2. Physikschulaufgabe - mathe-physik

Gymnasium
2. Physikschulaufgabe
Klasse 9 / G8
Atom- / Kernphysik
1.
Welche Aussagen sind richtig ? Kreuze an !
a) Worin unterscheiden sich die Isotope eines Elements ?
in der Zahl der Neutronen
in der Zahl der Protonen
in der Zahl der Elektronen
b) Die Massenzahl gibt an, wie viele
Neutronen
Protonen
Neutronen und Protonen
ein Atomkern enthält.
c) Die Kernladungszahl gibt an
Anzahl der Neutronen
Anzahl der Protonen
Anzahl der Neutronen und Protonen
d) Wie ändert sich die Masse eines Atomkerns, wenn ein β − Teilchen ausgesandt
wird ?
Massezahl steigt um 1
Massezahl sinkt um 1
Massezahl ändert sich nicht
e) Alpha- und Betastrahlen werden mit gleicher Geschwindigkeit durch ein Magnetfeld
geschickt. Welche Strahlung wird stärker abgelenkt ?
Alphastrahlen
Betastrahlen
beide gleich stark
f)
Was geschieht, wenn aus der Hülle eines Atoms ein Elektron entfernt wird ?
Das Atom wird zum positiven Ion
Das Atom wird zum negativen Ion
Das Atom zerfällt
g) Wodurch unterscheiden sich die Atomkerne verschiedener chemischer Elemente ?
Durch die Neutronenzahl
Durch die Massenzahl
Durch die Kernladungszahl
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2. Physikschulaufgabe
Klasse 9 / G8
h) Was geschieht, wenn ein Alphateilchen ausgesandt wird ?
Die Massenzahl sinkt um 4
Die Massenzahl sinkt um 2 und die Kernladungszahl sinkt um 2
Die Kernladungszahl sinkt um 4
i)
Was sind Isotope ?
Geladene Atome
Elementarteilchen
Verschiedene Kernarten eines chemischen Elements
j)
Welcher Unterschied besteht zwischen den Kernen U-235 und U-238 ?
1 Proton und 2 Neutronen
3 Protonen
3 Neutronen
2.
Welche Aussagen über einen Atomkern kann man der Angabe
107
47
Ag entnehmen ?
Das obige Element besteht in seinem natürlichen Vorkommen zu 52% aus diesen
Atomkernen. Die restlichen Kerne haben 2 Neutronen mehr. Gib die Schreibweise
dieses Isotops an.
3.
Was versteht man unter einem Isotop ?
4.
Vervollständige folgende Reaktionsgleichungen:
a)
218
88 Ra
α→
⎯⎯
Rn +
b)
Po ⎯⎯
→
c)
205
80 Hg
β
⎯⎯
⎯
→
Tl +
d)
94 Pu
−
212
82 Pb
⎯⎯
→
+
235
93 Np
He
+
5.
Nenne die Eigenschaften der Alpha- und Beta-Minus-Strahlung.
Gib an, wie sich jeweils die Massenzahl und die Kernladungszahl des zerfallenden
Kerns beim Aussenden der betreffenden Strahlung ändert.
6.
Aus dem Weltall treffen ständig Neutronen auf die Erde. Durch diese kosmische
Neutronenstrahlung entsteht in der Erdatmosphäre aus 147 N das Kohlenstoffnuklid
C - 14. Dabei wird ein Proton freigesetzt. C - 14 zerfällt wiederum in N - 14.
Wie lauten die zugehörigen Reaktionsgleichungen ?
7.
Beschreibe in kurzen Sätzen die C - 14 Methode zur Altersbestimmung organischen
Materials.
8.
Beschreibe einen Versuchsaufbau (Skizze !), mit dem der Nachweis geführt werden
kann, daß β − − Strahlung aus negativen Ladungsträgern (Elektronen) besteht.
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Klasse 9 / G8
Atom- / Kernphysik
1.
Wodurch wird radioaktive Strahlung abgeschirmt ? Kreuze an !
1 Blatt Papier schirmt Alphastrahlung ab
1 cm Aluminium schirmt Gammastrahlung ab
1 Blatt Papier schirmt Gammastrahlung ab
1 cm Aluminium schirmt Betastrahlung ab
1 Blatt Papier schirmt Betastrahlung ab
1 cm Aluminium schirmt Alphastrahlung ab
2.
Was geschieht im Atomkern beim
b) β − Zerfall ?
a) α − Zerfall ?
c)
γ − Zerfall ?
3.
In einer Nebelkammer kann man dicke Nebelstreifen beobachten die von einem
radioaktiven Präparat ausgehen. Einige Nebelstreifen sind genau 3 cm lang, andere
sind genau 5 cm lang.
Welche Art von radioaktiver Strahlung wird hier registriert und warum gibt es zwei
unterschiedlich lange Nebelstreifen ?
4.
Vervollständige folgende Reaktionsgleichungen:
β
At ⎯⎯
⎯
→
a)
206
85
c)
213
87 Fr
+
α→
⎯⎯
Po +
b)
At +
d)
14
C ⎯⎯
→
Ra ⎯⎯
→
7N
+ e−
217
86 Rn
+
He
5.
Beschreibe die Funktionsweise eines Geiger – Müller – Zählrohres. Schaltskizze !
6.
Zwei verschiedene radioaktive Proben werden untersucht. Beide Proben emittieren
Strahlung, die jeweils zwischen zwei unterschiedlich geladene Metallplatten geleitet
wird. Folgende Ergebnisse sind notiert worden:
Probe 1: Ihre Strahlung wird stark zu einer der Platten abgelenkt.
Probe 2: Ihre Strahlung wird zum einen Teil schwach zu einer der Platten abgelenkt,
zum anderen Teil wird sie überhaupt nicht abgelenkt.
Welche Strahlenart(en) werden von welcher Probe ausgesandt ?
7.
Radioaktives Thallium
210
81 Tl
wandelt sich durch mehrere α − und β − Zerfälle in stabiles
206
82 Pb
Blei
um.
Begründe durch Rechnung wie viele α − und β − Zerfälle dabei stattfinden.
8.
Von welchen Faktoren hängt die Wirksamkeit der Strahlenbelastung ab ?
Nenne jeweils ein Beispiel.
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Klasse 9 / G8
Atom- / Kernphysik
1.
Von folgenden Aussagen sind einige wahr und die anderen falsch. Kennzeichne die
falschen mit einem F und die wahren Aussagen mit einem W.
a) Die Ordnungszahl gibt die Anzahl der Protonen im Kern an.
b) Ein Neutron hat fast die gleiche Masse wie ein Proton.
c) In einem stabilen Atomkern ist die Anzahl der Protonen genau so groß wie die
Anzahl der Neutronen.
d) Alpha-Strahlung besteht aus Helium-Kernen.
e) Instabile Atomkerne zerfallen ohne äußeren Anlass durch Abgabe von Strahlung
solange, bis stabile Atomkerne entstanden sind.
f)
Beim Beta-Minus-Zerfall wird ein Elektron frei und die Kernladungszahl um eins
vermindert.
g) Beim Beta-Minus-Zerfall zerfällt ein Proton in ein Neutron und in ein Elektron ???
h) Nach einer Halbwertszeit ist die Intensität der Strahlung nur noch halb so groß wie
vorher.
i)
Jede radioaktive Strahlung wird von magnetischen Feldern abgelenkt.
j)
Die Äquivalentdosis gibt an, wie schädlich eine Strahlenquelle für den Menschen
ist.
k) Im Innern eines Geiger-Müller-Zählers ist eine Geigen-Saite als Anode gespannt.
l)
2.
