Jahrgangsstufe 9 – Grundfertigkeiten Physik - Robert

Robert-Koch-Gymnasium
Fachschaft Physik 2012
Jahrgangsstufe 9 – Grundfertigkeiten Physik
Serie A
1
Jahrgangsstufe 9 – Grundfertigkeiten Physik
Serie A
Hilfen:
,
,
,
,
,
,
Spannungsverhältnis beim idealen Transformator mit Windungszahlen
und
:
Formelgleichungen
Transformator
A 1. Ein Transformator mit den Windungszahlen
wird an eine Wechselspannung von
angeschlossen. Auf welche Sekundärspannung wird dadurch hochtransformiert?
Elektronenvolt als Energieeinheit
A 2. Welche Geschwindigkeit haben Elektronen mit einer Energie von
.
Energiebilanz bei Kernreaktionen
A 3. Berechne den -Wert zu folgender Kernreaktion:
Gleichförmige Bewegung
A 4. Der mit konstant
Igel einen Vorsprung von
laufende Hase gewährt dem nur
. Nach welcher Zeit hat er ihn eingeholt?
schnellen
Bewegung mit konstanter Beschleunigung
A 5. Ein Elektro-Roadster beschleunigt in
von auf
. Welche (mittlere)
Beschleunigung erreicht er dabei?
A 6. Wie lange dauert ein freier Fall von einem 10-Meter-Brett bis zum Eintauchen ins Wasser?
A 7. Wie weit müsste man frei fallen, um eine Geschwindigkeit von
zu erreichen?
A 8. Fahrzeug A fährt mit konstanter Geschwindigkeit von
am anfangs ruhenden Fahrzeug
B vorbei. Genau in diesem Moment startet B mit der Beschleunigung
in der gleichen
Richtung wie A. Nach welcher Zeit holt B das Fahrzeug A ein?
Grundgesetz der Mechanik
A 9. Ein Airbus A 380 hat eine Startmasse von
t. Die Triebwerke bringen zusammen eine
Schubkraft von
auf. Welche Geschwindigkeit kann er bei einer Startrollstrecke von
maximal erreichen?
Vektoren
Schiefe Ebene
A 10. Welche Beschleunigung erfährt ein Modellfahrzeug (mit sehr leichten Rädern) der Masse
k an einer schiefen Ebene von
Steigung? Zeichne und löse dann mit Hilfe der
Trigonometrie.
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Jahrgangsstufe 9 – Grundfertigkeiten Physik
Serie A
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Auswerten von Diagrammen
Kernphysik
A 11. Benachbarte Kästchen stehen für benachbarte Nuklide. Um welche Arten radioaktiven Zerfalls
handelt es sich bei den mit 1, 2 und 3 bezeichneten Zerfällen?
Radioaktivität
A 12. Mit einem Detektor wurde die Strahlung eines Präparats registriert. Der Nulleffekt ist dabei
bereits korrigiert. Bestimme die Halbwertszeit des Radionuklids.
Bewegungsabläufe
A 13. Bestimme den Betrag der Beschleunigung im Bereich I.
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Serie A
3
Lösungen – Serie A
A 1. geg:
ges:
,
,
Lös:
P
P
A 2. geg:
ges:
,
,
Lös:
kin
e
A 3. geg:
,
n
,
,
,
ges:
Lös:
n
n
n
A 4. geg:
,
,
ges:
Lös:
A 5. geg:
,
ges:
Lös:
A 6. geg:
ges:
Lös:
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Serie A
4
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A 7. geg:
ges:
Lös:
A 8. geg:
,
ges:
Lös:
A 9. geg:
ges:
Lös:
,
A 10. geg:
ges:
,
,
Lös:
A 11. Zerfall 1:
Zerfall 2:
Zerfall 3:
Kernladungszahl:
Neutronenzahl:
Proton wird in Neutron gewandelt
Kernladungszahl:
Neutronenzahl:
Neutron wird in Proton gewandelt
Kernladungszahl:
Neutronenzahl:
2 Neutronen und 2 Protonenverlassen den Kern
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-Zerfall
-Zerfall
-Zerfall
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Serie A
A 12. geg:
,
5
,
ges:
Lös:
A 13. Im Bereich II:
geg:
ges:
,
s
Lös:
s
Im Bereich I:
geg:
,
s
ges:
Lös:
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s
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Serie B
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Serie B
Hilfen:
,
,
,
,
,
,
Stromstärkeverhältnis beim idealen Transformator mit Windungszahlen
und
:
Formelgleichungen
Transformator
B 1.
