Physik-Prüfung. vom 4. Oktober Lichtausbreitung, Schatten

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1 Physik-Prüfung vom 4. Oktober 2011 Lichtausbreitung, Schatten Hinweise und Modalitäten: - Beginnen Sie erst mit der Prüfung, wenn das Zeichen dafür gegeben wurde. - Erlaubte Hilfsmittel: Papier, Schreibzeug, Massstab, Geodreieck, Zirkel, Taschenrechner - Bei jeder Aufgabe ist angegeben, wie viele Punkte erreicht werden können. Die Aufgaben können in beliebiger Reihenfolge gelöst werden. Verweilen Sie nicht zu lange bei einer Aufgabe, die Ihnen Schwierigkeiten bereitet. - Wenn Sie eine Frage haben, dann bleiben Sie bitte ruhig an Ihrem Platz und heben Sie die Hand. - Der Lösungsweg muss bei allen Aufgaben ersichtlich sein. Machen Sie die Resultate jeweils klar erkenntlich (zum Beispiel durch doppeltes Unterstreichen). - Kennzeichnen Sie bitte alle Blätter, die Lösungen von Ihnen enthalten, mit Ihrem Namen. Vorname: Name: Klasse: 1dN Viel Erfolg! Physik-Prüfung der Klasse 1dN vom 4. Oktober 2011 Seite 1 / 8

2 1. Kurzfragen Kurzantworten (7 Punkte) a) Eisbären haben unter ihrem weissen Fell eine tiefschwarze Haut. Erklären Sie physikalisch, welchen Vorteil das für sie hat. b) Formulieren Sie in einem Satz präzise das Fermatsche Prinzip. c) Kann ein Mensch oder ein Gegenstand fünf Schatten haben? Begründen Sie Ihre Antwort kurz. d) Am Morgen wird es schon hell, ziemlich lange bevor die Sonne hinter dem Horizont auftaucht (Morgendämmerung). Wieso eigentlich? e) Das nebenstehende Bild stammt von der ersten Mondlandung (Apollo 11) und zeigt den Astronauten Buzz Aldrin beim Verlassen der Landefähre. Dieses Bild wird manchmal als Beweis dafür angeführt, dass die Mondlandungen nicht wirklich stattgefunden haben, sondern nur vorgetäuscht wurden. Dabei wird behauptet, dass der Astronaut viel zu hell sei und man ihn eigentlich nur sehr dunkel sehen dürfte, da er sich offensichtlich komplett im Schatten der Fähre befindet. Dies sei der Beweis, dass die Aufnahme tatsächlich in einem Filmstudio gemacht worden sei, wobei der Astronaut durch einen Scheinwerfer beleuchtet worden sei, damit man ihn sehen kann. Ist diese Erklärung schlüssig? Begründen Sie, wieso es doch möglich ist, dass man den Astronauten im Schatten der Landefähre deutlich sehen kann, und erklären Sie, was gegen die Beleuchtung durch eine weitere Lichtquelle spricht. f) Betrachten Sie den Schatten, den Ihre Hand auf den Tisch vor Ihnen wirft. Wie sieht er aus und warum? g) Eine punktförmige Lichtquelle beleuchte einen Gegenstand, wodurch auf einer dahinter aufgestellten Leinwand ein Schatten entstehe. Um welchen Faktor wird die Fläche dieses Schattens verkleinert, wenn der Abstand zwischen Gegenstand und Leinwand halbiert wird? Kreuzen Sie die richtige Antwort an (es ist genau eine Antwort richtig). A: um den Faktor 0.5 B: um den Faktor 1.5 C: um den Faktor 2 D: um den Faktor 4 E: um den Faktor 8 F: Der Schatten bleibt gleich gross. G: Das hängt vom Abstand der Lichtquelle zum Gegenstand ab. H: Keine der obigen Antworten ist richtig. Physik-Prüfung der Klasse 1dN vom 4. Oktober 2011 Seite 2 / 8

3 2. Lichtausbreitung (4 Punkte) a) Ein Physik-Buch wird aufrecht auf einen Tisch gestellt und mit einer punktförmigen Lichtquelle beleuchtet, so dass auf einer dahinter liegenden Wand ein Schattenbild entsteht wie in der untenstehender Skizze in einer Aufsicht dargestellt. Wo muss eine zweite punktförmige Lichtquelle aufgestellt werden, damit auf der Wand gerade kein Kernschatten mehr entsteht, sondern zwei sich nahtlos aneinander fügende Halbschatten, die beide gleich breit sein sollen. Wand Lichtquelle 1 Buch Physik-Prüfung der Klasse 1dN vom 4. Oktober 2011 Seite 3 / 8

