Musterklausur Physik und Umwelt I

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1 Musterklausur Physik und Umwelt I Teil Punkte A B C Gesamt Note Bitte beachten Sie: Teil A: 20 P. / Teil B: 25 P. Teil C: 45 P. Gesamtpunktzahl: 90 P. 1. Während der Klausur sind alle Aufzeichnungen (auch Nebenrechnungen etc. ) in die Originalklausurbögen einzutragen. Privates Papier darf nicht beschrieben werden. 2. Die Heftung der Klausur darf nicht gelöst werden. 3. Name und Matrikelnummer sind in das Feld oben rechts einzutragen. 4. Es sind nur dokumentenfeste Schreibgeräte zulässig Aufgabenblatt MK1 von 11

2 Aufgabe 1A (2 P.) Geben Sie an, welche der folgenden physikalischen Größen skalar ist: Physikalische Größe Vektor Skalar Geschwindigkeit Arbeit Weg Beschleunigung Impuls Aufgabe 2A (2 P.) Gegeben seien zwei feste Punkte und P im Raum. Für die physikalischen Größen Länge (Abstand P1 2 P1 P2 P1 2 zwischen und ) und Weg (von nach P ) gelten folgende zwei Aussagen: (A) (B) (C) (D) (E) sie unterscheiden sich nur semantisch durch die Wortwahl, nicht aber physikalisch sie haben die gleiche Basiseinheit sie sind betragsmäßig gleich die Länge ist eine vektorielle Größe der Weg ist eine skalare Größe Aufgabe 3A (2 P.) Welche Masse ist gleich 0,05 µ g? (A) (B) (C) (D) (E) , kg kg kg kg kg Aufgabe 4A (3 P.) Vom Element Kohlenstoff gibt es das Isotop charakteristischen Kennzahlen C. Markieren Sie die richtige Spalte mit den für dieses Isotop (A) (B) (C) (D) Protonenzahl Neutronenzahl Kernladungszahl Massenzahl Ordnungszahl Aufgabe 5A (2 P.) Ist die Anzahl der Atome (bzw. Ionen) in 1 kg Aluminium im Vergleich mit der entsprechenden Anzahl der Atome in 1 kg Eisen größer, kleiner oder gleich? (A) größer (B) kleiner (C) gleich (D) ist nur bei Kenntnis des Aggregatzustandes entscheidbar Aufgabenblatt MK2 von 11

3 Aufgabe 6A (2 P.) Das abgebildete Weg-Zeit-Diagramm zeigt vier Bewegungsvorgänge. Markieren Sie die falsche Aussage! s s t (A) Alle Kurven beschreiben gleichförmige Bewegungsvorgänge (B) Kurve 4 beschreibt die Bewegung mit der größten Geschwindigkeit (C) Kurve 4 beschreibt die Bewegung mit der kleinsten Geschwindigkeit (D) Kurve 1 beschreibt einen Vorgang mit der Geschwindigkeit v 1 = 0. Aufgabe 7A (2 P.) Eine gleichmäßig beschleunigte Bewegung (A) ist im Weg-Zeit-Diagramm ein linearer Graph (B) führt ein Körper aus, wenn keine Kraft auf ihn einwirkt (C) ist durch eine gleichmäßig zunehmende Beschleunigung zu erreichen (D) ist im Geschwindigkeits-Zeit-Diagramm ein linearer Graph (E) ist durch eine konstante Geschwindigkeit gekennzeichnet Aufgabe 8A (2 P.) Die Celsius-Temperatur ϑ ergibt sich aus der Kelvin-Temperatur T durch die Beziehung ϑ / C = T /K 273,15 Die Celsius-Temperatur eines Körpers werde durch Wärmezufuhr um Erhöhung der Kelvin-Temperatur T? ϑ = 30 C erhöht. Wie groß ist dann die (A) T = 303,15 K (B) T = 243,15 K (C) T = 30 K (D) T = 30 C Aufgabe 9A (2 P.) Ein Stahlbandmaß sei bei 20 C kalibriert ( geeicht ) worden. Misst man mit diesem Bandmaß bei 35 C eine zu große oder eine zu kleine Länge oder hat die Temperaturänderung keinen Einfluss auf die Längenmessung? (A) kein Einfluss auf die Längenmessung (B) man misst eine zu große Länge (C) man misst eine zu kleine Länge Aufgabe 10A (2 P.) Ein ideales Gas soll aus einem Anfangszustand ( p0, V 0 ) expandieren. In dem unten aufgeführten p,v- Diagramm sind drei verschiedene Zustandsänderungen graphisch dargestellt. Ordnen Sie diesen die Aufgabenblatt MK3 von 11

