1. Klausur Energie
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Sächsisches Landesgymnasium für Musik Dresden Physik Grundkurs 11/1 13.12.2013 1. Klausur – Nachtermin Thema: Energie, Energieerhaltung Name: Jonas BE: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 / 41 Aktueller Ø: 9 10 11 12 13 14 Punkte: 15 Punktespiegel: Teil A – Hilfsmittelfreier Teil BE: / 18 Bearbeitungszeit: max. 20 Minuten Bearbeiten Sie die folgenden Aufgaben ohne Verwendung von GTR, Tafelwerk und weiteren Hilfsmitteln direkt auf dem Aufgabenblatt. Bei Aufgaben zum Ankreuzen können mehrere Antwortmöglichkeiten richtig sein. Es gibt immer mindestens eine richtige Antwort. Die erreichbare BE-Anzahl gibt nicht die Anzahl der richtigen Antworten an! 1. Formulieren Sie den Energieerhaltungssatz der Mechanik. (2) 2. Nennen Sie drei verschiedene Energieformen und jeweils ein zugehöriges, konkretes Beispiel („Auto“ ist nicht konkret!). (3) 3. Lisa fährt mit dem Zug am Bahnsteig an. Hans winkt ihr hinterher und denkt sich: Lisa hat kinetische Energie. Lisa selbst denkt in dem Moment, dass sie im Zug keine kinetische Energie hat. Wer hat Recht? Begründen Sie kurz. (2) 4. Welche der folgenden Aussagen über Energie und Arbeit sind wahr? ⃝ Wird an einem Körper Arbeit verrichtet, so ändert sich seine Energie. ⃝ Ein angehobener Körper besitzt Hubarbeit. ⃝ Beim Verrichten von Arbeit nimmt die Energie eines Körpers immer zu. ⃝ Energie ist eine Prozessgröße. ⃝ Energie ist eine Zustandsgröße. (2) 5. Für die mechanische Arbeit gilt (2) ⃝ W = g∙h für einen Körper, auf den eine Gewichtskraft wirkt (Schwerstarbeit). ⃝ W = ∆E allgemein. ⃝ W = m∙g∙h für einen angehobenen Körper (Hubarbeit). ⃝ W = ½∙m∙v² für einen beschleunigten Körper (Beschleunigungsarbeit). ⃝ W = F∙s für einen Körper, der sich in Kraftrichtung bewegt. Bitte wenden. Sächsisches Landesgymnasium für Musik Dresden Physik Grundkurs 11/1 13.12.2013 6. Für die potentielle Energie eines angehobenen Körpers der Masse m und Höhe h gilt: E = m∙g∙h . Welche Aussagen sind richtig? (2) ⃝ Wenn sich die Höhe verdoppelt, dann halbiert sich die potentielle Energie. ⃝ Die potentielle Energie ist bei einer gegebenen Höhe h für alle Körper gleich groß. ⃝ Wenn sich die Masse verdoppelt, dann verdoppelt sich die potentielle Energie. ⃝ Ein am Boden liegender Körper besitzt potentielle Energie gegenüber dem Erdmittelpunkt. 7. Für die kinetische Energie eines bewegten Körpers der Masse m und Geschwindigkeit v gilt: E = ½∙m∙v² . Welche Aussagen sind richtig? (2) ⃝ Wenn sich die Masse halbiert, dann halbiert sich die kinetische Energie. ⃝ Verdreifacht sich die Geschwindigkeit, dann verneunfacht sich die Energie. ⃝ Für alle Körper lässt sich ein Bezugspunkt finden, gegenüber dem sie kinetische Energie besitzen. ⃝ Um die kinetische Energie zu verdoppeln, könnte sich die Geschwindigkeit um den Faktor erhöhen. 