Abschlussprüfung 2016 an den Realschulen in Bayern

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1 Gesamtprüfungsdauer 120 Minuten Nachtermin lektrizitätslehre I C Dehnungsmessstreifen sind Bauteile zur raftmessung. Durch Verformung ändert sich die Länge und die Querschnittsfläche des Leiters und somit dessen Widerstand. Die dadurch bedingte Änderung der Stromstärke im Leiter ist ein Maß für die raftwirkung Begründen Sie, wie sich der Widerstandswert eines Leiters ändert, wenn sich seine Länge vergrößert und seine Querschnittsfläche verringert Berechnen Sie die prozentuale Widerstandsänderung eines Leiters, wenn sich seine Leiterlänge um 25 % vergrößert und dabei seine Querschnittsfläche um 20 % abnimmt Bei einer angelegten Spannung von 0,60 V fließt durch einen 75 cm langen Leiter aus onstantan ein Strom der Stärke 0,15 A. Berechnen Sie die Querschnittsfläche des Leiters In einem Versuch entsprechend nebenstehender Schaltskizze zeigt das Spannungsmessgerät bei geöffnetem Schalter die Ruhespannung U 0 einer Batterie an Nach dem Schließen des Schalters wird der Widerstand R a schrittweise verringert. s ergeben sich folgende Messwerte: I in A 0,80 1,60 2,00 3,00 4,30 5,10 U B in V 4,0 3,5 3,3 2,7 1,8 1,4 Stellen Sie die Betriebsspannung U B in Abhängigkeit von der Stromstärke I graphisch dar ntnehmen Sie dem Diagramm aus die Ruhespannung U 0 und die urzschlussstromstärke I der Batterie Bestimmen Sie rechnerisch den Wert des Innenwiderstands R i der Batterie.

2 Gesamtprüfungsdauer 120 Minuten Nachtermin lektrizitätslehre II C ntsprechend nebenstehender Skizze wird ein Versuch aufgebaut. Die Spannung der lektrizitätsquelle wird so eingestellt, dass das Lämpchen bei seinen Nenndaten betrieben wird Der isenkern wird rasch aus der Spule herausgezogen. Was kann dabei am Lämpchen beobachtet werden? Begründen Sie Ihre Beobachtung Der isenkern befindet sich wieder in der Spule. Was kann man am Lämpchen beobachten, wenn man nun die Gleichspannung durch eine Wechselspannnung gleicher Stärke ersetzt? in raftwerk stellt eine elektrische Leistung von 24,0 MW zur Verfügung. Die elektrische nergie wird mithilfe von zwei Transformatoren über eine 110 kv- Fernleitung mit einem Widerstand von 50 Ω zu einem Versorgungsgebiet übertragen. Der Wirkungsgrad der Transformatoren beträgt jeweils 96 % Zeichnen Sie eine Schaltskizze für diese nergieübertragung Geben Sie an, wie die Windungszahlen der Spulen des ersten Transformators qualitativ zu wählen sind Berechnen Sie die Leistung nach dem Heruntertransformieren der Spannung. [Teilergebnis: P Fern = 2,2 MW]

3 Gesamtprüfungsdauer 120 Minuten Nachtermin Atom- und ernphysik C Durch das infangen eines freien Neutrons kann im Reaktor eines ernkraftwerks ein Uran-235-ern gespalten werden. Als Spaltprodukte entstehen Rubidium-96, ein weiterer ern und drei freie Neutronen Beschreiben Sie den Aufbau von Uran Formulieren Sie für diesen Prozess die vollständige ernreaktionsgleichung Welche Maßnahmen gewährleisten eine kontrollierte ettenreaktion im Reaktor eines ernkraftwerks? in Mischstrahler sendet Alpha-, Betaund Gammastrahlung aus. Die radioaktive Strahlung tritt entsprechend nebenstehender Skizze in ein starkes, homogenes Magnetfeld ein, das senkrecht aus der Zeichenebene heraus gerichtet ist Übertragen Sie die Skizze auf Ihr Blatt und zeichnen Sie den grundsätzlichen Verlauf dieser drei Strahlungsarten ein Vor dem intritt in das Magnetfeld wird ein Blatt Papier in den Verlauf des Mischstrahlers gehalten. Wie ändert sich das rgebnis aus 3.2.1? Russische Wissenschaftler entdeckten 2015 in einer ishöhle in Sibirien zwei Mumien inzwischen ausgestorbener Höhlenlöwen. Diese sind wegen der permanenten großen älte noch sehr gut erhalten. Mit der C-14-Methode stellte man fest, dass die Aktivität des in den ismumien enthaltenen C-14 im Vergleich zur Aktivität in lebendem Gewebe um 77 % abgenommen hat Berechnen Sie, seit wann die beiden Tiere nicht mehr leben Radioaktiver ohlenstoff-14 entsteht in der Atmosphäre, wenn jeweils ein Neutron auf ein Stickstoffatom trifft. Formulieren Sie die zugehörige ernreaktionsgleichung.

