Prüfungsvorbereitung Physik: Elektrizität, Bewegungen

Prüfungsvorbereitung Physik: Elektrizität, Bewegungen
Die Grundlagen aus der Elektrizitätslehre aus der vorherigen Prüfung werden vorausgesetzt; evtl.
kurz repetieren!
Theoriefragen: Diese Begriffe musst du auswendig in ein bis zwei Sätzen erklären können.
a) Nenne die drei Wirkungen des elektrischen Stroms
b) Elektromagnet
c) Wie verändert sich das Magnetfeld, wenn man einen Eisenkern in eine stromdurchflossene
Spule schiebt? Warum?
d) Was ist ein Relais?
e) Welche Regeln gelten bezüglich Spannung und Stromstärke in der Parallelschaltung?
f) Welche Regeln gelten bezüglich Spannung und Stromstärke in der Serieschaltung?
g) Wozu verwenden wir den elektrischen Strom?
h) Kilowattstunde
i) Ab welcher Stromstärke (bei welcher Einwirkungsdauer) führt ein Stromunfall häufig zum Tod?
j) Was versteht man unter einem Kurzschluss? Was geschieht bei einem Kurzschluss mit der
Stromstärke?
k) Erkläre, wie eine Sicherung funktioniert. Wie schützt sie? Was/wen schützt sie?
l) Erkläre, wie die Erdung funktioniert. Wie schützt sie? Was/wen schützt sie?
m) Erkläre, wie ein FI-Schalter funktioniert. Wie schützt er? Was/wen schützt er?
n) Gleichförmige Bewegung
o) Ungleichförmige Bewegung
p) Beschleunigung/Verzögerung
q) Durchschnittsgeschwindigkeit
Physikalische Grössen: Diese physikalischen Grössen musst du kennen, mit Symbolen und
Einheiten.
Symbol Einheit Symbol Einheit
Ladung Stromstärke
Zeit Spannung
Widerstand Leistung
Arbeit Energie
Weg Geschwindigkeit
Fähigkeiten: Diese Fähigkeiten musst du beherrschen.
] Diagramme ablesen
] Formeln umformen
] Zahlenwerte mit Einheiten in Formeln einsetzen und ausrechnen
] Physikaufgaben lösen, bei denen mehr als eine Formel verwendet werden
] Schaltpläne lesen und zeichnen können
] Die Funktionsweise verschiedener Geräte, die Elektromagnete enthalten, erklären können
] Bewegungsdiagramme zeichnen und interpretieren

†
Formeln und Schaltzeichen: Diese Formeln und Schaltzeichen stehen auf dem Prüfungsblatt. Du
musst sie nicht auswendig wissen, sondern richtig anwenden können.
I = Q
t
†
R = U
I
†
U = R ⋅ I
†
P = U ⋅ I
1 Elektron hat die Ladung 0,000'000'000'000'000'000’16 C (1.6 · 10 -19 C)
6‘250‘000‘000‘000‘000‘000 (6.25 · 10 18 ) Elektronen haben die Ladung 1 C
1 kWh kostet 20 Rp.
†
P = W
t
†
s = v ⋅ t
Leitung Stromquelle Lampe Schalter (offen) Schalter (geschlossen)
U I
Voltmeter Ampèremeter Widerstand
Übungsaufgaben:
Alle Arbeitsblätter und Aufgabenblätter
Aufgaben im Internet
www.leifiphysik.de Æ Inhalt nach Gebieten Æ Mechanik
Æ Zeit, Geschwindigkeit, Beschleunigung (7)
Aufgaben: Æ Geschwindigkeit
Æ Musteraufgaben
Aufgaben vorwiegend zur Geschwindigkeit: Marsmission, Mann und Hund,
Diagramm, Kontinentaldrift, Radfahrer, Polizeikontrolle, DB-Fahrplan,
Messungenauigkeit, Autofahrt Hengersbg.-Regensbg., Lesen von
Diagrammen, Rennwagen, Blitz und Donner, Rapunzel, Notarzt-Einsatz
Æ Leifi-Tests à 10 Fragen
10 Fragen zu Weg, Zeit und Geschwindigkeit
10 Fragen zu s-t-Diagrammen und zu t-v-Diagrammen
Versuche: Æ Fahrradgeschwindigkeit messen
Æ Geschwindigkeitsumrechner
Weitere Aufgaben
1. Bambusrohr wächst unter günstigen Umständen 0.30 m am Tag. Wie gross ist die Wachstumsgeschwindigkeit
in
cm
?
h
2. Der TGV fährt um 7:02 h in Zürich ab und kommt um 11:34 h in der 560 km entfernten Stadt
Paris an.
Wie hoch ist † die mittlere Reisegeschwindigkeit des Zuges in
km
und in
m
h s
?
3. Markiere die signifikanten Ziffern durch Punkte. Gib jeweils an, wie viele signifikante Ziffern die
einzelnen Zahlen besitzen.
a) 2.9700 km b) 0.00005 s c) 3078.02 † N d) † 0.63 e) 500.0
m
s
4. Rechne aus, und runde auf die richtige Anzahl signifikanter Ziffern.
a) 417.091 kg : 54.80 b) 0.00123 m · 17.0537960 m c) 0.7 · 3.47 s
5. Runde auf die richtige Anzahl signifikanter Ziffern und schreibe das Resultat als Zehnerpotenz
in der üblichen Form:
Der Tausendfüssler Tappel-Tappel (v = 3.5 · 10 -2 km
) spaziert während 2.3598 s einem Weg
h
entlang. Wie weit kommt er (in m)?
†
†

