2. Schulaufgabe im Fach Physik am xx. x.xxxx
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- Andrea Becke
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1 2. Schulaufgabe im Fach Physik am xx. x.xxxx Name: Klasse 8x III 1. Aufgabe a) Was versteht man in der Physik unter einem Kraftwandler? b) Beschreibe einen Kraftwandler. Welche Komponenten der Kraft des Kraftwandlers bleiben unverändert, welche ändern sich? c) Was gibt der Wirkungsgrad eines Kraftwandlers an?
2 2. Aufgabe a) Wie hängen physikalische Arbeit und physikalische Energie zusammen? b) Welche Energieformen liegen in den folgenden Situationen vor? (Achtung: Manche Abbildungen zeigen mehrere Energieformen!) c) Was sagt der Energieerhaltungssatz aus? d) Ein Energieschema zur Energieerhaltung könnte beim Pendel folgendermaßen aussehen: Es finden folgende Energieumwandlungen statt: E pot E kin E pot E pot E kin usw. Warum kommt das Pendel dennoch in der Realität irgendwann zur Ruhe?
3 3. Aufgabe Über einen Elektromotor wird ein Körper mit einer Gewichtskraft F G = 1,0N angehoben. In Abhängigkeit von der Zeit soll die an den Körper abgegebene Hubarbeit ermittelt werden. Dabei entstanden folgende Messwerte: t in s h in m 0,79 1,56 2,34 W Hub = in a) Berechne in der dritten Zeile die jeweiligen Hubarbeiten. b) Nimm in der vierten Zeile eine nummerische (und physikalisch sinnvolle) Auswertung vor. c) Deute das Ergebnis der rechnerischen Auswertung! Welche physikalische Größe kann aus der verrichteten Hubarbeit in bestimmten benötigten Zeiten abgeleitet werden? (Definition, Formel und Einheit?) 4. Aufgabe Ein kräftiger Feuerwehrmann der Feuerwehr Königsbrunn hat eine Masse von m Mann = 90 kg. Er klettert mit seiner Ausrüstung (m Ausr. = 15 kg) über eine Leiter h = 20,0 m in die Höhe. Dafür benötigt er eine Zeit von t = 32 s. Berechne die vom Feuerwehrmann hier abgegebene Leistung.
4 5. Aufgabe a) Was versteht man in der Physik unter der Größe Druck? (Definition, Formel und Einheit) b) Welche Beobachtung kann man machen, wenn ein mit Wasser gefüllter Luftballon mit Löchern versehen wird? (Um ein Platzen zu verhindern, werden die Löcher in angebrachte Klebestreifen gestochen) c) In einer Wasserspritzpistole wirkt eine Kraft von F = 5,0 N auf einen Stempel der Fläche A = 3 cm 2. Welcher Druck herrscht in der Flüssigkeit? Viel Erfolg!
5 Lösungsmuster 1. Aufgabe a) Was versteht man in der Physik unter einem Kraftwandler? Ein Kraftwandler ist eine mechanische Anordnung zur Veränderung einer Kraft in Bezug auf ihren Angriffspunkt, ihre Richtung oder ihren Betrag. 3 Punkte (je einer pro Unterstreichung) b) Beschreibe einen Kraftwandler. Welche Komponenten der Kraft des Kraftwandlers bleiben unverändert, welche ändern sich? schiefe Ebene verändert: Richtung und Betrag (Körper wird über Rampe auf bestimmte Höhe gezogen) unverändert: Angriffspunkt 5 Punkte (Zwei für Kraftwandler, je einer pro Komponente) c) Was gibt der Wirkungsgrad eines Kraftwandlers an? Den Quotienten aus genutzter Arbeit und zugeführter Arbeit. oder η = W nutz W zugeführt 3 Punkte (Einer für Quotient bzw. Bruchstrich und je einer für die richtig genannte Arbeit
