Beispiele von Klausuren Physik für WI HS Pforzheim ab WS 2005

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1 Beispiele von Klausuren Physik für WI HS Pforzheim ab WS 2005 K. Blankenbach Hilfsmittel: 8 Seiten handgeschriebene Formelsammlung inkl. ET Klausurdauer inkl. ET: 120 min. Gewichtung: - 50% Physik + 50% ET - innerhalb Physik: je 50% Fragen und Rechenaufgaben Fragen mit stichwortartigen Antworten (Bitte nur dort Formeln verwenden, wo unbedingt erforderlich) 1. Welche Erhaltungssätze der Mechanik kennen Sie und wo werden sie angewendet (je 1 stichwortartiges Beispiel mit eine Beispiel-Formel)? 2. Listen Sie die Modellkörper der Mechanik und Schwingungslehre auf und geben Sie jeweils 1 technische Anwendung (Stichworte) wo diese üblicherweise verwendet werden können und wo nicht. 3. Welche Fälle können bei einer freien gedämpften Schwingung auftreten? Am einfachsten verwenden Sie hierzu ein Diagramm. 4. Was passiert, wenn ein schwingungsfähiges System von außen sinus-periodisch angeregt wird? Beschreiben Sie den Effekt auch in einem Diagramm. 5. Eine ebene Welle kann durch folgende Formel beschrieben werden. Welche physikalische Bedeutung haben A, B, C, D und +/-? 6. Welche Phänomene treten bei der Überlagerung von Wellen auf? 7. Welche Effekte treten auf, wenn eine Quelle, welche Wellen aussendet und ein Empfänger sich relativ zueinander bewegen? Welche Fälle gibt es, wie heißt der Oberbegriff (Name)? Physik-Klausuren WI K. Blankenbach 1

2 8. Beschreiben Sie die Analogie zwischen Wärmelehre und Elektrotechnik für den Wärmetransport; geben Sie mindestens 5 Korrespondenzen (nur Stichworte) an. 9. Nennen Sie die 3 Wärmetransportarten, jeweils mit der Art des Transports (z. B. Medium) und geben je ein typisches Beispiel an. 10. Was passiert, wenn man Festkörper erwärmt? Rechenaufgaben (Skizzen sind hier hilfreich und geben Punkte ) 11. Jedes Kind macht Schaukelweitspringen (maximaler Auslenkwinkel 90 ). Die Schaukelstange sei 3 m lang und befindet sich im tiefsten Punkt 1m über dem ebenen Boden? Wie weit kommt man bei Absprung im tiefsten Punkt bzw. im höchsten Punkt jeweils vom Absprungpunkt aus? Wie sind die beiden Fälle üblicherweise bezeichnet? 12. Eine 12 cm dicke Ziegelwand (λ = 1 W/Km) soll mit einer Styroporschicht (λ = 0,1 W/Km) verstärkt werden, so dass der gesamte Wärmeleitwiderstand demjenigen eine 36 cm dicken Ziegelwand (λ = 1 W/Km) entspricht. Wie dick muss das Styropor sein? kleine elektrisch geladene (gleich große und gleichnamige Ladungen) Kugeln (m = 10 g, Q = 1 µc) sind mit einem jeweils 1 m langen Faden am selben Aufhängepunkt befestigt. Unter welchem Winkel aus der Ruhelage befinden sich die Kugeln? Bem.: - F Coulomb = Q²/r² (verwenden Sie bitte: [r] = m, [Q] = C, [m] = kg und lassen die Einheiten weg ) mit r als Abstand der Kugeln; - sinϕ = tanϕ = ϕ (im Bogenmaß) Nun entfernt man eine Kugel sehr schnell. Welche Bewegung vollführt die verbleibende Kugel? Berechnen Sie die relevante Kenngröße dieser Bewegung (Skizze der Gegebenheiten, Lösungsansatz, Kenngröße, kein Lösen der Gleichung). Physik-Klausuren WI K. Blankenbach 2

