Jahrgangsstufe 8 Grundfertigkeiten Physik

Fachschaft Physik 2012 Serie A 1 Jahrgangsstufe 8 Grundfertigkeiten Physik Serie A Hilfen: Änderung der inneren Energie:, spez. Schmelzwärme: Widerstände: Serienschaltung:, Parallelschaltung: Formelgleichungen Höhenenergie A 1. Die Donau führt pro Sekunde Wasser ( k ). Welche Energie kann ein Kraftwerk mit Stauhöhe daraus pro Sekunde nutzen? Kinetische Energie A 2. Ein Pkw der Masse fährt mit. Berechne seine kinetische Energie. Energieumwandlungen A 3. Aus welcher Höhe muss ein Stein fallen, um mit am Boden aufzuschlagen? A 4. Eine Kugel fällt von einem hohen Tisch. Mit welcher Geschwindigkeit kommt sie am Boden auf? Elektrischer Widerstand und Ohmsches Gesetz A 5. An eine Serienschaltung zweier Widerstände, wird eine Spannung von angelegt. Berechne den Strom und die Teilspannung am Widerstand. A 6. Ein Widerstand von wird mit einem zweiten von parallel geschaltet. Welchen Widerstand hat die Kombination insgesamt? Elektrische Energie und Leistung A 7. Ein Elektro-Pkw soll eine maximale elektrische Leistung von fließt bei voller Leistung durch den Motor, wenn dieser mit haben. Welcher Strom betrieben wird? A 8. Welchen elektrischen Widerstand hat eine - -Glühbirne für Netzspannung bei ihrer Betriebstemperatur? A 9. Welche Leistung ist erforderlich, um eine schwere Aufzugkabine mit konstant nach oben zu befördern. Innere Energie und Wärme A 10. Welche Energie ist erforderlich, um für eine Tasse Espresso Wasser von auf zu erhitzen? (Spez. Wärmekapazität von Wasser: ) A 11. Wasser von wird in lang durch einen - -Tauchsieder erwärmt. Welche Temperatur stellt sich am Ende ein? (Spez. Wärmekapazität von Wasser: ) Wirkungsgrad A 12. Steinkohle hat einen Heizwert von. Wieviel Kohle ist erforderlich, um in einem Kohlekraftwerk mit 30 % Wirkungsgrad an elektrischer Energie bereitzustellen?

Jahrgangsstufe 8 Grundfertigkeiten Physik Robert-Koch-Gymnasium 2 Serie A Fachschaft Physik 2012 Auswerten von Diagrammen Mechanische Arbeit A 13. Gegeben ist ein - Diagramm mit zwei Messkurven A und B. a) Welche Linie steht für das Heben eines Massestücks? Bestimme die verrichtete Hubarbeit. b) Welche Linie steht für die Dehnung einer Feder? Bestimme die verrichtete Spannarbeit. Innere Energie und Temperatur A 14. In einem Kalorimeter wird einer festen Menge Eis unter Rühren gleichmäßig Energie zugeführt. a) Erkläre den Temperaturverlauf im Bereich II. b) Hat Wasser die größere spezifische Wärmekapazität in Form von Eis oder als Flüssigkeit? Begründe anhand des Grafen. Elektrischer Widerstand A 15. Gegeben sind die Kennlinien zweier elektrischer Bauteile. a) Bestimme den elektrischen Widerstand zur Kennlinie A. b) Bestimme den elektrischen Widerstand zur Kennlinie B bei einer Spannung von.

