FIZIKA NÉMET NYELVEN

2016. május 17.
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FIZIKA
NÉMET NYELVEN
EMELT SZINTŰ
ÍRÁSBELI VIZSGA
●
2016. május 17. 8:00
ÉRETTSÉGI VIZSGA
Az írásbeli vizsga időtartama: 240 perc
Pótlapok száma
Tisztázati
Piszkozati
EMBERI ERŐFORRÁSOK
MINISZTÉRIUMA
Fizika német nyelven
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Wichtige Hinweise
Es stehen Ihnen 240 Minuten Arbeitszeit zur Verfügung.
Lesen Sie die Instruktionen vor den Aufgaben gründlich durch und teilen Sie Ihre Zeit
sorgfältig ein.
Die Reihenfolge der Bearbeitung der Aufgaben ist beliebig.
Zur Lösung der Aufgaben sind Taschenrechner und Tafelwerke zugelassen.
Wenn Sie für die Lösung einer Aufgabe zu wenig Platz haben, dann verlangen Sie ein
Ersatzblatt. Die Aufgabennummer sollten Sie auf dem Blatt unbedingt angeben.
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ERSTER TEIL
Von den unten angegebenen Antworten ist immer nur genau eine richtig. Tragen Sie den
Buchstaben der richtigen Antwort in die weißen Kästchen an der rechten Seite ein!
Wenn Sie es für nötig halten, können Sie kleinere Rechnungen, Skizzen auf dem Aufgabenblatt
anfertigen.
1. Die Punkte A und B werden durch einen
Widerstandsleiter verbunden. Ein anderes Stück
desselben Widerstandsleiters wird neben den ersten
gelötet (siehe Abbildung). Wie ändert sich der
resultierende Widerstand zwischen den Punkten A
und B?
A)
B)
C)
D)
A
B
Ist das neue Stück des Widerstandleiters länger als der ursprüngliche
Leiter, so nimmt der resultierende Widerstand ab; ist das neue Stück
kürzer als der ursprüngliche Leiter, so nimmt der resultierende
Widerstand zu.
Ist das neue Stück des Widerstandleiters länger als der ursprüngliche
Leiter, so nimmt der resultierende Widerstand zu; ist das neue Stück
kürzer als der ursprüngliche Leiter, so nimmt der resultierende
Widerstand ab.
Der resultierende Widerstand nimmt auf jeden Fall zu.
Der resultierende Widerstand nimmt auf jeden Fall ab.
2 Punkte
2. Auf dem Tisch steht eine Schachtel. Der Deckel geht plötzlich
auf und eine Figur auf einer Sprungfeder springt heraus. Die
Figur kommt senkrecht schwingend zur Ruhe. Die Haltekraft,
die vom Tisch auf die Schachtel ausgeübt wird, wird als
Funktion der Zeit dargestellt. Welche Abbildung zeigt die vom
Tisch ausgeübte Haltekraft als Funktion der Zeit richtig?
F
A)
B)
C)
1.
F
t
Die Abbildung 1.
Die Abbildung 2.
Die Abbildung 3.
2.
F
t
3.
t
2 Punkte
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3. Die Welleneigenschaft der Elektronen wurde experimentell erst viel später nach der
Aufstellung der Hypothese von de Broglie bewiesen. Welche Aussage über das
Wesentliche dieses Experimentes ist wahr?
A)
B)
C)
Im Experiment ist es gelungen, einen polarisierten Elektronenstrahl zu
erzeugen, dadurch wurde die Welleneigenschaft bewiesen.
Im Experiment ist es gelungen, eine Elektronen-Interferenz an zwei
Spalten zu erzeugen, dadurch wurde die Welleneigenschaft bewiesen.
Im Experiment ist es gelungen, die Umkehrung des Photoeffekts zustande
zu bringen, dadurch wurde die Welleneigenschaft des Elektrons
bewiesen.
2 Punkte
4. Zwei Kugeln der gleichen Masse werden an
gleich langen Fäden aus isolierendem
Material in einem Punkt an der Decke
aufgehängt. Der Kugel 1. wird eine Ladung
Q gegeben, der Kugel 2. wird eine Ladung
2Q gegeben. Wie hängen die Kugeln nach
dem Eintritt des Gleichgewichts?
