PHY117 — HS09

PHY117 — HS09
Januar 2010
Multiple-Choice Aufgaben
Der MC-Aufgabentyp ist bei jeder Aufgabe angegeben. Es werden folgende Aufgabentypen
vorkommen:
Typ A (MC: A) Nur eine Ausage ist richtig. Die Aufgabe gilt als richtig beantwortet wenn nur
die korrekte Antwort deutlich angekreuzt () ist. Ist mehr als eine Aussage angekreuzt
gilt die Aufgabe in jedem Fall als falsch beantwortet.
Typ B (MC: B) Keine, eine, mehrere oder alle Aussagen sind richtig. Die Aufgabe gilt als richtig
beantwortet wenn alle korrekten Aussagen angekreuzt () und alle falschen Aussagen
nicht angekreuzt sind.
Aufgabe 1:
Geschwindigkeit und Beschleunigung
(MC: A, 1 P)
Es sei mit x der Ort, mit v die Geschwindigkeit und mit a die Beschleunigung bezeichnet.
Welche Zusammenhänge sind richtig?
A
v ist Ableitung von x und a ist Integral von v.
B
x ist Ableitung von v und v ist Ableitung von a.
C
v ist Integral von x und v ist Integral von a.
D
x ist Integral von v und a ist Ableitung von v.
Aufgabe 2:
Dimensionen
(MC: B, 1 P)
Welche Gleichungen sind physikalisch sinnvoll? Entscheiden Sie dies aufgrund einer Dimensionsanalyse.
A
F = m·a
B
x = a · t3
C
E=
D
E = m·a·x
E
v = F · x/m
F
a = v 2 /x
G
x = v/a
H
x = v·t
I
x = v · t · sin (t)
J
x = v · t · sin (v · t)
K
x = a · t2 · sin (v · t/x)
1
2
m·v
1
Aufgabe 3:
Reaktionsprinzip
(MC: A, 1 P)
Betrachten Sie den auf dem Boden stehenden Körper. Welche Aussage für die Reaktionskraft
im Sinne des dritten Newton’schen Prinzipes ist richtig?
A
~ hat ihren
Die Reaktionskraft der Gewichtskraft G
Angriffspunkt im Schwerpunkt der Erde.
B
~ ist Reaktionskraft von G.
~
N
C
~ hat keine Reaktionskraft.
G
Aufgabe 4:
Pendel
(MC: A, 11 P)
In welcher der Figuren A bis E sind Gravitations- und Fadenkraft auf ein ebenes, schwingendes
Pendel korrekt eingezeichnet?
A
B
C
D
E
Aufgabe 5:
Beschleunigung
(MC: A, 1 P)
Ein Körper bewegt sich auf einem Kreis mit Radius r und Geschwindigkeit v. Der Beschleunigungsvektor . . .
A
ist null.
B
zeigt zum Kreiszentrum und hat den Betrag v 2 /r.
C
zeigt radial nach aussen und hat den Betrag v 2 · r.
D
zeigt tangential in Bewegungsrichtung mit Betrag v/r2 .
Aufgabe 6:
Trägheitsprinzip
(MC: A, 1 P)
Eine Person zieht eine Kiste mit Masse M und Geschwindigkeit ~v . Die Kiste gleitet auf dem
Boden und erfährt wegen dem Gleitreibungskoeffizienten µG eine Gleitreibungskraft FRG .
2
A
B
Welche Situation ist richtig (beachten Sie den Text im und unter dem Bild)?
A
B
Aufgabe 7:
Konstante Kraft
(MC: A, 1 P)
Ist die resultierende Kraft auf einen Körper konstant, so lautet dessen Bewegungsgleichung
m · ẍ = F.
Welche Aussage ist richtig (v = ẋ)?
A
x(t) ist eine harmonische Funktion: x (t) = x0 · cos (ωt + δ).
B
v(t) ist eine Exponentialfunktion: v (t) = v0 + v1 · e
C
x(t) it porportional zu t2 : x (t) = x0 + v0 · t + a2 t2 .
Aufgabe 8:
−t
τ
.