Fachschaft Physik 2012 Serie A 3 Lösungen Serie A A 1. geg: k, A 2. geg:, A 3. geg: A 4. geg: h kin A 5. geg:,,, A 6. geg:,

Jahrgangsstufe 8 Grundfertigkeiten Physik Robert-Koch-Gymnasium 4 Serie A Fachschaft Physik 2012 A 7. geg:, A 8. geg:, A 9. geg:, A 10. geg:,,, i i A 11. geg:,,, el i A 12. geg:,,

Fachschaft Physik 2012 Serie A 5 A 13. a) Für das Heben steht die Linie A (konstante Gewichtskraft). geg:, b) Für das Spannen der Feder steht die Linie B (Kraft wächst proportional zur Dehnung). geg:, l he unter de Gra en A 14. a) Im Bereich II schmilzt das Eis. Es liegt ein Gemisch aus Eis und Wasser vor, die Temperatur verharrt bei. b) Im Bereich II, also für flüssiges Wasser, ist die Steigung des Grafen kleiner als im Bereich I (Eis). Bei gleicher Energiezufuhr wird die Temperatur bei flüssigem Wasser weniger angehoben als bei flüssigem Wasser. Umgekehrt ist bei flüssigem Wasser für dieselbe Temperaturerhöhung mehr Energiezufuhr notwendig, es hat demnach eine größere spezifische Wärmekapazität als Eis. A 15. a) geg: Kennlinie A:, b) geg: Kennlinie B:,

Fachschaft Physik 2012 Serie B 7 Jahrgangsstufe 8 Grundfertigkeiten Physik Serie B Hilfen: Änderung der inneren Energie:, spez. Schmelzwärme: Widerstände: Serienschaltung:, Parallelschaltung: Formelgleichungen Höhenenergie B 1. Welche potentielle Energie hat ein Fallschirmspringer (Masse mit Ausrüstung: ) beim Absprung aus einem Ballon in Höhe? (Vernachlässige die Abnahme von.) Kinetische Energie B 2. Bei wie vielen hat ein Tennisball der Masse eine kinetische Energie von? Energieumwandlungen B 3. Aus welcher Höhe muss man springen, um wie ein Fallschirmspringer mit zu landen? B 4. Welche Geschwindigkeit erreicht man nach einem freien Fall aus Höhe? Elektrischer Widerstand und Ohmsches Gesetz B 5. Eine LED wird in Serie mit einem Widerstand an eine Spannung von angeschlossen. Wie groß muss der Widerstand gewählt werden, wenn die LED bei einer Stromstärke von und einer Teilspannung von betrieben werden soll? B 6. Ein Widerstand von wird mit einem zweiten von parallel geschaltet. Welchen Widerstand hat die Kombination insgesamt? Elektrische Energie und Leistung B 7. Im - -Netz eines Privathauses wird die Stromstärke durch eine Sicherung auf maximal begrenzt. Welche Leistung kann man an einer Steckdose maximal abgreifen? B 8. Welche Wärmeleistung gibt ein - -Widerstand beim Anlegen an ab? B 9. Ein Pkw (Masse ) erklimmt in die 800 Höhenmeter einer Passstraße. Welche mittlere Leistung muss er dafür aufbringen? Innere Energie und Wärme B 10. Wie lange müsste man eine 1,5-kW-Heizplatte mindestens einschalten, um damit Eis zu schmelzen? (Spezifische Schmelzwärme von Eis: ) B 11. Beim Duschen fließen pro Sekunde Wasser durch den Duschkopf. Welche Leistung muss ein Durchlauferhitzer haben, um das Wasser laufend von auf zu erwärmen? (Spez. Wärmekapazität von Wasser: ) Wirkungsgrad B 12. Ein Wasserkocher benötigt zum Erwärmen einer bestimmten Wassermenge elektrischen Leistung wurden berechnet. Bestimme den Wirkungsgrad.. Aus der

Jahrgangsstufe 8 Grundfertigkeiten Physik Robert-Koch-Gymnasium 8 Serie B Fachschaft Physik 2012 Auswerten von Diagrammen Mechanische Arbeit B 13. Das Diagramm zeigt die Höhenprofile zweier Achterbahnen an. a) Warum kann die Bahn A nicht antriebslos durchfahren werden? b) Bahn B wird antriebslos durchfahren. An welcher Stelle sind die Wägen am schnellsten? Innere Energie und Temperatur B 14. In einem Kalorimeter werden nacheinander verschiedenen Mengen Wasser mit derselben Leistung elektrisch erwärmt. Welche Linie steht für die größte Menge an Wasser. Begründe kurz. Elektrischer Widerstand B 15. Das Diagramm zeigt die Kennlinie eines elektrischen Bauteils. Bei welcher Spannung hat es den größten elektrischen Widerstand?

