Aufgabengruppe A

Abschlussprüfung 2009
Physik
an den Realschulen in Bayern
Elektrizitätslehre I
A 1.1.1
Aufgabengruppe A
Lösungsvorschlag
Versuchsskizze entsprechend dem Unterricht, z. B.:
F
E
A
Draht
V
A 1.1.2
I in A
E
Eisendraht
2,0
Kennlinie zu 1.1.5
1,0
Konstantandraht
0
A 1.1.3
A 1.1.4
0,50
1,00
1,50
2,00
U in V
Interpretation entsprechend dem Unterricht, z. B.:
Mit gleichmäßig ansteigender elektrischer Spannung wird beim Eisendraht die Zunahme der
Stromstärke kleiner, beim Konstantandraht bleibt sie gleich.
F
K
Erklärung entsprechend dem Unterricht, z. B.:
F
K
•
•
•
•
•
Mit zunehmender elektrischer Spannung werden die freien Elektronen des Eisendrahtes im elektrischen Feld stärker beschleunigt.
Bei ihren Wechselwirkungen mit den ortsfesten Atomrümpfen geben die Leitungselektronen dabei eine größere Energie ab.
Die Atomrümpfe schwingen dadurch stärker.
Die Wechselwirkungen zwischen den freien Elektronen und den ortsfesten Atomrümpfen werden dadurch noch zahlreicher und stärker.
Somit wird die Driftbewegung der freien Elektronen stärker gehemmt.
A 1.1.5
Kennlinie: siehe 1.1.2
(Ursprungsstrecke z. B. mit dem Wertepaar U = 2,00 V und I = 1,0 A)
F
A 1.2.1
Da die Stromstärke im Messwerk höchstens 2,0 mA betragen darf, muss ein Teil des Gesamtstroms am Messwerk vorbei geleitet werden.
F
K
A 1.2.2
I n ⋅ R n = Ii ⋅ R i
I n = 2,0 mA ⋅
Iges = I n + Ii
Iges = 8,0 mA + 2,0 mA
50 Ω
12,5 Ω
I n = 8, 0 mA
Iges = 10,0 mA
F
E
Abschlussprüfung 2009
Physik
an den Realschulen in Bayern
Elektrizitätslehre II
A 2.1.1
F
K
Während des Schüttelns der Taschenlampe in Längsrichtung wird ein
Permanentmagnet relativ zu einer Spule bewegt.
Dadurch wird die Spule von einem sich zeitlich ändernden Magnetfeld durchsetzt.
In der Spule wird eine Wechselspannung induziert und im geschlossenen Kreis mit
Spule und Lämpchen fließt ein Induktionsstrom.
•
•
Erhöhung der Induktionsspannung z. B. durch:
•
•
•
A 2.2.1
Lösungsvorschlag
Begründung entsprechend dem Unterricht, z. B.:
•
A 2.1.2
Aufgabengruppe A
höhere Windungszahl der Spule
schnellere Bewegung der Taschenlampe
stärkeren Permanentmagneten
PS
η
PP
IP =
UP
P
IS = S
US
PP =
1,1 kW
0,90
1, 2 kW
IP =
230 V
PP =
IS =
1,1 kW
110 V
A 2.2.2
RV =
A 2.2.3
Lösung entsprechend dem Unterricht, z. B.:
η=
F
UV
IV
PNutz
Pzu
RV =
η=
120 V
10 A
1,1 kW
230 V ⋅ 10 A
PP = 1, 2 kW
F
E
I P = 5, 2 A
IS = 10 A
R V = 12 Ω
F
F
K
η = 0, 48
Die Schaltung mit einem Vorwiderstand ist unwirtschaftlich, da bei einem Einsatz eines
Transformators ein nahezu doppelt so hoher Wirkungsgrad erreicht werden kann.
Abschlussprüfung 2009
Physik
an den Realschulen in Bayern
Atom- und Kernphysik
A 3.1.1
Aufgabengruppe A
Lösungsvorschlag
F
K
235
1
89
144
1
U + n →
Kr +
Ba + 3 n (+ γ )
92
0
36
56
0
Erläuterung entsprechend dem Unterricht, z. B.:
•
•
A 3.1.2
Ein thermisches (langsames) Neutron dringt in den U-235-Kern ein und bewirkt eine
Verformung (Einschnürung) des Kerns.
Die elektrischen Abstoßungskräfte zwischen den Protonen sind an der Einschnürungsstelle stärker als die anziehenden Kernkräfte (mit kurzer Reichweite).
Aus dem Diagramm: t ≈ 48 a
A (t)
A0
(Zeichnungsbedingte Abweichungen sind
zugelassen.)
F
K
E
t
 1 T
A(t) = A 0 ⋅  
2
 A(t) 
t = T ⋅ log 1 

A0 
2
t = 14,3 a ⋅ log 1 0,10
t = 47, 5 a
2
t in a
14,3
A 3.2.1
Ursachen entsprechend dem Unterricht, z. B.
•
•
•
•
•
A 3.2.2
t
terrestrische Strahlung
kosmische Strahlung
Kernwaffentests/Reaktorunfälle
Strahlentherapie, z. B. bei Krebserkrankungen
Diagnose, z. B. Szintigramm
Faktoren entsprechend dem Unterricht, z. B.:
•
•
•
•
•
F
Strahlungsart
Empfindlichkeit des betroffenen Organs
Ort der Strahlungsquelle (im Körper, außerhalb des Körpers, …)
Dauer der Strahlungsexposition
zeitliche Verteilung der Dosis
F
Abschlussprüfung 2009
Physik
an den Realschulen in Bayern
Energie
A 4.1
Lösungsvorschlag
E pot = m ⋅ g ⋅ h
E pot = 1,0 ⋅ 103
A 4.2
Pzu =
Pzu =
A 4.4
mit m = ρ ⋅ V
kg
N
⋅ 15 ⋅ 106 m 2 ⋅ 6,6 m ⋅ 9,81 ⋅ 200 m
3
m
kg
m⋅g⋅h
t
1,0 ⋅ 103
A 4.3
Aufgabengruppe A
η=
Pel
Pzu
t=
E pot
E pot = 19 ⋅ 1013 J
F
E
mit m = ρ ⋅ V
kg
N
⋅ 84 m3 ⋅ 9,81 ⋅ 200 m
3
m
kg
1,0 s
η=
t=
Pzu
124 MW
16 ⋅ 101 MW
19 ⋅ 1013 Ws
16 ⋅ 107 W
Energieumwandlungen entsprechend dem Unterricht, z. B.:
F
E
Pzu = 16 ⋅ 101 MW
η = 0,78
t = 14 d
F
F
K
potenzielle Energie des Wassers
↓
Fallrohre
kinetische Energie des Wassers
↓
Turbine
mechanische Energie der Turbine
↓
Generator
elektrische Energie
A 4.5
Vorteile entsprechend dem Unterricht, z. B.:
•
•
•
keine CO2-Emission (beim Betrieb)
höherer Wirkungsgrad
keine Transportkosten für den Primärenergieträger
F
K
B