Sächsisches Staatsministerium für Kultus Schuljahr 1995/96

Sächsisches Staatsministerium
für Kultus
Schuljahr 1995/96
Geltungsbereich: für Klassen 10 an
- Mittelschulen
- Förderschulen
- Abendmittelschulen
Schriftliche Abschlussprüfung Physik
Realschulabschluss
Allgemeine Arbeitshinweise
Die schriftliche Abschlussprüfung besteht aus 2 Teilen:
Teil I – Pflichtaufgaben
Teil II - Wahlaufgaben
Vor der planmäßigen Arbeitszeit stehen Ihnen 15 Minuten zum Vertrautmachen mit den
Aufgaben zur Verfügung.
Nachdem Sie die Aufgaben gelesen haben, wird Ihnen ein Demonstrationsexperiment gezeigt. Die Arbeitszeit zur Lösung aller Aufgaben beginnt erst nach Beendigung dieses
Experiments und beträgt 150 Minuten.
Die Aufgabe 1 der Pflichtaufgaben ist zuerst zu bearbeiten. Die Reihenfolge der Bearbeitung der anderen Aufgaben ist beliebig.
Von den drei Wahlaufgaben ist nur eine Aufgabe zu bearbeiten. Zur Lösung der Wahlaufgabe 5 muss ein Schülerexperiment durchgeführt werden. Die Geräte für dieses Experiment werden durch den Lehrer bereitgestellt.
Es ist kein Konzept erforderlich.
Für die Prüfungsarbeit können 50 Bewertungseinheiten erreicht werden. Davon werden
25 Bewertungseinheiten für den Pflichtteil und 25 Bewertungseinheiten für den Wahlteil
vergeben.
Sie dürfen folgende Hilfsmittel verwenden:
- Tabellen- und Formelsammlung ohne ausführliche Musterbeispiele sowie ohne
Wissensspeicheranhang
- nicht programmierbarer Taschenrechner
- Duden (Deutsche Rechtschreibung)
Teil I - Pflichtaufgaben
Aufgabe 1
Elektrizitätslehre
Vom Lehrer werden Ihnen zwei Experimente vorgeführt. Sie sollen herausfinden, ob Gleichoder Wechselspannung in den Versuchsanordnungen an einem Transformator anliegt.
1.1
Notieren Sie Ihre Beobachtungsergebnisse zum Experiment 1 und zum Experiment 2.
1.2
Welche Spannungsart wird im Experiment 1 bzw. Experiment 2 verwendet? Begründen Sie.
1.3
Zeichnen Sie einen Schaltplan der Experimentieranordnung.
1.4
Zum Betreiben eines Halogenstrahlers (11,5 V/20 W) benutzt man einen Transformator. Dieser Transformator muss die Netzspannung von 230 V auf die zulässige Spannung für die Halogenlampe transformieren. Ihnen stehen Spulen mit folgenden Windungszahlen zur Verfügung:
Spule 1:10
Spule 2:75
Spule 3:500
Spule 4:
Spule 5:
Spule 6:
1200
1500
1750
Geben Sie ein geeignetes Spulenpaar an.
Begründen Sie Ihre Auswahl.
Aufgabe 2
Mechanik
Im täglichen Leben kann man eine Vielzahl von Bewegungen beobachten. Um Aussagen
über die Art der Bewegung zu gewinnen, ist es üblich, den Weg-Zeit- bzw. den Geschwindigkeits-Zeit-Zusammenhang zu betrachten. In einem Experiment wurden für die geradlinige
Bewegung eines Körpers folgende Messwerte ermittelt:
Zeit t in s
Weg s in
m
0,1
0,0
5
0,2
0,1
9
0,3
0,4
3
0,4
0,6
3
0,5
1,2
7
2.1
Zeichnen Sie ein s-t-Diagramm.
2.2
Um welche Art der Bewegung handelt es sich?
2.3
Berechnen Sie die Geschwindigkeit nach 0,5 s.
Aufgabe 3
Optik
Auf dem Boden eines Springbrunnens befindet sich ein Scheinwerfer, der ein einfarbiges
Lichtbündel aussendet. Der Einfallswinkel des Lichtstrahls beträgt 40°. Der Lichtstrahl fällt
beim Übergang von Wasser in Luft auf eine ebene Grenzfläche.
