BESONDERE LEISTUNGSFESTSTELLUNG 2009 PHYSIK KLASSE 10

Größe: px

Ab Seite anzeigen:

Download "BESONDERE LEISTUNGSFESTSTELLUNG 2009 PHYSIK KLASSE 10"

Meta Krüger
vor 7 Jahren
Abrufe

1 Staatliches Schulamt Bad Langensalza BESONDERE LEISTUNGSFESTSTELLUNG 2009 PHYSIK KLASSE 10 Arbeitszeit: 120 Minuten Hilfsmittel: Wörterbuch zur deutschen Rechtschreibung Taschenrechner Tafelwerk Der Teilnehmer löst die Pflichtaufgabe und wählt von den Wahlaufgaben A1 und A2 eine zur Bearbeitung aus. Rechts neben jeder Teilaufgabe steht die für diese Teilaufgabe maximal erreichbare Anzahl von Bewertungseinheiten (BE).

2 Am 27. September 2008 fand in Singapur das erste Nachtrennen der Formel 1 Geschichte statt. Die neue Strecke auf diesem Stadtkurs ist 5,067 km lang, weist 14 Links- und 10 Rechtskurven auf und wurde 61 Mal umrundet. Kurve 7 90 km. h -1 Kurve 1 Kurve 3 90 km. h km. h km. h km. h -1 Boxengass e Start / Ziel Pflichtteil 1. Qualifying In einer spektakulären Rennrunde holte sich der Pilot M. am Samstag vor dem Wettkampf in 1:44,801 Minuten die Pole Position und verwies WM-Rivale H. (1:45,465 Minuten) und Teamkollege R. (1:45,617 Minuten) auf die weiteren Plätze. 1.1 Berechnen Sie die Durchschnittsgeschwindigkeiten von M. und H. auf ihren Runden! 1.2 Berechnen Sie den Vorsprung (in Meter), den M. auf H. in dieser einen Runde herausgefahren hat! 2. Start des Rennens Die Startmasse der Fahrzeuge mit Fahrer muss mindestens 600 kg betragen. Rennfahrer M. erreichte auf der Startgeraden nach 2,4 Sekunden eine Geschwindigkeit von 100 km/h. 2.1 Berechnen Sie die mittlere Beschleunigung von M. für die ersten 2,4 Sekunden! 2.2 Berechnen Sie die Strecke, auf der M. die 100 km/h erreicht hat! 2.3 Zeichnen Sie ein Diagramm, welches die Geschwindigkeit in Abhängigkeit von der Zeit für die ersten 2,4 Sekunden darstellt und beschreiben Sie, wie Sie mit Hilfe dieser Darstellung die berechnete Strecke aus 2.2 überprüfen können! 4 BE 2.4 Berechnen Sie die mittlere Kraft, die das Fahrzeug für diesen Start mindestens aufbringen muss, ohne Reibungskräfte zu berücksichtigen und bestimmen Sie die dazu notwendige mechanische Arbeit! Definieren Sie die physikalischen Größen Kraft und mechanische Arbeit! 4 BE 3. Rennverlauf Nach dem Start durchfährt M. die weitere Strecke nach den Angaben in der obigen Darstellung. Um die Kurve 1 zu durchfahren, muss der Fahrer das Fahrzeug abbremsen. 3.1 Begründen Sie, weshalb das Auto vor der Kurvenfahrt die Geschwindigkeit verringern muss! 3.2 Berechnen Sie die Energie, die vom Bremssystem aufgenommen werden muss, damit das Auto die Kurve 1 durchfahren kann! Geben Sie eine wichtige Anforderung an die Bremsscheiben der Formel-1-Wagen an!

3 Wahlteil A1 1. Boxenstopp In der 14. Runde fuhr der Fahrer T. mit seinem Auto an die Box. Durch den so genannten Speed-Limiter wird die Höchstgeschwindigkeit exakt gehalten. Die kurzen Phasen zum Abbremsen (1 s) und Anfahren (2 s) sind zu berücksichtigen. Das folgende Diagramm wurde zur Kontrolle der Boxendurchfahrt erstellt. 1.1 Beschreiben Sie nach dem Diagramm die Bewegungen des Autos! 1.2 Nennen Sie die Höchstgeschwindigkeit, die durch den Speed-Limiter vorgegeben wird! 1.3 Geben Sie an, wie lange der Boxenstopp dauerte! 1.4 Berechnen Sie die Beschleunigungen beim Abbremsen und Anfahren und zeichnen Sie für den gesamten Bewegungsablauf das zugehörige a(t)-diagramm! Definieren Sie die physikalische Größe Beschleunigung! 4 BE 1.5 Berechnen Sie die Strecke in der Boxengasse, die hier aufgezeichnet wurde! In der 20. Runde kam es dann zu einem spektakulären Unfall in der Boxengasse. Dem Fahrer M. wurde freie Fahrt gegeben, obwohl der Tankschlauch noch in seinem Auto steckte. Er fuhr los, der Schlauch riss von der Tanksäule ab und ein Mechaniker wurde dabei schwer verletzt. 1.6 Erklären Sie, warum diese Situation so gefährlich für die Mechaniker war! 2. Rennunfall In der 57. Runde fuhr der Fahrer R. unbedrängt frontal mit einer Geschwindigkeit von 108 km/h gegen eine Schutzmauer aus Wassertanks. Wenn man die Länge der Nase des Autos, die als Crashbox dient, mit einberechnet, so kommt man auf eine Distanz von etwa 3 m, auf der das Auto abgebremst wurde. 2.1 Berechnen Sie die Bremsverzögerung, die auf den Fahrer wirkte und vergleichen Sie diese mit der Fallbeschleunigung auf der Erde! 2.2 Beschreiben Sie die Energieumwandlungen, die bei einem solchen Unfall erfolgen!

