Zentrale schriftliche Abiturprüfung Physik. Grundkurs. für Prüflinge Aufgabenstellung A

Ähnliche Dokumente
Zentrale schriftliche Abiturprüfung Physik. für Prüflinge Aufgabenstellung A1

Zentrale schriftliche Abiturprüfung Physik. Grundkurs. für Prüflinge Aufgabenstellung A1

Zentralabitur 2008 Physik Schülermaterial Aufgabe I ea Bearbeitungszeit: 300 min

Zentrale schriftliche Abiturprüfung Physik. Grundkurs

Zentrale schriftliche Abiturprüfung Physik. Grundkurs

Zentralabitur 2007 Physik Schülermaterial Aufgabe II LK Bearbeitungszeit: 300 min

Pflichtaufgaben. Die geradlinige Bewegung eines PKW ist durch folgende Zeit-Geschwindigkeit- Messwertpaare beschrieben.

ABITURPRÜFUNG 2002 LEISTUNGSFACH PHYSIK (HAUPTTERMIN)

Schriftliche Abiturprüfung Leistungskursfach Physik

Schriftliche Abiturprüfung nach neuem KLP Beispiel für eine abiturnahe Klausur Physik, Grundkurs

Zentrale schriftliche Abiturprüfung Physik. für Prüflinge Aufgabenstellung A1

ABITURPRÜFUNG 2010 GRUNDFACH PHYSIK

Klausur 12/1 Physik LK Elsenbruch Di (4h) Thema: elektrische und magnetische Felder Hilfsmittel: Taschenrechner, Formelsammlung

Abschlussprüfung an Fachoberschulen im Schuljahr 2000/2001

Thema: Spektroskopische Untersuchung von Strahlung mit Gittern

Zentrale schriftliche Abiturprüfung Physik. Grundkurs

Prüfungen 1999/2000. Vom Lehrer wird Ihnen ein Experiment mit einem Modell für eine Wippe vorgeführt.

ABITURPRÜFUNG 2002 GRUNDFACH PHYSIK (HAUPTTERMIN)

Zentrale schriftliche Abiturprüfung Physik. Leistungskurs. für Prüflinge Aufgabenstellung A1

Schriftliche Prüfung zur Feststellung der Hochschuleignung

Hinweise zur Vorbereitung auf die Abiturprüfung 2011 Prüfungsschwerpunkte Physik

12. Jahrgangsstufe Abiturvorberitung Musterprüfungsaufgaben. Elektrische und magnetische Felder

Aufgabe I. 1.1 Betrachten Sie die Bewegung des Federpendels vor dem Eindringen des Geschosses.

Abitur 2008: Physik - Aufgabe I

Thüringer Kultusministerium

SCHRIFTLICHE ABITURPRÜFUNG 2006 PHYSIK (Grundkursniveau)

Abitur 2006: Physik - Aufgabe I

Klausur 12/1 Physik LK Elsenbruch Di (4h) Thema: elektrische und magnetische Felder Hilfsmittel: Taschenrechner, Formelsammlung

Ministerium für Kultus, Jugend und Sport Baden-Württemberg Abiturprüfung an den allgemein bildenden Gymnasien

Diplomvorprüfung WS 2009/10 Grundlagen der Elektrotechnik Dauer: 90 Minuten

Bachelorprüfung in. Grundlagen der Elektrotechnik

ABITURPRÜFUNG 2001 GRUNDFACH PHYSIK (HAUPTTERMIN)

Abiturprüfung Physik, Grundkurs. Aufgabe 1: Kräfte auf bewegte Ladungen in Leitern im Magnetfeld

3, wobei C eine Konstante ist. des Zentralgestirns abhängig ist.

2. Schulaufgabe aus der Physik

4. Klausur Thema: Wechselstromkreise

Aufgabe 1: Kristallstrukturuntersuchungen

Abiturprüfung Physik, Grundkurs

Zentralabitur 2008 Physik Schülermaterial Aufgabe II ea Bearbeitungszeit: 300 min

Abitur 2004: Physik - Aufgabe I

Abiturprüfung Physik, Grundkurs

Physik LK 12, 2. Kursarbeit Magnetismus Lösung A: Nach 10 s beträgt ist der Kondensator praktisch voll aufgeladen. Es fehlen noch 4μV.