3.1
Berechnen Sie den Brechungswinkel beim Übergang des Lichtes von Wasser
Luft.
3.2
Übertragen Sie das Bild.
Zeichnen Sie den Verlauf des einfallenden, des reflektierten und des gebrochenen
Lichtstrahls an der Grenzfläche.
3.3
Nennen Sie zwei optische Geräte, bei denen die Brechung des Lichtes genutzt wird.
Aufgabe 4
in
Schwingungen
Die Aufzeichnung der Schwingung einer Stimmgabel ergab folgendes y-t-Diagramm:
4.1
Ermitteln Sie die Amplitude, die Periodendauer und die Frequenz der Schwingung.
4.2
Ist im Diagramm eine gedämpfte oder ungedämpfte Schwingung dargestellt? Begründen Sie Ihre Entscheidung.
4.3
Beschreiben Sie an einem selbstgewählten Beispiel, wie Schwingungsdämpfungen in
der Praxis erreicht werden können.
Teil II - Wahlaufgaben
Von den folgenden Aufgaben haben Sie nur eine zu lösen.
Aufgabe 5
5.1
Mechanik
Schülerexperiment
Aufgabe:
Untersuchen Sie den Zusammenhang zwischen der Längenänderung einer
Schraubenfeder und der an ihr wirkenden Kraft mit Hilfe eines geeigneten
Experimentes.
Vorbereitung: 1. Fertigen Sie eine Skizze der Versuchsanordnung an.
2. Übernehmen Sie die folgende Tabelle.
Masse
m in g
20
40
60
80
100
Gewichtskraft
FG in N
Längenänderung
s in cm
(Ein Körper mit einer Masse von 100 g besitzt auf der Erde etwa eine Gewichtskraft von 1 N.)
Tragen Sie die Gewichtskräfte für die vorgegebenen Massen in die Tabelle
ein.
Durchführung: 1. Bauen Sie die Versuchsanordnung auf.
2. Belasten Sie die Feder gemäß der Tabellenvorgabe.
Messen Sie jeweils die entsprechende Längenänderung s der
Feder.
3.
Notieren Sie die Messwerte.
Auswertung: 1. Stellen Sie die Längenänderung s der Feder in Abhängig keit von
Gewichtskraft FG in einem Diagramm dar.
der
2. Geben Sie den Zusammenhang der beiden Größen an.
3. Bestimmen Sie mit dieser Versuchsanordnung die
bereitliegenden Körpers.
Gewichtskraft des
- Messen Sie die Längenänderung s der Feder.
- Ermitteln Sie mit Hilfe des Diagramms die Gewichtskraft des
Körpers.
4. Nennen Sie das Messgerät, das auf diesem Prinzip beruht.
5.2
Nennen Sie die Wirkungen, die Kräfte auf Körper haben können. Geben Sie dazu je
ein Beispiel an.
5.3
Ein Bus fährt mit einer Geschwindigkeit von 40km/h. Der Busfahrer muss plötzlich
einen Bremsvorgang einleiten. Nach einer Zeit von 5 s kommt der Bus zum Stehen.
5.3.1 Was passiert mit den Personen, die im Bus stehen und sich nicht fest halten?
5.3.2 Begründen Sie Ihre Aussage mit Hilfe eines physikalischen Gesetzes.
5.3.3 Berechnen Sie die Kraft, die eine Person (70 kg) aufbringen muss, um beim Bremsen
keine Lageänderung zu erfahren.
5.4
Ein Boot ist mit einem Seil am Ufer eines Flusses befestigt. Die Strömung wirkt mit
einer Kraft von 450 N und der Wind, der senkrecht zur Strömung weht, mit einer
Kraft von 320 N.
Bestimmen Sie zeichnerisch die am Seil wirkende Gesamtkraft.
Aufgabe 6
6.1
Thermodynamik
In einem Einfamilienhaus soll eine Ölheizung eingebaut werden, die gleichzeitig zur
Bereitstellung von Warmwasser genutzt wird. Die Wasserleitung wird aus Kupferrohr
verlegt. Die Temperatur des Wassers wird im Heizkessel von 16°C auf 70 °C erhöht.
