Schriftliche Abschlussprüfung Physik Realschulbildungsgang

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1 Sächsisches Staatsministerium für Kultus Schuljahr 1992/93 Geltungsbereich: für Klassen 10 an - Mittelschulen - Förderschulen - Abendmittelschulen Schriftliche Abschlussprüfung Physik Realschulbildungsgang Allgemeine Arbeitshinweise Die schriftliche Abschlussprüfung besteht aus 2 Teilen: Teil I (Pflichtaufgaben) Teil II (Wahlaufgaben) Vor der planmäßigen Arbeitszeit stehen Ihnen 15 Minuten zum Vertrautmachen mit den Aufgaben zur Verfügung. Nachdem Sie den Text von Aufgabe 1 gelesen haben, wird Ihnen ein Demonstrationsexperiment gezeigt. Die Arbeitszeit zur Lösung aller Aufgaben beginnt erst nach Beendigung dieses Experiments und beträgt 150 Minuten. Es ist kein Konzept erforderlich. Die Aufgabe 1 der Pflichtaufgaben ist zuerst zu bearbeiten Die Reihenfolge der Bearbeitung der anderen Aufgaben ist beliebig. Von den drei Wahlaufgaben ist nur eine Aufgabe zu bearbeiten. Zur Lösung der Wahlaufgabe 5 muss ein Schülerexperiment durchgeführt werden Die Geräte für dieses Experiment werden durch den Lehrer bereitgestellt. Sie dürfen folgende Hilfsmittel verwenden: - Duden - einen nicht programmierbaren Taschenrechner - eine im Freistaat Sachsen zugelassene Formel- und Tabellensammlung ohne Wissensspeicheranhang

2 Teil I (Pflichtaufgaben) Lösen Sie die folgenden vier Aufgaben! Aufgabe 1: Demonstrationsexperiment Vom Lehrer wird Ihnen ein Experiment vorgeführt. 1.1 Beobachten Sie den auf dem Wagen liegenden Körper beim Abbremsen des Wagens! Notieren Sie Ihr Beobachtungsergebnis! 1.2 Erklären Sie Ihr Beobachtungsergebnis mit Hilfe eines physikalischen Gesetzes! 1.3 Formulieren Sie dieses Gesetz! 1.4 Begründen Sie, warum das Anlegen der Sicherheitsgurte im Pkw der Sicherheit der Fahrzeuginsassen dient! Aufgabe 2: Strahlenoptik Ein einfarbiges, schmales Lichtbündel trifft mit einem Einfallswinkel von 60 auf einen ebenen Spiegel, der parallel zur Wasseroberfläche angeordnet ist. 2.1 Übertragen Sie das Bild, und zeichnen Sie zunächst den Lichtverlauf bis zur Grenzfläche Luft / Wasser! 2,2 Berechnen Sie den zugehörigen Brechungswinkel beim Übergang des Lichtes von Luft in Wasser! 2,3 Zeichnen Sie den weiteren Lichtverlauf im Wasser bis zum Gefäßboden!

3 Aufgabe 3: Schwingungen und Wellen 3.1 Erläutern Sie zwei Merkmale zur Beschreibung einer mechanischen Schwingung am Beispiel eines Fadenpendels oder eines Federschwingers! 3.2 Beschreiben Sie an diesem Beispiel die auftretenden Energieumwandlungen! 3.3 Die Bewegung eines schwingenden Körpers ist durch folgendes Diagramm beschrieben: Bestimmen Sie Amplitude, Periodendauer und Frequenz dieser Schwingung! Aufgabe 4: Thermodynamik 4.1 Die Heizungsanlage eines Hauses wird auf Ölfeuerung umgestellt. Gleichzeitig wird mit dieser Anlage Warmwasser aufbereitet. 4.1,1 Berechnen Sie die Wärme, die erforderlich ist, um Wasser von 20 C auf 50 C zu erwärmen! (Hinweis: Für Wasser gilt 1 l = 1 kg) Um welchen Faktor ist die Wärme im Vergleich zu größer, wenn die doppelte Wassermenge von 20 C auf 80 C erwärmt wird? 4.2 Begründen Sie, warum in Fernwärmeleitungen in bestimmten Abständen Dehnungsschleifen eingebaut sind!

4 Teil II (Wahlaufgaben) Von den folgenden Aufgaben haben Sie nur eine zu lösen. Aufgabe 5: Elektrizitätslehre 5.1 Schülerexperiment Aufgabe: Nehmen Sie die 1-U-Kennlinie einer 6 V - Glühlampe auf! Vorbereitung: 1. Zeichnen Sie einen entsprechenden Schaltplan! 2. Entwerfen Sie eine Messwerttabelle für fünf Messwertpaare! Durchführung: 1. Bauen Sie die Schaltung nach Ihrem Schaltplan auf! 2. Lassen Sie die Schaltung vom Lehrer überprüfen! 3. Führen Sie die Messungen durch! Notieren Sie die Messwerte in der Tabelle! Beachten Sie dabei die für die Glühlampe zulässige Höchstspannung! Auswertung: 1. Zeichnen Sie auf Millimeterpapier entsprechend Ihrer Messwertreihe ein I- U-Diagramm! 2. Berechnen Sie für die größte und kleinste angelegte Spannung den elektrischen Widerstand der Glühlampe! 3. Begründen Sie, warum die berechneten Widerstandswerte nicht übereinstimmen! 4. Geben Sie eine Fehlerquelle an, die die Genauigkeit Ihrer Messergebnisse beeinflusst hat!