ABITURPRÜFUNG 2006 GRUNDFACH PHYSIK

Schriftliche Abschlussprüfung Physik

Schriftliche Abschlussprüfung Physik. Realschulabschluss. Allgemeine Arbeitshinweise

Zentrale schriftliche Abiturprüfung Physik. Leistungskurs

Thema: Spektroskopische Untersuchung von Strahlung mit Gittern

Abiturprüfung Physik, Grundkurs. Aufgabe 1: Das Fadenstrahlrohr ausgewählte Experimente und Überlegungen

2. Klausur in K1 am

Auf- und Entladung eines Kondensators

Thüringer Kultusministerium

Zentrale schriftliche Abiturprüfung Physik. Leistungskurs

Schriftliche Abiturprüfung Leistungskursfach Physik

Klausur Experimentalphysik II

Abschlussprüfung an Fachoberschulen im Schuljahr 2001/2002

Prüfungsaufgaben der schriftlichen Matura 2010 in Physik (Profilfach)

BESONDERE LEISTUNGSFESTSTELLUNG PHYSIK. Tafelwerk Wörterbuch zur Deutschen Rechtschreibung

1. Klausur LK Q1 Physik

Name: Halbwertzeiten, bewegte Elektronen im elektrischen Feld

Mecklenburg-Vorpommern

Kursstufe Physik / Aufgaben / 04 Teilchenbahnen im E Feld Kopetschke 2011 Teilchenbahnen im elektrischen Querfeld

Schriftliche Abiturprüfung Leistungskursfach Physik

3. Klausur in K1 am

Zentralabitur 2011 Physik Schülermaterial Aufgabe I ga Bearbeitungszeit: 220 min

Abiturprüfung Physik, Leistungskurs

Schriftliche Abiturprüfung Grundkursfach Physik

Physik-Übung * Jahrgangsstufe 8 * Elektrische Widerstände Blatt 1

Schriftliche Abschlussprüfung Physik

Physik GK ph1, 2. Kursarbeit Elektromagnetismus Lösung =10V ein Strom von =2mA. Berechne R 0.

Modulprüfung CH15 Physik

Übungen zu ET1. 3. Berechnen Sie den Strom I der durch die Schaltung fließt!

Klausur 2 Kurs 11Ph1e Physik

Schriftliche Abiturprüfung Leistungskursfach Physik

ABITURPRÜFUNG 2009 GRUNDFACH PHYSIK

Abitur 2009 Physik 1. Klausur Hannover, arei LK 2. Semester Bearbeitungszeit: 90 min

Abiturprüfung Physik, Leistungskurs

Klausur 12/2 Grundkurs Physik

2. Musterklausur in K1

Klausur Grundlagen der Elektrotechnik II (MB, EUT, LUM) Seite 1 von 5

Physik ea Klausur Nr Oktober 2013

Aufgabe Summe Note Mögliche Punkte Erreichte Punkte

Abiturprüfung Physik, Grundkurs. Induktionsspannungen an einer im Magnetfeld schwingenden Leiterschaukel

Übung 4.1: Dynamische Systeme

Physik Stand: September Seite 1 von 5

Aufgabe 1 - Schiefe Ebene - (10 Punkte)

Zentralabitur 2012 Physik Schülermaterial Aufgabe I ga Bearbeitungszeit: 220 min

Schriftliche Abiturprüfung Grundkursfach Physik

Schriftliche Abschlussprüfung Physik Allgemeine Arbeitshinweise

Schriftliche Abschlussprüfung Physik Realschulabschluss. Allgemeine Arbeitshinweise

Welleneigenschaften von Elektronen

Prüfung Wintersemester 2016/17 Grundlagen der Elektrotechnik Dauer: 90 Minuten

Zulassungstest zur Physik II für Chemiker

Mathematik Kurs auf erhöhtem Anforderungsniveau Aufgabenvorschlag Teil 2

Experiment I: Pappstreifen in Bewegungsrichtung. Experiment II: Pappstreifen quer zur Bewegungsrichtung