6 2. Aufgabe a) Wie hängen physikalische Arbeit und physikalische Energie zusammen? Zum Arbeiten ist Energie erforderlich. oder: Energie als gespeicherte Arbeit. 2 Punkte (für sinnvollen Zusammenhang) b) Welche Energieformen liegen in den folgenden Situationen vor? (Achtung: Manche Abbildungen zeigen mehrere Energieformen!) 5 Punkte (einer je richtige Energieform) c) Was sagt der Energieerhaltungssatz aus? Bei keinem Vorgang kann Energie verschwinden (bzw. verbraucht werden) oder entstehen (bzw. erzeugt werden). 3 Punkte (je einer pro Unterstreichung) d) Ein Energieschema zur Energieerhaltung könnte beim Pendel folgendermaßen aussehen: Es finden folgende Energieumwandlungen statt: E pot E kin E pot E pot E kin usw. Warum kommt das Pendel dennoch in der Realität irgendwann zur Ruhe? Aufgrund von Reibungsarbeit. 2 Punkte (einer für Reibung und einer für Arbeit)
7 3. Aufgabe Über einen Elektromotor wird ein Körper mit einer Gewichtskraft F G = 1,0N angehoben. In Abhängigkeit von der Zeit soll die an den Körper abgegebene Hubarbeit ermittelt werden. Dabei entstanden folgende Messwerte: t in s h in m 0,79 1,56 2,34 W Hub = F G h in Nm 0,79 1,6 2,3 W Hub in Nm 0,2 0,16 0,15 t s a) Berechne in der dritten Zeile die jeweiligen Hubarbeiten. 3 Punkte (einer für Formel&Einheit, zwei für Rechnung) b) Nimm in der vierten Zeile eine nummerische (und physikalisch sinnvolle) Auswertung vor. 3 Punkte (einer für Formel&Einheit, zwei für Rechnung) c) Deute das Ergebnis der rechnerischen Auswertung! Welche physikalische Größe kann aus der verrichteten Hubarbeit in bestimmten benötigten Zeiten abgeleitet werden? (Definition, Formel und Einheit?) W Hub ~t W Hub = konst. t konst. = W Hub t Definition: Der Quotient aus verrichteter Arbeit und benötigter Zeit heißt Leistung. P = W t 2 Punkte 4 Punkte [P] = W oder Nm s oder J s 1 Punkt 4. Aufgabe Ein kräftiger Feuerwehrmann der Feuerwehr Königsbrunn hat eine Masse von m Mann = 90 kg. Er klettert mit seiner Ausrüstung (m Ausr. = 15 kg) über eine Leiter h = 20,0 m in die Höhe. Dafür benötigt er eine Zeit von t = 32 s. Berechne die vom Feuerwehrmann hier abgegebene Leistung. P = W t = m g h 15 kg + 90 kg 10 N kg 20,0 m = t 32 s = N 20,0 m = Nm = 69 W 32 s 32 s 6 Punkte (Einer pro richtiger Schritt)
8 5. Aufgabe d) Was versteht man in der Physik unter der Größe Druck? (Definition, Formel und Einheit) Der Druck in einem abgeschlossenen Fluid ist durch den Quotienten aus dem Betrag F der Kraft senkrecht zur Stempelfläche und der Stempelfläche A festgelegt. P = F A P = 1 N oder 1 Pa m2 7 Punkte (5 Punkte Definition, einer Formel, einer Einheit) e) Welche Beobachtung kann man machen, wenn ein mit Wasser gefüllter Luftballon mit Löchern versehen wird? (Um ein Platzen zu verhindern, werden die Löcher in angebrachte Klebestreifen gestochen) Das Wasser tritt an allen Stellen gleichmäßig aus. 2 Punkte f) In einer Wasserspritzpistole wirkt eine Kraft von F = 5,0 N auf einen Stempel der Fläche A = 3 cm 2. Welcher Druck herrscht in der Flüssigkeit? P = F A = 5,0 N 3 cm 2 = 5,0 N 3 (1 cm 1 cm) = 5,0 N 3 ( m m) = Pa 4 Punkte (Einer Formel, Zwei richtiges Umformen und einer richtiges Ergebnis) Notenschlüssel: Punkte: Note: Punkteverteilung: Aufgabe: Punkte: Σ
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