Musteraufgaben_Physi.. - Technische Oberschule Stuttgart

Technische Oberschule Stuttgart
Aufnahmeprüfung in die Oberstufe der TO
Muster-Aufgaben inPHYSIK
Verlangt :
Zeit:
Hilfsmittel:
4 Aufgaben nach Wahl des Prüflings aus 6 vorgelegten
60 Minuten
Taschenrechner, TO-Formelblatt zur Physik
Beachten Sie : Die Angabe fertiger Ergebnisse genügt nicht; der Lösungsweg muss gezeigt
werden.
Aufgabe 1 :
Auf einer Baustelle werden rechteckige Mauersteine (Länge l = 20 cm, Breite b = 10 cm,
Höhe h = 5 cm, Dichte  = 5,0 g/cm3) verwendet.
a) Berechnen Sie die Masse eines Steins!
b) Mit einer Schubkarre (m = 20 kg) sollen 20 Steine
transportiert werden. Der Schwerpunkt der Steine
sowie der Schwerpunkt der Schubkarre befinden
sich 35 cm von der Radachse, der Angriffspunktes
35 cm
der Hände des Bauarbeiters 1,20 m von der
120 cm
Radachse entfernt (siehe Skizze).
Berechnen Sie die vom Bauarbeiter aufzubringende Kraft, um die Schubkarre anzuheben!
c) Zum Transport der Steine in das 3. Obergeschoss wird eine elektrische Seilwinde mit einem
Ladekorb (mKorb= 10 kg) verwendet. Ihr Motor hat eine Nennleistung von 2,0 kW. Der
Wirkungsgrad beträgt 60%, d.h.60% der Nennleistung stehen für den Hubvorgang zur Verfügung.
Wie lange dauert ein Hubvorgang, wenn er vom Boden bis zum 3. Obergeschoss in
12 m Höhe erfolgt und pro Hubvorgang 50 Steine befördert werden?
Aufgabe 2:
Ein Stein (m = 350 g) wird an eine vertikal aufgehängte Feder gehängt. Diese verlängert sich dabei um
s = 14 cm.
a) Berechnen Sie die Federkonstante D der Feder in N/cm und in N/m!
b) Nun wird der an der Feder hängende Stein vollständig in eine mit Wasser (fl = 1kg/dm³) gefüllte
Wanne eingetaucht, ohne dabei die Wanne zu berühren. Die Verlängerung der Feder geht dabei um
6 cm zurück.
Erklären Sie den Rückgang der Verlängerung mit Worten!
c) Berechnen Sie mit den gegebenen Werten das Volumen des Steins (in dm³) und die Dichte (in
kg/dm³) des Steins!
Aufgabe 3 :
Ein Stahlquader hat eine Länge von 20 cm, eine Breite von 10 cm und ist 2 cm dick.
a) Berechnen Sie die Masse des Stahlquaders, wenn die Dichte des verwendeten Stahls 7800 kg/m³
beträgt.
b) Auf den Körper wird parallel zur waagerechten Unterlage eine Kraft ausgeübt (Siehe Skizze).
Wenn die Kraft einen Betrag von 5 N hat, kommt der Stahlquader in
Bewegung. Stellen Sie die Reibungszahl zwischen Stahl und Unterlage
fest.
c)
Nun wird auf den ersten Quader ein baugleicher zweiter Stahlkörper gelegt (Siehe Skizze).
Auf den unteren Stahlquader wird wieder parallel zur waagerechten
Unterlage eine Kraft ausgeübt, die das Körperpaar ins Rutschen bringt.
Ist die erforderliche Kraft F kleiner, gleich oder größer als bei einem
einzigen Stahlkörper? Begründen Sie Ihre Antwort ohne Rechnung.
d)
Berechnen Sie die Arbeit, die aufgewendet werden muss, um den zweiten Stahlklotz von der
Unterlage auf den ersten Stahlklotz zu heben.
Aufgabe 4:
a) Auf der neuen Linie U15 der Stuttgarter Stadtbahnen verkehren Züge von 39 m Länge und der
Masse 56 Tonnen.
Berechnen Sie die Zeit, die ein solcher Zug benötigt, um einen 2 m breiten Bahnübergang auf
freier Strecke mit der Geschwindigkeit von 60 km/h zu passieren.
b) Der Höhenunterschied zwischen den Haltestellen „Olgaeck“ und „Ruhbank“ beträgt 214 m.
b1. Berechnen Sie die mechanische Arbeit (Angabe in Kilojoule) , die aufzuwenden ist,
um 100 Fahrgäste (je 75 kg Masse) auf dieser Strecke hinauf zu befördern.
b2. Welche mechanische Gesamtleistung wird für Fahrzeug und Personen erbracht, wenn die
Fahrt 11 Minuten dauert?
c) Auf waagerechter Strecke beträgt die Reibungskraft 1,5 % der Gewichtskraft.
Berechnen Sie die Reibungskraft für einen Stadtbahnzug der Masse 56 t.
Berechnen Sie die Leistung, die den Motoren bei einer konstanten Geschwindigkeit
von 36 km/h zugeführt werden muss, wenn ein Wirkungsgrad von 65 % angenommen wird.
