Bewertung: Jede Aufgabe wird mit 4 Punkten bewertet.

gibb / BMS Physik
Name, Vorname:
Zeit:
Berufsmatur 2007
Seite 1
______________________________________ Klasse:
120 Minuten
Hilfsmittel: Taschenrechner und Formelsammlung nach eigener Wahl.
Die Formelsammlung darf mit persönlichen Notizen ergänzt sein (keine
vorgelösten Beispiele!); auch handgeschriebene Formelsammlungen dürfen keine
vorgelösten Beispiele enthalten!
Hinweise:
Die Lösungen der Aufgabe 1 sind direkt auf dem Aufgabenblatt anzukreuzen.
Für die Aufgaben 2 bis 7 nehmen Sie bitte für JEDE Aufgabe ein neues A4-Blatt
und beschriften es mit NAME, VORNAME, Klasse und Aufgabennummer!
Auf die vollständige und klare Darstellung des Lösungsweges wird bei der
Beurteilung Wert gelegt.
Resultate sinnvoll runden und mit korrekten Einheiten versehen.
Erdbeschleunigung g = 9.81 m/s2
Bewertung: Jede Aufgabe wird mit 4 Punkten bewertet.
Aufgabe
Punkte
Examinator
Punkte
Experte
Bemerkungen
1
2
3
4
5
6
7
Total
Note
Vorschlagsnote:
_____
Schriftliche Prüfungsnote:
_____
Maturnote:
Visum Examinator:
________________
Visum Experte:
gibb / BMS Physik
Berufsmatur 2007
Seite 2
Aufgabe 1
Kreuzen Sie alle korrekten Lösungen direkt auf dem Blatt an. Es können mehrere Antworten
richtig sein. Alle 4 Teile dieser Aufgabe werden mit je einem Punkt bewertet.
a)
Ein Auto bremst (a = konstant) von 120 auf 60 km/h ab. Welche Angaben sind korrekt?
Der Bremsweg kann mit s = v ⋅ ∆t berechnet werden. v = 90 km / h
Der Bremsweg kann mit s = (v ) /( 2a ) berechnet werden. v = 90 km / h
Die momentane Bremsleistung ist bei 120 km/h gleich gross wie bei 60 km/h
Die momentane Bremsleistung ist bei 120 km/h zwei Mal so gross wie bei 60 km/h
Die momentane Bremsleistung ist bei 120 km/h vier Mal so gross wie bei 60 km/h
2
b)
Eine Eisenstab ist im Gleichgewicht aufgehängt. Nun wird der Stab von der Sonne intensiv
bestrahlt. Weil die Oberfläche schwarz ist, wird die linke Seite stärker erwärmt.
Was geschieht?
Bezugspunkt ist der Aufhängepunkt des Stabes.
der Schwerpunkt verschiebt sich nach rechts.
der Schwerpunkt verschiebt sich nach links.
Die linke Seite sinkt nach unten.
schwarz
weiss
Die linke Seite steigt nach oben.
Die linke Seite wird schwerer.
c)
Zwei Körper (m2 = m1) sind mit einem inelastischen Seil verbunden. Die Masse des Seils
und die Masse der Umlenkrolle können vernachlässigt werden. Der Wagen mit der Masse
m2 bewegt sich nahezu reibungsfrei.
m2
a ≈ 1/ 3 ⋅ g
a ≈ 1/ 2 ⋅ g
a≈g
die Seilkraft ist kleiner als m1 ⋅ g
die Seilkraft ist gleich m1 ⋅ g
die Seilkraft ist grösser als m1 ⋅ g
d)
m1
Ein Reissnagel mit einem „Kopf“ von 100 mm2 Fläche wird mit 1.0 N
in eine Holzbrett gedrückt. Die Spitze hat eine Fläche 0.50 mm2.
Welche Aussagen sind korrekt?
Die Kraft unten beträgt ca. 1.0 N
Die Kraft unten beträgt ca. 100 N
Die Kraft unten beträgt ca. 200 N
Der Druck unten beträgt ca. 10 kPa
Der Druck unten beträgt ca. 2.0 bar
Der Druck unten beträgt ca. 20 bar
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Berufsmatur 2007
Seite 3
Aufgabe 2
Ein Baby-Schoppen mit kalter Milch kommt aus dem Kühlschrank und
wird zum Aufwärmen in heisses von 55°C Wasser gestellt.