A)
B)
C)
Wie es in der Abbildung A) zu sehen ist.
Wie es in der Abbildung B) zu sehen ist.
Wie es in der Abbildung C) zu sehen ist.
2 Punkte
5. Man möchte über einen Planeten eine Raumsonde schicken. Die Raumsonde soll
sich immer über demselben gegebenen Punkt des Planeten befinden und so Daten
sammeln. Welche ist die nötige Bedingung, um eine Raumsonde auf eine solche,
sogenannte stationäre Bahn zu bringen?
A)
B)
C)
D)
Solche Bahnen können nur über dem Äquator der Erde existieren.
Solche Bahnen können über beliebigen Planeten verwirklicht werden.
Eine stationäre Bahn ist nur über Planeten möglich, die sich um ihre
Achse drehen.
Eine stationäre Bahn ist nur über Planeten möglich, die über eine
Atmosphäre verfügen.
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6. Der Mann auf dem Bild hält seine
eigene, regelmäßig benutzte Brille vor
seine Augen. Wählen Sie die wahre
Aussage.
A)
B)
C)
Der Mann auf dem Bild ist weitsichtig.
Der Mann auf dem Bild ist kurzsichtig.
Anhand des Bildes kann der Sehfehler nicht behauptet werden.
2 Punkte
7. Wie kann ein ideales Gas so zusammengedrückt werden, dass während des
Prozesses seine innere Energie unverändert bleibt?
A)
B)
C)
D)
Indem man den Druck auf unverändertem Wert hält.
Indem man das Gas in einem wärmeisolierten Gefäß zusammendrückt.
Indem man die Temperatur des Gases auf unverändertem Wert hält.
Das Gas kann auf diese Weise nicht zusammengedrückt werden, weil man
am Gas eine Arbeit verrichtet, die innere Energie des Gases nimmt also
auf jeden Fall zu.
2 Punkte
8. Eine Photozelle wird mit Laserlicht der Leistung P = 2 mW und der Wellenlänge
λ = 800 nm beleuchtet und man beobachtet, dass N Stück Elektron aus dem Metall
pro Sekunde heraustreten. Danach wird dieselbe Photozelle mit einem Laserlicht
der Leistung P = 4 mW und der Wellenlänge λ = 400 nm beleuchtet. Ungefähr wie
viele Elektronen treten nun pro Sekunde heraus?
A)
B)
C)
N Stück
2N Stück
4N Stück
2 Punkte
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9. Ein Gummiball fällt aus einer Höhe von 2 m senkrecht auf den Boden. Während er
mehrmals aufspringt, wird nach jedem Aufprall gemessen, wie hoch er kommt
bevor er wieder zurückfällt. Die unten stehende Tabelle zeigt die mögliche Steighöhe
des ersten und des zweiten Aufpralls. Welches Datenpaar ist richtig, wenn man
weiß, dass der Ball während jedem Aufprall den gleichen Anteil seiner
mechanischen Energie verliert?
1.
2.
3.
A)
B)
C)
Höhe des ersten Aufpralls
~ 100 cm
~ 100 cm
~ 50 cm
Höhe des zweiten Aufpralls
~ 50 cm
~ 25 cm
~ 25 cm
Das Datenpaar in der ersten Reihe.
Das Datenpaar in der zweiten Reihe.
Das Datenpaar in der dritten Reihe.
2 Punkte
10. Ein Stromkreis wurde gemäß der Abbildung aus
Stromkreisbauelementen zusammengestellt.
Welche der folgenden Möglichkeiten kann man
beobachten, wenn man den Schalter schließt?
B
R
R
A
U
A)
B)
C)
D)
Beide Glühbirnen blitzen für kurze Zeit auf, dann verlöschen sie.
Beide Glühbirnen werden andauernd leuchten.
Die Glühbirne mit dem Buchstaben B blitzt für kurze Zeit auf, dann wird
sie wieder dunkel. Die Glühbirne mit dem Buchstaben A fängt immer
stärker zu leuchten an.
Die Glühbirne mit dem Buchstaben A blitzt für kurze Zeit auf, dann wird
sie wieder dunkel. Die Glühbirne mit dem Buchstaben B fängt immer
stärker zu leuchten an.
