Sächsisches Staatsministerium für Kultus Schuljahr 1994/95
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Sächsisches Staatsministerium für Kultus Schuljahr 1994/95 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 11 (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 - beiliegende Zusammenstellung von ausgewählten Wertetafeln - nicht programmierbarer Taschenrechner - Duden (Deutsche Rechtschreibung) Teil 1 (Pflichtaufgaben) Aufgabe 1: Schwingungen und Wellen Vom Lehrer wird Ihnen ein Experiment vorgeführt. Zwei Pendel haben gleiche Länge und gleiche Masse. Ihnen werden durch gleiche Auslenkung einmalig gleiche Energien zugeführt. Der Schwingungsvorgang wird ausgelöst. Nach 10 Schwingungen wird das Experiment abgebrochen. 1.1 Beobachten Sie die Durchführung des Experiments! Notieren Sie das Ergebnis Ihrer Beobachtung! 1.2 Begründen Sie das unterschiedliche Verhalten der Pendel! 1.3 Ultraschallwellen verwendet man z. B., um mit Hilfe des Echolotverfahrens Meerestiefen zu bestimmen. Aus der Laufzeit der Wellen wird die Entfernung zum Meeresboden berechnet. Welche Eigenschaft mechanischer Wellen wird hier angewendet'? 1.4 Ein am Schiffsrumpf angebrachter Schallgeber sendet Schallwellen im Frequenzbereich von 20 kHz bis 600 kHz aus. Sei einer Wassertemperatur von 4 °C empfängt der Echoempfänger die Schallwelle nach 0,7 s. Berechnen Sie die Meerestiefe! Aufgabe 2: Elektrizitätslehre Auf einer Modellbahnanlage (12 V) soll eine Glühlampe (3,5 V / 200 mA) für eine Hausbeleuchtung angebracht werden. Um die Glühlampe anzuschließen, muss ein Vorwiderstand eingebaut werden 2.1 Zeichnen Sie einen entsprechenden Schaltplan! 2.2 Geben Sie die Spannung an, die an diesem Vorwiderstand anliegen muss! 2.3 Berechnen Sie den elektrischen Widerstand des erforderlichen Vorwiderstandes! 2.4 Für den Aufbau der Schaltung stehen technische Widerstände von 33 2, 47 Ohm und 490 9 zur Verfügung. Begründen Sie, welcher dieser Widerstände als Vorwiderstand gewählt werden muss! 2.5 Berechnen Sie die elektrische Leistung der Glühlampe! Aufgabe 3: Thermodynamik Die Heizung eines Zweifamilienhauses kann 800 1 Wasser pro Stunde erwärmen. Die Temperatur des Wassers soll von 12°C auf 78°C erhöht werden. (Für Wasser gilt: 1 l entspricht 1 kg) 3.1 3.2 Berechnen Sie die erforderliche Wärme! Nennen Sie zwei Möglichkeiten, um im Haushalt Wärmeverluste gering zu halten! Aufgabe 4. Energie 4.1 Beschreiben Sie die Energieumwandlungen, die notwendig sind, um aus Brennstoffen elektrische Energie zu gewinnen! Berücksichtigen Sie die Aggregate Dampferzeuger, Dampfturbine, Generator, Transformator. 4.2 Der Wirkungsgrad einer solchen Anlage beträgt h = 0,42 (42 Prozent). Erläutern Sie diese Angabe? 4.3 Nennen Sie die Gültigkeitsbedingungen für den Energieerhaltungssatz der Mechanik! Teil II (Wahlaufgaben) Von den folgenden Aufgaben haben Sie nur eine zu lösen. Aufgabe 5: Elektrizitätslehre 5.1 Weiche Voraussetzungen müssen erfüllt sein, damit elektrischer Strom fließen kann? 5.2 Halbleiterwiderstand 5.2.1 Ein Halbleiterwiderstand wird erwärmt, U = konstant. Wie ändern sich a) der elektrische Widerstand und b) die Stromstärke? Begründen Sie! 5.2.2 Wozu kann ein Halbleiterwiderstand genutzt werden? 5.3 Elektromagnetische Induktion 5.3.1 Unter welchen Bedingungen kann eine Induktionsspannung entstehen? 