Fachschaft Physik 2012 Serie B 9 Lösungen Serie B B 1. geg: k, k B 2. geg:, B 3. geg: s k B 4. geg: B 5. geg:,, B 6. geg:, es es es es es es es es es es es

Jahrgangsstufe 8 Grundfertigkeiten Physik Robert-Koch-Gymnasium 10 Serie B Fachschaft Physik 2012 B 7. geg:, B 8. geg:, B 9. geg:,, B 10. geg:,, s B 11. geg:,,,, el i B 12. geg:, Die berechnete Zeit bezieht sich auf die erforderliche Nutzenergie. Die gemessene Zeit bezieht sich auf den Energieaufwand. Die Leistung ist dabei als konstant anzusehen. nut au w ere hnet e essen B 13. a) Bei befindet sich die Achterbahn höher als beim Startzeitpunkt. Ihre potentielle Energie wäre größer als am Start. Damit wäre die Gesamtenergie an diesem Ort größer als beim Start. Es gibt aber keine Energiezufuhr, da sich der Wagen antriebslos bewegen soll. b) Die Wägen sind bei am schnellsten. (Sie haben dort die minimale potentielle Energie. Außerdem ist durch Reibung noch nicht so viel Energie in Wärme umgewandelt worden wie zu späteren Punkten auf der Strecke.)

Fachschaft Physik 2012 Serie B 11 B 14. Die größte Menge an Wasser kann mit derselben Energie am wenigsten stark erwärmt werden. Die Kurve hat demnach die geringste Steigung. Das ist die Kurve B. B 15. Der größte elektrische Widerstand liegt bei vor. (Begründung: Der elektrische Widerstand kann durch die Steigungen der eingetragenen Strecken vom Ursprung zu den Messpunkten veranschaulicht werden. Der Widerstand ist umso größer, je flacher die zugehörigen Strecke verläuft.)

Fachschaft Physik 2012 Serie C 13 Jahrgangsstufe 8 Grundfertigkeiten Physik Serie C Hilfen: Änderung der inneren Energie:, spez. Schmelzwärme: Widerstände: Serienschaltung:, Parallelschaltung: Formelgleichungen Höhenenergie C 1. Fließen Wasser des Walchensees über das tiefer liegende Kraftwerk ab, so sinkt sein Wasserstand um. Welchen Energieumsatz macht das Kraftwerk dabei? Kinetische Energie C 2. Ein Pkw der Masse bremst von auf ab. Berechne wie viel kinetische Energie er dabei verliert. Energieumwandlungen C 3. Die Spannenergie einer gespannten Federpistole beträgt 3,0 J. Peter schießt mit der Pistole einen Pfeil der Masse 25 g senkrecht nach oben. Wie hoch steigt der Pfeil maximal auf? C 4. Ein Stein fällt in einen tiefen Brunnen. Mit welcher Geschwindigkeit kommt er unten auf? Elektrischer Widerstand und Ohmsches Gesetz C 5. An eine Spannung von werden in Serie zwei Widerstände k und angelegt. Berechne den Wert von, sodass an eine Teilspannung von anliegt. C 6. An eine Parallelschaltung zweier Widerstände, wird eine Spannung von angelegt. Berechne den gesamten Strom durch die Schaltung. Elektrische Energie und Leistung C 7. Eine an betriebene Waschmaschine hat ein elektrische Leistung von. Welcher elektrische Strom fließt durch die Zuleitungen? C 8. Welche Wärmeleistung hat ein Widerstand von bei einer Stromstärke von? C 9. Ein Radfahrer muss bei Tempo permanent eine Kraft von au die traße rin en um die Reibungskräfte auszugleichen. Welche Leistung ist dazu erforderlich? Innere Energie und Wärme C 10. Schokolade hat einen Brennwert von? Um wie viele könnte man damit rein theoretisch eine - -Tafel der spezifischen Wärmekapazität - erwärmen? C 11. Die Aluminium-Sohle eines - -Bügeleisens wiegt. Wie lange dauert es, bis sie von Wirkungsgrad auf aufgeheizt ist? (Spez. Wärmekapazität von Aluminium: - ) C 12. Der Wirkungsgrad einer Maschine beträgt. Welche Arbeit muss der Maschine zugeführt werden, damit die Nutzarbeit verrichtet werden kann?

