens. Zudem misst man die Länge L des Schattens des Objektes, dessen Höhe H man bestimmen will (siehe Zeichnung). c) Erklären Sie anhand einer geeigneten Skizze, wie man die Höhe H des Baumes ausrechnen kann und geben Sie die entsprechende Formel für H an. d) Worauf muss beim Einstecken des Stabes geachtet werden, um ein möglichst genaues Resultat zu erhalten? Physik-Prüfung 1bN vom 24. September 2010 Seite 5 / 7

6 6. Schattentheater (7 Punkte) Die Theatergruppe Pilobolus führt Schattentheater auf, bei denen sie allein mit Hilfe ihrer Körper verschiedene Formen und Figuren auf die Leinwand zaubern. Nachfolgend sehen Sie einige Aufnahmen von Aufführungen. a) Welche Art von Lichtquelle verwendet man am besten für ein solches Schattentheater und warum? b) Was kann man tun, wenn man keine solche Lichtquelle hat, wie Sie sie bei a) vorgeschlagen haben, damit die Zuschauer trotzdem die Figuren gut sehen? c) Weshalb sollte man die Seiten der Bühne für das Schattentheater möglichst mit mattschwarzen Vorhängen behängen? Welche Farbe / Eigenschaft sollte die Bühne möglichst haben? d) Wenn für das Schattentheater eine punktförmige Lichtquelle verwendet wird, die einen Meter oberhalb des Bodens angebracht ist und die Leinwand aus 10 m Entfernung senkrecht anstrahlt: Wie weit müsste dann eine 1.8 m grosse Schauspielerin von der Leinwand entfernt stehen, damit ihr Schatten auf der Leinwand 5 m gross wird? Physik-Prüfung 1bN vom 24. September 2010 Seite 6 / 7

7 7. Mond (6 Punkte) a) Das nebenstehende Foto des Mondes wurde auf der Nordhalbkugel aufgenommen. Welche Mondphase zeigt das Bild? Kreuzen Sie die richtige Antwort an (es ist genau eine Antwort richtig). zunehmender Dreiviertelmond zunehmender Halbmond zunehmende Mondsichel abnehmender Dreiviertelmond abnehmender Halbmond abnehmende Mondsichel b) Das nebenstehende Foto des Mondes wurde auf der Nordhalbkugel aufgenommen. Welche Mondphase zeigt das Bild? Entstand das Bild vor oder nach Mitternacht? (Tipp: Fertigen Sie eine kleine Skizze an. Die können Sie auch bei den weiteren Aufgaben noch brauchen.) c) Gestern war Vollmond. Um welche Zeit wird der Mond heute Abend etwa aufgehen? Kreuzen Sie die richtige Antwort an (es ist genau eine Antwort richtig). etwas früher als um 18 Uhr etwas später als um 18 Uhr etwas früher als um Mitternacht etwas später als um Mitternacht etwas früher als um 6 Uhr morgens etwas später als um 6 Uhr morgens d) Nehmen wir an, Sie sehen auf der Nordhalbkugel einen Mond aufgehen, der so aussieht wie derjenige, der bei Teilaufgabe a) abgebildet ist. Welche Zeit ist es dann etwa? e) Bei welcher Mondphase wurde die nebenstehende Aufnahme gemacht? Kreuzen Sie die richtige Antwort an (es ist genau eine Antwort richtig). Bei zunehmendem Mond, etwa drei Tage vor Vollmond. Bei Vollmond. Bei abnehmendem Mond, etwa drei Tage nach Vollmond. Die Frage lässt sich ohne zusätzliche Informationen zum Ort und Zeitpunkt der Aufnahme nicht beantworten. f) Im Unterricht haben wir besprochen, dass der Mond eine gebundene Rotation aufweist: Der Mond dreht sich in rund 30 Erdtagen einmal um seine eigene Achse und braucht genau gleich lang für einen Umlauf um die Erde. In der Folge wendet der Mond der Erde stets die selbe Seite zu. Frage: Wie viele Erdtage dauern demzufolge ein Mondtag und eine Mondnacht jeweils etwa (wie viele Erdtage lang ist es auf dem Mond jeweils etwa Nacht oder Tag)? Begründen Sie Ihre Antwort kurz. Physik-Prüfung 1bN vom 24. September 2010 Seite 7 / 7