5 5.2 Elektrische Leitungsvorgänge in Halbleitern Welche beiden Voraussetzungen müssen für alle elektrischen Leitungsvorgänge erfüllt sein? Von einem Halbleiterbauelement wurde bei einer konstanten Spannung von U = 4 V die Temperaturabhängigkeit des elektrischen Widerstandes untersucht. Es entstand das folgende R-n-Diagramm: Bestimmen Sie aus dem Diagramm den elektrischen Widerstand des Halbleiters bei n 1 =10 C und n 2 =40 C! Vergleichen Sie die elektrischen Widerstände! Erklären Sie, warum sich der elektrische Widerstand eines Halbleiters bei Temperaturerhöhung ändert! Berechnen Sie die Stromstärke bei den Temperaturen n 1 und n 2! 5.3 Vorwiderstände Eine Glühlampe (1,8 V / 0,2 A) soll an eine Gleichspannungsquelle (6 V) angeschlossen werden. Dazu wird ein Widerstand (Vorwiderstand) mit der Glühlampe in Reihe geschaltet. Zeichnen Sie den Schaltplan! Berechnen Sie den Vorwiderstand! Für den Aufbau der Schaltung stehen technische Widerstände von 10 Ohm und 23 Ohm zur Verfügung. Wählen Sie aus! Begründen Sie Ihre Auswahl!

6 Aufgabe 6: Mechanik Ein Pkw mit einer Masse von 800 kg wird auf einer glatten, ebenen und geraden Strecke getestet. Er wird aus dem Stand gleichmäßig beschleunigt und erreicht nach 10 s eine Geschwindigkeit von 50 km/h (Abschnitt I). In den nächsten 15 s bewegt er sich mit dieser Geschwindigkeit weiter (Abschnitt II). Dann wird das Fahrzeug innerhalb von 5 s bis zum Stillstand gleichmäßig verzögert (Abschnitt III). 6.1 Zeichnen Sie ein Geschwindigkeits-Zeit-Diagramm für die gesamte Bewegung! 6.2 Bestimmen Sie aus dem Diagramm die Geschwindigkeiten, die der Pkw nach 6 s und nach 28 s hat! 6.3 Ermitteln Sie die Beschleunigungen für alle 3 Abschnitte! 6.4 Berechnen Sie die in den einzelnen Abschnitten zurückgelegten Wege und den Gesamtweg! 6.5 Berechnen Sie die Durchschnittsgeschwindigkeit! 6.6 Berechnen Sie die Kräfte, mit denen der Pkw bei reibungsfreier Bewegung a) beschleunigt und b) verzögert wird! 6.7. Aus welcher Höhe muss man einen Gegenstand frei fallen lassen, damit er die gleiche Geschwindigkeit wie der Pkw im Abschnitt II erreicht (Reibung und Luftwiderstand werden vernachlässigt)? Aufgabe 7: Elektromagnetische Induktion 7.1 Induktionsvorgang Beschreiben Sie ein Experiment zur Erzeugung einer Induktionsspannung in einer Spule! Nennen Sie 3 Möglichkeiten, wie beim Induktionsvorgang in einer Spule die Spannung vergrößert werden kann! 7.2 Transformator Beschreiben Sie den Aufbau eines Transformators! Erläutern Sie seine Wirkungsweise!

7 7.2.3 Mit einem Transformator soll im unbelasteten Zustand eine Wechselspannung von 12 V auf 36 V transformiert werden. Für den Aufbau des Transformators stehen Spulen mit 250 Windungen, 500 Windungen, 750 Windungen und 1500 Windungen zur Verfügung. Geben Sie eine Möglichkeit an, mit welchen Spulen dieser Transformator aufgebaut werden kann! Begründen Sie Ihre Auswahl! Entwerfen Sie einen Schaltplan für eine Schaltung, mit der Sie Ihre getroffene Auswahl an Spulen experimentell überprüfen könnten! 7.3 Technische Bedeutung der Induktion Nennen Sie 2 Beispiele für die Anwendung von Transformatoren! Erläutern Sie eines der Beispiele näher! Begründen Sie die Bedeutung von Transformatoren für die Fernleitung von elektrischer Energie! Beschreiben Sie den Aufbau eines Wechselstromgenerators! Erläutern Sie seine Wirkungsweise!