Jahrgangsstufe 8 Grundfertigkeiten Physik Robert-Koch-Gymnasium 14 Serie C Fachschaft Physik 2012 Auswerten von Diagrammen Mechanische Arbeit C 13. Person A und Person B schieben jeweils aus der Ruhe heraus dasselbe Fahrzeug an. Das Weg- Kraft-Diagramm zu beiden Vorgängen ist unten zu sehen. Wer bringt das reibungsarm gelagerte Fahrzeug auf eine höhere Endgeschwindigkeit? Begründe! Innere Energie und Temperatur C 14. Drei gleich große Gläser sind jeweils mit dem gleichen Volumen an warmer Flüssigkeit gefüllt. Der zeitliche Verlauf der Abkühlung ist im Diagramm dargestellt. Welche Flüssigkeit hat die geringste Wärmekapazität? Begründe! Elektrischer Widerstand C 15. Bestimme den elektrischen Widerstand zur gegebenen Kennlinie.

Fachschaft Physik 2012 Serie C 15 Lösungen Serie C C 1. geg:, C 2. geg:,, C 3. geg:, C 4. geg: h kin C 5. geg:,, C 6. geg:,,

Jahrgangsstufe 8 Grundfertigkeiten Physik Robert-Koch-Gymnasium 16 Serie C Fachschaft Physik 2012 C 7. geg:, C 8. geg:, C 9. geg:,, C 10. geg:,, C 11. geg:,,, el i C 12. geg:, C 13. Person A schiebt zwar kurzzeitig mit einer größeren Kraft, Person B gleicht die geringere Kraft jedoch durch einen wesentlich längeren Weg aus. Person B verrichtet demnach mehr Arbeit am Fahrzeug, somit ist die Endgeschwindigkeit größer. C 14. Die Flüssigkeit in Gefäß B hat die kleinste Wärmekapazität. Begründung: Gefäß A und C enthalten dieselbe Flüssigkeit. Die Linien sind nur um zeitversetzt. In Gefäß C wird also mit einer kleineren Temperatur begonnen. Die Flüssigkeit in Gefäß B kühlt anfangs wesentlich schneller ab als die in Gefäß A. Bei gleicher Wärmeabgabe bedeutet dies eine kleinere Wärmekapazität der Flüssigkeit B.