Kraft proportional zur Geschwindigkeit
(MC: A, 1 P)
Ist die resultierende Kraft auf den Körper proportional zu dessen Geschwindigkeit, so lautet
die Bewegungsgleichung
m · ẍ = −β ẋ
Welche Aussage ist richtig (v = ẋ)?
A
x(t) ist eine harmonische Funktion: x (t) = x0 · cos (ωt + δ).
B
v(t) ist eine Exponentialfunktion: v (t) = v0 + v1 · e
C
x(t) it porportional zu t2 : x (t) = x0 + v0 · t + a2 t2 .
3
−t
τ
.
Aufgabe 9:
Kraft proportional zur Auslenkung
(MC: A, 1 P)
Ist die resultierende Kraft rücktreibend und proportional zur Auslenkung, so lautet die Bewegungsgleichung
m · ẍ = −k · x.
Welche Aussage ist richtig (v = ẋ)?
A
x(t) ist eine harmonische Funktion: x (t) = x0 · cos (ωt + δ).
B
v(t) ist eine Exponentialfunktion: v (t) = v0 + v1 · e
C
x(t) it porportional zu t2 : x (t) = x0 + v0 · t + a2 t2 .
Aufgabe 10:
Arbeit
−t
τ
.
(MC: B, 1 P)
Die Aussage ’Arbeit gleich Kraft mal Weg’ ist nicht präzise. Welche der folgenden Aussagen
sind korrekt?
A
Wenn die Kraft unter rechtem Winkel zum zurückgelegten Weg steht (=Führungskraft), wird keine Arbeit geleistet.
B
Wenn die Kraft von der Zeit abhängt, muss man das Vektorprodukt verwenden.
C
Falls die Geschwindigkeit sich ändert, ist die Aussage falsch.
D
Wenn die Kraft nicht immer parallel zum Weg liegt, muss das Skalarprodukt verwendet werden.
E
konservative Kräfte leisten keine Arbeit.
F
Wer einen Körper mit konstanter Geschwindigkeit den Berg hinauf zieht, leistet keine
Arbeit.
Aufgabe 11:
Energie
(MC: B, 1 P)
Welche Aussagen sind richtig?
A
Die Summe von kinetischer und potentieller Energie ist konstant, ausser es gibt Energieverlust durch Reibung (oder andere nichtkonservative Kräfte).
B
Konservative Kräfte sind konstant in der Zeit.
C
Die potentielle Energie in einer gespannten Feder ist −kx.
D
Die kinetische Energie einer Translationsbewegung ist
E
Rotationsenergie ist auch eine Form der potentiellen Energie
4
m 2
2v
Aufgabe 12:
Flächenträgheitsmoment
(MC: A, 1 P)
Drei Profile (gleiches Material, Masse, Länge) werden einseitig eingespannt und gleich stark
belastet. Welche Antwort ist richtig?
A
Die Durchbiegungen der drei Balken sind gleich gross.
B
Die Durchbiegung des 1. Balkens ist grösser als die Durchbiegungen der Balken 2 und
3.
C
Die Durchbiegung des 3. Balkens ist am kleinsten.
Aufgabe 13:
Gradient
(MC: A, 1 P)
Der Schweredruck in einem Fluid im Schwerefeld ist p(x, y, z) = ρ · g · z, wobei g =| ~g | die
Erdbeschleunigung ist. Welcher Ausdruck beschreibt den Gradienten grad (p) richtig?
A
grad (p) = ρ · g.
B
grad (p) = (0, 0, ρ · g).
C
grad (p) = z · (1, 1, ρ · g).
Aufgabe 14:
Fluiddynamik
(MC: B, 1 P)
Welche Aussagen sind richtig?
A
Die Bernoulligleichung beschreibt Strömungsphänomene einer inkompressiblen Flüssigkeit, bei denen es keine innere Reibung gibt, und die Energie deshalb erhalten
ist.
B
Die Reibungkraft auf einen Körper im strömenden Fluid ist bei kleinen Geschwindigkeiten propotional zur Zähigkeit und der Geschwindigkeit
C
Weil bei grossen Geschwindigkeiten die Reibung propotional zur Geschwindigkeit im
Quadrat ist, hängt die Geschwindigkeitsverteilung im zylindrischen Rohr quadratisch
vom Radius ab.