Experimentalphysik 2

Abiturprüfung Physik, Grundkurs

5. Kapitel Die De-Broglie-Wellenlänge

Physik G8-Abitur 2011 Aufgabenteil Ph 11 LÖSUNG

Prüfungsähnliche Klausur Leistungskurs Physik

Pflichtaufgaben. Aufgabe P1 Energieumwandlungen in der Mechanik (15 BE)

Transkript:

Ministerium für Bildung, Jugend und Sport Zentrale schriftliche Abiturprüfung 2009 Physik Teil A (Wahl für Prüflinge) für Prüflinge Aufgabenstellung A Hilfsmittel: Nachschlagewerk zur Rechtschreibung der deutschen Sprache, nicht programmierbarer und nicht grafikfähiger Taschenrechner, an der Schule eingeführtes Tafelwerk/Formelsammlung Materialien zur Durchführung des Schülerexperimentes Gleichspannungsquelle Spannungsmesser (hochohmig) Verbindungsleiter Kondensator C2 Widerstand R2 Umschalter Stoppuhr Gesamtbearbeitungszeit: 3 Zeitstunden Wahlthemen Aufgabenstellung A1 Thema/Inhalt: Elektrodynamik Kondensatoren als Energiespeicher mit Schülerexperiment oder Aufgabenstellung A2 Thema/Inhalt: Elektrodynamik Induktivität Seite 1 von 6 Physik 09_Ph_A_G_A1.doc

Aufgabenstellung A1: Elektrodynamik Kondensatoren als Energiespeicher 1 Kleine Elektrogeräte, die nur unregelmäßig im Einsatz sind, lassen sich durch einen eingebauten Handgenerator mit Energie versorgen. In einem Projekt zum Einsatz von Leuchtdioden (LED) konstruierten Schüler auf dieser Basis eine Taschenlampe. Damit jedoch ein ständiges Drehen des Generators nicht nötig ist, nutzten sie als Energiespeicher einen hochkapazitiven Kondensator C1 einen sogenannten Gold-Cap-Kondensator mit 5,0 F. Im abgebildeten Schaltplan ist der prinzipielle Aufbau der Taschenlampe dargestellt. Bei ausreichender Kurbeldrehung stellt der Wandler stets eine konstante, R1 vom Hersteller vorgegebene, maximale Ladespannung von 2,5 V bereit. Die verwendete sehr leuchtstarke gelbe G C1 LED besitzt im Dauerbetrieb die Kenngrößen: Wandler maximaler Durchlassstrom: I D = 20 ma Betriebsspannung: U D = 2,5 V. Bei 1,7 V ist jedoch die Leuchtstärke der LED für den Einsatz in Taschenlampen zu gering. Aufgaben: 1.1 Die Tabelle zeigt, wie sich der Kondensator bei gleichmäßiger Kurbeldrehung und ausgeschalteter LED über den Widerstand R 1 = 12 Ω auflädt. BE t in s 30 60 90 120 180 240 300 I in ma 126,0 76,6 46,5 28,2 10,3 3,8 1,4 1.1.1 Fertigen Sie ein Schema der Energieumwandlungen für das Aufladen des Kondensators und den anschließenden Betrieb der Leuchtdioden an. 1.1.2 Stellen Sie den Ladevorgang in einem I(t)-Diagramm dar. Erklären Sie den Verlauf des Graphen. Treffen Sie eine begründete Entscheidung, nach welcher Zeit das Drehen der Kurbel wenig sinnvoll wird. 4 1.2 Der Kondensator ist annähernd vollständig geladen. 1.2.1 Ermitteln Sie die in ihm gespeicherte elektrische Energie. 3 Seite 2 von 6 Physik 09_Ph_A_G_A1.doc