4 Gesamtprüfungsdauer 120 Minuten Nachtermin nergie C Das Pumpspeicherkraftwerk Langenprozelten ist das wichtigste Spitzenlastkraftwerk für die elektrische nergie zum Zugbetrieb der Deutschen Bahn. Da es auch weiterhin die nergieversorgung der Bahn sicherstellen soll, wird das Pumpspeicherkraftwerk seit Mai 2015 für rund 56 Millionen uro saniert Geben Sie die nergieumwandlungen beim Turbinenbetrieb des raftwerks an Pro Sekunde werden 51 m³ Wasser um durchschnittlich 300 m in den höher gelegenen Stausee gepumpt. Bestätigen Sie durch Rechnung, dass die potentielle nergie des Wassers um 1, J zunimmt, wenn die Pumpen 180 Minuten in Betrieb sind Die durchschnittliche Pumpleistung beträgt 154 MW. Berechnen Sie den Wirkungsgrad beim Pumpbetrieb Geben Sie drei Vorteile von Wasserkraftwerken gegenüber ohlekraftwerken an Am war in Deutschland bei wolkenlosem Himmel eine partielle Sonnenfinsternis zu beobachten. Das Diagramm zeigt den Verlauf der ins Netz eingespeisten Leistung aller Photovoltaikanlagen an diesem Tag ntnehmen Sie dem Diagramm den Zeitpunkt der maximalen Abdunkelung durch die Sonnenfinsternis und geben Sie die zu diesem Zeitpunkt weniger ins Netz eingespeiste Leistung an Nennen Sie eine Möglichkeit, wie die raftwerksbetreiber die oben beschriebene Versorgungslücke schließen können.

5 Lösungsvorschlag Aufgabengruppe C Anmerkungen zur orrektur: Die Bewertung erfolgt durch die jeweilige Lehrkraft in eigener pädagogischer Verantwortung (Art. 52 BayUG). Die orrektur erfolgt nach eigenem Lösungsmuster entsprechend dem gehaltenen Unterricht. Die beiliegende Lösung stellt einen Vorschlag dar. Die Verteilung der Punkte soll in der den Schülern bekannten Art und Weise erfolgen. Dabei ist es nicht erforderlich, dass die vier gewählten Aufgaben gleich gewichtet werden. Der Notenschlüssel soll linear sein. Bei Diagrammen sind Maßstab, Genauigkeit und richtige Achsenwahl zu bewerten. Zeitlicher Aufwand und Sauberkeit bei der Diagrammerstellung sollten angemessen berücksichtigt werden. Informationen, die der Formelsammlung entnommen wurden, sollen im Allgemeinen nicht bewertet werden, es sei denn, die Zuordnung entsprechender Informationen zu einer Aufgabenstellung ist eine für die Bewertung relevante igenleistung. Zu jeder Aufgabe ist eine Zuordnung zu den Bildungsstandards für den Mittleren Schulabschluss angegeben. Da für jede Aufgabe Fachwissen erforderlich ist, werden nur die ompetenzbereiche : rkenntnisgewinnung, : ommunikation, B: Bewertung ausgewiesen.

6 Bewertung ommunikation ompetenzbereich rkenntnisgewinnung Fachwissen Matrix Anforderungsbereich I II III Wissen wiedergeben Wissen anwenden Wissen transferieren und verknüpfen Fakten und einfache physikalische Sachverhalte reproduzieren. alisches Wissen in einfachen ontexten anwenden, einfache Sachverhalte identifizieren und nutzen, Analogien benennen. Wissen auf teilweise unbekannte ontexte anwenden, geeignete Sachverhalte auswählen. Fachmethoden beschreiben Fachmethoden nutzen Fachmethoden problembezogen auswählen und anwenden alische Arbeitsweisen, insb. experimentelle, nachvollziehen bzw. beschreiben. Strategien zur Lösung von Aufgaben nutzen, einfache xperimente planen und durchführen, Wissen nach Anleitung erschließen. Unterschiedliche Fachmethoden, auch einfaches xperimentieren und Mathematisieren, kombiniert und zielgerichtet auswählen und einsetzen, Wissen selbstständig erwerben. Mit vorgegebenen Darstellungsformen arbeiten Geeignete Darstellungsformen nutzen Darstellungsformen selbständig auswählen und nutzen infache Sachverhalte in Wort und Schrift oder einer anderen vorgegebenen Form unter Anleitung darstellen, sachbezogene Fragen stellen. Sachverhalte fachsprachlich und strukturiert darstellen, auf Beiträge anderer sachgerecht eingehen, Aussagen sachlich begründen. Darstellungsformen sachund adressatengerecht auswählen, anwenden und reflektieren, auf angemessenem Niveau begrenzte Themen diskutieren. Vorgegebene Bewertungen nachvollziehen Vorgegebene Bewertungen beurteilen und kommentieren igene Bewertungen vornehmen Auswirkungen physikalischer rkenntnisse benennen, Den Aspektcharakter physikalischer Betrachtungen aufzeigen, Die Bedeutung physikalischer enntnisse beurteilen, einfache, auch technische ontexte aus physikalischer Sicht erläutern. zwischen physikalischen und anderen omponenten einer Bewertung unterscheiden. physikalische rkenntnisse als Basis für die Bewertung eines Sachverhalts nutzen, Phänomene in einen physikalischen ontext einordnen.