D
Die Navier-Stokes gleichung beschreibt die Bewegung von Flüssigkeitselementen in
reibungsbehaftete Strömungen.
E
Verwirbelte Strömungen können mit der Bernoulligleichung behandelt werden.
5
Aufgabe 15:
Reales Gas
(MC: A, 1 P)
Im Vergleich zum idealen Gas werden beim realen Gas zusätzliche Eigenschaften beachtet,
die zur Van der Waals Gleichung führen. Welche?
A
Teilchen haben keine Masse und das Gas wird bei bei Normaldruck betrachtet.
B
Die Moleküle haben ein von null verschiedenes Volumen und es gibt einen Kohäsionsdruck.
C
Die Moleküle wechselwirken durch Stösse miteinander und es gibt Oberflächenspannung.
D
Der Druck auf die Gefässwände wird berücksichtigt und statt dem Volumen wird die
Dichte angegeben.
Aufgabe 16:
Äquipartitionstheorem
(MC: A, 1 P)
Das Äquipartitionstheorem beschreibt den Zusammenhang zwischen einer mikro- und einer
makroskopischen Grösse. Welche zwei Grössen werden verknüpft?
A
mikroskopisch: Geschwindikeit eines Teilchens und
makroskopisch: Temperatur in Kelvin.
B
mikroskopisch: mittlere Geschwindikeit der Teilchen und
makroskopisch: Temperatur in Kelvin.
C
mikroskopisch: Temperatur in Grad Celsius und
makroskopisch: Druck.
D
mikroskopisch: mittlere Geschwindikeit der Teilchen und
makroskopisch: Temperatur in Grad Celsius.
Aufgabe 17:
Maxwell-Boltzmann Verteilung
(MC: A, 1 P)
Für kleine Geschwindigkeiten | ~v | gilt:
A
Die Wahrscheinlichkeit P(v) nimmt für Teilchen mit kleinem v quadratisch zu.
B
Die Wahrscheinlichkeit P(v) nimmt fur Teilechen mit kleinem v exponentiell zu.
C
Die Wahrscheinlichkeit P(v) nimmt für Teilchen mit kleinem v linear zu.
D
Die Wahrscheinlichkeit P(v) nimmt fur Teilechen mit kleinem v exponentiell ab.
E
Die Wahrscheinlichkeit P(v) nimmt für Teilchen mit kleinem v quadratisch ab.
Aufgabe 18:
Maxwell-Boltzmann Verteilung
(MC: A, 1 P)
Für grosse Geschwindigkeiten | ~v | gilt:
A
Die Wahrscheinlichkeit P(v) nimmt für Teilchen mit grossem v quadratisch zu.
6
B
Die Wahrscheinlichkeit P(v) nimmt fur Teilechen mit grossem v exponentiell zu.
C
Die Wahrscheinlichkeit P(v) nimmt für Teilchen mit grossem v linear ab.
D
Die Wahrscheinlichkeit P(v) nimmt fur Teilechen mit grossem v exponentiell ab.
E
Die Wahrscheinlichkeit P(v) nimmt für Teilchen mit grossem v quadratisch ab.
Aufgabe 19:
Maxwell-Boltzmann Verteilung
(MC: A, 1 P)
Die mittlere Geschwindigkeit aller Teilchen ist . . .
A
. . . grösser als die wahrscheinlichste Geschwindigkeit eines Teilchens.
B
. . . kleiner als die wahrscheinlichste Geschwindigkeit eines Teilchens.
C
. . . gleich gross wie die wahrscheinlichste Geschwindigkeit eines Teilchens.
Aufgabe 20:
Diffusion
(MC: B, 1 P)
Welche Aussagen betreffend der Diffusionsgeschwindigkeit in Gasen mit gegebenem Druck p
sind richtig?
A
Höhere Temperaturen führen zu grösserer Diffusion.
B
Grosse Moleküle diffundieren nur bei kleinen Temperaturen langsamer als kleine Moleküle.
C
Schwerere Moleküle diffundieren schnelller als leichtere Moleküle, unabhängig von der
Temperatur.
D
Hohe Teilchendichte führt zu grösserer Diffusion.
E
Schwerere Moleküle diffundieren langsamer als leichtere Moleküle.
