Lösungen

Thüringer Kultusministerium
Abiturprüfung 2000
Physik
als Grundfach
(Haupttermin)
Nicht für den Prüfungsteilnehmer bestimmt
1
Hinweise zur Korrektur
Die Korrekturhinweise enthalten keine vollständigen Lösungen, sondern
nur kurze Angaben zur erwarteten Schülerleistung.
Nicht genannte, aber gleichwertige Lösungswege und Begründungsansätze sind gleichberechtigt.
Für richtig vollzogene Teilschritte, in die falsche Zwischenergebnisse
eingegangen sind, wird im allgemeinen die vorgegebene Anzahl der
Bewertungseinheiten vergeben, jedoch ist bei sinnlosem Ergebnis eine
Bewertungseinheit abzuziehen.
Die den einzelnen Aufgabenabschnitten zugeordneten Bewertungseinheiten bringen das relative Gewicht der einzelnen Aufgabenabschnitte
innerhalb einer Aufgabe zum Ausdruck.
Die Einschätzung der erbrachten Schülerleistung hat sich an der jeweils
festgelegten maximal erreichbaren Zahl an Bewertungseinheiten zu
orientieren.
Bei jeder Aufgabe sind maximal 60 Bewertungseinheiten (BE) erreichbar.
2
2
Hinweise zur Bewertung
Aufgabe 1
Modelle in der Physik
Erläutern (Vereinfachung; Anwendbarkeit;
Grenzen)
2.1
geometrisches Modell zur Darstellung des
Lichtweges;
Anwendbarkeit und Grenzen
2.2.1 Konstruktion mit Hauptstrahlen
2.2.2 Eigenschaften: virtuell, aufrecht, vergrößert
3 BE
1
2.3
4 BE
B ≈ 38 mm
b ≈ -75 mm
Bedingungen für Totalreflexion
Herleitung
2.4.1
Prisma 1: keine Totalreflexion ;
α1< α G Prisma 2: Totalreflexion ; α 2 > α G
4 BE
α G = 43,2°
α1 = 15°
α 2 = 45°
β1 = 22,2°
2.4.2 Berechnung des Brechungswinkels Prisma 1
Zeichnen der Strahlenverläufe für Prisma 1
und Prisma 2
3.1
Nennen der Merkmale: z. B.
Massepunkt: V = 0; Masse in einem Punkt
starrer Körper: Körper aus vielen Massepunkten mit festen Abständen.
Anwendung und Grenzen:
Massepunkt: nur Beschreibung von
Translationen
starrer Körper: Beschreibung von Translation
und Rotation
keine Berücksichtigung von
Verformungen
3.2.1 Energieansatz:
5
h= ⋅ r
E pot / A = E kin / C + E pot / C Kraftansatz:
2
FRad = FG
3.2.2 Energieansatz:
E pot / A = E kin / C + E pot / C + E rot / C Krafta
27
h=
⋅r
10
nsatz: FRad =FG
3.2.3 Begründung:
z. B. Vergleich der Energieansätze.
5 BE
5 BE
6
BE
4 BE
6 BE
5
BE
5 BE
3 BE
3
4.1
4.2
4.3
Merkmale: z. B.
- V = 0; Punktmassen - Außer elastischen
Stößen keine Wechselwirkungen zwischen
den Teilchen und zwischen den Teilchen und
der Gefäßwand. - Bewegung erfolgt regellos.
z. B.: p⋅V= N ⋅k⋅T
N = 3,2 ⋅ 1011
Erklärung: Der Druck hängt nicht von dem
Gewicht der Gasteilchen ab, sondern von der
Anzahl der Gasteilchen, die mit einem
Kraftstoß auf die Gefäßwand einwirken.