2 Punkte
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11. Ein ideales Gas befindet sich in einem
wärmeisolierten Kolbenzylinder. Das Gas wird
durch eine plötzliche Bewegung auf die Hälfte des
ursprünglichen Volumens zusammengedrückt.
Welcher Pfeil stellt den Vorgang im
p-V-Diagramm richtig dar?
p
(kPa)
200
3.
100
1.
2.
A
2
A)
B)
C)
4
V
(m3)
Der Pfeil 1.
Der Pfeil 2.
Der Pfeil 3.
2 Punkte
12. Mit Hilfe von Ultraschall kann man in verschiedenen Metallgegenständen nach
kleineren Rissen und Fehlern suchen. Aus welchem Grund ist es möglich?
A)
B)
C)
Der Riss polarisiert den Ultraschall, dadurch kann man den Riss mit Hilfe
eines Polarfilterdetektors erkennen.
Die Wellenlänge des Ultraschalls ist vergleichbar mit der Größe der
eventuell vorhandenen Risse, so kann an diesen Rissen z.B. Reflexion
oder Diffraktion zustande kommen. Mit Hilfe dieser Phänomene können
die Fehler entdeckt werden.
Die Photonen des Ultraschalls verfügen wegen der hohen Frequenz über
eine so hohe Energie, dass Elektronen bei den Rissen aus dem Metall
austreten, die detektiert werden können.
2 Punkte
13. In einer Stoffprobe mit radioaktivem Isotop gibt es am Anfang ca. 107 radioaktive
Atomkerne. Nach 3 Stunden sinkt ihre Anzahl auf 7,5·106 Stück. Wie groß ist die
Halbwertszeit des Isotops?
A)
B)
C)
Weniger als 6 Stunden.
Genau 6 Stunden.
Mehr als 6 Stunden.
2 Punkte
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14. Zwei Kometen kreisen um einen Stern auf langgestreckten Ellipsenbahnen. Der
Punkt „A“ ihrer Bahnen liegt am nächsten zum Stern
und besitzt den gleichen Abstand zum Stern. Die
A
nebenstehende Abbildung zeigt diesen Teil der zwei
Bahnen. Welcher Komet bewegt sich mit größerer
1.
Geschwindigkeit, wenn er den Punkt „A“ passiert?
2.
A)
B)
C)
D)
Der Komet 1.
Der Komet 2.
Sie haben im Punkt „A“ gleiche Geschwindigkeiten.
Anhand der angegebenen Informationen kann es nicht entschieden
werden.
2 Punkte
15. Zwei feste Körper mit verschiedenen Temperaturen werden in einen Kalorimeter
mit vernachlässigbarer Wärmekapazität gelegt, dann wird der Kalorimeter
geschlossen. Was kann nach der Einstellung des Temperaturgleichgewichts über den
Aggregatzustand der eingeschlossenen Stoffe festgestellt werden?
A)
B)
C)
D)
Die eingeschlossenen Stoffe können nur im festen Aggregatzustand sein.
Der eine Stoff wird auf jeden Fall im festen Aggregatzustand sein, der
andere Stoff wird aber entweder im festen oder im flüssigen
Aggregatzustand sein.
Beide Stoffe können im festen Aggregatzustand sein; es kann sein, dass
einer der Stoffe im festen und der andere im flüssigen Aggregatzustand
ist; oder beide Stoffe können im flüssigen Aggregatzustand sein.
Der eine Stoff wird auf jeden Fall im festen Aggregatzustand sein, der
andere Stoff kann aber sowohl im festen als auch im flüssigen oder im
gasförmigen Aggregatzustand sein.
2 Punkte
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ZWEITER TEIL
Von den nachfolgenden drei Themen wählen Sie eins aus und arbeiten Sie es in anderthalb
bis zwei Seiten, in Form eines zusammenhängenden Essays aus! Achten sie auf die genaue,
klare Formulierung des Konzeptes, auf den logischen Gedankengang, auf die
Rechtschreibung, denn es zählt bei der Bewertung auch mit! Ihre Erklärung muss nicht
unbedingt der Reihenfolge der angegebenen Anhaltspunkte folgen. Die Lösung schreiben Sie
auf die nachfolgenden Seiten.
1. Thermodynamischer Kreisprozess
„Das Ziel von Carnot war die Funktion von Dampfmaschinen
und anderen Wärmekraftmaschinen allgemein zu analysieren.