Aufgabe 5 :
In einem Messversuch soll der Widerstand R eines Konstantandrahtes bestimmt werden. Es stehen
eine einstellbare Gleichspannungsquelle, ein Voltmeter und ein Amperemeter zur Verfügung. Man
erhält folgende Messwerte:
I / mA
600
400
200
0
0
0
100
200
U/ V
a) Zeichnen Sie das Schaltbild des Messversuchs mit den genannten Bauteilen.
b) Ermitteln Sie aus den Messwerten den Widerstand des verwendeten Drahtes.
c) Bei einem weiteren Versuch wird ein genau gleicher, zweiter Draht zum ersten Draht parallel
geschaltet. Berechnen Sie, welche Leistung die Spannunsquelle bei U = 150 V abgibt.
d) Beim Draht einer Glühlampe ist der Widerstand nicht konstant, sondern er wird bei
zunehmender Spannung immer größer.
Zeichnen Sie auf dem Aufgabenblatt in obiges I-U-Diagramm ein, wie die Messpunkte beim
Glühlampendraht liegen müssen, wenn Spannungen bis 200 V angelegt werden.
Aufgabe 6:
1. Die nebenstehende Schaltung enthält drei
gleichartige Glühlampen L1, L2 und L3
mit konstantem Widerstand. U ist konstant.
U
L2
a) Lampe L2 wird aus der Fassung gedreht.
Ändern sich die Helligkeiten von L1 und L3 ?
L1
b) Lampe L2 wird wieder eingesetzt. Nun
wird Lampe L1 herausgedreht.
Beschreiben und begründen Sie, ob und
gegebenenefalls wie sich die Helligkeit
der Lampe L2 ändert.
L3
2. Die beiden Lampen L1 und L2 der nachfolgenden Schaltung sollen an einer Spanunnsquelle
mit U = 10,5 V mit ihren Nenndaten betrieben werden. Hierzu wird der Widerstand R3
hinzugeschaltet:
Nenndaten der Lampen:
L2
U
L1
R3
Lampe L1 : 4,5 V ; 1,8 W
Lampe L2 :
6 V ; 0,1 A
a) Berechnen Sie den Widerstand R3 .
b) Berechnen Sie die in der Gesamtschaltung umgesetzte Leistung Pges.
Aufgabe 7:
Die Skizze zeigt den Aufbau eines Pumpspeicher-Kraftwerks.
a) Erläutern Sie kurz Funktionsweise und Zweck einer solchen Anlage.
b) Die physikalisch gebräuchliche Einheit für Energie ist „1 Joule“ (abgek. 1 J). Andrerseits
wird die Energie-Abgabe von Kraftwerken in der Presse meistens in „Gigawattstunden“
(abgek. GWh) angegeben, dabei gilt: 1GWh = 1 Million kWh.
Berechnen Sie, wieviel Joule eine GWh sind.
c) Für die Anlage „Goldisthal“ (in Thüringen) gelten folgende Daten:
Inhalt des Oberbeckens: V = 13,5 Mio m³ Wasser.
Genutzte Höhendifferenz: h = 350 m.
Berechnen Sie, wieviel GWh an elektrischer Energie bei völliger Entleerung des Oberbeckens
theoretisch zur Verfügung stehen.
Aufgabe 8:
1. Im Haushalt verwendet man oft Flüssigkeitsthermometer, die mit Quecksilber oder mit
gefärbtem Alkohol gefüllt sind.
Beschreiben Sie den Aufbau und die physikalischen Prinzipien, auf denen das Thermometer
und der Messvorgang beruhen.
2 Begründen Sie, warum Wasser als Thermometer-Flüssigkeit eher ungeeignet ist.
3 Ein Autofahrer füllt den (fast leeren) Tank seines Autos randvoll mit 60 Litern Benzin, das
eine Temperatur von 100 C hat. Durch Sonneneinstrahlung erwärmt es sich auf 320 C .
Berechnen Sie, wieviel Benzin durch das Entlüftungsrohr austreten – die Ausdehnung des
Tankes wird vernachlässigt. (Volumenausdehungskoeffizient von Benzin:   1,2  103 K1 ).
Aufgabe 9:
Kartoffeln werden auf einem Gasherd in einem Topf mit Wasser erhitzt. Da Kartoffeln im
Wesentlichen aus Wasser bestehen, wird angenommen, dass insgesamt 1,5 kg Wasser erwärmt
werden.
Auf dem Topf liegt ein Deckel. Nachdem die Gasflamme entzündet wurde, wird die Wassertemperatur
minütlich gemessen. Man erhält folgendes Diagramm:
1. Erläutern Sie, wozu die von der Gasflamme zugeführte Energie in den ersten fünf Minuten
und den folgenden 15 Minuten verwendet wird.
2. Berechnen Sie die Energie, die beim Kochen in den ersten fünf Minuten zugeführt wird.
(spezifische Wärmekapazität von Wasser: c  4,2
J
).
gK
3. Für die Wasser-Erwärmung von 200 C auf 1000 C wurden 48 dm³ Erdgas benötigt.
(Brennwert von Gas:   39 MJ3 )
m
Berechnen Sie den Wirkungsgrad für diese Erwärmung.
Aufgabe 10:
Spiegel
Spiegel
Lichtstrahl
Lichtstrahl
a) Konstruieren Sie für beide Fälle hier auf dem Aufgabenblatt den weiteren Strahlenverlauf
an den zwei rechtwinklig zueinander stehenden Spiegeln.
b) Vergleichen Sie die Richtung von einfallendem und reflektiertem Licht!
c) Ein Reflektor (z.B. „Katzenauge“ beim Fahrrad) besteht aus vielen kleinen Tripel-Spiegeln.
Ein solcher Tripel-Spiegel wird aus drei kleinen ebenen Spiegeln gebildet, die in Form von
kleinen Pyramiden jeweils im Winkel von 90 0 zueinander stehen.
Warum verwendet man als Reflektoren bei Fahrrädern die „komplizierten“ Tripel-Spiegel und
nicht einfach größere glatte Spiegel?