Der Mensch ist einer ständigen radioaktiven Bestrahlung ausgesetzt.
Wie wird Alphastrahlung im nebenstehenden
Magnetfeld abgelenkt ? Kreuze an !
Nach oben
Nach unten
Nach hinten
Wird gar nicht abgelenkt
Geringfügig abgelenkt
Deutlich abgelenkt
3.
Beschreibe Aufbau und Funktionsweise eines Geiger-Müller-Zählers.
Fertige dazu eine Skizze an.
4.
Wie muß der Geigerzähler beschaffen sein, damit auch  - Strahlung registriert
werden kann ? Was ist der Grund hierfür ?
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Klasse 9 / G8
5.
Vervollständige folgende Reaktionsgleichungen:
a)
213
82 Pb
b)
218
c)
203
82 Pb
d)
93 Np
α


↑
,
Th 
↑
88 Ra
α


↑
∗

↑
Bi ∗
∗
4
2
Tl ∗
232
92 U
∗
6.
Wie kann man sich gegen  , , α , und φ , Strahlung ausreichend schützen ?
7.
Erkläre die Begriffe Energiedosis und Äquivalentdosis und gib deren Einheiten an.
8.
Welche 4 Arten der Strahlenbelastung für den Menschen gibt es ?
9.
Mit welchen Teilchen lassen sich die Kerne des U 235 am effektivsten spalten ?
schnellen Neutronen
10.
langsamen Neutronen
schnellen Elektronen
Wie nennt man den Stoff, mit dem in einem Kernreaktor die schnellen Neutronen gezielt
abgebremst werden ?
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Klasse 9 / G8
Atom- / Kernphysik
1.
Erläutere kurz, welche Folgerungen Ernest Rutherford aus seinen Streuexperimenten
ziehen konnte.
Gib einen Größenvergleich für das Verhältnis Atomkern zu Atomhülle an.
2.
Wie lässt sich durch Absorptionsversuche feststellen, ob ein radioaktives Präparat
α − , β − oder γ − Strahlung aussendet ?
3.
Vervollständige folgende Reaktionsgleichungen:
a)
227
88 Ra
b)
217
85
c)
16
d)
β
⎯⎯
⎯
→
−
α→
At ⎯⎯
C ⎯⎯
→
Pa ⎯⎯
→
Ac +
Bi +
7N
+ e−
221
89 Ac
+ He
4.
Was versteht man im Zusammenhang mit radioaktiver Strahlung unter
Stoßionisation ?
5.
Der Atomkern des Tritium (H - 3) ist instabil, er zerfällt mit einer Halbwertszeit von
12,33 a (Jahren) unter Emission eines Elektrons.
Gib die zugehörige Zerfallsgleichung an. Welche Zerfallsart liegt hier vor ?
6.
Nenne drei natürliche und drei künstliche Strahlenquellen die zur Strahlenbelastung des
Menschen beitragen können.
7.
Das Radionuklid Ra - 226 emittiert α − Teilchen deren Energie ca. 4,8 MeV beträgt.
Ein Ra - 226 Strahler hat eine Aktivität von 1400 Bq.
Bewertungsfaktor für α − Strahlen = 20
a) Wie hoch ist die Energiedosis, die ein Mensch der Masse 85 kg erfährt, wenn er für
die Dauer von 4,0 min so bestrahlt wird, daß sein Körper die gesamte Strahlung
aufnimmt (absorbiert).
b) Bestimme die entsprechende Äquivalentdosis.
8.
Warum wird bei radioaktiver Strahlung zwischen Aktivität und Äquivalentdosis
unterschieden ?
9.
Warum ist die natürliche radioaktive Strahlenbelastung in Bayern höher als in
Niedersachsen ?
GP_A0188 **** Lösungen 3 Seiten (GP_L0188)
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Klasse 9 / G8
Atom- / Kernphysik
1.
Vervollständige folgende Zerfallsgleichungen:
a)
235
1
92 U + 0 n
→ 236
92 U → 60 Nd +
b)
235
1
92 U + 0 n
133
→ 236
Sb +
92 U →
86
Ge und drei Neutronen
41
Nb und zwei Neutronen
c) Selen-85 (Kernladungszahl 34) + Cer und drei Neutronen
2.
Silber Ag -108 zerfällt unter Aussendung von β − − Strahlung in Cadmium (Cd).
Gib die Zerfallsgleichung an. Erkläre, wie das β − − Teilchen entsteht.
3.
Von einer Probe ist bekannt, daß sie α − , β − und γ − Strahlung aussendet.
Wie könnte ein Versuchsaufbau aussehen, der nur die β - Strahlung herausfiltert ?
4.
Warum fliegt ein Atomkern nicht auseinander, obwohl die Protonen sich auf Grund ihrer
elektrischen Ladung gegenseitig stark abstoßen ?
Welche Bedeutung haben in diesem Fall die Neutronen für die Atomkernstabilität ?
5.
Es hat sich herausgestellt, daß Protonen und Neutronen nicht die kleinsten Teilchen
sind. Woraus sind sie aufgebaut ? Wie ist ihre Zusammensetzung definiert ?
6.
Beschreibe anhand der Prinzipskizze den Aufbau einer Röntgenröhre und erkläre ihre
Funktionsweise.
Gehe näher auf das Spektrum ein.
7.
Was sind Röntgenstrahlen ? Wie kann man sie erzeugen ?
GP_A0189 **** Lösungen 2 Seiten (GP_L0189)
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Klasse 9 / G8
Atom- / Kernphysik
1.
Was versteht man unter der Massezahl, was unter der Ordnungszahl, was unter der
Kernladungszahl ?
2.
Was sind Nuklide ? Was sind Nukleonen ?
3.
Was sind Isotope ?
4.
Bringt man etwas Kalium in die Flamme eines Bunsenbrenners, so leuchtet die Flamme
farbig auf. Gib die Farbe der Flamme an und erläutere wie diese Flammenfärbung
zustande kommt.
5.
In nebenstehender (nicht maßstäblicher)
Skizze sind einige der Energieniveaus
des Wasserstoffatoms dargestellt.
a) Zeichne mögliche Übergänge
bei der Emission von Licht ein.
b) In welchen Bereichen wird für
den Menschen sichtbares Licht
abgegeben ?
c) Wie groß ist die Photonenenergie
beim Übergang von E 4 nach E 2 ?
6.
Vervollständige folgende Reaktionsgleichungen:
a)
c)
7.
Po ⎯⎯
→
213
83 Bi
β
⎯⎯
⎯
→
−
209
82 Bi
+ He
Po +
Pb ⎯⎯
→
b)
213
d)
235
1
92 U + 0 n
83 Bi
+ e−
147
1
→ 236
92 U → 57 La + ...... + 2 ⋅ 0 n
Was wird durch die Aktivität angegeben ?