6.1.1 Berechnen Sie die Längenänderung eines 15 m langen Rohres für den oben angegebenen Temperaturunterschied.
6.1.2 Berechnen Sie die erforderliche Wärme, um für 120
höhung zu erreichen.
(Für Wasser gilt: 1 l entspricht 1 kg)
l Wasser diese Temperaturer-
6.1.3 Welche Wärme ist tatsächlich notwendig, wenn der Wirkungsgrad der Warmwasseranlage 75 % beträgt?
6.1.4 Begründen Sie, warum Wasser als Umlaufflüssigkeit verwendet wird.
6.1.5 Erläutern Sie an einem Beispiel, wie die unerwünschte Wärmeausbreitung am Gebäude vermindert werden kann.
6.2
Eis wird gleichmäßig erwärmt. Die Temperatur wird in Abhängigkeit von der Erwärmungszeit gemessen:
Abschnitt
Zeit t in min
Temperatur u
in °C
0
2
0
A
0,
5
1
0
1
3
0
0
B
6
9
0
0
1
0
9
C
1
2
3
0
1
4
5
0
6.2.1 Stellen Sie in einem Diagramm die Temperatur u in Abhängigkeit von der Zeit t dar.
6.2.2 Ordnen Sie dem Abschnitt A, B und C den jeweiligen physikalischen Vorgang zu.
6.2.3 Begründen Sie den Temperaturverlauf im Abschnitt B.
6.3
Das Bild zeigt den Aufbau eines Viertakt-Ottomotors.
6.3.1 Benennen Sie die im Bild bezeichneten Teile des Ottomotors.
6.3.2 Beschreiben Sie die Vorgänge in den einzelnen Takten.
6.3.3 Nennen Sie die auftretenden Energieumwandlungen im 3. Takt (Arbeitstakt).
Aufgabe 7
7.1
Elektrizitätslehre
Bei einem Experiment wurde für eine Glühlampe folgende Messwerttabelle erstellt:
U in V
I in
mA
1,1
16
0
2
21
0
3,6
24
0
4,3
26
8
6
30
0
7.1.1 Stellen Sie die Stromstärke I in Abhängigkeit von der Spannung U in einem Diagramm dar.
7.1.2 Berechnen Sie für den kleinsten und größten Wert der angelegten Spannung den
elektrischen Widerstand.
7.1.3 Vergleichen Sie die Widerstände.
Begründen Sie.
7.2
Die Stromversorgung eines PKW erfolgt über eine 12 V-Spannungsquelle. Für die
Bremsleuchten verwendet man dabei meist Glühlampen (12 V/21 W).
7.2.1 Berechnen Sie die Stromstärke, die beim Bremsen durch eine solche Glühlampe fließt.
7.2.2 Ein PKW verfügt über mindestens zwei Bremsleuchten.
Zeichnen Sie einen entsprechenden Schaltplan.
7.2.3 Begründen Sie die gewählte Schaltung.
7.3
Der elektrische Strom kann durch eine Halbleiterdiode nur in einer Richtung fließen.
Diese Aussage soll experimentell bestätigt werden.
7.3.1 Erläutern Sie das Experiment.
Zeichnen Sie einen entsprechenden Schaltplan.
7.3.2 Beschreiben Sie den Aufbau einer Halbleiterdiode.
7.3.3 Nennen Sie eine Anwendung von Halbleiterdioden.
7.4
Leuchtemitterdioden (LED's) werden häufig als Kontrollleuchten in Kassettenrekorder
eingebaut. Die Betriebsspannung eines Rekorders ist mit 12 V angegeben. Um eine
LED (2,5 V/30 mA) einzubauen, ist ein Vorwiderstand notwendig.
7.4.1 Zeichnen Sie einen entsprechenden Schaltplan.
Verwenden Sie für die LED das Schaltzeichen einer Glühlampe.
7.4.2 Berechnen Sie den elektrischen Widerstand des Vorwiderstandes.
7.4.3 Ermitteln Sie die elektrische Leistung der Leuchtemitterdiode.