6. Hier siehst du eine
elektrische Klingel.
Solange die Klingeltaste
gedrückt wird,
bewegt sich der
Klöppel schnell hin
und her. Erkläre, wie
die elektrische Klingel
funktioniert.
7. Berechne jeweils die fehlenden Grössen. Formel und Lösungsweg nicht vergessen!
Spannung Stromstärke
Widerstand
Ladung Zeit Leistung Arbeit Stromkosten
2'500 C 1.00 h 4.6 kJ
220 V 245 W 700 kJ
490 mA 45 min 0.07 kWh
380 V 7.9 kW 6.0 Rp.
8. Auf einem Bügeleisen steht die Angabe 1500 W/230 V.
a) Was sagen diese beiden Angaben aus?
b) Wie viel Energie (in J und in kWh) "verbraucht" das Bügeleisen, wenn es 15 min lang
eingeschaltet ist?
c) Was kostet das?
d) Wie gross ist die Stromstärke, die bei einer Leistung von 1500 W durch das Bügeleisen fliesst?
e) Wie viel Ladung ist durch das Bügeleisen geflossen, nachdem es 15 min lang eingeschaltet
war?
f) Wie gross ist der Widerstand des Bügeleisens?
g) Wie gross ist die Leistung des Bügeleisens, wenn es im Ausland bei 115 V betrieben wird?
(Annahme: Der Widerstand des Bügeleisens ist konstant.)
9. Hier siehst Du verschiedene
Lämpchen in einem Schaltplan
dargestellt.
Schreibe die fehlenden Grössen
hinein.
I1 = ? I = 0.24 A
R1 = ?
U1 = ?
P1 = ?
I2 = ?
R2 = ? R3 = 12 Ω
I = 0.40 A P2 = ? U3 = ?
U2 = ? I3 = ?
P3 = ?
U0 = 6.0 V

