Physik, Stand April 2012 nur für den internen Gebrauch Beispiel für
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Physik, Stand April 2012 nur für den internen Gebrauch Beispiel für eine mündliche Abiturprüfung im Fach Physik Mündliche Abiturprüfung Fach: Physik Seite 1 von 6 Hilfsmittel: Zugelassener Taschenrechner, Wörterbuch der deutschen Rechtschreibung. 1 Rasterelektronenmikroskop (vorbereitete Aufgabe, 1. Prüfungsteil) Bei einem Rasterelektronenmikroskop werden freie Elektronen zunächst in einer Elektronenkanone erzeugt und beschleunigt. Anschließend wird der Elektronenstrahl mit Hilfe eines Linsensystems fokussiert. Durch zwei zueinander senkrecht angeordnete veränderliche Magnetfelder zwischen Linsensystem und Probe kann der Elektronenstrahl zeilenweise über die Oberfläche der Probe geführt („gerastert“) werden. Beim Auftreffen auf die Probe sind verschiedene Wechselwirkungen möglich, deren Detektion Informationen über die Beschaffenheit der Probe gibt. 1.1 Elektronenkanone 1.2 Beschreiben Sie die physikalischen Vorgänge in der Elektronenkanone. Berechnen Sie die Geschwindigkeit von Elektronen, die aus der Ruhe heraus mit einer Spannung von 5,00 kV beschleunigt werden. Abrasterung der Probe Die zum „Abrastern“ erforderlichen Magnetfelder werden mit Hilfe von zwei Spulen erzeugt, deren Achsen in x- und y-Richtung angeordnet sind. (a) Ablenkung in einer Richtung Erklären Sie, wie ein Magnetfeld in der Abbildung angeordnet sein muss, damit eine Ablenkung in positiver x-Richtung erfolgt. Begründen Sie, welche Bahnkurve Elektronen in einem Magnetfeld beschreiben, das senkrecht zu ihrer Bewegungsrichtung angeordnet ist. (b) Ablenkung in der Ebene Erklären Sie, wie die Abrasterung der Probe in der Ebene erfolgen kann. 1.3 Abbildung mit Elektronen Mit einem herkömmlichen Lichtmikroskop lassen sich Strukturen im Mikrometerbereich beobachten. Grenzen in der Auflösung werden durch die Wellenlänge des sichtbaren Lichtes gegeben. Im Elektronenmikroskop werden anstelle von Licht Elektronen zur Abbildung verwendet. Erläutern Sie die Wellennatur von Elektronen. Ordnen Sie Elektronen eine Wellenlänge zu, wenn sie mit der Spannung 5,00 kV beschleunigt werden. Physik, Stand April 2012 nur für den internen Gebrauch Beispiel für eine mündliche Abiturprüfung im Fach Physik Mündliche Abiturprüfung Fach: Physik Punkte Seite 2 von 6 Erwartungshorizont und Bewertungsmaßstab (nur für die Hand der Lehrkraft) Darstellung des glühelektrischen Effektes, Darstellung der Beschleunigung von Elektronen im elektrischen Längsfeld, 2,5 P Berechnung der Geschwindigkeit zu v = 4,19 107 m s . AF 1.1 I,II 1.2 I,II (a) Ablenkung in x-Richtung: Magnetische Flussdichte zeigt in negative y-Richtung, 2,5 P Begründung der Bahnkurve mit Hilfe der Lorentzkraft, die in jedem Bahnpunkt senkrecht zur Bewegungsrichtung der Elektronen steht, 2P (b) Angabe der Ablenkung bei Umpolung der Spannung, II,III Darstellung der Schlussfolgerung, dass die gesamte Probe durch zwei senkrecht zueinander angeordnete Ablenkspulen erfasst werden kann, an denen eine geeignete Wechselspannung liegt. 1.3 Darstellung der Welleneigenschaften von Elektronen z.B. anhand eines typischen Experimentes, 3P Formulierung der Hypothese von de Broglie, h h Berechnung der Wellenlänge 17,4 pm . mv 2emUB I,II Physik, Stand April 2012 nur für den internen Gebrauch Beispiel für eine mündliche Abiturprüfung im Fach Physik Mündliche Abiturprüfung Fach: Physik 1 Seite 3 von 6 Radioaktivität (Prüfungsgespräch, 2. Prüfungsteil) Rahmenaufgabenstellung: Erläutern Sie unter Zuhilfenahme des Ausschnitts aus der Nuklidkarte eine Methode, um das Alter von organischem Material zu bestimmen. Ausschnitt aus der Nuklidkarte Mögliche Leitimpulse für ein Prüfungsgespräch: Nennen Sie die Nuklide und deren Eigenschaften, die für die Altersbestimmung von organischem Material die entscheidende Rolle spielen. Formulieren Sie die physikalischen Gesetzmäßigkeiten, die der Altersbestimmung zugrunde liegen. Erläutern Sie den Zusammenhang zwischen dem C-14-Anteil in der Atmosphäre und dem C-14-Anteil in organischem Material. Erklären Sie, wie man das Alter von totem organischem Material aus dem Mengenverhältnis von C-14 zu C-12-Kernen ermitteln kann. Physik, Stand April 2012 nur für den internen Gebrauch Beispiel für eine mündliche Abiturprüfung im Fach Physik Mündliche Abiturprüfung Fach: Physik Seite 4 von 6 Hilfsmittel: Wörterbuch der deutschen Rechtschreibung. 