5.3.2 Beschreiben Sie anhand einer Skizze den Aufbau eines Transformators! 5.3.3 Erklären Sie die Wirkungsweise des Transformators! 5.3.4 Welche Spannung kann auf der Sekundärseite eines unbelasteten Transformators abgegriffen werden, wenn an der Primärseite eine Wechselspannung von 48 V anliegt? Die felderzeugende Spule (Primärspule) hat 1000 Windungen, die Induktionsspule (Sekundärspule) hat 125 Windungen. Begründen Sie! 5.4 Schülerexperiment Aufgabe: Ermitteln Sie den elektrischen Widerstand einer Spule (1000 Windungen) mit geschlossenem Eisenkern im Gleich und Wechselstromkreis! Vorbereitung: 1 . Entwerfen Sie einen Schaltplan! 2. Entwerfen Sie eine Messwerttabelle! Durchführung: 1. Bauen Sie die Schaltung auf! Lassen Sie die Schaltung vom Lehrer überprüfen! 2. Messen Sie jeweils Spannung und Stromstärke bei Verwendung von Gleich- und Wechselspannung!(Buchsenkombination 2 V - 8 V)! 3. Notieren Sie die Werte in der Tabelle! Auswertung: 1 .Berechnen Sie den elektrischen Widerstand der Spule im Gleich- und Wechselstromkreis! 2.Vergleichen Sie die Widerstände! Begründen Sie! Aufgabe 6: Optik 6.1 Ein schmales Lichtbündel trifft auf einen Winkelspiegel (siehe Skizze) und wird reflektiert. 6.1.1 Übernehmen Sie die Skizze! Zeichnen Sie den weiteren Strahlenverlauf bei einem Einfallswinkel von 60°! 6.1 .2 Kennzeichnen Sie einen Einfalls- und den zugehörigen Reflexionswinkel 6. 1.3 Welche Lage nehmen der einfallende und der aus dem Winkelspiegel austretende Strahl zueinander ein? 6.2 Ein schmales einfarbiges Lichtbündel trifft unter einem Einfallswinkel a1 = 40° auf eine Platte aus Polystyrol 6.2.1 Berechnen Sie den Brechungswinkel beim Übergang des Lichtes in die Platte! 6.2.2 Zeichnen Sie den vollständigen Strahlenverlauf einschließlich des Austritts aus der Platte! 6.2.3 Wie groß muss der Einfallswinkel a1 gewählt werden, damit das Licht an den Oberflächen nicht gebrochen wird? 6.3 Vor einer Sammellinse mit einer Brennweite f = 3 cm steht in einer Entfernung von 7 cm ein 1,5 cm hoher Gegenstand auf der optischen Achse. (Als Gegenstand soll ein Pfeil gezeichnet werden, dessen Fußpunkt sich auf der optischen Achse befindet.) 6.3.1 Konstruieren Sie das Bild des Gegenstandes! 6.3.2 Wie weit ist das Bild von der Linse entfernt? 6.3.3 Vergleichen Sie Bild- und Gegenstandsgröße! Bei welchem optischen Gerät wird diese Art der Bildentstehung genutzt? 6.4 Einfarbiges Licht tritt in der angegebenen Weise in einen schwarzen Kasten, in dem sich ein optisches Bauteil befindet, ein und wieder heraus. 6.4.1 Nennen Sie zwei verschiedene optische Bauteile, die sich im Inneren des Kastens befinden können! 6.4.2 Übernehmen Sie die Skizze! Zeichnen Sie einen möglichen Strahlenverlauf und das Bauteil ein! Aufgabe 7: Mechanik 7.1 Die Fahrt eines PKW von einer Ampel zur nächsten Ampel wird beobachtet und untersucht. Das Fahrzeug wird aus dem Stand gleichmäßig 6 s lang mit 2,1 m/s² beschleunigt. Mit der erreichten Geschwindigkeit fährt es 5 s weiter. Durch eine Verzögerung (negative Beschleunigung) von 4,2 m/s² kommt der PKW an der nächsten Ampel zum Stehen. 7.1.1 Welche Höchstgeschwindigkeit erreicht der PKW (in km/h)? 7.1.2 Welchen Weg legt das Auto während der Beschleunigung zurück? 