Schriftliche Abiturprüfung 2008 Leistungskursfach Physik Ersttermin. Lösungen. Teil A: sin. cos

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1 Aufgabe A: Mechanik / Elektrizitätslehre Schriftliche Abiturrüfung 008 eistungskursfach Physik Erstterin ösungen eil A: horizontaler Federschwinger geg.: t 8,4 s; n 40; y ax,6 c; y(t 0 s) +,6 c. ges.: f, D sg.: Berechnung t 8,4s f 0,s f 4,76Hz n 40 0,s 4π π D D 07,4 N. Eritteln weiterer Werteaare (t; y); eichnen des y t Diagras, Skizzieren des v t und a t Diagras t/s y/c 0,00,600 0,0,3 0,04 0,585 0,06-0,356 0,08 -,73 0,0 -,58 0, -,44 0,4-0,800 0,6 0,0 0,8 0,998 0,0,59.3 Angabe des Ortes für v ax v ax bei Durchgang durch die Nulllage, also bei y 0 Nachweis: Weg I: Ansatz Nachweis Weg II: π π π π π y ŷcos t v y ŷ sin t vˆ ŷ,6c 0,479 0,s D D 07,4N EFeder Ekin ŷ vˆ vˆ ŷ,6c 0,0kg 0,479 s Weg III: it de G i AB-MENUE den Anstieg (Derivative einstellen) zu eiten des Nulldurchganges also z.b. t 0,5 0,055 s bestien π π π π.4 Untersuchung: Weg I: a v ŷ cos t â ŷ,6c 4,3 > 5 0,s s s Ansatz Frück Dŷ 07,4N,6c Weg II: a 4,3 > 5 0,0kg s s.5 Bedingung: F rück ~ y Weg III: it de G i AB-MENUE den Anstieg i v t Diagra (Derivative einstellen) zu eiten der Maxialauslenkung also z.b. t 0,5 0,05 s bestien s

2 sezifische adung. Herleitung der Gleichung für v E E q U v v el kin eu e. B... Vektor der agnetischen Flussdichte des Erdagnetfeldes Eintragen des Vektors der orentzkraft und Begründung B P F Erdoberfläche da F stets senkrecht zu v wirkt, ändern beide Größen stets ihre ichtung, soit wirkt F als adialkraft und es entsteht eine reisbewegung.3 geg.: U 50 V; B 4, ; r,3 ges.: sg.: e it Herleitung der entsrechenden Gleichung Berechnung it Herleitung F F v qvb r v eb r eu e B r e U r B 50V : v ( ) : e und it v : B :,8 0 eu 5 (,3) ( 4,05 0 ) kg C.4 Angabe der ichtung des Geschwindigkeitsvektors it Begründung Eine geradlinig gleichförige Bewegung findet statt, wenn resultierend keine räfte auf den örer wirken. Da außer der orentzkraft keine weitere raft wirkt, kann die orentzkraft auch nicht koensiert werden. Deshalb uss die ichtung so gewählt werden, dass F 0. Das ist genau dann der Fall, wenn es keine oonente des Magnetfeldes gibt, die senkrecht zur Geschwindigkeit verläuft. Dezufolge bleiben nur die Möglichkeiten übrig, bei denen der Vektor des Magnetfeldes und der Vektor der Geschwindigkeit arallel verlaufen, u die geforderte Bedingung zu erfüllen.

3 eil B: eil B: herodynaik / Atohysik herodynaik geg.: A 3,00 d 3 ; ϑ 0 C;,00 kg;,0 0 5 Pa. ges.:,0 0 5 Pa (Nachweis) sg.: Nachweis: + FG + A g + A 5,00kg 9,8s,0 0 Pa + 3, ,065 0 Pa,0 0 Pa. ges.: ρ sg.: Berechnung 5,0 0 Pa 87kg 93 kg,09 3 V ρ ρ V ρ : V : :.3 it usatzkraft F.3. geg.: I: adiabatische ustandsänderung II: isobare ustandsänderung ges.: Änderung der Größen: Druck, eeratur, Voluen sg.: Beschreibung I: adiabatisch kein Wäreaustausch it der Ugebung ( Q 0) durch die zusätzlich wirkende raft steigt der Druck, das Voluen sinkt Diagra und die eeratur steigt ebenfalls II: isobar keine Druckänderung ( konstant) durch die weiterhin wirkende usatzkraft wird nun bei konstante Druck das Voluen weiter verringert, allerdings sinkt nun die eeratur.3. geg.: sg.: Herleitung V V konstant, wobei V V A h V + + g F + + A A A + g + F h ( A + g + F ) g F + + A h A A h und A kürzen : ( A + g + F )

