Abiturprüfung Hinweise zur Korrektur und Bewertung der Abiturprüfungsarbeiten in PHYSIK. als Leistungskursfach. Nicht für den Prüfling bestimmt

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Jobst Baumhauer
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1 Hinwis zur Korrktur und Bwrtung dr Abiturprüfungsarbitn in PHYSIK als Listungskursfach Nicht für dn Prüfling bstimmt Di Korrkturhinwis nthaltn kin vollständig Lösung dr Aufgabn, sondrn nur inn kurzn Abriss ds Erwartungshorizonts. Bi Vrwndung grundtr Kontrollrgbniss aus dr Aufgabnstllung kann s zu Abwichungn von dn anggbnn Ergbnissn kommn. Nicht gnannt, abr g l i c h w r t i g Lösungswg und Bgründungsansätz sind g l i c h b r c h t i g t. Di Bwrtung dr rbrachtn Prüfungslistungn hat sich an dr bi jdr Tilaufgab am linkn Rand ds Angabnblatts vrmrktn, maximal rrichbarn Zahl von Bwrtungsinhitn (BE) zu orintirn.

2 Umrchnung dr rrichtn Bwrtungsinhitn in Notnpunkt Di insgsamt rrichtn Bwrtungsinhitn wrdn nach dr folgndn Tabll in Notnpunkt umgstzt: Notnpunkt Notnstufn Bwrtungsinhitn Intrvall in %

3 3 Physik Listungskurs Aufgab L Ph Aufgab a) 4 BE Hinwis E m kin v 7,6 5 m s b) 5 Di Gschwindigkitskomponnt v dr Protonn snkrcht zum Magntfld bwirkt in Krisbahn; di Komponnt v paralll zum Fld führt zur Schraubnbahn. c) d) 5 v v B r m v sin α r,8 km B m πr T ms v sin α y v II T v T cos α, km π m v sin α πm T wächst aufgrund dr v sin α B B rlativistischn Massnzunahm. ) Di Lorntzkraft in inm Bahnpunkt (z. B. odr ) bsitzt in Komponnt F II ntggn dr x-achs. Di Bwgung in x-richtung wird abgbrmst, di Ganghöh nimmt ab. Das Proton khrt schlißlich um und fligt auf inr schraubnartign Bahn ntggn dr x-richtung zurück. Dr Vorgang widrholt sich am magntischn Nordpol. Übr inn längrn Zitraum pndln di Protonn zwischn dn magntischn Poln hin und hr. v v r α v B r F r F F

4 4 a) 4 a 5 g ; m a D x x 8, -7 m b) 5 Di dn Plattn P und P ggnübrligndn Bgrnzungsflächn von M tragn btragsmäßig stts di glich Ladung, da M insgsamt ungladn ist. Da aufgrund von Influnz auf ggnübrligndn Plattn btragsmäßig stts di glich Ladung ligt, tragn P und P sowi di Bgrnzungsflächn von M btragsmäßig di glich Ladung, unabhängig von dr Lag von M. Wil di Flächnladungsdicht glich dm Btrag D dr Vrschibungsdicht ist, gilt wgn E D/ε o, dass auch di Fldstärkn in dn Zwischnräumn glich sind. c) 5 U E (b + x) + b + E (b x) U + U E b d) 5 ϕ ϕ U E (b + x) D U ϕ ϕ U (b + x) b Ux b U U x + b ) 3 a ~ x (s. Tilaufgab a) und x ~ U D a ~ U D f) 4 U D ' : U D 4,5; Summ 6 Di Bschlunigung dr Rakt bträgt 3,5 g.

5 5 Physik Listungskurs Aufgab L Ph Aufgab BE Hinwis a) 6 X Uff ωl, kω I L ff L U I ff T π 7, H b) 6 z. B. I(t) I cos ωt I / ma I 6,8 ma 5 ω π ms -5 5 t / ms c) 5 U I ff ff I XC C ff,4 µf ω C ω U d) 9 (α) ist falsch, da dr Strom dr Spannung am Kondnsator vorausilt, an dr Spul abr nachhinkt. (β) ist richtig, wil aus I ff ~ C. Uff für konstants U folgt: I ωc ff (γ) ist falsch, wil I ff ~ f C.

6 6 a) 6 sih Lhrbuch b) 6 sih Lhrbuch c) 4 d) 6 ) 7 λ sin ϕ ϕ 5 o b k λ sin ϕ < k <,3..., also insgsamt 5 Maxima. b t t + t ED AB BC f) 5 c',4 8 m/s Summ 6 d c' d BC + mit BC b sin α c c

7 7 Physik Listungskurs Aufgab L Ph 3 Aufgab BE Hinwis a) 7 sih Lhrbuch b) 8 λ g 79 nm W A c) 8 Bi Austrittsarbitn, di wsntlich klinr als,7 V sind, wird nicht nur sichtbars, sondrn auch Infrarotlicht vrstärkt. Bi Austrittsarbitn, di wsntlich größr als,7 V sind, wird dr langwlligr Til ds sichtbarn Spktrums nicht vrstärkt. Höhr Quantnausbut größr Vrstärkung t N Nph, t P, L λ 9 3,85 s E kin,min E kin,max d) 6 n 4 n W A,6 V λ 4 3,3 lg U C 4 4V 4 V,5 kv ) 3 Möglich Antwortn: f) 4 N N - Bi zu hohr Litfähigkit kann kin gnügnd groß Potntialdiffrnz aufrcht rhaltn wrdn. - Bi inm Isolator lädt sich di Bschichtung positiv auf. aus in 4, 5

8 8 a) 4 sih Lhrbuch b) 7 Potntialtopf: sih Lhrbuch c) 6 λn n L ; p n λ n h n h λ ; E p n m (3 ) L 8m L h 8m d) 7 E,63 V ; E,45 V ; E 3 5,5 V E in V L n h λ 7,83 m m c 5 4 E 3,6V 3 E,84V Summ 6 λ 45nm odr λ 675nm E E Bid Wllnlängn lign im sichtbarn Brich.