Zahl der Kernumwandlungen
Zahl der Kernumwandlungen pro Zeit
Zahl der Kernumwandlungen pro Masse
8.
Was wird durch die Energiedosis angegeben ?
absorbierte Strahlungsenergie
absorbierte Strahlungsenergie pro Zeit
absorbierte Strahlungsenergie pro Masse
9.
In welcher Einheit misst man die Aktivität ?
Sievert
Gray
GP_A0190 **** Lösungen 3 Seiten (GP_L0190)
Joule pro Zeit
1 (2)
Becquerel
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2. Physikschulaufgabe
Klasse 9 / G8
10.
In welchen beiden Einheiten misst man die Energiedosis ?
Sv
11.
Bq / kg
Bq
In welchen beiden Einheiten misst man die Äquivalentdosis ?
Sv
12.
J / kg
Gy
Gy
J / kg
Bq
Bq / kg
Die biologische Wirksamkeit ist u. a. von der Strahlenart abhängig.
Wie viel mal wirksamer sind Alphastrahlen gegenüber Gammastrahlen ( gleiche
Versuchsbedingungen vorausgesetzt ) ?
mal wirksamer
13.
Was versteht man unter somatischen Schäden ? Schäden an
der Haut
inneren Organen
beliebiger Stelle des Körpers (außer den Fortpflanzungszellen)
14.
Was versteht man unter genetischen Strahlungsschäden ? Die Schäden treten
an den Gliedmaßen auf
bei den nachfolgenden Generationen auf
in der Lunge der bestrahlten Person auf
15.
Bei welchen Strahlenschäden gibt es eine Schwellendosis ?
genetische Schäden
16.
Krebserkrankungen
Welche Schwellendosis ist erforderlich, um bei einer einmaligen Ganzkörperbestrahlung
erste klinisch fassbare Bestrahlungseffekte hervor zurufen ?
2,5 mSv
17.
somatische Frühschäden
25 mSv
250 mSv
2500 mSv
Wie hoch ist im Mittel die natürliche Strahlenbelastung in Deutschland ( kosmische
Strahlung, Erdstrahlung, innere Strahlung des menschlichen Körpers ) ?
0,011 mSv
0,11 mSv
GP_A0190 **** Lösungen 3 Seiten (GP_L0190)
1,1 mSv
2 (2)
11 mSv
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2. Physikschulaufgabe
Klasse 9 / G8
Atom- / Kernphysik
1.
Im A-Z-Diagramm ist der Beginn der
Thorium-Zerfallsreihe dargestellt.
a) Gib die entsprechenden
Kernreaktionsgleichungen an,
die sich aus dem Diagramm
ergeben.
b) Wie unterscheiden sich die
Isotope eines chemischen
Elements in ihrem Aufbau ?
c) Wie kann man die Isotope
eines chemischen Elements
im A-Z-Diagramm erkennen ?
2.
Am 26. April 1986 kam es im Block 4 des Kernkraftwerks Tschernobyl zum bisher
schwersten Unfall in der Geschichte der zivilen Kerntechnik. Dabei wurden mehrere
Tonnen radioaktives Material in die Umwelt freigesetzt. U.a. gelangten die radioaktiven
Nuklide Jod I - 131 (Halbwertszeit 8,0 Tage) und Strontium Sr - 90 (Halbwertszeit
28,8 Jahre) in die Atmosphäre.
a) Beide Nuklide zerfallen durch β − Zerfall . Stelle jeweils die Zerfallsgleichung auf.
b) Stelle in einem Diagramm qualitativ die Anzahl der vorhandenen Jod-Atome in
Abhängigkeit von der Zeit dar. Gehe dabei von einer Anzahl N 0 zum Zeitpunkt t 0
aus. Skalenmaßstab: 8 d 1,5 cm
c) Berechne die Äquivalentdosis, die durch die ununterbrochene Bestrahlung eines
Menschen innerhalb von 24 Stunden mit Sr - 90 auftritt. Der Körper hat eine Masse
von 75 kg, die mittlere Energie der β − Teilchen liegt bei 0,18 MeV und die Aktivität
erreicht 2,2 kBq. Es kann davon ausgegangen werden, daß die gesamte Strahlung
vom Körper absorbiert wird.
3.
Gesucht ist die Aktivität eines β − Strahlers dessen β − Teilchen eine durchschnittliche
Energie von 0,32 MeV aufweisen. Es wird angenommen, daß die gesamte Strahlung
von einem Menschen (Masse 70 kg) innerhalb von 6,0 Minuten absorbiert wird.
Die Äquivalentdosis ist 1,8 ⋅ 10 − 7 Sv .
4.
Ein schwach radioaktives Radiumpräparat hat eine Aktivität von 4000 Bq.
Berechne die Anzahl der Kernumwandlungen die in 2 Stunden stattfinden.
5.
Zähle mindestens drei Verhaltensregeln im Umgang mit Radioaktivität auf.
6.
Man unterscheidet zwei grundsätzliche Arten von Strahlenschäden. Nenne beide Arten.
7.
Nenne mindestens drei mögliche Schäden an Lebewesen durch radioaktive Strahlung
GP_A0191 **** Lösungen 4 Seiten (GP_L0191)
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2. Physikschulaufgabe
Klasse 9 / G8
Atom- / Kernphysik
1.
2.
Vervollständige folgende Zerfallsgleichungen:
a)
235
1
92 U + 0 n
137
96
→ 236
92 U → 53 I +
b)
235
1
92 U + 0 n
89
→ 236
Kr +
92 U →
c)
235
1
92 U + 0 n
96
→ 236
Rb +137
92 U →
+
⋅ 01 n
+ 3 ⋅ 01 n
+
⋅ 01 n
Das in der Natur vorkommende radioaktive Element Thorium zerfällt in mehreren
Stufen bis zum stabilen Blei.
a) Gib mit Hilfe des Diagramms die Reaktionsgleichungen sowie die Zerfallsart bis
zum Radon an.
b) Nenne die beiden Reaktionsgleichungen, aus denen das stabile Blei-208 entsteht.
GP_A0192 **** Lösungen 3 Seiten (GP_L0192)
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2. Physikschulaufgabe
Klasse 9 / G8
3.
Erkläre den β − − Zerfall anhand des Zerfalls von C-14.
Gib die Zerfallsgleichung und zusätzlich den Zerfall des Neutrons im Kern an.
4.
Ein Heliumkern aus zwei Neutronen und zwei Protonen hat die Masse
m He = 6,6447 ⋅ 10 − 27 kg . Die Masse eines Protons beträgt m p = 1,67262 ⋅ 10 − 27 kg , die
Masse eines Neutrons ist m n = 1,67493 ⋅ 10 − 27 kg .
Berechne die Bindungsenergie des Heliumkerns.
5.
Die Halbwertszeit des Eisenisotops 62 Fe wird mit einem Geiger-Müller-Zählrohr
ermittelt. Die Anzahl der Zerfälle (Impulse) ist in Abhängigkeit von der Zeit ist in
nachfolgender Tabelle wiedergegeben. Die Nullrate beträgt 12 Impulse pro Minute.