Die Stromstärke im Primärkreis eines Schweißtransformators mit dem Windungszahlverhältnis
beträgt
. Auf welche Sekundärstromstärke wird dadurch hochtransformiert?
Elektronenvolt als Energieeinheit
B 2.
Welche Energie in
besitzen Elektronen, die sich mit 5,0 % Lichtgeschwindigkeit bewegen?
Energiebilanz bei Kernreaktionen
B 3.
Berechne den -Wert für folgende Kernreaktion:
Gleichförmige Bewegung
B 4.
Bei einer Echolotung der Meerestiefe wird ein kurzer Ultraschallimpuls vom Schiffsboden
ausgesendet und nach
als (am Meeresboden) reflektierter Schall wieder empfangen. Wie
tief ist das Meer an dieser Stelle? (Schallgeschwindigkeit im Wasser:
)
Bewegung mit konstanter Beschleunigung
B 5.
B 6.
B 7.
B 8.
Ein Sportwagen beschleunigt in
von 0 auf
. Wie groß ist seine mittlere
Beschleunigung als Vielfaches von
?
Aus welcher Höhe muss man frei herabspringen, um die Landegeschwindigkeit eines
Fallschirmspringers von
zu erreichen?
Wie lange dauert der freie Fall aus
Höhe?
Ein Radfahrer mit einer Geschwindigkeit von
überholt ein stehendes Auto.
später fährt das Auto mit einer konstant angenommenen Geschwindigkeit von
Nach welcher Zeit überholt das Auto den Radfahrer?
los.
Grundgesetz der Mechanik
B 9.
Ein Sportwagen der Masse
kann in
aus dem Stand auf
beschleunigen. Welche (mittlere) Kraft ist dazu erforderlich?
Vektoren
Schiefe Ebene
B 10. Die Anlaufbahn einer Skisprungschanze ist um 38° gegen die Horizontale geneigt. Wie groß ist
dort die Hangabtriebskraft eines Springers der Masse
? – Trigonometrische Lösung!
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Serie B
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Auswerten von Diagrammen
Kernphysik
B 11. Welche Art radioaktiven Zerfalls dominiert im mit Pfeil gekennzeichneten Bereich? Begründe!
Radioaktivität
B 12. Mit einem Detektor wurde die Strahlung eines Präparats hinter verschieden dicken
Bleiabschirmungen registriert. Der Nulleffekt ist dabei bereits korrigiert. Wie dick muss die
Abschirmung sein, damit 3/4 der Strahlung abgeschirmt wird?
Bewegungsabläufe
B 13. Das skizzierte Diagramm gibt den Bewegungsablauf eines Körpers wieder. Welche Strecke legt
er in den ersten 4 zurück?
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Serie B
9
Lösungen – Serie B
B 1.
geg:
ges:
,
,
Lös:
P
B 2.
geg:
,
s,
k
e
ges:
Lös:
B 3.
geg:
e ,
,
,
ges:
Lös:
B 4.
geg:
s
,
ges:
Lös:
s
B 5.
geg:
,
ges:
Lös:
B 6.
geg:
ges:
Lös:
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Serie B
10
B 7.
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geg:
ges:
Lös:
B 8.
geg:
ges:
Lös:
,
,
Vorsprung des Radfahrers:
s
s
Gleiche Wegstrecken:
B 9.
geg:
k ,
,
ges:
Lös:
k
k
B 10. geg:
ges:
Lös:
,
k
k
k
B 11. Die Nuklide streben in den Bereich der Stabilität, sie haben deshalb das Bestreben, ihre
Protonenzahl zu erhöhen und die Neutronenzahl zu verringern. Dies erfolgt durch -Zerfall.
B 12.
,
Die Abschirmung muss
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,
dick sein, damit
der Strahlung abgeschirmt wird.