4 BE
3 BE
3 BE
Aufgabe 2
Elektrodynamik
1
2.1
2.2
2.3
3.1
Beschreibung; Erklärung unter Verwendung
des Induktionsgesetzes und des lenzschen
Gesetzes
Beschreibung der Bewegungsrichtung;
Erklärung der Entstehung der Spannung;
Angabe der Polarität
Herleitung: Kraftansatz Fel = FL
∆A
oder
Induktionsgesetz U ind = B ⋅
∆t
∆b
mit ∆A = ∆b⋅l und v =
∆t
8
BE
6
BE
4 BE
U ind = 1,0 mV
N
D = 1,0
m
3.2.1 Bewegungsrichtung der Elektronen von A
nach B; Begründung mit Drei-Finger-Regel;
Kraft auf Leiter
3.2.2 F = D ⋅∆s ; F = l⋅I⋅B
B = 0,25 T
4.1.1
Z = 134 Ω I =
58 mA ϕ = -68°
4.1.2 Zeichnen des Zeigerdiagramms;
Bestimmen des Phasenwinkels
(Beachtung der Orientierung des Winkels);
Vergleich der Phasenwinkel
4.2
f = 5,0 kHz
2 BE
3 BE
5
BE
5 BE
6
BE
4 BE
3 BE
4
5.1
Skizze; Polaritäten; Kräfte
5.2.1 Kraftansatz: FG = Fel
6 BE
5
BE
4 ⋅ π ⋅ r 3 ⋅ ρ Öl ⋅ g ⋅ d
Q=
3⋅ U
5.2.2 Mögliche Zwischenlösung: Q = 3,2 ⋅10 −19 C
3
BE
n=2
Aufgabe 3
Atomarer Aufbau der Stoffe
1.1
1.2
∆m = m Po − (m Pb + m α )
E kin = ∆m⋅c 2 ; v =
1.3
1.4
1.5
2.1
2.2
3 BE
206
4
210
84 Po → 82 Pb + 2 α
2⋅E kin
mα
v = 1,92⋅107
t = 415 d
m
s
6 BE
4 BE
6 BE
Deutung: Die positive Ladung ist in einem
Kern konzentriert, der viel kleiner als der
Atomradius ist.
Inhalte des rutherfordschen Atommodells
nennen.
Aussage Rutherford: Elektronen bewegen sich
3 BE
in beliebigen Abständen um den Kern.
Schlußfolgerung: Es gibt keine diskreten
Energienivaus für die Elektronen und damit
auch keine diskreten Übergänge zwischen den
Energienivaus.
k ⋅ λ sk
f1 = 6,91⋅1014 Hz 5 BE
mit e >> sk;
=
f2 = 6,16⋅1014 Hz
g
e
f3 = 4,56⋅1014 Hz
Inhalte des bohrschen Atommodells nennen;
6 BE
Erklärung: Anregung der Elektronen;
Anhebung auf ein höheres Energieniveau;
Übergang auf niedrigeres Energieniveau;
Energiedifferenz ∆E wird als Lichtquant der
Energie h ⋅ f = ∆E ausgesendet.
5
2.3
E kin = h ⋅ f − WA
Ekin1 = 0,64 eV
Ekin2 = 0,33 eV
(Ekin3 = -0,33
eV)
4 BE
2.4
- Licht mit den Frequenzen f1 und f2 löst den
Fotoeffekt aus; Begründung
- Frequenz f3 löst keine Elektronen aus;
Begründung: z. B. h ⋅ f < WA
Orientierung der Felder;
Begründungen:
- Drei-Finger-Regel
r
r
- Fel = −FL
Ansatz: Fel = FL
U = 12 kV
Ansatz: FRad = FL
Q
As
= 4,9 ⋅ 107
m
kg
Begründung: Es gibt auch andere Teilchen,
Q 2e
Q 1e
die dasselbe Verhältnis
=
oder
=
m 4u
m 2u
haben;
z. B.: Deuterium
4 BE
3.1
3.2
3.3
3.4
6 BE
5 BE
5 BE
3 BE
6
3 Tabelle zur Ermittlung der Gesamtnote
Bewertungseinheiten
58 – 60
54 – 57
51 – 53
48 – 50
44 – 47
41 – 43
38 – 40
34 – 37
31 – 33
28 – 30
25 – 27
22 – 24
19 – 21
15 - 18
11 -14
0 - 10
Notenpunkte
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
Note
1+
1
12+
2
23+
3
34+
4
45+
5
56