7.1.3 Welchen Weg legt das Auto mit konstanter Geschwindigkeit zurück? 7.1.4 Berechnen Sie den Bremsweg! 7.1.5 Wie groß ist die Entfernung zwischen den Ampeln? 7.2 Für eine Bewegung eines Körpers wurden folgende Messwerte aufgenommen. t in s s in m 0 0 1 0,75 2 3,00 3 6,75 4 12,00 7.2.1 Zeichnen Sie das Weg - Zeit - Diagramm! 7.2.2 Welchen Weg hat der Körper nach 2,5 s zurückgelegt? 7.2.3 Welche Bewegungsart liegt vor? 7.3 Begründen Sie mit einem physikalischen Gesetz, warum die Fahrgäste in einem Bus beim Anfahren nach hinten und beim Bremsen nach vorn gedrückt werden! 7.4 Berechnen Sie die Geschwindigkeit in km/h , die ein Wasserspringer beim Springen vom 10m-Turm im Moment des Eintauchens in das Wassererreicht! 7.5 Welche Schubkraft muss eine Rakete mit einer Masse von 100 t mindestens haben, damit sie vom Erdboden abheben kann? Begründen Sie! Ausgewählte Wertetafeln Dichten (bei 20°C) Stoff Beton (Stahlbeton) Bronze Diamant Fensterglas Glycerol Graphit Hartgummi Gold Konstantan r in g/cm³ r 2,3 8,8 3,5 2,6 1,26 2,25 1,2 19,3 8,8 Stoff Luft (bei 101,3 kPa und bei 0°C Mauerwerk Petroleum Porzellan Polystyrol Quarzglas Stahl Wasser Wolfram r in g/cm³ r 0,00129 1,7 0,8 2,3 1,1 2,2 7,8 0,998 19,3 Lichtgeschwindigkeiten Stoff Diamant Flintglas Kronglas Polystyren c in km/s 125000 186000 200000 189000 Stoff Kohlenstoffdisulfid Wasser Luft Vakuum c in km/s 184000 225000 299711 299792 Schallgeschwindigkeiten in Stoffen (Richtwerte für 20°C und Normaldruck) Feste Stoffe Aluminium Beton Blei Eis Glas Gummi Kupfer Stahl Ziegelmauerwerk v in m/s 5100 3800 1300 3230 4000 bis 5500 40 3900 5100 3600 Flüssigkeiten und Gase Benzin Wasser bei 4°C Wasser bei 20°C Kohlenstoffdioxid Luft bei 0°C Luft bei 10°C Luft bei 20°C Luft bei 30°C Wasserstoff v in m/s 1160 1400 1484 260 331 337 343 349 1280 Heizwerte einiger Brennstoffe Feste Brennstoffe H in Flüssige MJ/kg Brennstoffe Anthrazit 31 Benzen Braunkohle (weich) 8,5 Dieselkraftstoff Briketts 20 Heizöl Holz (trocken) 15 Spiritus Torf (trocken) 15 H in MJ/l 35 35 bis 38 44 32 Gasförmige Brennstoffe Erdgas (trocken) Propan Stadtgas Wassergas H in kJ/l 19 bis 34 186 14 bis 18 11 Eigenschaften von Stoffen Stoff (fest) Linearer Ausdehnungskoeffizient a a in 1/K 0,000023 0,000012 Aluminium Beton (Stahlbeton) Blei 0,000029 Bronze 0,000018 Diamant 0,000001 Fensterglas 0,000010 Konstantan 0,000015 Kupfer 0,000016 Magnesium 0,000026 Quarzglas 0,000001 Silber 0,000020 Stahl 0,000013 Wolfram 0,000004 Zink 0,000036 Zinn 0,000027 Stoff (flüssig) Kubischer Ausdehnungskoeffizient gg in 1/K Ethanol 0,0011 Aceton 0,0014 Benzen 0,0011 Glycerol 0,0005 Methanol 0,0011 Petroleum 0,0009 Wasser 0,00018 Schmelztemperatur qS in °C (bei q 101,3 kPa) 660 Siedetemperatur qV in °C (bei q 101,3 kPa) » 2500 Spezifische Wärmekapazität in kJ/(kg·K) 0,90 0,92 327 900 3540 1755 1083 650 1700 961 » 1500 3350 419 232 Schmelztemperatur qS in °C (bei q 101,3 kPa) - 114 - 95 5 18 - 98 -0 2595 1110 0,13 0,39 0,46 0,86 0,41 0,39 0,92 0,73 0,23 » 0,47 0,13 0,39 0,22 Spezifische Wärmekapazität in kJ/(kg·K) 2,40 2,10 1,70 2,40 2,40 2,00 4,186 4347 2180 5900 907 2430 Siedetemperatur qV in °C (bei q 101,3 kPa) 78 56 80 290 65 -100 Spezifische Schmelzwärme qS in kJ/kg 397 26 176 382 104 192 111 59 Spezifische Schmelzwärme qS in kJ/kg 108 82 127 -69 -334