Fachschaft Physik 2012 Serie C 17 C 15. geg: Kennlinie C:,

Fachschaft Physik 2012 Serie D 19 Jahrgangsstufe 8 Grundfertigkeiten Physik Serie D Hilfen: Änderung der inneren Energie:, spez. Schmelzwärme: Widerstände: Serienschaltung:, Parallelschaltung: Formelgleichungen Höhenenergie D 1. Welche Hubarbeit wird beim Heben einer Palette von Ziegeln um verrichtet? Kinetische Energie D 2. Welche kinetische Energie hat ein Rennwagen ( es k ) bei k h? Energieumwandlungen D 3. Ein antriebsloser Achterbahnwagen soll von auf eine Geschwindigkeit von gebracht werden. Welche Höhendifferenz muss er dazu mindestens herabrollen? D 4. Eine Spezialcomputer übersteht Stürze aus einer Höhe von. Mit welcher Geschwindigkeit kommt er dabei am Boden auf? Elektrischer Widerstand und Ohmsches Gesetz D 5. Durch eine Serienschaltung zweier Widerstände von und soll ein Strom von fließen. Welche Spannung ist anzulegen? D 6. An eine Parallelschaltung zweier Widerstände und wird eine Spannung von angelegt. Berechne die Gesamtstromstärke. Elektrische Energie und Leistung D 7. Die Spannung einer - -Autobatterie fällt bei Leistungsentnahme auf ab. Welcher Strom fließt dabei? D 8. Ein elektrischer Widerstand von wird an Spannung angeschlossen? Für welche elektrische Leistung sollte der Widerstand mindestens ausgelegt sein? D 9. Der Aufzug im Münchner Olympiaturm befördert eine Menschenmenge der Masse auf Höhe. Welche Leistung ist für das Heben erforderlich? in Innere Energie und Wärme D 10. Welche Leistung ist erforderlich, um Eis in einer Zeit von zu schmelzen? (Spezifische Schmelzwärme von Eis: ) D 11. Wasser von kühlt in um ab. Welche mittlere Wärmeleistung gibt das Wasser dabei ab? (Spez. Wärmekapazität von Wasser: ) Wirkungsgrad D 12. Ein aus frei fallender Ball springt nach dem Aufprall nur hoch. Welcher Wirkungsgrad kann dem Aufprallvorgang zugeschrieben werden?

Jahrgangsstufe 8 Grundfertigkeiten Physik Robert-Koch-Gymnasium 20 Serie D Fachschaft Physik 2012 Auswerten von Diagrammen Mechanische Arbeit D 13. Die Federn A und B werden jeweils um notwendig? Begründe kurz. gedehnt. Bei welcher Feder ist dazu mehr Arbeit Innere Energie und Temperatur D 14. In einem Kalorimeter wird einer bestimmten Flüssigkeit gleichmäßig Energie zugeführt. Bestimme die spezifische Wärmekapazität der Flüssigkeit aus dem Diagramm. Elektrischer Widerstand D 15. Gegeben ist das - -Diagramm eines elektrischen Bauteils. a) Bestimme den elektrischen Widerstand des Bauteils bei. b) Wie ändert sich der elektrische Widerstand des Bauteils mit zunehmender Stromstärke?

Fachschaft Physik 2012 Serie D 21 Lösungen Serie D D 1. geg: k, D 2. geg:, D 3. geg: D 4. geg: h kin D 5. geg:,, D 6. geg:,,

Jahrgangsstufe 8 Grundfertigkeiten Physik Robert-Koch-Gymnasium 22 Serie D Fachschaft Physik 2012 D 7. geg:, D 8. geg:, D 9. geg:,,, h k k s k D 10. geg:,, s D 11. geg:,,, el i D 12. geg:,, D 13. Die mittlere Kraft bei Feder A ist größer. Bei gleicher Dehnungsstrecke ist deshalb bei Feder A die Arbeit größer. D 14. geg:,,,,

Fachschaft Physik 2012 Serie D 23 D 15. a) Aus der Kennlinie: geg:, b) Mit wachsender Stromstärke nimmt der Widerstand ab. (Begründung: Je steiler die Sekante zwischen Ursprung und betrachtetem Punkt auf der Kennlinie verläuft, desto kleiner ist der elektrische Widerstand an diesem Punkt.)