2 Elektromagnetische Induktion (vorbereitete Aufgabe, 1. Prüfungsteil) 2.1 Erläutern Sie das Induktionsgesetz in allgemeiner Form. 2.2 In den abgebildeten Diagrammen ist jeweils der zeitliche Verlauf der induzierten Spannung Ui (t) dargestellt. A C Ui B Ui Ui t D F Ui E Ui t t Ui t t Beschreiben Sie für drei der sechs Diagramme ein passendes Experiment, bei dem sich die registrierte induzierte Spannung zeitlich wie im Diagramm abgebildet verhält. 2.3 Definieren Sie den Begriff Selbstinduktion. Entwickeln Sie ausgehend vom allgemeinen Induktionsgesetz den Term - L I(t) für den zeitlichen Verlauf der induzierten Spannung Ui (t) . t Physik, Stand April 2012 nur für den internen Gebrauch Beispiel für eine mündliche Abiturprüfung im Fach Physik Mündliche Abiturprüfung Fach: Physik Punkte 2.1 2P Seite 5 von 6 Erwartungshorizont und Bewertungsmaßstab (nur für die Hand der Lehrkraft) Die zeitliche Änderung des magnetischen Flusses in einer geschlossenen Leiterschleife bewirkt die Induktion eines elektrischen Stromes in dieser Leiterschleife: AF I Ui (t) n (t) . Ursachen der Flussänderung können sein: zeitliche Änderung der magnetischen Flussdichte, zeitliche Änderung der Schleifenfläche oder der Orientierung von Flächenvektor und Magnetfeldrichtung. 2.2 4,5 P A: Ein Stabmagnet wird in das Innere einer Spule geführt. II,III B: Eine kleine Spule (Induktionsspule) befindet sich im Innern einer größeren Spule (Feld erzeugende Spule), an die Feld erzeugende Spule wird eine kosinusförmige Wechselspannung angelegt, bzw. Drehen einer Leiterschleife in einem Magnetfeld mit konstanter Winkelgeschwindigkeit. C: Eine offene rechteckige Leiterschleife wird mit konstanter Geschwindigkeit durch ein Magnetfeld konstanter Flussdichte gezogen. D: Ein Stabmagnet fällt durch das Innere einer Spule, oder wird in das Innere einer Spule geführt und wieder herausgezogen. E: Gleiches Experiment wie bei C mit dem Unterschied, dass die Bewegung gleichmäßig beschleunigt erfolgt. F: Ein Stabmagnet wird in das Innere einer Spule geführt, ruht dort für kurze Zeit und wird anschließend wieder mit größerer Geschwindigkeit herausgezogen. Definition der Selbstinduktion, Kommentierte Herleitung der Selbstinduktionsspannung aus dem Induktionsge3,5 P setz. 2.3 I,II Physik, Stand April 2012 nur für den internen Gebrauch Beispiel für eine mündliche Abiturprüfung im Fach Physik Mündliche Abiturprüfung Fach: Physik 2 Seite 6 von 6 Paarbildung (Prüfungsgespräch, 2. Prüfungsteil) Rahmenaufgabenstellung: Bei der Erforschung von Elementarteilchen entstand die abgebildete Blasenkammeraufnahme. Beschreiben und deuten Sie die Abbildung. Blasenkammeraufnahme Spuren von Elektronenzwilling und Hüllenelektron Quelle: Metzler Physik, © Schroedel-Verlag Mögliche Leitimpulse für ein Prüfungsgespräch: Erklären Sie die Teilchenbahnen. Nennen Sie die Zusatzinformationen, die notwendig sind, um die Teilchen eindeutig zu identifizieren. Geben Sie das physikalische Phänomen an, das die Abbildung zeigt. Erläutern Sie die physikalischen Voraussetzungen einer Paarbildung. Paarerzeugung kann - wie hier gezeigt - in seltenen Fällen im Coulombfeld eines Hüllenelektrons stattfinden. Dabei wird das beteiligte Hüllenelektron aus dem Atom entfernt. Identifizieren Sie begründet die beteiligten Teilchen. Erläutern Sie, wie man die minimale Grenzfrequenz des eingestrahlten Photons quantitativ bestimmen kann.