1.2.2 Die LED wird nun durch den Kondensator betrieben. Schätzen Sie unter Verwendung des Diagramms im Anhang die mögliche Leuchtdauer der Taschenlampe ab. Erläutern Sie Ihr Vorgehen. 1.2.3 Ein der vorgestellten Taschenlampe entsprechender Aufbau wird auch bei Standlichtern von Fahrrädern genutzt. Erläutern Sie die technischen Bedingungen bei der praktischen Ausführung für ein Standlicht, auch unter Berücksichtigung des Wandlers. 1.3 Schülerexperiment Der Entladevorgang eines Kondensators soll von Ihnen in Analogie zur oben beschriebenen Taschenlampe genauer betrachtet werden. Laden Sie zu Beginn den Ihnen bereitgestellten Kondensator C2 dazu an der Gleichspannungsquelle direkt auf. Entladen Sie ihn anschließend über den Festwiderstand R2, der im Versuch die LED ersetzt. Ermitteln Sie auf der Grundlage einer experimentellen Untersuchung den prozentualen Anteil der elektrischen Energie des Kondensators, der während der ersten 5,0 s des Entladens am Widerstand R2 umgesetzt wurde. Ihre Aufzeichnungen sollen mindestens enthalten: das Schaltbild der Messanordnung aus dem Experiment gewonnene Messwerte bei dreimaliger Versuchswiederholung den Lösungsweg zur Berechnung des Energieanteils. Gelingt das Experiment nicht, können Sie Ersatzmesswerte anfordern. Die Bewertungseinheiten für den experimentellen Teil werden dann nicht erteilt. 10 5 Anhang P in mw 40 30 20 10 0 50 100 150 200 250 300 350 t in s Seite 3 von 6 Physik 09_Ph_A_G_A1.doc

Aufgabenstellung A2: Elektrodynamik Induktivität 1 Energiesparlampen ersetzen zunehmend die über hundert Jahre etablierte Glühlampe. Viele dieser Energiesparlampen bestehen aus einem elektronischen Schaltteil im Sockel und einer gebogenen Leuchtstoffröhre. Leuchtstoffröhren in meist länglicher Bauform dienen schon seit Jahrzehnten der energiesparenden Beleuchtung. Abb. 1 zeigt die Schaltung für den üblichen Betrieb einer Leuchtstoffröhre (LS). In Abb. 2 ist eine Schaltung dargestellt, mit deren Hilfe sich der Zündvorgang einer Glimmlampe, in Analogie zu dem einer Leuchtstoffröhre, nachweisen lässt. DS 230V ~ S LS B Starter G Abb. 1 6V S Abb. 2 Seite 4 von 6 Physik 09_Ph_A_G_A1.doc

1,0kΩ Land Brandenburg Aufgaben: 1.1 Die Glimmlampe hat eine Zündspannung von 70 V. Zuerst ist der Schalter S geschlossen. Beim Öffnen von S beobachtet man ein kurzes kräftiges Aufleuchten der Glimmlampe. BE 11 Erklären Sie die Vorgänge ausführlich, die zum Aufleuchten der Glimmlampe führen. 1.2 Zur genaueren Untersuchung der Vorgänge wird in der Schaltung die Glimmlampe durch einen Widerstand Rm ersetzt (siehe nebenstehende Abbildung). Die im Versuch benutzte Spule mit 1500 Windungen ist 12 cm lang und besitzt eine Querschnittsfläche von 6 cm 2. Ihr ohmscher Widerstand beträgt 0 Ω. Für die Untersuchungen wurde sie mit einem Eisenkern versehen. In einer ersten Messung an der Spule betrug dort die maximale Induktionsspannung U i,max = -49 V. Hinweis: Bei allen weiteren Betrachtungen ist davon 6V S Rm auszugehen, dass der Schalter S schon lange geschlossen ist. 1.2.1 Ermitteln Sie die Induktivität der Spule ohne Eisenkern. 3 1.2.2 Skizzieren Sie den von Ihnen vermuteten Spannungsverlauf U(t) über der Spule 11 kurz vor dem Öffnen und den weiteren Verlauf nach erfolgtem Öffnen des Schalters. Begründen Sie den Verlauf kurz. 1.2.3 Berechnen Sie die im Versuch auftretende maximale Stromstärke durch Rm. 3 1.2.4 Die Tabelle basiert auf ausgewählten Werten der Spannungsaufzeichnung über der Spule nach dem Öffnen des Schalters. t in ms 3 6 9 12 18 24 30 I in ma -27,5-17,5-11,3-7,2-3,0-1,2-0,5 Fertigen Sie das zugehörige I(t)-Diagramm an. Ermitteln Sie näherungsweise die Induktivität mit Hilfe der Halbwertszeit T 1/2 des ln 2 L Feldabbaus: T1/ 2 = R. Bestimmen Sie die relative Permeabilitätszahl μ r des die Spule ausfüllenden Kerns. 10 1.3 Eine weitere Untersuchung erfolgte entsprechend der nebenstehenden Schaltung. Bei der Verwendung verschiedener Spulen ergaben sich nach dem Schließen des Schalters unterschiedliche Stromstärkeverläufe, wie sie unten im Diagramm dargestellt sind. Vergleichen Sie auf der Grundlage begründeter Vermutungen den ohmschen Widerstand der Spulen A, B und C sowie die Induktivität der Spulen B und C. 6V S 7 Seite 5 von 6 Physik 09_Ph_A_G_A1.doc