9 9 Physik Listungskurs Aufgab L Ph 4 Aufgab BE Hinwis a) 7 sih Lhrbuch b) p + Ra Ac n Ra ghört zur Uran-Radium-Rih. Wil das Muttrnuklid 38 U in Halbwrtszit im Brich ds Erdaltrs bsitzt und 6 Ra hinrichnd langlbig ist (T /,6 3 a), kommt s in uranhaltigm Gstin vor. 5 Ac ghört zur Nptunium-Rih. Das Muttrnuklid 37 Np ist kurzlbig im Vrglich zum Erdaltr, dshalb gibt s kin nptuniumhaltigs Gstin. Darübr hinaus ist di Halbwrtszit mit d shr kurz. c) 7 A d 9 N 5, s 6, λ ln I t N, t N, d) 7 α-richwit: 6,,6 I,,38 MV,84 kv / µ m As 4min A m < Radius dr Krbszll Di α-tilchn gbn ihr hoh Enrgi (8,38 MV) mit hohm Bwrtungsfaktor (q ) vorwignd innrhalb dr Krbszll ab. Di β-strahlung schädigt das umlignd Gwb wgn dr gringrn Enrgi ( MV) und ds klinrn Bwrtungsfaktors (q ) nur rlativ schwach. ) Q [ m ( Po) m ( Pb) m ( H) ] c a 84 a 8 (,9983 8,986 4,63) uc 8,54 MV Dr Tochtrkrn 9 Pb rhält Rückstoßnrgi. a 4

10 f) 7 Durchtunnln ds Potntialwalls: sih Lhrbuch J nidrigr di α-enrgi, dsto höhr und britr ist di Potntialbarrir gringr Tunnlwahrschinlichkit längr Halbwrtszit a) λt N N K 6,8 kg NK 3,85 39,96 u N 9 9 NAr 9 84 kg 9 NK + 3,85 + 5,877,7,7 39,96 u t T / N,8 a 3,85 ln K ln,7 ln N ln 9 5, a b) 4 Das brchnt Altr stigt mit zunhmndm 4 Ar-Ghalt in dr Prob. Ein rhöhtr 4 Ar-Ghalt durch unvollständigs Entwichn bim Schmlzn ds Gstins führt dazu, dass di Prob zu alt ingschätzt wird. c) 5 Aus dm 36 Ar- und dm 38 Ar-Ghalt dr Gstinsprob rgibt sich wgn dr bkanntn Isotopnvrtilung in dr Atmosphär di Mng ds ingdrungnn 4 Ar. Nur di darübr hinausghnd 4 Ar-Mng stammt aus dm Kaliumzrfall und darf bi dr Altrsbrchnung brücksichtigt wrdn. Summ 6 Annahm: Di o. g. Isotopnvrtilung in dr Atmosphär ändrt sich übr dm btrachttn Zitraum nicht.

11 Physik Listungskurs Aufgab L Ph 5 Aufgab BE Hinwis a) 5 W CU 8 J b) 5 w D w ( d ) W πh 77 kj / m Cd km ε π W ( D ) πd 3,64 mj/m 3 c) 7 Gringfügig Abwichungn von dn Tabllnwrtn aufgrund Ablsungnauigkit sind möglich. t / s,5,,,,5,3 I / A ln (I/I o ),33,68,,4,7, zusätzlich Diagramm d) 6 Wgn ln (I/I o ) k t müsst sich in Ursprungsgrad mit dr Stigung k rgbn. Aus dm Diagramm rgibt sich z. B. k 6,8 s. R a Ri 96 mω k C ) 4 Di mittlr Stromstärk für t 5 ms ist I, 3 A. W P t I R a t,5 kj bi konstant angnommnr Stromstärk Auch in Abschätzung, bi dr dr Gsamtwidrstand zugrund ligt, ist zulässig.

12 a) 7 E E + E kin m c m γ c mit γ c v γ + E kin E ; v c γ c v c,8 % b) 6 v B m v B r m γ r v r,5 m B,7 T Auch Abschätzungn mit r m sind zulässig. c) 5 sih Lhrbuch λ G E kin d) 4 sih Lhrbuch ) 7,4 3 m maximalr Enrgiübrtrag für ϑ 8 o λ E kin E E ph,nach 8, MV mit λ E λ 7,8 MV + λ h m c f) 4 Röntgnstrahlung: rlativ hautschonnd, Maximalwrt dr Enrgidosis rst in inr Gwbtif von 3 cm; Bstrahlung von shr tif ligndm Gwb möglich, dann abr auch Schädigung ds dazwischn ligndn Gwbs Summ 6 Elktronn: stark Schädigung dr Haut, Schonung ds tifr als 5 cm ligndn Gwbs

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Versuch O 1 Magntfld inr stromdurchflossnn Spul Flißt durch in im Vrhältnis zum Durchmssr lang Spul mit dr Windungszahl N und dr Läng L in Strom dr Stärk I, so rgibt sich dr Btrag B dr magntischn Flussdicht im Innrn