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B 13. Im Bereich von
geg:
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bis
11
:
,
s
ges:
Lös:
s
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Jahrgangsstufe 9 – Grundfertigkeiten Physik
Serie C
Hilfen:
,
,
,
,
,
,
Spannungsverhältnis beim idealen Transformator mit Windungszahlen
und
:
Formelgleichungen
Transformator
C 1.
Ein Transformator soll
auf
heruntertransformieren. Die Sekundärseite besitzt
Windungen. Wie viele Windungen sollte die Primärseite haben?
Elektronenvolt als Energieeinheit
C 2.
Welche Energie in
haben
s schnelle Protonen? (
)
Energiebilanz bei Kernreaktionen
C 3.
Berechne den -Wert zu folgender Kernreaktion:
Gleichförmige Bewegung
C 4.
Hund und Frauchen sind
den Hund zu, der ihr mit
sie sich treffen?
voneinander entfernt. Frauchen geht mit
k h auf
k h entgegen kommt. Wie weit muss Frauchen gehen, bis
Bewegung mit konstanter Beschleunigung
C 5.
C 6.
C 7.
C 8.
Ein Sportwagen beschleunigt in
s von
auf
k h. Welche (mittlere)
Beschleunigung erreicht er dabei?
Bei welcher Höhe dauert ein freier Fall genau
?
Ein 100-Meter-Läufer erreicht nach
Laufstrecke eine Geschwindigkeit von
k h. Wie
groß ist seine mittlere Beschleunigung?
Fahrzeug A fährt mit konstanter Geschwindigkeit von
am anfangs ruhenden Fahrzeug
B vorbei. Genau in diesem Moment startet B mit der Beschleunigung
in der gleichen
Richtung wie A. Nach welcher Zeit holt B das Fahrzeug A ein?
Grundgesetz der Mechanik
C 9.
Ein Flugzeug hat eine Masse von
t. Die Triebwerke bringen zusammen eine Schubkraft von
auf. Nach welcher Rollstrecke erreicht es die Startgeschwindigkeit von
?
Vektoren
Schiefe Ebene
C 10. Bei welchem Neigungswinkel gegen die Horizontale beträgt die Hangabtriebskraft
Normalkraft? Fertige eine Skizze und löse trigonometrisch.
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der
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Serie C
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Auswerten von Diagrammen
Kernphysik
C 11. Die Diagramme zeigen verschiedene Zerfälle im Potentialtopfmodell des Kerns. Ordne jedem
Diagramm die zugehörige Zerfallsart zu.
Radioaktivität
C 12. Das Diagramm zeigt die Abhängigkeit der kosmischen Strahlenbelastung von der Höhe über
dem Meeresspiegel. Auf welche Höhe muss man sich aus
über dem Meeresspiegel
begeben, um die kosmische Strahlenbelastung zu verdoppeln?
Bewegungsabläufe
C 13. Zur Zeit
zurück?
befindet sich das Fahrzeug in Ruhe. Welche Strecke legt es in den ersten
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Serie C
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Lösungen – Serie C
C 1.
geg:
ges:
s
,
P
Lös:
C 2.
geg:
,
,
ges:
Lös:
C 3.
geg:
,
,
,
,
ges:
Lös:
C 4.
geg:
,
ges:
Lös:
C 5.
geg:
,
s
ges:
Lös:
C 6.
geg:
ges:
Lös:
C 7.
geg:
,
ges:
Lös:
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Serie C
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C 8.
geg:
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,
ges:
Lös:
C 9.
geg:
,
,
ges:
Lös:
s
s
C 10. geg:
ges:
Lös:
C 11. Diagramm 1:
Diagramm 2:
Diagramm 3:
-Zerfall
(Neutron wird in Proton gewandelt)
-Strahlung
(Nur Energetischer Übergang)
-Zerfall
(2 Neutronen und 2 Protonen verlassen den Kern)
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Jahrgangsstufe 9 – Grundfertigkeiten Physik
Serie C
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C 12. Aus dem Diagramm liest man ab:
Für eine Verdoppelung der kosmischen Strahlenbelastung muss man sich von
ca.
Höhe begeben.