Zeit in s
Anzahl der Impulse
0
60
120
180
240
300
922
506
280
157
91
56
a) Lege eine neue Tabelle an und stelle die Anzahl der Zerfälle die pro Minute
gemessen wurden in Abhängigkeit von der Zeit dar. Der Nulleffekt ist dabei zu
berücksichtigen.
b) Zeichne den Graph der Zerfallskurve und ermittle daraus die Halbwertszeit des
Präparates.
6.
Vervollständige die Reaktionsgleichung des folgenden Fusionsprozesses.
2
3
1D + 1 T
→ 2 He + 01 n
Berechne die frei werdende Energie.
Masse des Heliumkerns: m He = 4,0026036 u
Masse des Deuteriumkerns: m D = 2,0141022 u
Masse des Tritiumkerns: m T = 3,0160494 u
GP_A0192 **** Lösungen 3 Seiten (GP_L0192)
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Klasse 9 / G8
Atom- / Kernphysik
1.
Ein Ra - 226 - Präparat ist eine Strahlenquelle, die ,   und   Strahlung abgibt.
Diese Strahlung wird durch ein Magnetfeld geleitet.
Zeichne in die Skizze den jeweiligen Verlauf der ,   und   Strahlung im Magnetfeld
ein. Begründe kurz die gewählte Ablenkungsrichtung.
2.
Vervollständige folgende Zerfallsgleichungen:
a)
60
27 Co
 60 Ni  ....
b)
10
5B 0
c)
239

Pu 
7
Li 
4
 24
3.
Was ist ein    Zerfall ?
4.
Das radioaktive Isotop des Radons Rn - 222 ist ein   Strahler .
a) Was versteht man unter „   Strahler “?
b) Beschreibe den Aufbau des Rn - 222 - Atoms.
c) Wie lautet die Reaktionsgleichung für den Kernzerfall des Rn - 222?
d) Welches Organ des Menschen ist bei Aufnahme des radioaktiven Rn - 222
am wahrscheinlichsten von einer Erkrankung betroffen? Warum ist dies so?
5.
Es wird die Aktivität eines Rn - 222 - Präparates in Abhängigkeit von der Zeit in
einem Labor gemessen. Die Messwerte sind in folgender Tabelle angegeben.
Der Nulleffekt ist bereits berücksichtigt.
Zeit t in min
Aktivität in kBq
0
2
4
6
8
10
12
14
16
2,50
1,62
1,13
0,76
0,50
0,35
0,23
0,16
0,11
a) Stelle die Messwerte in einem t - A - Diagramm dar.
b) Bestimme anhand des Diagramms die Halbwertszeit des Präparates.
GP_A0193 **** Lösungen 3 Seiten (GP_L0193)
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2. Physikschulaufgabe
Klasse 9 / G8
6.
Von folgenden Aussagen sind einige richtig und andere falsch. Kennzeichne die
falschen mit falsch und die richtigen Aussagen mit richtig.
Begründe kurz und präzise deine Entscheidung.
a) Beim Rutherfordschen Streuversuch wurden auch Alphateilchen beobachtet,
die wieder zur Strahlungsquelle zurückfliegen.
b) Protonen und Neutronen sind jeweils aus vier Quarks zusammengesetzt.
c) Betastrahlung ist relativ unschädlich, weil diese Strahlung masselos ist.
d) Beim   Zerfall entsteht Helium.
e) Die Masse eines Heliumkerns ist etwas kleiner als die Summe seiner Protonen und
Neutronen.
f)
7.
Von der Menge an Cs-137 (Halbwertszeit 30 Jahre), die 1986 in Tschernobyl
freigesetzt wurde, ist im Jahre 2050 nur noch etwa 10% vorhanden.
Welche Aussagen sind richtig? Kreuze an.
a) Welches natürliche Uranisotop wird im Atomkraftwerk verwendet?
U-234
U-235
U-238
b) Was entsteht bei der Spaltung eines Kerns U-235 außer den beiden Trümmerkernen noch?
2 bis 3 Alphateilchen
2 bis 3 Protonen
2 bis 3 Neutronen
c) Was versteht man unter angereichertem Uran?
Dem Uran werden Neutronen beigemischt
Der Anteil an spaltbarem Uran wird erhöht
Dem Uran wird Barium beigemischt
d) Durch welche Art von Neutronen wird natürliches, spaltbares Uran am effektivsten
gespalten?
Langsame (thermische) Neutronen
Schnelle Neutronen
Die Art der Neutronen spielt keine Rolle
e) Welches Moderatormaterial wird bei vielen deutschen Reaktoren verwendet?
Wasser
GP_A0193 **** Lösungen 3 Seiten (GP_L0193)
Kohlenstoff bzw. Graphit
2 (2)
Bor
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2. Physikschulaufgabe
Klasse 9 / G8
Atom- / Kernphysik
1.
Das nebenstehende Energieniveauschema entspricht einer bestimmten
Atomsorte.
a) Durch Energiezufuhr werden die
Atome zum Leuchten angeregt.
Trage alle möglichen Energiewerte
der emittierten Photonen in das
Diagramm ein und gib jeweils die
Farbe des emittierten Lichts an.
b) Nun werden die Atome mit Photonen
der Energie 4,3 eV bestrahlt.
Daraufhin senden die Atome wieder
Photonen aus.
Warum sind darunter auch Photonen der Energie 2,8 eV ?
c) Nun werden die Atome einer Energie von 4,7 eV ausgesetzt. Senden die Atome
jetzt „ultraviolette“ Photonen aus ? Begründung !
2.
In ein Magnetfeld dringt aus drei
Richtungen radioaktive Strahlung ein.
Ergänze den weiteren Verlauf der
Strahlung.
γ
β
α
3.
Nenne drei Wirkungen radioaktiver Strahlung
4.
Gib drei verschiedene Messgeräte an, mit denen man radioaktive Strahlung
nachweisen kann.
5.
Woraus besteht die Alpha-, die Beta- bzw. die Gammastrahlung ?
Nenne jeweils ihre charakteristischen Eigenschaften.
Welche Reichweiten in Luft haben diese Strahlungsarten jeweils ?
6.
In einem Versuch schiebt man ein radioaktives Präparat aus 36 cm Entfernung
näher an ein Geiger-Müller-Zählrohr heran. Die Zählrate vervierfacht sich.
Um welche Strecke hat man das Präparat verschoben ?
GP_A0194 **** Lösungen 4 Seiten (GP_L0194)
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2. Physikschulaufgabe
Klasse 9 / G8
7.
Das Radonisotop Rn - 222 tritt in der Zerfallsreihe von U - 238 auf. Rn - 222 zerfällt
wiederum durch α − Zerfall mit einer Halbwertszeit von 3,8 d.
238
92 U
α→
⎯⎯
β
Th ⎯⎯⎯
→
−
β
Pa ⎯⎯⎯
→
−
α→
U ⎯⎯
α→
Th ⎯⎯
α→
Ra ⎯⎯
Rn
a) Wie läßt sich experimentell feststellen, welche der beiden Zerfallsarten ( α − Zerfall
oder β − Zerfall ) vorliegt ?
b) Stelle die Zerfallsreihe bis zum Radon in der Nuklidkarte dar. Ergänze dabei die
Massen- und Kernladungszahlen in der Zerfallsreihe.
c) Gib die Reaktionsgleichung für den α − Zerfall von Rn - 222 an.