4 korrekten Bezeichnungen zu! p p V0 V Zustandsänderung Isobare Adiabate Isotherme Aufgabe B1 (5 P.) Durch einen oben offenen Abwasserkanal fließt mit der Strömungsgeschwindigkeit v = 1 m/s Abwasser mit der 3 Volumenstromstärke I V = 8m / s. Der Kanal hat die Form eines gleichschenkligen Dreiecks mit der lichten Weite l = 4 m, der Tiefe b und der Querschnittsfläche A. Welches Maß muss für die Tiefe b mindestens gewählt werden? l = 4 m Aufgabe B2 (5 P.) Welche Dichte besitzt ein 100 m langer Draht mit einem Durchmesser von 2 mm, wenn seine Masse m = 2796 g beträgt? Aufgabenblatt MK4 von 11

5 Aufgabe B3 (5 P.) Die nächste Entfernung von der Erde zum Planeten Jupiter beträgt etwa 630 Millionen km. Seine Masse ist M 317,9, wobei M die Erdmasse darstellt. Welche Anziehungskraft F übt Jupiter auf die Erde aus? J = M E E G Aufgabe B4 (5 P.) Eine schwimmende Kugel mit dem Außen-Durchmesser D = 2 m taucht in Wasser mit der Dichte 3 ρ = 1000 kg / m h = 0,5 m tief ein. Welche Masse besitzt die Kugel? W mk Aufgabe B5 (5 P.) Eine frei tragende Stahlbrücke ( α = K ) sei bei ϑ = 20 C l = 250 m lang. Welches Längenspiel l müssen die Konstrukteure einplanen, wenn die Brücke Temperaturen von ϑ 1 = 20 C bis ϑ = + 40 C ausgesetzt ist? 2 0 Aufgabenblatt MK5 von 11

6 Hinweis: Nur durch nachvollziehbare Berechnungen belegte Antworten werden gewertet! Aufgabe C1 (15 P.) Der Öko-Freak Rene Vert fährt mit einer konstanten Geschwindigkeit von mit dem Fahrrad von Dortmund zur Vorlesung nach Münster. Er startet in Dortmund um 6.00 Uhr. Um 8.00 Uhr begegnet er den Radfahrer Ernst Zahlenbeiß, der um 6.00 Uhr in Münster gestartet ist und der auf derselben Straße mit konstanter Geschwindigkeit auf dem Weg nach Dortmund zu einem Mathematikerkongress ist. Rene v EZ v RV = 18km / h kommt 100 Minuten früher in Münster an als Ernst in Dortmund. Berechnen Sie die Länge zwischen Dortmund und Münster. E DO MS der Straße Aufgabenblatt MK6 von 11

7 Aufgabenblatt MK7 von 11

8 Hinweis: Nur durch nachvollziehbare Berechnungen belegte Antworten werden gewertet! Aufgabe C2 (20 P.) Ein nicht vollständig gefüllter kugelförmiger Wassertank mit dem Radius R = 4 m soll teilweise ausgepumpt werden. Berechnen Sie dazu die Hubarbeit W H, die verrichtet werden muss, um den Wasserspiegel des Tanks von a = 2 m auf b = 4 m unter die obere Tankoberfläche zu senken, wenn die Pumpe direkt an der Oberkante des Wassertanks (x = 0) angebracht ist. 3 2 Daten: ρ W = 10 3 kg / m ; g = 10 m/s Sphärischer Flüssigkeitstank vom Radius R Aufgabenblatt MK8 von 11

9 Aufgabenblatt MK9 von 11

10 Aufgabenblatt MK10 von 11

11 Wichtiger Hinweis: Nur durch nachvollziehbare Berechnungen belegte Antworten werden gewertet! Aufgabe C3 (10 P.) Durch Elektrolyse von Wasser entsteht Wasserstoffgas ( κ = 1, 41) mit der Temperatur ϑ = 20 C 1 und dem Druck p 1 = 1 bar. Durch isentrope Kompression soll das Gas auf p 2 = 350 bar komprimiert und in einen Druckbehälter mit dem Volumen V 2 = 205 L gefüllt werden. Welche Temperatur T 2 erreicht dabei das Gas, wenn keine Wärmeverluste auftreten? Aufgabenblatt MK11 von 11

12 Aufgabenblatt MK12 von 11