Er sah es klar, dass die Theorie der Mechanik völlig
ausreichend ist, um die mechanischen Geräte zu beschreiben,
dennoch muss die vorhandene Theorie weiterentwickelt
werden, um die Wärmekraftmaschinen zu erklären. Er setzte
sich zur Aufgabe, den Wirkungsgrad der Maschinen zu
berechnen. So wie sein Vater den Wirkungsgrad der
Wasserkraftmaschinen berechnete – anhand der Menge des
nach unten strömenden Wassers sowie dem Niveau des
Wassers am Anfang und am Ende –, so versuchte er es, den
Wirkungsgrad der Dampfmaschinen anzugeben, anhand der
Änderung, dass der Wärmestoff von einem Niveau höherer
Temperatur auf ein Niveau niedrigerer Temperatur kommt und
der Wärmemenge.”
Sadi Carnot
(1796-1832)
Péter Érdi: Zum 150. Todestag von Sadi Carnot
Természet Világa, 1982/12.
Wann spricht man über einen thermodynamischen Kreisprozess?
Stellen Sie einen konkreten Kreisprozess an einem Druck-Volumen-Diagramm dar, erläutern
Sie dann die einzelnen Teilprozesse des Kreisprozesses.
Was versteht man unter dem thermodynamischen Wirkungsgrad eines Kreisprozesses?
Beschreiben Sie, wie der Wirkungsgrad bestimmt wird und zeigen Sie es anhand des im
Diagramm dargestellten konkreten Beispiels.
Erläutern Sie zwei praktische Anwendungen der thermodynamischen Kreisprozesse.
Formulieren Sie den zweiten Hauptsatz der Wärmelehre auf die Kreisprozesse bezogen.
Geben Sie eine alternative Formulierung des zweiten Hauptsatzes der Wärmelehre an.
Stellen Sie einen Vorgang dar, der vom ersten Hauptsatz der Wärmelehre nicht verboten wird,
sich dennoch – auf Grund des zweiten Hauptsatzes der Wärmelehre – in der Natur so nicht
abspielt.
Analysieren Sie ausführlich, aus welchem Grund der zuvor geschilderte Vorgang mit dem
ersten Hauptsatz nicht im Widerspruch steht und wie er mit dem zweiten Hauptsatz doch im
Widerspruch ist!
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2. Wellenoptik
„Thomas Young bewies 1803 als erster mit einem äußerst einfachen
Versuch die Wellennatur des Lichtes. Er leitete ein Lichtbündel
kleinen Durchmessers, das von außen durch die nicht vollständige
Verdunklung des Fensters in den Raum gelangte, mit Hilfe von
gerichteten Spiegeln auf die Kante eines von einer Karte
abgeschnittenen Papierstreifens, der so das Lichtbündel entzwei
spaltete. Die zwei Halbbündel vereinten sich hinter dem dünnen
Kartonstreifen und sie brachten ein Interferenzbild zustande.”
nach http://www.cavendishscience.org/phys/tyoung/tyoung.htm
Geben Sie die physikalischen Größen an, die das Licht als Welle charakterisieren sowie
deren Zusammenhang. Welche Faktoren beeinflussen die Farbe des Lichtes? Schildern Sie
das Doppelspaltexperiment. Geben Sie eine Erklärung für das Phänomen an. Man nehme an,
dass das Experiment mit rotem Laserlicht durchgeführt wurde. Wie ändert sich das
entstandene Interferenzbild, wenn das Doppelspaltexperiment statt rotem mit grünem
Laserlicht durchgeführt wird (alle weiteren Parameter bleiben unverändert)? Ist es möglich,
mit Hilfe des Doppelspaltexperiments das weiße Licht in seine farbigen Bestandteile
aufzufächern? Wie ändert sich das Interferenzbild, wenn der Abstand der zwei Spalte
geändert wird? Schildern Sie das Phänomen Lichtpolarisation und geben Sie dafür ein
praktisches Beispiel oder ein Beispiel aus der Natur an.
3. Elektrizität im Haushalt
Ottó Titusz Bláthy, der leitende Ingenieur der Firma Ganz,
erfand 1885 mit Károly Ziprnowsky und Miksa Déri den
Transformator mit geschlossenem Eisenkern, der auch zur
Energieübertragung geeignet ist. Die Erfindung wurde 1885
auf der Landesausstellung in Budapest vorgestellt. Der
Transformator wurde zuerst bei der Energieversorgung der
Stadt Rom verwendet. Das Kraftwerk wurde im Oktober 1886
in Betrieb genommen.