3 Danach bringt man um diese sich bewegende geladene Kugel einen Plattenkondensator, der mit einer Spannungsquelle verbunden ist, an. Die Kugel berühre die Platten gerade und kann die Ladung 1C aufnehmen und abgeben. Welcher Strom fließt (Skizze des zeitlichen Stromverlaufs) und wie hoch ist er? (Falls Sie die vorangegangene Teilaufgabe rechnerisch nicht lösen konnten, nehmen Sie einen plausiblen Wert an.) Fragen mit stichwortartigen Antworten (Bitte nur dort Formeln verwenden, wo unbedingt erforderlich) 14. Wie lautet das D Alembertsche Prinzip in seiner Kurzform (nur Formel)? Stellen Sie dies für den freien Fall dar (Skizze und explizite Berechnung der Beschleunigung). 15. Geben Sie die Unterschiede zwischen Energie, Arbeit und Leistung an. Auf was müssen Sie bei der Verwendung von nichtlinearer Formeln (z. B. kinetische Energie) achten? Wie ist der Wirkungsgrad definiert? 16. Welche prinzipiellen Effekte gibt es beim Impuls? Wie hängen Kraft und Impuls zusammen (nur Formel)? 17. An einer Rolle sind mittels einer idealen Schnur 2 Gewichte befestigt. Skizzieren Sie dies und stellen die Bewegungsgleichgungen (nicht auflösen!) für folgende Fälle auf: - Rolle vernachlässigt - Rolle berücksichtigt bei Kraftansatz - Rolle berücksichtigt bei Energieansatz 18. Welche Phänomene treten auf, wenn sich die Quelle von Wellen und der Beobachter relativ zueinander bewegen? Wie heißt der Effekt? 19. Konstruieren Sie für eine Sammellinse und einem Abstand des Gegenstandes von der Linse das Bild. Sie können z. B. folgende Werte verwenden: f = +30 mm, a = 50 mm und y = 20 mm. Physik-Klausuren WI K. Blankenbach 3

4 20. Durch welche beiden Effekte außer Reflexion können Wellen in ihrer Richtung abgelenkt werden? Beschreiben und skizzieren Sie diese Fälle kurz und geben die Kenngrößen an. 21. Welche Parameter und Materialgrößen sind für den Wärmedurchgang durch eine Wand relevant? Skizzieren Sie dies mit Hilfe einem typischen Beispiels. 22. Warum wird in den meisten Fällen nur der Längenausdehnungskoeffizient bei der Temperaturänderung von Festkörper angegeben? Worauf beruht diese Näherung? 23. Warum kann ein Flugzeug, dass schwerer wie Luft ist fliegen? Auf welchem Prinzip basiert dagegen ein Ballon bzw. Zeppelin? Rechenaufgaben (Skizzen sind hier hilfreich und geben Punkte ) 24. Sie fahren mit einem Nostalgiezug von einer Sportveranstaltung zurück: a) Bei Querwind wird die Rauchfahne des 90m langen Zuges, der mit 70 km/h fährt, abgetrieben. Die Rauchfahne ist am Zugende 30 m seitwärts. Welche Geschwindigkeit hat der Wind (zeichnerische und rechnerische Lösung)? b) In sträflichem Leichtsinn werfen Sie (rechtwinklig und horizontal) eine Flasche aus dem fahrenden Zug. Sie fällt auf eine 4 m unter dem Abwurfpunkt gelegene Wiese. Der Auftreffpunkt liegt 20 m in Fahrtrichtung und 8 m entfernt vom Abwurfpunkt. Berechnen Sie die Geschwindigkeit des Zuges, die Abwurf und die Auftreffgeschwindigkeit der Flasche. 25. Sie befinden sich in einem vertikalen Karussell (ideal), das einen Durchmesser von 20 m und eine Umlaufdauer von T = 10 s hat. Bei der Aufwärtsbewegung lassen Sie in 10 m Höhe einen Ball los. a) Wie schnell bewegen Sie sich? b) Wie hoch kommt der Ball? c) Wenn Sie das nächste Mal an diese Stelle kommen, ist der Ball dann über oder unter Ihnen? d) Wie groß müsste T sein, damit Sie den Ball wieder fangen können? Physik-Klausuren WI K. Blankenbach 4

5 26. Sie sind bei einem Automobilhersteller in der Fahrwerkskonstruktion beschäftigt: a) Stellen Sie die Schwingungsgleichung für ein horizontal angebrachtes Feder- Masse-System auf. Bitte Skizze mit Kräften, Richtungen, b) Mit welcher Eigenfrequenz und Schwingungsdauer kann ein Pkw aufgrund seiner Federung schwingen, wenn sich seine Karosserie mit der Leermasse 800 kg bei einer Zuladung von 200 kg um 20 mm senkt? Hinweis: ω o ² = D/m c) Mit diesem Fahrzeug fahren Sie auf die Autobahn, welche Schwellen (Erhöhungen) im von Abstand knapp 19 m aufweist. Ihre Stoßdämpfer haben aus Altersgründen nur noch eine schwache Wirkung. Sie beschleunigen langsam über eine Strecke von mehreren Kilometern von 0 auf 150 km/h: - Was bemerken Sie? - Skizzieren (keine Wertediagramm etc.) Sie den Amplituden-Verlauf (ihrer Beobachtung) und berechnen die Geschwindigkeit bei der wichtigen Kenngröße. Physik-Klausuren WI K. Blankenbach 5