I B C A 0 t 1.4 Die in Abb. 1 gezeigte Grundschaltung zum Betrieb der Leuchtstoffröhre enthält eine so genannte Drosselspule (DS) und einen Starter. Beide Bauteile sind nötig, um die Zündspannung von mehr als 300 V für die LS aufzubringen. Für den weiteren Betrieb reicht dann eine Brennspannung von ca. 60 V aus. Im Starter befinden sich ein Bimetallstreifen (B) und eine Glimmstrecke (G), die als Wärmequelle dient. Erklären Sie, wie mit Hilfe des Starters die Zündung und der weitere Betrieb der Leuchtstoffröhre ermöglicht werden. 5 Seite 6 von 6 Physik 09_Ph_A_G_A1.doc

Ministerium für Bildung, Jugend und Sport Zentrale schriftliche Abiturprüfung 2009 Physik Teil B (Wahl für Prüflinge) Aufgabenstellung B für Prüflinge Hilfsmittel: Gesamtbearbeitungszeit: Nachschlagewerk zur Rechtschreibung der deutschen Sprache, nicht programmierbarer und nicht grafikfähiger Taschenrechner, an der Schule eingeführtes Tafelwerk/Formelsammlung 3 Zeitstunden Wahlthemen Aufgabenstellung B1 Thema/Inhalt: Ladungsträger in elektrischen Feldern oder Aufgabenstellung B2 Thema/Inhalt: Eigenschaften von Quantenobjekten Seite 1 von 5 Physik 09_Ph_A_G_B1.doc

Aufgabenstellung B1: Ladungsträger in elektrischen Feldern Material Z der Punkt Z kennzeichnet die Bildschirmmitte Aufgaben: 2 Die Entwicklung der Fernsehund Computertechnik wurde maßgeblich durch den Einsatz von Elektronenstrahl-Röhren bestimmt. An vielen Schulen gibt es noch Funktionsmodelle einfacher Röhren. Eine der Abbildung ähnliche Röhre wurde zu experimentellen Untersuchungen herangezogen. Beschleunigungssystem Ablenksystem (hier nur zwei Platten) 1 cm Bildschirm Das in der Röhre installierte Ablenksystem besteht aus jeweils zwei zueinander parallelen Plattensystemen in horizontaler bzw. vertikaler Richtung, deren Plattenabstände d und deren Längen l jeweils 2,0 cm betragen. 2.1 An die Röhre wurde eine Anodenspannung U a = 430 V angelegt, woraufhin kurze Zeit später auf dem s = 11,5 cm vom Ende des Ablenksystems entfernten Bildschirm das im Material dargestellte Bild erschien. 2.1.1 Bestimmen Sie aus einem Energieansatz die Geschwindigkeit, mit der die Elektronen das Ablenksystem erreichen. 7 1 zur Kontrolle: v 0 1, 2 10 m s 2.1.2 Fertigen Sie eine Skizze zur Ausrichtung der Platten des Ablenksystems an und kennzeichnen Sie die zugehörigen Spannungen. Treffen Sie begründete Aussagen über den zeitlichen Verlauf der an den Plattensystemen anliegenden Spannungen. 2.1.3 Die horizontale Ablenkspannung sei ausgeschaltet. Erklären Sie anhand einer Skizze den Verlauf des Elektronenstrahls bei maximaler vertikaler Auslenkung, vom Eintritt in das Ablenksystem bis zum Bildschirm. BE 4 7 10 Seite 2 von 5 Physik 09_Ph_A_G_B1.doc