Bestimme die Masse des entstehenden Tochterkerns, wenn beim Zerfall 5,6 MeV
frei werden.
d) Wie lange dauert es, bis
7
der ursprünglich vorhandenen Radonatome
8
zerfallen sind ?
Physikalische Konstanten:
u = 1,66 ⋅ 10 − 27 kg ; c = 3 ⋅ 108 m ⋅ s− 1 ; m Rn = 221,97090 u ; m α = 4,00151u ;
Umrechnung: 1u ⋅ c 2 = 931,49 MeV
Nuklidkarte (Ausschnitt)
GP_A0194 **** Lösungen 4 Seiten (GP_L0194)
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2. Physikschulaufgabe
Klasse 9 / G8
Kinematik - Dynamik
1.
Ein Auto der Masse 1250 kg fährt 5 Minuten lang mit der konstanten Geschwindigkeit
112 km / h .
a) Welche Strecke hat das Auto dabei zurückgelegt ?
b) Wie groß war die kinetische Energie des Fahrzeugs während der Fahrt ?
2.
Die S-Bahn zum Münchner Flughafen bremst aus einer Geschwindigkeit von 80 km / h
gleichmäßig bis zum Stillstand ab. Der Bremsvorgang dauert 10 s.
a) Gib die Richtung der Kraft an, die während des Bremsvorgangs auf die Insassen
der S-Bahn wirken.
b) Welche Gegenkraft muß somit ein Reisender der Masse 90 kg aufbringen ?
3.
Bestimme für die folgenden beiden Diagramme jeweils die Beschleunigung a
(Die wirkende Kraft sei konstant)
a)
4.
b)
Max kann mit seinem Moped auf
einer engen Landstraße einen
Mähdrescher nicht überholen und
fährt deshalb 15 s hinter ihm her.
Endlich kann er ihn überholen und
fährt danach mit einer höheren
Geschwindigkeit weiter.
Im nebenstehenden t - v - Diagramm
ist der Überholvorgang von Max
dargestellt.
a) Wie hoch ist die Geschwindigkeit von Max und die Geschwindigkeit des
Mähdreschers nach dem Überholvorgang ?
b) In welchen Zeitintervallen beschleunigt Max mit seinem Moped ?
Wie groß ist jeweils die Beschleunigung ?
c) Wie lang ist die Strecke, die Max während des Überholvorgangs
(von t 1 = 15 s bis t 2 = 50 s ) gefahren ist ?
GP_A0201 **** Lösungen 3 Seiten (GP_L0201)
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2. Physikschulaufgabe
Klasse 9 / G8
5.
In den beiden t - s - Diagrammen ist jeweils ein Bewegungsablauf wiedergegeben.
Zeichne jeweils das zugehörige Zeit-Geschwindigkeits-Diagramm.
GP_A0201 **** Lösungen 3 Seiten (GP_L0201)
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2. Physikschulaufgabe
Klasse 9 / G8
Kinematik - Dynamik
1.
Ein ICE (Intercity-Express) der Deutschen Bahn ist
von München nach Hamburg unterwegs und braucht
für die 780 km lange Strecke 5 h 45 min.
a) Wie groß ist die Durchschnittsgeschwindigkeit
des Zugs ?
b) Wie groß ist seine kinetische Energie bei einer
Geschwindigkeit von 180 km / h , wenn die
Gesamtmasse 1,5 ⋅ 106 kg beträgt ?
Mit freundlicher Genehmigung des
Autors: Sebastian Terfloth
2.
Zeichne das zum Zeit - Ort - Diagramm gehörende Zeit - Geschwindigkeits - Diagramm.
3.
Der große Max ist ein guter Fußballspieler. Beim Endspiel zum Super-Univers-Cup
darf er einen Elfmeter schießen. Der Ball hat beim Abschuß eine Geschwindigkeit
von 88 km / h . Dabei dauert die Beschleunigung durch den Fuß 0,025 s. Die Masse
des Balls beträgt 0,675 kg.
a) Wie groß ist die Ballbeschleunigung beim Abschuß ?
b) Mit welcher Kraft hat Max den Ball beim Elfmeter getreten ?
4.
Ein Radfahrer fährt bergab mit konstant 54 km / h an einem stehenden Motorrad
vorbei. 10 Sekunden nach dem Vorbeifahren startet das Motorrard mit der konstanten
Beschleunigung von 2,5 m ⋅ s − 2 in Richtung des Radfahrers.
a) Nach wie viel Sekunden hat das Motorrad den Radfahrer eingeholt ?
b) Welche Wegstrecke hat das Motorrad bis zum Zeitpunkt des Einholens zurück
gelegt ?
c) Wie hoch ist die Geschwindigkeit des Motorrads im Moment des Einholens ?
GP_A0202 **** Lösungen 3 Seiten (GP_L0202)
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2. Physikschulaufgabe
Klasse 9 / G8
5.
Zeichne zum gegebenen v - t - Diagramm das zugehörige a - t - Diagramm und das
zugehörige s - t - Diagramm.
Für die Zeichnung:
Ort-Zeit-Tabelle
t
s
0s
0m
1s
2s
3s
4s
5s
6s
7s
8s
9s
10 s
11 s
12 s
GP_A0202 **** Lösungen 3 Seiten (GP_L0202)
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2. Physikschulaufgabe
Klasse 9 / G8
Kinematik - Dynamik
1.
a) Gib das Zeit - Orts - Gesetz und das Zeit - Geschwindigkeits - Gesetz an.
b) Nebenstehendes t - v - Diagramm beschreibt
die Bewegung eines Körpers, der sich zum
Zeitpunkt t = 0 s an der Stelle x (0s) = 0m
befindet.
Bestimme die drei unterschiedlichen
Beschleunigungswerte des Körpers.
Bestimme mit Hilfe des Diagramms den
nach 8 s zurückgelegten Weg.
2.
Ein Stein wird senkrecht nach oben geworfen und schlägt nach 3,8 s wieder auf.
Berechne seine Steighöhe h. Zeichne ein t - v - Diagramm.
3.
Auf einer Testfahrt beschleunigt ein ICE 3 (Intercity Express der Deutschen Bahn) aus
dem Stand heraus mit konstant 0,9 m ⋅ s − 2 bis zu seiner zugelassenen Höchstgeschwindigkeit.
a) Wie lange benötigt der ICE 3 bis er die Höchstgeschwindigkeit von 330 km / h
erreicht hat ?
b) Welche Strecke hat er dabei zurückgelegt ?
c) Der Zug wird anschließend auf einer Strecke von 3,8 km aus der
Höchstgeschwindigkeit bis zum Stillstand abgebremst.
Berechne die Bremsbeschleunigung und die Bremszeit.
4.
Sechs verschiedene Körper bewegen sich auf gerader Bahn. Der Bewegungsablauf
wird nachfolgend durch jeweils ein t - v - Diagramm wiedergegeben.
Beschreibe qualitativ (ohne Zahlenwerte) die Bewegungen der Körper.
GP_A0203 **** Lösungen 3 Seiten (GP_L0203)
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2. Physikschulaufgabe
Klasse 9 / G8
5.
Ein Wagen auf einer schiefen
Ebene wird durch eine Schnur
am hinunterrollen gehindert.
DieGewichtskraft des Wagens
ist FG .