Aufgabe 21:
1. Hauptsatz der Thermodynamik
(MC: B, 1 P)
Welche Aussagen zum 1. Hauptsatz der Thermodynamik sind richtig?
A
Energie kann niemals vernichtet werden.
B
Wenn ein System Arbeit leisten soll, muss sich die innere Energie ändern, oder es
muss Wärme zugeführt werden.
C
Wenn ein System Arbeit leisten soll, muss sich die innere Energie ändern.
D
Wenn ein beliebiges System sich abkühlt, verringert sich die innere Energie immer.
E
Wärme ist eine Form von Energie.
7
Aufgabe 22:
Ablauf eines Carnot-Prozesses
(MC: A, 1 P)
Wie läuft ein Carnot-Prozess ab?
A
Isotherme Kompression, adiabatische Kompression, adiabatische Expansion, isotherme Expansion
B
adiabatische Expansion, isotherme Expansion, isotherme Kompression, adiabatische
Kompression
C
isotherme Expansion, adiabatische Expansion, isotherme Kompression,
Aufgabe 23:
Gaussverteilung
(MC: A, 1 P)
Es liegt eine statistische Verteilung von Meswerten für eine Grösse A vor, die sich wie eine
Gaussfunktion mit Standardabweichung σ und Mittelwert A verhält. Sie führen eine weitere
Messung von A aus. Wie gross ist die Wahrscheinlichkeit, dass Sie einen Wert messen, der
mehr als 2 σ höher ist, als der Wert von A ?
A
10%.
B
5%.
C
2.5%.
Aufgabe 24:
Kreisprozess
(MC: A, 1 P)
Im p-V Diagramm sind zwei Kreisprozesse dargestellt. Bei welchem Kreisprozess muss mehr
Energie zugeführt werden?
A
B
Aufgabe 25:
Schwimmbecken und Zeitmessung
(MC: A, 1 P)
Ein olympisches Schwimmbecken ist 50 ± 0.01 m lang. Wie präzis kann die gestoppte Zeit sinnvoll angegeben werden damit die Fairness gewährleistet bleibt (Geschwindigkeit der Schwimmer 1 m/s)?
A
auf Tausendstel - Sekunden genau
B
auf Hundertstel - Sekunden genau
C
auf Zehntel - Sekunden genau
8
Aufgabe 26:
Astronaut
(MC: A, 1 P)
Wieso fühlen sich Astronauten 300 km über der Erde in einem antriebslosen Raumschiff scheinbar schwerelos?
A
Sie sind zu weit von der Erde entfernt um der Wirkung der Gravitationskraft ausgesetzt zu sein.
B
Die Anziehungskraft der Sonne hebt diejenige der Erde auf.
C
Sie befinden sich in einem (fast) endlosen freien Fall.
D
Wegen der fehlenden Luftreibung.
Aufgabe 27:
r−2 -Abhängigkeit
(MC: B, 1 P)
Welche physikalischen Gesetze sind r−2 -abhängig (r = Abstand der entsprechenden Körper,
falls nichts anderes angegeben)?
A
Gravitationsgestz
B
Hagen-Poiseuille: Durchfluss durch ein Rohr mit Radius r.
C
Äquipartitionstheorem
D
Wechselwirkung zwischen Molekülen des idealen Gases.
E
Gaussverteilung
F
Lenard-Jones Potential
G
Coulombgesetz
H
3. Kepler (r = a, grosseHalbachse)
I
Beschleunigung auf der Kreisbahn mit Radius r.
Aufgabe 28:
Kepler und Gravitation
(MC: A, 1 P)
In einem Sonnensystem kreisen zwei Planeten. Wie verhalten sich die Umlaufzeiten der Planeten, wenn ihre Abstände (grosse Halbachsen) zum Zentralstern im Verhältnis 1:2 stehen.
A
B
C
1:2
√
1: 4
√
1: 8
D
1:3
E
1 : 16
9
Aufgabe 29:
Hagen-Poiseuille
(MC: A, 1 P)
Wie hängt die Durchflussmenge Q bei laminarer Strömung in einem Rohr vom Radius ab?
A
Q∝R
B
Q ∝ R2
C
Q ∝ R3
D
Q ∝ R4
E
Q ∝ R5
F
Q ∝ exp(R)
10