C 13. Im Bereich
geg:
bis
auf
:
s,
ges:
Lös:
s
Im Bereich
bis :
Lasse die Zeit gedanklich Rückwärts laufen. Dann beschleunigt das Fahrzeug wie oben. Für die
Strecke ist die Zeitrichtung ohne Belang.
geg:
s,
ges:
Lös:
Insgesamt legt das Fahrzeug eine Strecke von
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zurück.
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Serie D
Hilfen:
,
,
,
,
,
,
Stromstärkeverhältnis beim idealen Transformator mit Windungszahlen
und
:
Formelgleichungen
Transformator
D 1. Auf welche Stromstärke kann ein Transformator mit den Windungszahlen
abgesicherte Wechselspannung maximal transformieren?
eine mit
Elektronenvolt als Energieeinheit
D 2. Durch welche Spannung werden Elektronen auf
der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt?
Energiebilanz bei Kernreaktionen
D 3. Berechne den -Wert zu folgender Kernreaktion:
Gleichförmige Bewegung
D 4. Lisa fährt per Rad mit
zur
entfernten Schule. Ihr Nachbar Josef wird mit
im Auto gefahren. Berechne Josefs Zeiteinsparung.
Bewegung mit konstanter Beschleunigung
D 5. Eine Raumsonde mit Ionentriebwerk hat eine Beschleunigung von
. Um
welchen Betrag kann die Sonde ihre Geschwindigkeit in
Jahren erhöhen?
D 6. Der Fall eines Steins in einen Brunnen dauert
. Wie tief ist der Brunnen?
D 7. Welche Geschwindigkeit erreicht man nach einem freien Fall aus
Höhe?
D 8. Sepp rast in der Zone 30 mit
an einem stehenden Polizeiauto vorbei. Im diesem
Moment beschleunigt das Polizeiauto mit einer konstanten Beschleunigung von
.
Wann holt das Polizeiauto den Raser ein und welche Geschwindigkeit hat es zu dem Zeitpunkt?
Grundgesetz der Mechanik
D 9. Ein Sportwagen der Masse
beschleunigt von
Kraft von
. Nach welcher Zeit erreicht er die
auf
mit einer konstanten
?
Vektoren
Schiefe Ebene
D 10. Ein Fahrzeug (mit sehr leichten Rädern) soll an einer schiefen Ebene mit der Hälfte seiner
Gewichtskraft beschleunigt werden. Wie groß muss der Neigungswinkel gewählt werden?
Fertige eine Skizze und löse trigonometrisch.
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Serie D
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Auswerten von Diagrammen
Kernphysik
D 11. Ordne den mit 1, 2 und 3 bezeichneten Regionen der Nuklidkarte die hauptsächlich
stattfindenden Zerfälle zu.
Radioaktivität
D 12. Obiges Diagramm zeigt die C-14-Aktivität einer Kohlenstoffprobe über die Zeit. Bei einer Probe
vom sogenannten Turiner Grabtuch wurde 1988 eine Aktivität gemessen, welche noch
der ursprünglichen Aktivität betrug. Ermittle grafisch die Entstehungszeit.
Bewegungsabläufe
D 13. Bestimme den Betrag der maximalen Beschleunigung.
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Serie D
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Lösungen – Serie D
D 1. geg:
ges:
,
,
Lös:
D 2. geg:
,
,
,
e
ges:
Lös:
D 3. geg:
ges:
,
,
Lös:
D 4. geg:
,
L
,
ges:
Lös:
s
s
D 5. geg:
,
ges:
Lös:
s
s
D 6. geg:
ges:
Lös:
D 7. geg:
ges:
Lös:
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Jahrgangsstufe 9 – Grundfertigkeiten Physik
Serie D
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D 8. geg:
ges:
Lös:
,
,
P
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s
P
P
P
D 9. geg:
,
s
,
ges:
Lös:
D 10. geg:
ges:
Lös:
D 11. Zerfall 1:
Zerfall 2:
Zerfall 3:
-Zerfall
Neutron wird in Proton gewandelt)
-Zerfall
Proton wird in Neutron gewandelt
-Zerfall
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D 12. Trage die
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in das Diagramm ein und lese die zugehörige Zeit aus:
Im Jahr 1988 war das Tuch demnach 690 Jahre alt. Die Entstehung wird also um das Jahr 1300
datiert.