2.1.4 Die Ablenkung s y des Elektronenstrahls setzt sich aus der Ablenkung 2 Uy e l sy1 = beim Austritt aus dem Ablenksystem und dem Abschnitt 2 2 me d v0 Uy e s sy2 = aus der Fortführung des Elektronenstrahls bis zum Bildschirm zusammen. 2 me v0 Leiten Sie die Gleichung für s y1 her. Ermitteln Sie für das vertikale Plattensystem das Intervall der dort angelegten Ablenkspannungen. 2.2 Bilderzeugungssysteme in großformatigen Röhrenmonitoren mit flachen Bildschirmen müssen höchste Anforderungen erfüllen. Schon mit der Entwicklung erster Farbmonitore kamen Loch- bzw. Strichmasken zum Einsatz, die die drei Elektronenstrahlen des bilderzeugenden Systems nach der Ablenkung durchlaufen. B G R 13 Erläutern Sie die Aufgabe einer solchen Maske. Stellen Sie begründete Vermutungen über Bildprobleme an, die bei der horizontalen Bewegung eines Elektronenstrahles vom Bildschirmrand zu seinem Zentrum aus der Röhrengeometrie entstehen können. 6 Seite 3 von 5 Physik 09_Ph_A_G_B1.doc

Aufgabenstellung B2: Eigenschaften von Quantenobjekten Aufgaben: 3 Der französische Physiker Louis de Broglie stellte 1924 seine Hypothese auf, nach der allen Teilchen mit dem Impuls p = m veine Wellenlänge λ = h p zugeordnet werden kann. Infolgedessen müsste also auch ein Elektron Welleneigenschaften besitzen. Ein experimenteller Nachweis gelang 1927 an einer Elektronenbeugungsröhre. Die in der Röhre beschleunigten Elektronen treffen auf eine mit polykristallinem Graphitpulver beschichtete Folie. An den durch die Atome des Graphits gebildeten Gitterebenen erfolgt eine Beugung der Elektronen, wodurch R ein Beugungsbild entsteht, welches ähnlich dem in der nebenstehenden Abbildung ist. Der erste innere Ring (in der Abbildung hervorgehoben) ist das durch Interferenz erzeugte Maximum 1. Ordnung. Das vorliegende Diagramm zeigt Ergebnisse der Untersuchung mit unterschiedlichen Beschleunigungsspannungen U B. R in mm 17 16 15 13 12 11 10 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 U B in kv 3.1 Das elektromagnetische Spektrum enthält auch Frequenzbereiche für Quantenobjekte, so u. a. für BE das sichtbare Licht die UV-Strahlung die Röntgenstrahlung 410 Hz bis 810 Hz 6,1 10 Hz 16 810 Hz bis 510 Hz 7,3 10 Hz 16 21 310 Hz bis 310 Hz 1, 6 10 Hz 15 18 3.1.1 Treffen Sie grundsätzliche Aussagen über die Energie und weitere 3 gemeinsame Eigenschaften von Quantenobjekten. 4 Seite 4 von 5 Physik 09_Ph_A_G_B1.doc

3.1.2 Vergleichen Sie die Energien der ausgewählten Quantenobjekte (siehe 3. Spalte) mit der von Elektronen, die in der Beugungsröhre mit U B = 4,0 kv beschleunigt wurden. 8 3.2 In guter Näherung können Geschwindigkeit und Impuls bei den vorliegenden Beschleunigungsspannungen U B des gegebenen Diagramms noch ohne relativistische Betrachtungen bestimmt werden. 3.2.1 Erläutern Sie schrittweise am Beispiel eines mit U B = 4,0 kv beschleunigten Elektrons, wie sich seine de-broglie-wellenlänge λ B berechnen lässt. 17 zur Kontrolle: λ B Zeichnen Sie auf der Grundlage einer Wertetabelle das λ B (U B )-Diagramm. Interpretieren Sie den Graphen. 11 1, 9 10 m 3.2.2 Für die Elektronenbeugungsröhre ergibt sich die de-broglie-wellenlänge λ B in guter R Näherung mit der Gleichung λ = k, wobei L = 13,5 cm der Abstand zwischen L B beschichteter Folie und Bildschirm ist. Zeigen Sie an drei Wertepaaren, dass k konstant ist. Begründen Sie, welche Bedeutung k entsprechend der Versuchsanordnung haben kann. 11 Seite 5 von 5 Physik 09_Ph_A_G_B1.doc