Aufgabe 1:Grundwissen zum Atomaufbau und physikalischen Größen

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1 Probearbeit Physik Aufgabe 1:Grundwissen zum Atomaufbau und physikalischen Größen [14 Punkte] Hinweis:Nutze zur Bearbeitung dieser Aufgabe das beigefügte Periodensystem der Elemente (PDE). (a) Bestimme von den in der Tabelle aufgeführten Elementen jeweils die Elektronen- und Protonenzahl: Element Kohlenstoff (C) Sauerstoff (O) Neon (Ne) Elektronenzahl 𝒏𝒆 (b) Welches Element hat 28 Elektronen?(Abkürzung genügt) Protonenzahl 𝒏𝒑 (1P) Ni (c) Zähle alle Elemente (Abkürzungen reichen) der 1. Hauptgruppe auf. H, Li, Na, K, Rb, Cs, Fr (d) Skizziere die Elektronenhülle von Stickstoff (N) samt Elektronen. {Skizze sollte jeder im Heft haben. Es befinden sich 7 positiv geladene Protonen im Kern, und 7 negativ geladene Elektronen in der Atomschale} Abbildung: Das Periodensystem der Elemente (PDE)

2 (e) Fülle die folgende Tabelle aus: Physikalische Größe Formelzeichen Einheit (ohne Vorfaktor!) Masse m kg (Kilogramm) Zeit t s (Sekunde) (f) Die folgende Rechnung enthält einen gravierenden Fehler. Finde, begründe und korrigiere den Fehler. m = 3 kg + 4 = 7 kg Nach der 4 fehlt die Einheit, sodass die Rechnung unvollständig, und somit falsch ist. (g) Schreibe die Zahl in Dezimalschreibweise: 0, in wissenschaftlicher Schreibweise: oder 1, Aufgabe 2: Reihenschaltung [10 Punkte] (a) Bestimme den Wahrheitsgehalt der folgenden Aussagen zur Reihenschaltung. Eine Begründung wird weder erwartet noch gewertet. Aussage wahr falsch Eine Reihenschaltung besteht aus einer Spannungsquelle und genau zwei Lampen (oder anderen Verbrauchern). In einer Reihenschaltung mit zwei gleichartigen Verbrauchern leuchten beide Lampen gleich hell. Die Gesamt-Stromstärke I ges einer Reihenschaltung mit zwei Verbrauchern berechnet sich aus den Teilstromstärken I 1 und I 2 wie folgt: I ges = I 1 + I 2. (b) Skizziere den Schaltplan einer Reihenschaltung mit drei gleichen Lampen L 1, L 2 und L 3, einer Spannungsquelle und einem Amperemeter hinter Verbraucher L 3. {Skizze sollte jeder im Heft haben. Es gibt eine Quelle, drei Lampen mit Beschriftung und ein Amperemeter. Bei Unsicherheiten, siehe auf die Experimentiereinheiten.}

3 (c) Das Amperemeter in Aufgabenteil (b) zeigt den Wert 0,1A an. Welchen Wert zeigt ein zweites Amperemeter an, das zwischen die Verbraucher L 1 und L 2 geschaltet wird? Begründe deine Antwort in einem kurzen Satz! Wert: 0,1 A Begründung: In einer Reihenschaltung ist die Stromstärke an jedem Messpunkt gleich, unabhängig, ob vor, zwischen oder hinter Verbrauchern gemessen wird. (d) Was würde passieren, wenn man die drei Verbraucher und die Amperemeter entfernen würde? Es würde zu einem Kurzschluss kommen, da der Stromfluss ohne Verbraucher den Stromkreislauf durchlaufen. Aufgabe 3: Elektrische Ladung [16 Punkte] (a) Bestimme den Wahrheitsgehalt der folgenden Aussagen zur elektrischen Ladung. Eine Begründung wird weder erwartet noch gewertet. Aussage wahr Falsch Atome sind ungeladene Teilchen. (die sind elektrisch neutral) Das einfachste Atom ist das Wasserstoffatom mit nur einem Proton. (es hat natürlich auch ein Elektron in der Antomhülle) Es gibt Elektronen, die das Zweifache der Elementarladung tragen. (b) Gegeben sei eine bestimmte Elektronenzahl n. Nenne die Formel zur Berechnung der elektrischen Ladung Q, in der die Elektronenzahl nauftritt. Q = n e (c) Stelle die Formel aus Aufgabenteil (b) nach der Elektronenzahl n um. (1P) n = Q e

4 (d) Gegeben sei ein Atom mit n Elektronen in der Atomhülle. Die Ladung der Atomhülle ist Q Hülle. Berechne für Q Hülle = 1, C die Anzahl n an Elektronen. Um welches Atom handelt es sich? (Hinweis: Nutze zur Beantwortung der Frage das Periodensystem aus Aufgabe 1).Kommentiere kurz dein Vorgehen! (6P) Geg.: Ladung Q Hülle = 1, C Ges.: Elektronenzahl n Formel: n = Q e Einsetzen: n = 1, C 1, C = 6, 99 7 Es gibt 7 Elektronen in der Atomhülle. Somit muss es sich um N (Stickstoff) handeln. (e) Skizziere in einem I(t)-Diagramm (x-achse t, y Achse I)die Stromstärke I gegenüber der Zeit t für den Fall = 2 A = const in einem Zeitraum von 10 Sekunden. Was beschreibt die Fläche unter dem Graphen? (4P) I in A 2 10 t in s Die Fläche unter dem Graphen beschreibt die Ladung Q.

5 Aufgabe 4: Elektrisches Feld [8 Punkte] Du hast an deinem Pullover (in der Skizze links mit Wand bezeichnet) mit einem Luftballon gerieben. Der Luftballon ist negativ, der Pullover positiv geladen. (a) Erkläre, wie es zu der Ladungstrennung kommt. (b) Wieso sind auf beiden Körpern Luftballon und Pullover beide Ladungsträgerarten vorhanden (siehe Abbildung)? Durch die Reibung kommt es zu einer Elektronenübertragung von einem Stoff zum anderen. Dadurch hat ein Stoff einen Elektronenüberschuss, der andere einen Mangel. Hat der Luftballon nach dem Reiben mehr negative als positive Ladungsträger in sich, so wird er insgesamt als negativ geladen bezeichnet. (c) Was geschieht, wenn man den Luftballon mit dem Pullover in Kontakt bringt? Sobald sich die beiden Gegenstände berühren, kommt es zur Übertragung der Ladungen, sodass sie sich (teilweise) ausgleichen können. In dem sehr kurzen Moment kann man sogar von Strom sprechen, da es zu einem Fluss an elektrischen Ladungen kommt. (d) Wir vereinfachen die Situation von oben dahingehend, dass der Luftballon ausschließlich negative und der Pullover ausschließlich positive Ladungsträger hat. Skizziere in folgender Abbildung das elektrische Feld zwischen den beiden Körpern. _ + + _ + +

6 Aufgabe 5: Akustik Zum Thema wird es eine einfache, kurze Verständnisaufgabe geben. Zur Vorbereitung sollten die Grundbegriffe gut sitzen!