D 13. Entnehme aus dem Diagramm die maximale Steigung:
geg:
,
ges:
Lös:
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Jahrgangsstufe 9 – Grundfertigkeiten Physik
Serie E
Hilfen:
,
,
,
,
,
,
Formelgleichungen
Transformator
E 1.
Eine mit
abgesicherte
- -Spannung soll auf
herab transformiert werden. Wie
groß ist die maximale Stromstärke im Sekundärkreis bei einem Wirkungsgrad von
?
Elektronenvolt als Energieeinheit
E 2.
Welche Geschwindigkeit haben Protonen mit einer Energie von
ke .
Energiebilanz bei Kernreaktionen
E 3.
Berechne den -Wert zu folgender Kernreaktion:
Gleichförmige Bewegung
E 4.
Anna radelt mit
zum
entfernten Freibad. Schwester Bettina fährt
verspätet ab. Wie schnell muss sie radeln, um gleichzeitig mit Anna am Bad
anzukommen.
Bewegung mit konstanter Beschleunigung
E 5.
E 6.
E 7.
E 8.
Die Mondrakete Saturn V beschleunigte nach dem Start in
auf
. Welche
(mittlere) Beschleunigung ist dazu nötig?
Das Projektil eines Gewehrs verlässt den
langen Lauf mit einer Geschwindigkeit von
. Berechne den Betrag der mittleren Beschleunigung.
Welche Geschwindigkeit erreicht man beim Sturz aus dem Bett? Rechne mit einem freien Fall
aus
Höhe.
Wie lange würde die Reise zum
entfernten Mars dauern, falls die erste Weghälfte
mit idealen
s beschleunigt und die zweite derartig abgebremst werden könnte?
Grundgesetz der Mechanik
E 9.
Ein Fußballspieler bringt den
schweren Ball beim Freistoß innerhalb einer Strecke von
auf
. Mit welcher mittleren Kraft beschleunigt er den Ball?
Vektoren
Schiefe Ebene
E 10. Ein Fahrzeug erfährt an einer schiefen Ebene mit
Steigung eine Hangabtriebskraft von
. Welche Masse hat das Fahrzeug. Löse trigonometrisch mithilfe einer Skizze.
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Jahrgangsstufe 9 – Grundfertigkeiten Physik
Serie E
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Auswerten von Diagrammen
Kernphysik
E 11. Das Diagramm zeigt die mittlere Bindungsenergie pro Nukleon. Die Pfeile zeigen Möglichkeiten
der Gewinnung von Kernenergie auf. Benenne diese und ordne sie den Pfeilen zu.
Radioaktivität
E 12. Das Diagramm zeigt die Aktivität von metastabilem Technetium
, wie es in der
Nuklearmedizin Verwendung findet. Auf wie viel Prozent des ursprünglichen Wertes fällt die
Aktivität in
ab?
Bewegungsabläufe
E 13. Wie weit fährt das durch das - -Diagramm beschriebene Fahrzeug insgesamt?
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Serie E
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Lösungen – Serie E
E 1.
geg:
ges:
P
,
P
Lös:
E 2.
geg:
ges:
,
kin
s,
k
e
Lös:
kin
e
E 3.
geg:
,
,
,
,
ges:
Lös:
E 4.
geg:
,
,
ges:
Lös:
E 5.
geg:
,
ges:
Lös:
E 6.
geg:
,
ges:
Lös:
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Jahrgangsstufe 9 – Grundfertigkeiten Physik
Serie E
28
E 7.
geg:
ges:
Lös:
E 8.
geg:
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,
ges:
Lös:
E 9.
geg:
,
,
ges:
Lös:
E 10. geg:
ges:
Lös:
,
,
E 11. Pfeil 1 steht für die Kernfusion, Pfeil 2 für die Kernspaltung.
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Serie E
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E 12. Entnehme die Halbwertszeit aus dem Diagramm:
Die Halbwertszeit beträgt
sind 4 Halbwertzeiten.
Die Aktivität fällt in
.
auf
E 13. geg:
des ursprünglichen Wertes.
,
ges:
Lös:
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