Wärmeverluste an die Umgebung werden vernachlässigt.
Temperatur kalte Milch /Schoppen
ϑm 5 °C
Milchinhalt
Vm 330 ml
Masse Schoppen (leer)
ms 69 g
Dichte Milch
ρm wie Wasser
Wärmekapazität Milch
cm 3.85 kJ/(kg K)
Wärmekapazität Kunststoff
ck 1.17 kJ/(kg K)
Weitere Grössen entnehmen Sie Ihrem Tabellenwerk.
a)
Wie viel heisses Wasser (55°C) wird im Minimum benötigt, damit
sich die Milch auf eine Temperatur von 35 °C erwärmt?
Die Milch könnte auch mit der Dampfdüse einer Kaffeemaschine
erwärmt werden. Wärmeverluste an die Umgebung werden
vernachlässigt.
b)
Wie viele Gramm Dampf (100 °C) müssen in die Milch geleitet
werden, um Milch und Schoppen auf 35°C zu erwärmen?
Aufgabe 3
Zwei Raser stehen hintereinander vor einer auf Rot geschalteten Ampel, Raser 1 vorne,
Raser 2 hinten, Stossstange an Stossstange. Als die Ampel auf gelb schaltet geben beide
Vollgas, Raser 1 mit einer Reaktionszeit von 0.20 Sekunden und einer Beschleunigung von
6.0 m/s2, Raser 2 mit einer Reaktionszeit von 0.45 Sekunden und einer Beschleunigung von
5.7 m/s2, beide bis auf eine Endgeschwindigkeit von 55 km/h.
a)
Skizzieren Sie die vollständigen Geschwindigkeitsverläufe beider Fahrzeuge in ein
v/t-Diagramm ab dem Umschalten der Ampel auf gelb (t = 0 s).
b)
Wie viele Meter sind die Stossstangen beider Fahrzeuge voneinander entfernt, wenn
Raser 2 startet?
c)
Berechnen Sie den Abstand zwischen beiden Fahrzeugen, wenn Raser 1 seine
Endgeschwindigkeit erreicht hat.
d)
Wie viele Sekunden nach dem Start von Raser 1 ist dieser doppelt so schnell wie Raser 2?
Aufgabe 4
Fahrer und Motorrad wiegen zusammen 316 kg. Am Fuss einer Strasse mit 16% Steigung fährt
das Motorrad mit 45 km/h nach oben und beschleunigt in 3.0 s gleichmässig auf 72 km/h.
Alle Reibungskräfte (inkl. Luftwiderstand) werden in der Reibungszahl µ = 0.094 zusammengefasst.
a)
Wie lang ist die Beschleunigungsstrecke?
b)
Erstellen Sie einen Kräfteplan mit präziser Bezeichnung aller Kräfte.
Zeichnen Sie alle Kräfte parallel zur Strasse mit realistischen Grössenverhältnissen.
c)
Berechnen Sie die benötigte Antriebskraft FAntrieb.
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Berufsmatur 2007
Aufgabe 5
In einem Graben befindet sich eine Kugel von
Seite 4
P1
P2
2.0 kN, die etwas angehoben werden soll.
Zur Verfügung stehen ein Seil (Gewicht
vernachlässigbar) und ein 200N schwerer,
homogener Balken. Die Ränder des Grabens
sind auf gleicher Höhe.
a)
Mit welchen Kräften müssen die Personen
P1 und P2 am Seil ziehen?
8.5
m
4
b)
Die Personen P3 und P4 heben den
Balken mit derselben Kraft an.
Wie gross ist diese Kraft F3?
P3 P4
Aufgabe 6
In obenstehender Abbildung bewegt sich ein kleines Fahrzeug bei der Position A mit einer
Geschwindigkeit von 7.0 m/s. Das Fahrzeug bewegt sich reibungsfrei, bis es den Bereich L
erreicht, wo eine Gleitreibungszahl von 0.70 wirkt.