4 b) Eine Büchse mit Campbell s Condensed Tomato Soup wird von zwei punktförmigen Lichtquellen beleuchtet, so dass auf einer dahinter liegenden Wand ein Schattenbild entsteht (siehe nachfolgende Aufsicht). Gegeben ist der Standort und die Grösse der Büchse sowie der Schatten auf der Wand, wo kein Licht von Lichtquelle 1 hingelangt. Kennzeichnen Sie in der Skizze die Punkte oder Bereiche, wo die Lichtquellen 1 und 2 aufgestellt sein können, wenn sich das gegebene Schattenbild nicht ändern soll und zusätzlich die Bedingung erfüllt sein soll, dass der Punkt A im Schatten liegen muss. Beschriften Sie die Positionen / Bereiche mit Lichtquelle 1 und Lichtquelle 2. Wand Büchse Bereich, in den kein Licht von Lichtquelle 1 gelangt Punkt A: Licht von maximal einer Lichtquelle Physik-Prüfung der Klasse 1dN vom 4. Oktober 2011 Seite 4 / 8

5 3. Schatten (2 Punkte) a) Zwei farbige Lichtquellen links eine blaue, rechts eine rote beleuchten eine gleichmässig weisse Wand. Vor den Lichtquellen befindet sich ein lichtundurchlässiger Gegenstand, der zwei voneinander getrennte Schatten auf die Wand wirft (siehe Abbildung). Ein Schatten erscheint einer Beobachterin rot, der andere blau. Welcher der Schatten erscheint rot und welcher blau? Schatten 1 Schatten 2 blaue Lichtquelle rote Lichtquelle Füllen Sie die Wörter rot und blau korrekt in die Lücken: Schatten 1 erscheint und Schatten 2 erscheint. Physik-Prüfung der Klasse 1dN vom 4. Oktober 2011 Seite 5 / 8

6 b) Zwei punktförmige Lichtquellen identischer Helligkeit beleuchten eine Blende mit runder Öffnung in der Mitte (siehe nebenstehende Skizze). Auf einer dahinter aufgestellten Wand entsteht ein Licht-Schatten-Bild (in der Skizze nicht dargestellt). Blende Wand Welche der Darstellungen A bis F zeigt korrekt das entsprechende Bild auf der Wand? Lichtquellen A B C D E F Tragen Sie den Buchstaben der korrekten Abbildung ein: Das Schattenbild entspricht der Abbildung. 4. Lichtweg (2 Punkte) Wahrscheinlich kennen Sie diese Lavabos, bei denen das Wasser von alleine zu fliessen beginnt, wenn man die Hände darunter hält. Geben Sie eine plausible Erklärung, wie diese Lavabos funktionieren, und fertigen Sie eine entsprechende Skizze dazu an. Physik-Prüfung der Klasse 1dN vom 4. Oktober 2011 Seite 6 / 8

7 5. Schattengrösse (6 Punkte) In einer Galerie wird ein auf einer Staffelei aufgestelltes Gemälde zentral von vorne durch eine punktförmige Lichtquelle beleuchtet. Der Schatten des Bildes fällt auf eine Wand dahinter. Das Bild und die Wand verlaufen parallel (siehe untenstehende, nicht massstäbliche Aufsicht). Wand punktförmige Lichtquelle Gemälde a) Wie breit ist der Schatten des Gemäldes auf der Wand, wenn es 120 cm breit ist, es 180 cm von der Lichtquelle entfernt steht und die Distanz von der Lichtquelle zur Wand 3.6 m beträgt? b) Wie gross ist die Entfernung zwischen Lichtquelle und Wand, wenn das Gemälde 70 cm breit ist, sein Schatten 2.8 m breit ist und die Lichtquelle 140 cm vor dem Gemälde aufgestellt wird? c) Wie breit ist das Gemälde, wenn sein Schatten 3 m breit ist und das Gemälde 160 cm von der Lichtquelle und 240 cm von der Wand entfernt ist? 6. Mond (6 Punkte) a) Das nebenstehende Foto wurde von der Nordhalbkugel aufgenommen. In welcher Phase befindet sich der Mond hier? A: zunehmender Dreiviertelmond B: zunehmender Halbmond C: zunehmende Mondsichel D: abnehmender Dreiviertelmond E: abnehmender Halbmond F: abnehmende Mondsichel b) Der Mond befindet sich heute in der Phase als zunehmender Halbmond. Von wann bis wann ist der Mond heute potentiell ungefähr am Himmel zu sehen? Physik-Prüfung der Klasse 1dN vom 4. Oktober 2011 Seite 7 / 8

8 c) In welcher Mondphase befindet sich der Mond, wenn er um etwa 21 Uhr den höchsten Punkt seiner Bahn am Himmel erreicht? d) Sie sehen am Horizont einen abnehmenden Halbmond aufgehen. Welche Zeit ist es folglich ungefähr? e) Ein Astronaut auf dem Mond sieht eine Sonnenfinsternis. Was sieht man zu diesem Zeitpunkt auf der Erde? (Es ist genau eine Antwort richtig.) A: ebenfalls eine Sonnenfinsternis B: eine Mondfinsternis C: beides D: weder noch f) In welcher Himmelsrichtung geht der Mond auf? Physik-Prüfung der Klasse 1dN vom 4. Oktober 2011 Seite 8 / 8