Der erste Transformator aus dem
Jahr 1885
Charakterisieren Sie das elektrische 230V-Netz in Haushalten. Geben Sie den effektiven und
den maximalen Wert der Spannung an. Welche Rolle spielen Transformatoren in der
Energieversorgung der Haushalte? Erläutern Sie ein Beispiel für die Verwendung eines
Transformators im Haushalt.
Wie ist das elektrische Netz in den Wohnungen aufgebaut? Beschreiben Sie dabei die
Schaltung des Stromzählers, der Sicherung und der weiteren Stromkreisbauelemente im
elektrischen Netz.
Wie beeinflusst die Anzahl der Verbraucher, die ans Netz geschlossen sind, den Strom, der
durch den Stromzähler fließt? Was ist der Grund dafür? Schildern Sie, warum und wie sich
die Stromstärke ändert, wenn im Netz ein
Kurzschluss entsteht. Schildern Sie, aus welchem
Inhalt
Stil
Insgesamt
Grund es gefährlich ist, wenn ein Kurzschluss
entsteht. Welche Rolle spielt die Sicherung im
18 Punkte 5 Punkte 23 Punkte
Haushalt? Wie funktioniert die automatische
Sicherung?
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DRITTER TEIL
Lösen Sie die nachstehenden Aufgaben! Begründen Sie Ihre Behauptungen – abhängig von
der Aufgabe – mit Text, mit Zeichnung oder mit Rechnung! Achten Sie darauf, dass die
Bezeichnungen eindeutig sind!
1. In einem interstellaren Science-Fiction-Raumschiff ist die künstliche Gravitation
regelmäßig kaputt gegangen. Wenn man nach der Beseitigung des Fehlers das im
Raumschiff übliche, als homogen geltende Gravitationsfeld mit der
Fallbeschleunigung g = 10 m/s2 -„eingeschaltet“ hat, sind die plötzlich herunter
stürzenden Gegenstände zerbrochen und haben Verletzungen verursacht. Aus
diesem Grund haben die Ingenieure ein System entwickelt, das in zwei Stufen aktiv
wird: zuerst wird in einer Zeit tein nur ein vermindertes effektives Gravitationsfeld g'
eingeschaltet (g’ < g). Dies ermöglicht, dass alle schwebenden Körper sanft den
Boden erreichen. Nach tein fängt die Gravitation in voller Größe zu wirken an. Nach
den neuesten technischen Vorschriften ist die maximale Geschwindigkeit, mit der
ein Gegenstand während des Einschaltens den Boden erreichen darf: vmax = 2 m/s.
a)
b)
Die Ausdehnung des „höchsten“ Raums im Raumschiff ist in der Richtung des
Gravitationsfeldes h = 5 m. Welche Werte müssen g' und tein haben, damit das
System den neuesten Vorschriften entspricht? (Es wird angenommen, dass die
Gegenstände auf dem Boden der Räume vollkommen unelastisch aufprallen.)
Man nehme an, dass ein vollkommen elastischer Gummiball in einem Raum über
dem glatten, harten Boden schwebt, in einer Entfernung vom Boden, dass er nach
der Zeit tein genau in seine ursprüngliche Lage zurückprallt. (Es wird angenommen,
dass die Werte g' und tein den in der vorigen Teilaufgabe bestimmten Werten gleich
sind.) Wie groß ist die Geschwindigkeit, mit der dieser Ball auf dem Boden
aufprallt, wenn er den Boden das nächste Mal, also beim zweiten Aufprallen
erreicht?
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a)
b)
Insgesamt
7 Punkte
5 Punkte
12 Punkte
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2. Der kleinste Zwergplanet „Ceres“ wurde am 1. Januar
1801 vom italienischen Mathematiker, Astronomen und
Theologen Giuseppe Piazzi entdeckt. Die Entfernung
des Planeten von der Sonne beträgt ca. 3 AE.
a)
b)
c)
Wie groß ist die Umlaufzeit von Ceres?
Zwischen welchen Werten kann sich der Abstand
zwischen dem Ceres und der Erde variieren?