7 Lösungsvorschlag Nachtermin lektrizitätslehre I C1 Lösungen entsprechend dem Unterricht R Je größer die Länge eines Leiters, desto größer sein Widerstand. 1 Je geringer die Querschnittsfläche eines Leiters, desto größer sein Widerstand. R A Der Widerstand des Leiters wird größer R A 1,25 0 R 0,80 A 0 R 1,56 R 0 Der Leiterwiderstand vergrößert sich um 56 Prozent U R I 0,60 V R R 4,0 0,15 A A R 2 mm 0,50 0,75 m A m 4,0 A 0,094 mm Diagramm: aus dem Diagramm: U U0 Ri I 4,5 V I Zeichnungsbedingte Abweichungen sind zulässig. 4,5 V 7,3 A Ri i 7,3 A R 0,62

8 Lösungsvorschlag Nachtermin lektrizitätslehre II C2 Lösungen entsprechend dem Unterricht Beobachtung: Während der Bewegung des isenkerns nimmt die Helligkeit des Lämpchens kurzzeitig zu. Begründung: Der Stromfluss bewirkt ein Magnetfeld. Durch das ntfernen des Weicheisenkerns wird das Magnetfeld im Spuleninneren geschwächt. Infolge der zeitlichen Änderung des von der Spule umfassten Magnetfelds tritt eine Selbstinduktionsspannung auf. Diese ist der ursprünglichen Spannung gleichgerichtet (Regel von Lenz). Die Stromstärke nimmt kurzzeitig zu. Das Lämpchen leuchtet heller. Nach dem Herausziehen des isenkerns gibt es keine Magnetfeldänderung und keine Selbstinduktionsspannung mehr. Das Lämpchen leuchtet wieder wie ursprünglich Beobachtung: Das Lämpchen leuchtet schwächer oder gar nicht Schaltskizze: Die Windungszahl der Sekundärspule muss deutlich größer sein als die Windungszahl der Primärspule Transformator 1: P I s Pp Ps P 0,96 24,0 MW Ps 23 MW s s Is Is Us 110 kv Fernleitung: P Fern R I P 50 0,21 ka 2 PFern 2 s Fern 23 MW 0,21 ka 2,2 MW Transformator 2: Pp 23 MW 2,2 MW Pp 21MW P s Pp Ps 0,96 21MW Ps 20 MW

9 Lösungsvorschlag Nachtermin Atom- und ernphysik C3 Lösungen entsprechend dem Unterricht Aufbau von Uran-235: 92 Protonen und 143 Neutronen im ern 92 lektronen in der Hülle U n Rb Cs 3 n Maßnahmen: Die bei der ernspaltung freigewordenen schnellen Neutronen müssen in einem Moderator (z. B. Wasser) abgebremst werden, um weitere erne spalten zu können. Die Zahl der Neutronen, die weitere ernspaltungen auslösen können, muss begrenzt werden. Dies geschieht mithilfe von Regelstäben, die kontrolliert zwischen die Brennstäbe eingefahren werden, um überschüssige Neutronen zu absorbieren Die α-strahlung wird von Papier absorbiert, die restliche Strahlung bleibt unbeeinflusst t A(t) T log0,5 0,5 A0 3 t 5730 a log 0,23 t a N n C p

10 Lösungsvorschlag Nachtermin nergie C4 Lösungen entsprechend dem Unterricht nergieumwandlungen: pot. nergie des Wassers Fallrohre kin. nergie des Wassers Turbine Rotationsenergie der Turbine Generator elektrische nergie Wassermasse in 180 min: potentielle nergie: pot mg h 3 8 m 5110 kg m 5,5 10 kg N kg 8 pot 5,5 10 kg 9, m 12 pot 1,6 10 J zu Pzu t zu pot zu MW s 1,66 10 J 12 1,6 10 J 12 1,66 10 J zu 96 % Vorteile: regenerative Primärenergie keine umweltschädlichen missionen (z. B. CO 2 ) keine Importabhängigkeit kein Abbau und kein Transport des nergieträgers zum raftwerk nötig aus dem Diagramm: kurz vor 11:00 Uhr fehlen etwa 10 GW Leistung Die elektrische nergie wird durch Spitzenlastkraftwerke (z. B. Gasturbinenkraftwerke, Pumpspeicherkraftwerke) ausgeglichen, da diese schnell hoch- und heruntergefahren werden können.