Die Kraft F1 wirkt auf den Wagen,
die Kraft F2 wirkt auf die Befestigung.
a) Zerlege FG so, daß man die
Hangabtriebskraft FH erhält.
b) Zeichne alle Kräfte ein, die
noch auf den Wagen wirken.
c) Welche der Kräfte sind im Kräftegleichgewicht und welche der Kräfte sind
Wechselwirkungskräfte ?
GP_A0203 **** Lösungen 3 Seiten (GP_L0203)
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2. Physikschulaufgabe
Klasse 9 / G8
Kinematik - Dynamik
1.
Von zwei Radfahrern wurde gleichzeitig ab dem Zeitpunkt t = 0 jeweils
die Geschwindigkeit gemessen und
in nebenstehendem Diagramm
aufgezeichnet.
a) Interpretiere das Diagramm
hinsichtlich der Graphen und
des Schnittpunkts beider Graphen.
b) Berechne die Geschwindigkeiten
beider Radfahrer in km/h.
c) Zeichne ein t - v - Diagramm
(Beide Graphen zusammen in
einem Diagramm)
2.
Klippenspringen ist eine Sportart, bei der die Sportler von Felsklippen aus in Gewässer
springen. Die Absprunghöhe kann bei Wettkämpfen bis zu 28 m betragen.
a) Wie lange dauert der freie Fall eines Springers aus 15 m Höhe ?
b) Mit welcher Geschwindigkeit taucht der Springer ins Wasser ein ?
3.
Ein Autofahrer rast mit 180 km / h über die Autobahn als er zum Zeitpunkt t = 0
vor sich einen Unfall erkennt. Nach einer Reaktionszeit von 1,5 s beginnt er eine
Vollbremsung und kommt nach weiteren 9,5 s zum Stehen.
a) Wie groß ist die (negative) Beschleunigung während des Bremsvorgangs ?
Es darf eine konstante Verzögerung angenommen werden.
b) Wie lang ist der gesamte Weg vom Erkennen des Hindernisses bis zum Stillstand ?
c) Zeichne ein t - v - Diagramm.
4.
Herr Sparsam hat ein Problem mit seinem Pkw, denn aus seinem Getriebe tropft Öl.
Als er vom Autobahnparkplatz P mit konstanter Beschleunigung wegfährt, fällt alle
6 Sekunden ein Tropfen Öl auf die Straße. Das folgende Bild zeigt im Maßstab 1:5 000
die Lage der Öltropfen. Es wird vereinfachend eine gerade Strecke angenommen.
a) Bestimme mit Abmessen und Berechnung die Beschleunigung des Pkw.
Arbeite dabei sorgfältig und genau. [Ergebnis: a  1,3 m / s2 ]
b) Welche Beschleunigungskraft ist mindestens notwendig, wenn der Pkw zusammen
mit dem Fahrer eine Masse von 1200 kg hat. Reibungskräfte und Fahrtwiderstand
betragen insgesamt 300 N.
c) Bestimme die Momentangeschwindigkeit (km/h) die der Pkw an der Stelle M hat.
d) Nach Ende der Beschleunigungsphase fährt Herr Sparsam mit konstant 160 km/h
weiter. Welche Strecke hat der Pkw während der Beschleunigung zurückgelegt ?
GP_A0204 **** Lösungen 4 Seiten (GP_L0204)
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2. Physikschulaufgabe
Klasse 9 / G8
5.
In einem Versuch wird ein Laborwagen
( m 1  500 g ) der über eine Rolle,
mit dem Gewicht der Masse m 2  200 g
verbunden ist, beschleunigt, indem das
Gewicht m 2 frei fallen gelassen wird.
Die obere Fläche verläuft waagerecht;
Reibungseffekte bleiben unberücksichtigt.
a) Berechne die beschleunigende
Kraft FB .
b) Berechne die Beschleunigung a.
GP_A0204 **** Lösungen 4 Seiten (GP_L0204)
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2. Physikschulaufgabe
Klasse 9 / G8
Kinematik - Dynamik
1.
Am mittleren Ring in München steht die Polizei. Ein Motorradfahrer fährt mit konstant
20 m / s an einem Polizeifahrzeug vorbei. Genau im Moment des Vorbeifahrens startet
das Polizeifahrzeug in gleicher Richtung mit der konstanten Beschleunigung von
5 m / s2 um den Motorradfahrer einzuholen.
a) Wie lange braucht das Polizeifahrzeug um den Motorradfahrer einzuholen ?
b) Welche Strecke hat das Polizeifahrzeug bis dahin zurückglegt ?
c) Zeichne ein t - v - Diagramm des Bewegungsablaufs.
2.
Der Fahrer eines Pkw bremst wegen
eines plötzlich über die Straße
laufenden Igels scharf ab und hält
für einige Sekunden an.
Nachdem die Fahrbahn wieder frei
ist setzt der Pkw seine Fahrt fort.
Das nebenstehende Diagramm stellt
den Ablauf dar.
a) Interpretiere das t - v - Diagramm.
b) Berechne jeweils die Beschleunigung für den Brems- und den
Anfahrvorgang.
3.
Die beiden Massen m 1 und m 2 ( m 1 > m 2 ) sind über eine
drehbare Rolle mit einer Schnur verbunden. Werden beide
Massen freigegeben, bewegt sich die größere Masse nach unten.
Der Versuchsaufbau ist Teil einer Atwoodschen Fallmaschine.
a) Wie kann man experimentell die Beschleunigung bestimmen ?
(Versuchsdurchführung)
b) Stelle eine Gleichung auf, mit der man die experimentelle
Bestimmung der Beschleunigung mathematisch
überprüfen kann.
c) Wodurch könnten sich Abweichungen der gemessenen
von den berechneten Werten ergeben ?
4.
Ein Mountainbike hat zusammen mit seinem Fahrer eine Masse von 115 kg.
Bei einer Talfahrt wirkt auf die Räder eine konstante Bremskraft von 350 N.
a) Wie lange dauert der Bremsvorgang von 45 km / h bis zum Stillstand ?
b) Bestimme die Länge seines Bremsweges.
GP_A0205 **** Lösungen 3 Seiten (GP_L0205)
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2. Physikschulaufgabe
Klasse 9 / G8
5.
Die Schweizer nennen ein Fahrrad auch Velo.
Folgende Aufgabe stammt aus der Schweiz:
Vier Velos fahren auf derselben Strasse.
Ihre Bewegungen werden durch das
abgebildete Ort - Zeit - Diagramm beschrieben.
a) Welche Velos führen eine gleichförmige
Bewegung aus ?
b) Ordne die Geschwindigkeiten der Velos
mit gleichförmiger Bewegung in
aufsteigender Reihenfolge.
c) Schildere wie die Fahrerin von Velo 1 die
Bewegung von Velo 3 anschaulich
beschreiben würde.
d) Was passiert am Ort A ?
e) Markiere den Zeitpunkt, an dem Velo 2
die gleiche Geschwindigkeit hat wie Velo 1.
GP_A0205 **** Lösungen 3 Seiten (GP_L0205)
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2. Physikschulaufgabe
Klasse 9 / G8
Kinematik - Dynamik
1.