Wie häufig gelangt Ceres in Erdnähe?
(1 AE ist die durchschnittliche Entfernung der Erde von der Sonne, mit guter Annäherung
150 Millionen Kilometer. Man nehme an, dass die Bahnebenen der Erde und des Ceres
zusammenfallen und dass die Bahn von Ceres mit guter Annäherung kreisförmig ist. Die
Umlaufrichtung der Bewegung von Ceres und Erde sind gleich.)
a)
b)
c)
Insgesamt
4 Punkte 4 Punkte 4 Punkte 12 Punkte
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3. In einer Glaskugel, in deren Innere es ein
Vakuum gibt, wird die folgende Messung
durchgeführt: Ein unbekanntes Metall im
Inneren der Vakuumkugel wird mit einem
Licht der Wellenlänge λ = 444 nm beleuchtet.
Die Elektronen, die aufgrund der Beleuchtung
aus dem Metall austreten, geraten in das
homogene elektrische Feld zwischen den zwei
Metallplatten (siehe Abbildung). Die
elektrische Feldstärke dieses Feldes beträgt
E = 10 N/C.
a)
b)
c)
Licht
Metallplatte
Metallplatte
Mit welcher maximalen Geschwindigkeit
treten die Elektronen aus dem beleuchteten Metall aus, wenn sie im elektrischen
Feld zwischen den beiden Metallplatten auf einem Weg von 2,8 cm vollständig
abgebremst werden?
Wie groß ist die Austrittsarbeit, die das unbekannte Metall charakterisiert?
Die Tabelle beinhaltet die Austrittsarbeit von einigen Metallen, in Elektronvolt
angegeben. Bestimmen Sie anhand der Tabelle, welches Metall im Versuch benutzt
wurde!
Name des Stoffes
Austrittsarbeit
(eV)
Cäsium
Barium
Zink
Platin
1,94
2,52
4,27
5,36
Die Masse des Elektrons beträgt me  9,1 10 31 kg , seine Ladung ist q  1,6 1019 C , die
m
Lichtgeschwindigkeit beträgt c  3 108 , die Planck-Konstante ist h  6,63 1034 J  s .
s
a)
b)
c)
5 Punkte 5 Punkte 2 Punkte
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Insgesamt
12 Punkte
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4. In einem Widerstandsnetz wurden die Leiter wie in der
Abbildung zusammengelötet. Die Größe der einzelnen
Widerstände ist gleich.
a)
b)
c)
d)
Fertigen Sie einen übersichtlichen Schaltplan über die
nummerierten Widerstände.
Bestimmen Sie den resultierenden Widerstand im
Stromkreis, wenn jeder Widerstand R = 100 Ω groß ist.
Wie groß ist die effektive Stromstärke, die durch die
einzelnen Widerstände fließt?
Stellen Sie eine Reihenfolge der nummerierten
Widerstände auf, aufgrund der Leistung, die auf sie
entfällt. An der ersten Stelle soll die Nummer des
Widerstands mit der größten Leistung stehen, an der
letzten Stelle soll die Nummer des Widerstands mit der kleinsten Leistung stehen!
Der effektive Wert der Netzspannung beträgt 230 V.
a)
b)
c)
d)
Insgesamt
3 Punkte 3 Punkte 3 Punkte 2 Punkte 11 Punkte
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Achtung! Diese Tabelle füllt der Korrektor aus!
maximale
Punktzahl
erreichte
Punktzahl
30
18
5
47
I. Testfragen
II. Essay: Inhalt
II. Essay: Stil
III. Zusammengesetzte Aufgaben
Punktzahl des schriftlichen Teils
100
Korrektor
Datum: ................................................
__________________________________________________________________________
elért
pontszám
egész
számra
kerekítve /
erreichte
Punktzahl
auf ganze
Zahl
gerundet
programba
beírt
egész
pontszám /
ins
Programm
eingetragene
ganze
Punktzahl
I. Feleletválasztós kérdéssor /
Testfragen
II. Esszé: tartalom /
Essay: Inhalt
II. Esszé: kifejtés módja /
Essay: Stil
III. Összetett feladatok /
Zusammengesetzte Aufgaben
javító tanár / Korrektor
jegyző / Protokollführer
Dátum / Datum: ....................................... Dátum/Datum: ........................................
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