4 Sektren. Erläuterung des iniensektrus von Wasserstoff aufgrund des Bohrschen Atoodells - es existieren exakte Bahnen, auf denen sich die Elektronen strahlungsfrei u den Atokern bewegen - bei Übergang von der n.ten auf die.te Bahn wird die entsrechende Energie E E E n absorbiert (>n) oder in For elektroagnetischer Strahlung ( E h f) eittiert (>n) - da die eittierte Strahlung soit nur ganz bestite Energiebeträge E annehen kann, kann kein kontinuierliches Sektru entstehen - die inien des iniensektrus entsrechen jeweils Energien, die bei Sturz von eine höheren (.ten) auf ein niederes (n.tes) Energieniveau freiwerden. Begründung des Widersruches zwischen der Heisenbergschen Unschärferelation und de Bohrschen Atoodell - Die Heisenbergsche Unschärferelation besagt Man kann den Ort und den Iuls von Quantenobjekten gleichzeitig nicht beliebig genau bestien. - da die Beschreibung einer Bahn (siehe., wie von Bohr dargestellt, die gleichzeitige räzise enntnis von Ort und Iuls eines Objekts voraussetzt, entsteht hier ein Widersruch.3 Nachweis der Eission ultravioletten, sichtbaren und infraroten ichtes bei Wasserstoff Weg I: Wellenlänge / n Frequenz / 0 4 Hz E / 0-9 J E / ev UV icht ,8 7,7 98,6 5, 4,0 3, sichtbares icht ,7 3,8 5,,55 3,,6 I - icht ,8,,55,4,6 0,9 E/eV O n 3-4 n n 3 UV - icht -8 sichtbares icht UV - icht Weg II: - es ist zu erkennen, dass - bei Sturz auf n entsteht ausschließlich UV - icht - bei Sturz auf n entsteht sowohl sichtbares, als auch UV icht - bei Sturz auf n3 entsteht ausschließlich I icht - bei Sturz auf ein Niveau n > 3 entsteht kein icht ehr n n> E / 0-9 J E / ev f / 0 4 Hz λ / n Farbe 6,35 0,0 4,67,8 UV 3 9,38,0 9,4 0,5 UV wird noch kleiner bleibt UV 3 3,03,89 4,57 654,39 sichtbar 4 4,09,55 6,7 484,73 sichtbar 5 4,58,86 6,9 43,80 sichtbar 6 4,84 3,0 7,3 408,99 sichtbar 7 5,00 3, 7,55 395,86 sichtbar 8 5, 3,9 7,7 387,78 UV wird noch kleiner bleibt UV 3 4,06 0,66,60 869,68 kein icht 3 5,55 0,97,34 78,0 I 3 6,8,3,74 090,64 I 3 7,98,3,98 00,03 I 3 8,08,30 3,4 95,83 I 3 geht gegen 8,4,5 3,66 sinkt höchstens auf 87,98 bleibt I n

5 eil C: Aufgabe C: Elektrizitätslehre ges.: Vergleich X und X C i esonanzfall sg.: esonanz heißt I I ax ; das ist genau dann der Fall, wenn der Widerstand inial ist, also kein Blindwiderstand existiert. I eigerdiagra ist der Blindwiderstand der senkrecht gezeichnete Anteil und der ist genau dann 0, wenn entweder X und X C Null sind oder wenn X X C ges.: sg.: Angabe des Verhältnisses von zu it Begründung aufgrund eigerdiagra da Blind 0, resultiert der resultierende Widerstand ( Scheinwiderstand) ausschließlich aus de Ohschen Widerstand ( Wirkwiderstand), d.h. Scheinwiderstand Wirkwiderstand und soit : : ges.: Bestiung von Ohschen Widerstand und Induktivität der Sule sg.: exerientelle Bestiung von U ; I ; U ~ und I ~ z.b. U 6,7 V; I 75 A; U ~ 6,5 V; I ~ 7, A U I U I 3 ges.: eichnung des (C) Diagras für den esonanzfall und Angabe der aazität dafür sg.: + ( X X ) esonanz für X X C X X ~ ~ C π f 6,7V 0,075A 6,5V 0,007A πf πf C C 89,33Ω 0,35H C 90,8 Ω 0,35H ( πf) ( π 50Hz ) + X außerdegilt : 3,55µ F πf C /kω X πf +. O C/µF

6 Aufgabe C: Strahlenotik ges.: Exerientieranordnung sg.: Skizze ges sg.: ontrolle der Brennweite (Vorgabe f 0c) exerientelle Aufnahe von Gegenstands- und Bildweite g und b g 6 c; b 30 c; sg.: Eritteln des Abbildungsaßstabes A in Abhängigkeit von der Gegenstandsweite s s / c b / c G / c B / c A , 7 3,3,67 7 4,3,9,43 8,5,5,5 9,,, 9,,8 0,9 8,3, 7 0,83 3 7,7,5 0,77 4 7,,4 0,7 5 6,7,3 0,67 6 6,3,3 0,63 7 5,9, 0,59 8 5, 6, 0,56 9 5,3, 0, ,5 A O s/c 3 ges.: qualitative Beschreibung der Funktion für s > f it Begründung sg.: beiseitig asytotischer Verlauf (links gegen s f 0c, rechts gegen A 0) links: je näher der Gegenstand de Brennunkt der inse kot, desto stärker ist die Vergrößerung, befindet sich der Gegenstand direkt i Brennunkt, gibt es kein scharfes Bild auf de Schir rechts: je weiter sich der Gegenstand vo Brennunkt der inse entfernt, desto kleiner wird das Bild 4 ges.: Entscheidung über die nötige Veränderung der Brennweite der Saellinse it Begründung sg.: Skizze - u den Abstand zwischen Projektor und Schir zu vergrößern, wird auch die Gegenstandsweite vergrößert - dait die Bildgröße trotz der Vergrößerung gleich bleibt, üssen die schrägen Anteile von Pa- rallelstrahl und Brennunktstrahl flacher verlaufen, d.h. der Brennunkt uss sich in eine größeren Abstand zur inse befinden zur Vergrößerung des Abstandes zwischen Projektor und Schir uss zur onstanthaltung der Bildgröße auch die Brennweite vergrößert werden