Fachschaft Physik 2012 Serie E 25 Jahrgangsstufe 8 Grundfertigkeiten Physik Serie E Hilfen: Änderung der inneren Energie:, spez. Schmelzwärme: Widerstände: Serienschaltung:, Parallelschaltung: Formelgleichungen Höhenenergie E 1. Durch die Rohre eines Wasserkraftwerks fließen pro Sekunde Wasser ( k ) über die tiefer gelegenen Turbinen. Welche Energie kann man pro Sekunde maximal nutzen? Kinetische Energie E 2. Welche kinetische Energie hat ein schweres Gewehrprojektil bei? Energieumwandlungen E 3. Ein Stein wird mit k h senkrecht nach oben geworfen. Welche Höhe erreicht er? E 4. Ein Auto hängt in Höhe über dem Boden und wird für einen Crashtest fallen gelassen. Mit welcher Geschwindigkeit in kommt es am Boden auf? Elektrischer Widerstand und Ohmsches Gesetz E 5. Ein Widerstand von wird mit einem zweiten von in Serie geschaltet. Welchen Widerstand hat die Kombination insgesamt? E 6. Welchen Widerstand muss man zu parallel schalten, um insgesamt zu erhalten? Elektrische Energie und Leistung E 7. Ein Staubsauger hat eine maximale elektrische Leistung von k. Welcher Strom fließt bei voller Leistung durch den Motor, wenn dieser mit betrieben wird? E 8. Welche Wärmeleistung hat ein Widerstand von bei einer Stromstärke von? E 9. Welche durchschnittliche Leistung muss eine Person mit Masse aufbringen, um sich in vom Erdgeschoss in den höher liegenden zweiten Stock eines Hauses zu begeben? Innere Energie und Wärme E 10. Eine Wurstsemmel hat einen Brennwert von. Um wie viele könnte man mit dieser Energie Wasser erwärmen? (Spez. Wärmekapazität von Wasser: ) E 11. Wie lange muss man eine - -Heizplatte aus Eisen einschalten, um sie ohne Topf von auf zu erwärmen? (Spez. Wärmekapazität von Eisen: ) Wirkungsgrad E 12. Steinkohle hat einen Heizwert von. Wieviel elektrische Energie in liefern Kohle bei einem Wirkungsgrad von?

Jahrgangsstufe 8 Grundfertigkeiten Physik Robert-Koch-Gymnasium 26 Serie E Fachschaft Physik 2012 Auswerten von Diagrammen Mechanische Arbeit E 13. Das Diagramm zeigt die Höhe eines - -Massestücks in Abhängigkeit von der Zeit. a) Von wann bis wann wird an dem Massestück mechanische Arbeit verrichtet? b) Welche Arbeit muss bei optimalem Verfahren für den gesamten Vorgang aufgebracht werden? Innere Energie und Temperatur E 14. In einem Kalorimeter wird einer festen Menge Eis unter Rühren gleichmäßig Energie zugeführt. a) Erkläre den Temperaturverlauf im Bereich IV. b) Was geschieht im Bereich II mit der zugeführten Energie? Elektrischer Widerstand E 15. Das Diagramm zeigt die Kennlinie eines Drahtes. Beschreibe die Änderung seines elektrischen Widerstands mit zunehmender Spannung.

Fachschaft Physik 2012 Serie E 27 Lösungen Serie E E 1. geg:, E 2. geg:, E 3. geg: k h E 4. geg: h kin E 5. geg:, E 6. geg:, E 7. geg:,

Jahrgangsstufe 8 Grundfertigkeiten Physik Robert-Koch-Gymnasium 28 Serie E Fachschaft Physik 2012 E 8. geg:, E 9. geg: k,, E 10. geg:,, E 11. geg:,,, el i s E 12. geg: k k,, k el E 13. a) Am Massestück wird Arbeit verrichtet von bis. b) geg:,, (Die während der ersten gespeichert werden.) frei werdende Energie muss dabei z.b. als kinetische Energie E 14. a) Im Bereich IV wird die zugeführte Energie zum Verdampfen des Wassers aufgebraucht. Das flüssige Wasser kann nicht heißer als werden. b) Im Bereich II wird die zugeführte Energie zum Schmelzen des Eises aufgebraucht. Das flüssige Wasser gibt seine Wärme an das Eis ab und wird nicht wärmer als.

Fachschaft Physik 2012 Serie E 29 E 15. Mit zunehmender Spannung wird der elektrische Widerstand größer. (Denn: Der Quotient wird immer größer.)