Von einem Körper ist der Bewegungsablauf im folgenden t - v - Diagramm
wiedergegeben.
a) Interpretiere das Diagramm für das Zeitintervall t = 0 s bis t = 30 s .
b) Wie weit entfernt sich der Körper in positiver Bewegungsrichtung vom
Ausgangspunkt maximal ?
c) Wie weit ist der Körper nach 20 s vom Ausgangspunkt entfernt ?
d) Nach welcher Zeit bewegt sich der Körper wieder durch den Ausgangspunkt ?
2.
In einem Versuch rollt eine Kugel mit der
Anfangsgeschwindigkeit v 0 = 3 m / s eine
schiefe Ebene hinauf. Nach 1,2 s kommt
die Kugel für einen Moment zum Stillstand.
a) Berechne wie hoch (Höhe h) die
Kugel bis zu ihrem Stillstand
gerollt ist.
b) Bestimme die Bremsbeschleunigung
die auf die Kugel wirkt.
c) Berechne den Weg s den die Kugel auf der schiefen Ebene zurücklegt.
3.
Das Großraumflugzeug A 380 hat vier Triebwerke von denen jedes eine maximale
Schubkraft von 310 kN entwickeln kann. Das voll beladene Flugzeug hat eine
Startmasse von ca. 560 t.
a) Welche maximale Beschleunigung beim Starten ist unter den gegebenen
Voraussetzungen möglich ?
b) Bei einer Rollgeschwindigkeit von 265 km / h kann die A 380 abheben.
Welche Strecke auf der Rollbahn hat sie bis zum Abheben zurückgelegt ?
c) Wie groß ist die kinetische Energie beim Abheben ?
Hier sind zwei unterschiedliche Lösungsansätze möglich !
GP_A0206 **** Lösungen 4 Seiten (GP_L0206)
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2. Physikschulaufgabe
Klasse 9 / G8
4.
Kreuze jeweils die richte Lösung an. Nur eine Lösung ist richtig !
a) Ein neu entwickeltes Elektroauto
beschleunigt gleichmäßig aus
dem Stand in 10 Sekunden auf
90 km / h .
Wie weit fährt das Fahrzeug
während dieser 10 Sekunden ?
1/ 90 km
1/ 10 km
1/ 8 km
0,45 km
b) Ein zweites Fahrzeug hat bei maximaler
gleichförmiger Beschleunigung aus dem
Stand heraus nach 10 Sekunden 1/10 km
zurückgelegt.
Welche Geschwindigkeit wurde nach
10 Sekunden erreicht ?
6 km / h
52 km / h
60 km / h
62 km / h
1/ 2 km
72 km / h
c) Geschwindigkeit und Beschleunigung sind nicht dasselbe.
Während die Kugel diese Bahn hinabrollt,
nimmt die Geschwindigkeit zu und die Beschleunigung ab
nimmt die Geschwindigkeit ab und die Beschleunigung zu
nehmen beide zu
nehmen beide ab
bleiben beide konstant
d) Wenn ein Stein eine Sekunde lang fällt, wie groß ist dann seine
Durchschnittsgeschwindigkeit während dieser Sekunde ?
0,0 m / s
1,0 m / s
4,0 m / s
4,9 m / s
9,8 m / s
GP_A0206 **** Lösungen 4 Seiten (GP_L0206)
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2. Physikschulaufgabe
Klasse 9 / G8
Kinematik - Dynamik
1.
Zeichne das t - x - , t - v - und das t - a - Diagramm im Zeitintervall 0 ≤ t ≤ 10 s für eine
Bewegung mit der
a) konstanten Geschwindigkeit 8 m / s
b) Anfangsgeschwindigkeit 4 m / s und der konstanten Beschleunigung 1,2 m / s2
2.
Wie lange würde ein Autofahrer für 320 km brauchen, wenn er die Hälfte der Fahrzeit
mit konstant 72 km / h , die andere Hälfte der Fahrzeit mit konstant 126 km / h
zurücklegen würde ?
3.
Ein langer Güterzug mit zwei Lokomotiven (je 125 t) und 40 Waggons (je 38 t) beginnt
seine Fahrt durch Arizona (USA). Die Dieselmotoren der Loks übertragen jeweils eine
maximale Zugkraft von 80 kN auf die Antriebsräder.
a) Mit welcher maximalen Beschleunigung kann sich der Güterzug in Bewegung
setzen?
b) Wie lange benötigt der Zug bis er bei maximaler Beschleunigung seine Reisegeschwindigkeit von 46 mph erreicht hat ?
(1mph = 1 mile per hour = 1,61km / h )
c) Welche Fahrtstrecke hat der Zug bis dahin zurückgelegt ?
GP_A0207 **** Lösungen 4 Seiten (GP_L0207)
1 (2)
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2. Physikschulaufgabe
Klasse 9 / G8
4.
Bei einem Versuch wurden folgende Werte gemessen:
t in s
0
v in m / s
0
1
2
3
4
5
6
7
0,15 0,3 0,45 0,6 0,6 0,6 0,3
8
9
10
11
12
0
- 0,3
- 0,6
- 0,6
- 0,6
a) Erstelle ein t - v - Diagramm.
Beschreibe anhand des Diagramms die verschiedenen Bewegungsarten.
b) Erstelle das t - a - Diagramm.
c) Skizziere ein Beispiel für den Bewegungsablauf mit Hilfe einer rollenden Kugel
auf schiefen Ebenen.
5.
Ein Rodler (m = 65 kg, einschließlich Schlitten) auf einer Sommerrodelbahn fährt mit
v = 0 m/s beginnend die Bahn hinab. Während den ersten 30 m verläuft die Bahn
gerade und mit einem Neigungswinkel von 25° gegen die Horizontale. Als konstante
Reibungskraft soll 120 N angenommen werden.
a) Fertige eine vereinfachte Skizze an, in der alle auftretenden Kräfte mit maßstabsgerechten Kraftpfeilen eingezeichnet sind.
b) Bestimme durch Messen (Skizze) und Rechnen die Beschleunigung des Rodlers.
[Ergebnis: a = 2,4 m / s2 ]
c) Wie lange dauert die Fahrt auf den ersten 30 m der Bahn ?
Welche Geschwindigkeit hat der Rodler nach diesen 30 m erreicht ?
GP_A0207 **** Lösungen 4 Seiten (GP_L0207)
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2. Physikschulaufgabe
Klasse 9 / G8
Kinematik - Dynamik
1.
Eine Schnecke will eine 8 Meter breite, wenig befahrene Straße überqueren.
Das nächste Auto ist noch 12 km entfernt und nähert sich mit einer durchschnittlichen
Geschwindigkeit von 54 km / h . Wenn sich die Schnecke beeilt kann sie eine Höchstgeschwindigkeit von 0,003m s erreichen. Ist es für sie ratsam, sich sofort auf den Weg
zu machen oder sollte sie lieber noch warten ?
2.
Die Lichtgeschwindigkeit beträgt 3 ⋅ 108 m / s . In der Bildröhre eines Fernsehers werden
Elektronen, die auf den Leuchtschirm treffen auf einer Strecke von 7 cm auf 20% der
Lichtgeschwindigkeit beschleunigt. Welche Beschleunigung erfahren die Elektronen und
wie lange brauchen sie für diese Strecke ?
3.