8. In der Grafik sind drei Kugelbahnen angegeben. Die Kugeln gleicher Masse starten alle aus der gleichen Höhe. Reibungseffekte werden ausgeschlossen. Die Geschwindigkeiten der Kugeln werden am Ende der Bahnen gemessen und verglichen. Bei welcher Bahn hat die Kugel die höchste Geschwindigkeit? (1) ⃝ Bahn 1 ⃝ Bahn 2 ⃝ Bahn 3 ⃝ Bei allen Bahnen gleich groß. 9. Begründen Sie Ihre Entscheidung aus Aufgabe 8. (2) Sächsisches Landesgymnasium für Musik Dresden Physik Grundkurs 11/1 13.12.2013 Teil B – Hilfsmittelteil BE: / 23 Bearbeiten Sie die folgenden Aufgaben auf einem karierten Blatt Papier. Achten Sie auf eine angemessene äußere Form und schreiben Sie nicht über den Korrekturrand hinaus. Tafelwerk und Taschenrechner dürfen als Hilfsmittel in vollem Umfang genutzt werden. 1. Bestimmen Sie die jeweiligen Energien. (6) a) Die potentielle Energie eines Bergsteigers (m = 65 kg) in 3800 m Höhe. b) Die kinetische Energie einer Gewehrkugel (m = 40 g) mit einer Geschwindigkeit von 450 m/s. c) Die Spannenergie einer um 70 mm gedehnten Feder der Federkonstante 15 N/m. 2. Ein Kletterer der Masse m = 60 kg erklimmt einen Felsen der Höhe h = 28,0 m und stürzt sich dann mit einem Hechtsprung ins Meer. Reibungseffekte werden vernachlässigt. (6) a) Bestimmen Sie die Hubarbeit, die er beim Aufstieg verrichtet. b) Berechnen Sie die Geschwindigkeit v, mit der der Kletterer auf die Wasseroberfläche trifft. Geben Sie Geschwindigkeit auch in km/h an. Quelle: http://btmdx1.mat.uni-bayreuth.de 3. Die Kappe eines Kugelschreibers wird mit Hilfe der Schraubenfeder des Kugelschreibers senkrecht nach oben geschossen. Die Kappe hat die Masse m = 2,3 g. Beim Verlassen der Feder besitzt die Kappe die Geschwindigkeit v = 5 m/s. Zum Abschuss der Kappe wurde die Schraubenfeder um ∆s = 1,4 cm zusammengedrückt. (7) a) Berechnen Sie die maximale Flughöhe der Kappe ab Verlassen der Feder. b) Bestimmen Sie die Federkonstante der Feder. c) Wie verhalten sich Abschussgeschwindigkeit und Flughöhe, wenn die Feder nur halb so weit eingedrückt wird? Begründen Sie. 4. In vielen öffentlichen Gebäuden hängen vollautomatische Defibrillatoren. Diese Geräte können bei Personen, die einen Kreislaufzusammenbruch erlitten haben, Herzrhythmusstörungen wie Kammerflimmern o.ä. beenden. Dazu werden am Oberkörper des Patienten zwei Elektroden aufgeklebt und anschließend wird ein Elektroschock abgegeben. Das Gerät setzt dabei eine elektrische Energie von 200 J frei. Die Spannung beträgt etwa 4000 V und liegt ungefähr 10 ms = 0,01 s an. (4) a) Berechnen Sie die mittlere elektrische Stromstärke, die während des Elektroschocks durch den Körper fließt. b) Geben Sie an, um wieviel Grad Celsius der gleiche Stromstoß eine Tasse Kaffee (m = 250 g) erwärmen kann. Hinweise: Eel = U∙I∙t U… Spannung, I… Stromstärke, t… Zeit Etherm = Q = m∙c∙∆T m… Masse, cwasser = 4182 J / kg∙K … spezifische Wärmekapazität (von Wasser bzw. Kaffee), ∆T… Temperaturänderung Bildquelle: http://commons.wikimedia.org/wiki/File: Semi_automatic_defi_with_electrodes.png