4 2.3 Erklären Sie, warum Schutzmauern aus Wassertanks in der Formel 1 an Bedeutung gewinnen! 2.4 Begründen Sie, unter zu Hilfenahme eines geeigneten Gesetzes, weshalb ein Formel-1-Pilot angeschnallt und mit Helm fährt! Wahlteil A2 1. Besonderheiten in Singapur In unmittelbarer Nähe der Rennstrecke befindet sich der Singapore Flyer, das mit einer Höhe von 165 m größte Riesenrad der Welt. Auf dem höchsten Punkt im Singapore Flyer überblickt man die Stadt, den Hafen und die Küsten. Das Riesenrad hat einen Raddurchmesser von 155 m, verfügt über 28 Gondeln, welche jeweils bis zu 28 Personen fassen und 7 m lang sind. Eine Umdrehung dauert 37 min. Die Gondeln sind als Massepunkte zu betrachten! Der Aus- und Einstieg erfolgt auf einem Podest von 10 m Breite vor dem Riesenrad, während sich das Rad weiterdreht. 1.1 Beschreiben Sie das Modell Massepunkt und geben Sie die Bewegungsart der Gondeln an! 1.2 Berechnen Sie die Drehzahl und die Winkelgeschwindigkeit des Rades! Definieren Sie die physikalische Größe Winkelgeschwindigkeit! 1.3 Berechnen Sie die Zeit, in der die Besucher einer Gondel ein- und aussteigen können! 2. Beleuchtung der Rennstrecke Damit die Fahrer auch an der schnellsten Stelle bei rund 300 km/h nicht plötzlich im Dunkeln stehen, wurden Scheinwerfer mit je Watt Leistung im Abstand von jeweils vier Metern installiert. Das Licht soll nach Angaben der Veranstalter an allen Stellen gleich hell sein. Zwölf Diesel-Generatoren, untergebracht in schalldichten Containern, und insgesamt Meter Kabel sind nötig, um die Scheinwerfer zum Leuchten zu bringen. Fällt ein Generator aus, springen die anderen ein. Lampen, die direkt nebeneinander hängen, erhalten den Strom von verschiedenen Quellen. 2.1 Berechnen Sie die Gesamtleistung der Scheinwerfer! 2.2 Am Renntag waren die Scheinwerfer 6 Stunden in Betrieb. Wie lange könnte ein 2-Personen-Haushalt, der einen durchschnittlichen Jahresverbrauch von 2200 kwh hat, mit der notwendigen Energie versorgt werden? 2.3 Ein Diesel-Generator besteht aus einem Generator, der durch einen Dieselmotor angetrieben wird. Beschreiben Sie die Energieumwandlungen, die stattfinden, wenn der Diesel- Generator in Betrieb ist! 2.4 Skizzieren Sie den Aufbau eines Generators und benennen Sie die wichtigsten Teile! Beschreiben Sie prinzipiell, wie mit Hilfe eines Generators Elektroenergie erzeugt wird! 4 BE 2.5 Zur Beleuchtung der Rennstrecke und des Riesenrades stehen Glühfadenlampen

5 und gasgefüllte Lampen zur Verfügung. Vergleichen Sie den elektrischen Leitungsvorgang in einem Metall mit dem in einem Gas!

Ähnliche Dokumente

BESONDERE LEISTUNGSFESTSTELLUNG PHYSIK. Tafelwerk Wörterbuch zur Deutschen Rechtschreibung

BESONDERE LEISTUNGSFESTSTELLUNG 2008 PHYSIK Arbeitszeit: Hilfsmittel: 120 Minuten Taschenrechner Tafelwerk Wörterbuch zur Deutschen Rechtschreibung Lösen Sie die Pflichtaufgabe und wählen Sie von den Wahlaufgaben