Ein Auto, das mit einer Geschwindigkeit von 30 km / h frontal gegen eine Mauer fährt,
kommt nach 0,07 Sekunden zum stehen.
a) Welche Bremsbeschleunigung erfährt das Auto dadurch ?
b) Vergleiche die Bremskraft, die dadurch auf den Fahrer wirkt mit seiner
Gewichtskraft !
4.
Um möglichst schnell Kurven fahren zu können, werden Formel 1 Autos so gebaut,
dass sie bei höheren Geschwindigkeiten an Bodenhaftung gewinnen (durch Spoiler
etc.). Die Anpresskraft eines solchen Autos beträgt in Abhängigkeit der Geschwindigkeit
kg
etwa FA = 3,2 ⋅ v 2 (v ist die Geschwindigkeit des Wagens).
m
Ein Formel 1 Wagen wiegt inklusive Fahrer 600 kg.
a) Was würde eine in die Fahrbahn integrierte Waage anzeigen, wenn das Auto mit
180 km / h über sie hinweg fahren würde ?
b) Was bedeutet dieses Ergebnis anschaulich ?
5.
Ein Formel 1 Rennwagen fährt mit einer konstanten Geschwindigkeit von 180 km / h
an den Serviceboxen vorbei. Zur gleichen Zeit startet dort ein anderer Wagen mit einer
Beschleunigung von 4,2 m / s2 . Er beschleunigt bis zu seiner Höchstgeschwindigkeit
von 225 km / h und fährt dann gleichförmig weiter.
Berechne:
a) die Zeit, die der zweite Wagen bis zum Einholpunkt braucht.
b) den Weg des zweiten Wagens bis zum Einholpunkt.
GP_A0208 **** Lösungen 4 Seiten (GP_L0208)
1 (1)
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2. Physikschulaufgabe
Klasse 9 / G8
Kinematik - Dynamik
1.
Beschreibe für das abgebildete Zeit - Ort - Diagramm eines Körpers den gesamten
Bewegungsablauf knapp aber genau und zeichne das zugehörige Zeit - Geschwindigkeits - Diagramm unter das gegebene Schaubild. Trage die fehlende Achsenbeschriftung
ein.
a) Welche Wegstrecke legt der Körper insgesamt zurück ?
b) Wie weit befindet sich der Körper am Ende des Bewegungsablaufs vom
Ausgangspunkt entfernt ?
GP_A0209 **** Lösungen 4 Seiten (GP_L0209)
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2. Physikschulaufgabe
Klasse 9 / G8
2.
Skizziere den Versuch, mit dem im Unterricht die Erdbeschleunigung gemessen wurde
(mit Beschriftung !). Gib die zu messenden Größen an und erläutere die Auswertung.
3.
Lisa wirft einen Stein mit der Anfangsgeschwindigkeit 15 m / s senkrecht nach oben.
a) Welche maximale Höhe erreicht der Stein ?
Wende zwei verschiedene Berechnungsmethoden an (Bewegungsgleichungen
sowie Energieerhaltungssatz)
b) Nach welcher Zeit könnte Lisa den Stein wieder auffangen ?
Welche Geschwindigkeit hat der Stein dann ?
4.
Ein Sportwagen fährt mit konstant 252 km / h auf ein stehendes Formel 1 Rennauto zu.
Als der Sportwagen 1000 m vom Rennauto entfernt ist beschleunigt das Rennauto
mit (durchschnittlich) 15 m / s2 in Richtung Sportwagen.
a) Nach welcher Zeit begegnen sich Rennauto und Sportwagen ?
Es darf angenommen werden, daß sie aneinander vorbei fahren !
b) An welcher Stelle der 1000 m - Strecke begegnen sie sich ?
c) Welche Geschwindigkeit hat der Formel 1 Wagen zum Zeitpunkt der Begegnung ?
5.
Ein 2,5 t schwerer Rolls-Royce wird gleichförmig beschleunigt bis der Wagen eine
Geschwindigkeit von 90 km / h erreicht hat.
a) Bestimme die aufgewendete Beschleunigungsarbeit.
b) Welche Geschwindigkeit könnte mit der in a) berechneten Arbeit ein Kleinwagen
der Masse 1100 kg erreichen ?
GP_A0209 **** Lösungen 4 Seiten (GP_L0209)
2 (2)
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2. Physikschulaufgabe
Klasse 9 / G8
Kinematik - Dynamik
1.
Gib das Zeit - Weg - Gesetz für die
Bewegung an, die durch das abgebildete
Zeit - Ort - Diagramm dargestellt wird.
2.
Ein Körper wird gleichmäßig beschleunigt.
Zur Zeit t 0 = 0 hat er die Geschwindigkeit v 0 = 1m ⋅ s − 1 , seine Beschleunigung beträgt
a = 0,5 m ⋅ s − 2 und er befindet sich am Ort x 0 = 0 .
a) Gib die Zeit - Geschwindigkeits - Gleichung an.
Zeichne das Zeit - Geschwindigkeits - Diagramm.
b) Gib die Zeit - Weg - Gleichung an.
Zeichne das Zeit - Weg - Diagramm
möglichst genau.
GP_A0210 **** Lösungen 3 Seiten (GP_L0210)
1 (2)
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2. Physikschulaufgabe
Klasse 9 / G8
3.
Emma will die Reaktionsgeschwindigkeit von Klaus testen.
Für diesen Versuch hält Emma ein 30 cm langes Lineal so,
daß die Skala oben 30 cm anzeigt, während Klaus seine
Finger nahe bei der 0 cm - Markierung leicht geöffnet hält.
Emma läßt nun das Lineal ohne Vorankündigung frei nach
unten fallen während Klaus das Lineal möglichst schnell
zu fangen versucht.
Aus der Fallstrecke x zwischen der 0 cm - Markierung und
der Stelle an der Klaus das Lineal festhält, kann die
Reaktionszeit ermittelt werden.
a) Klaus kann das Lineal bei 20 cm festhalten.
Wie groß ist seine Reaktionszeit ?
b) Welche Länge müsste das Lineal mindestens haben,
wenn man die sog. Schrecksekunde (1,0 s Reaktionszeit wird im Straßenverkehr von jedem Autofahrer
erwartet) messen möchte.
4.
Eine Kugel rollt zum Zeitpunkt t = 0 mit einer Anfangsgeschwindigkeit von 5,2 m ⋅ s − 1
eine schiefe Ebene hinauf, auf der sie die Beschleunigung − 4,0 m ⋅ s − 2 erfährt.
a) Nach welcher Zeit kommt die Kugel zum Stillstand ?
b) Nach welcher Zeit passiert die Kugel wieder ihren Ausgangspunkt (am Beginn
der schiefen Ebene) ?
5.
Maxi wirft einen Stein von einem Turm der Höhe 15 m mit einer Anfangsgeschwindigkeit
von 12 m / s senkrecht nach unten. Der Luftwiderstand bleibt unberücksichtigt.
a) Um wie viele Millisekunden schlägt der Stein früher auf dem Boden auf als beim
freien Fall (ohne Anfangsgeschwindigkeit) ?
b) Wie groß ist die Auftreffgeschwindigkeit des Steins den Maxi nach unten wirft ?
GP_A0210 **** Lösungen 3 Seiten (GP_L0210)
2 (2)
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