Weiter gilt: L = 12 m; h1 = 6.0 m; h2 = 2.0 m.
a)
Berechnen Sie die Geschwindigkeit des Fahrzeugs bei den Positionen B und C.
b)
Wird das Fahrzeug die Position D überhaupt erreichen?
c)
Falls b) mit „Ja“ beantwortet wurde: Wie gross ist dann die Geschwindigkeit bei D ?
d)
Falls b) mit „Nein“ beantwortet wurde: Wie gross ist die Strecke, die das Fahrzeug in dem
mit L bezeichneten Bereich zurücklegt?
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Berufsmatur 2007
Seite 5
Aufgabe 7
Eine typische Segeljacht der IACC-Klasse* wiegt ohne Kielballast
5.00 Tonnen. Der Rumpf der rennbereiten Jacht verdrängt 21.8 m3
Meerwasser.
Der Kielballast (siehe Abbildung) ist ganz unter Wasser und verdrängt
noch zusätzlich Meerwasser.
Die Dichte von Meerwasser beträgt ρM = 1’025 kg/m3.
Welche Masse hat der (zum grössten Teil aus Blei) gefertigte
Kielballast, wenn seine Dichte ρKiel = 11’200 kg/m3 beträgt?
*IACC: International America’s Cup Class
Kielballast
Ende der Prüfung
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Seite 6
Lösungen:
Aufgabe 1, alle korrekten Resultate:
a)
Der Bremsweg kann mit s = v ⋅ ∆t berechnet werden. v = 90 km / h
Die momentane Bremsleistung ist bei 120 km/h zwei Mal so gross wie bei 60 km/h
b)
Eisenstab: der Schwerpunkt verschiebt sich nach links.
Die linke Seite sinkt nach unten.
c)
Zwei Körper: a ≈ 1 / 2 ⋅ g
d)
Ein Reissnagel: Die Kraft unten beträgt ca. 1.0 N
Der Druck unten beträgt ca. 20 bar
die Seilkraft ist kleiner als m1 ⋅ g
Aufgabe 2 Babyschoppen
a) Energiebilanz aufstellen: 485 g Wasser von 55°C
b) 16.0 g Dampf (Dampfabkühlung von 100 auf 35°C einrechnen.
2.5 P.
1.5 P.
Aufgabe 3 Raser
a) v-t-Diagramm konstante Geschw. nach 2.75 bzw. 3.13 s
b) Abstand beim Start von Raser 2: 0.188 m
c) Abstand 4.43 m
d) Nach 0.528 s ist Raser 1 doppelt so schnell
1 P.
1 P.
1 P.
1 P.
Aufgabe 4 Motorrad
a) Beschleunigungsstrecke (Kinematik) 48.8 m
0.5 P.
b) Kräfteplan: Hangabtriebskraft, (F2, FN ) Antrieb und Fahrwiderstand
1 P.
c) Steigungswinkel: α = 9.09°, Betrag der Kräfte parallel zur Strasse:
Fres = FAntrieb − FRe ibung + FHang , FReibung = 288 N, FHang = 490 N, Fres = 790 N,
(
)
Antriebskraft: 1.57 kN
Aufgabe 5 am Graben
a) Winkel berechnen: α = 31.0°, β = 38.7°, Kräftedreieck:, γ = 110.4°,
Sinussatz anwenden: F2 = 1.10 kN, F1 = 1.33 kN
b) Drehmomente, Balken einrechnen!
2.0kN ⋅ 3.5m + 200 N ⋅ 4.25m = F3 ⋅ 8.5m + F3 ⋅ 8.0m , F3 = 488 N
Aufgabe 6 Fahrzeug auf Bahn
a) Energieerhaltung: kinetische und potentielle Energie: vb = 12.9 m/s
vc = 11.3 m/s
b) Nein, D wird nicht erreicht (mit Begründung)
c) Fällt weg
d) Strecke L = 9.3 m
2.5 P.
2.5 P.
1.5 P.
1 P.
1 P.
1 P.
1 P.
Aufgabe 7 Segeljacht
Grundlage FG = FA, m Kiel = ρ Kiel ⋅ VKiel
ρ Kiel ⋅VKiel + 5'000kg = (VKiel + 21.8m 3 )⋅1'025kg / m 3
nach dem Kielvolumen auflösen: VKiel = 1.705 m3, der Kielballast wiegt ca. 19.1 Tonnen