†
†
10. Hier siehst du ein Bügeleisen mit Erdung. Durch einen Isolationsdefekt entsteht eine direkte
Verbindung zwischen dem stromführenden
Kabel und dem Gehäuse des Bügel-
Sicherung
eisens.
a) Erleidet die Frau einen Stromschlag,
wenn sie das Gehäuse des Bügeleisens
berührt? Begründe deine Antwort.
b) Zeichne den Verlauf des Stromflusses
ein.
c) Brennt die Sicherung durch? Begründe
deine Antwort.
11. Ein Radfahrer bewegt sich gleichförmig. Für die ersten 200 m braucht er 75 s.
a) Wie gross ist seine Geschwindigkeit?
b) Wie lange braucht er für die nächsten 80 m?
c) Wie weit kommt er in fünf Minuten?
s in m
12. Betrachte das nebenstehende Zeit-Weg-Diagramm
für die Bewegung einer Velofahrerin:
a) Wie gross ist die Geschwindigkeit in den Abschnitten
I, II und III?
b) Wie gross ist die Durchschnittsgeschwindigkeit?
c) Zeichne im Diagramm eine Geschwindigkeit ein, die
halb so gross ist wie in Abschnitt I.
d) 20 m weiter vorne ist gleichzeitig mit der Velofahrerin
ein Töffli gestartet (v = 7.2
km
h
†
).
- Stelle die Bewegung des Töfflis im Diagramm
dar.
- Wo und wann begegnen sich die beiden?
13. Herr Maier fährt mit konstanter Geschwindigkeit (80
km
) von Zürich nach Luzern (50 km). Herr
h
Klein startet 15 Minuten später und fährt mit 120
km
. Herr Müller startet gleichzeitig mit Herrn
h
Maier und fährt von Luzern nach Zürich (v = 90
km
h
†
†
†
).
80
50
I
II
III
0
0 10 20 30 40 t in s
a) Zeichne ein Diagramm für diese Bewegungen (Achsen vollständig beschriften!).
b) Wird Herr Klein Herrn Maier einholen?
c) Zu welchen Zeitpunkten begegnen sich die Autofahrer?
Lösungen:
1. v = s 30 cm
= = 1.25
cm
t 24 h h
2. t = 11:34 h - 7:02 h = 4 h 32 min = 4.53 h = 16'320 s
v = sgesamt tgesamt = 560 km
= 124
km
4.53 h h
v =
†
sgesamt tgesamt = 560' 000 m
= 34.3
m
16' 320 s s
3. a) 5 b) 1 c) 6 d) 2 e) 4
4. a) 7.611 kg b) 0.0210 m 2
c) 2 s
5. 2.3 · 10 -2 m
6. Die Klingeltaste wird gedrückt Æ Der Stromkreis ist geschlossen Æ Der Elektromagnet zieht
das Federblech an Æ Der Klöppel schlägt auf die Glocke Æ Der Stromkreis wird unterbrochen
(Kontakt bei der Stellschraube offen) Æ Der Elektromagnet zieht das Federblech nicht mehr an
Æ Das Federblech federt zurück Æ Der Stromkreis ist geschlossen (Kontakt bei der
Stellschraube zu) Æ Der Elektromagnet zieht das Federblech an Æ etc.

†
†
†
†
†
†
†
†
†
†
†
†
†
7. a)
4'600 J
3'600'000 J
= 1.28 ⋅10
kWh
-3 kWh kostet
1.28 ⋅10 -3 kWh ⋅ 20 Rp
= 0.026 Rp
kWh
P =
†
W 4'600 J
= = 1.28 W
t 3'600 s
I =
†
Q 2'500 C
= = 0.69 A
t 3'600 s
U = P 1.28 W
= = 1.85 V
I 0.69 A
R =
†
U 1.85 V
= = 2.69 W
I 0.69 A
700'000 J
b)
3'600'000 J
= 0.194 kWh kostet 0.194 kWh ⋅ 20
kWh
†
Rp
= 3.89 Rp
kWh
t = W 700'000 J
= = 2857 s = 48 min
P 245 W
I =
†
P 245 W
= = 1.11 A
U 220 V
R = U 220 V
= = 198 W
I 1.11 A
Q = I ⋅ t = 1.11 A ⋅ 2'857 s = 3'171 C
c) 0.070 kWh kostet 0.070 kWh ⋅ 20
†
†
Rp
= 1.4 Rp
kWh
0.070 kWh sind 0.070 kWh ⋅ 3'600'000
†
J
= 252'000 J P =
kWh
†
W 252'000 J
= = 93.3 W
t 2'700 s
U = P 93.3 W
= = 190 V
I 0.49 A
Q = I ⋅ t = 0.49 A ⋅ 2'700 s = 1'323 C
R =
†
U 190 V
= = 388 W
I 0.49 A
6.0 Rp
d)
20 Rp
= 0.30 kWh sind 0.30 kWh ⋅ 3'600'000
kWh
†
J
= 1'080'000 J = 1.08 MJ
kWh
t = W 1'808'000 J
= = 137 s
P 7'900 W
I = P
R =
7'900 W
= = 20.8 A
U 380 V U 380 V
= = 18.3 W
I 20.8 A
Q = I ⋅ t = 20.8 A ⋅137 s = 2'849 C
8. a) Das Bügeleisen verbraucht die Leistung 1'500 W, wenn es bei 230 V betrieben wird.
b) W = P · t = 1'500 W · 900 s = 1'350'000 † J = 1.35 MJ
= 1.5 kW · 0.25 h = 0.375 kWh
c) 0.375 kWh kosten 0.375 kWh⋅
†
20 Rp
kWh
= 7.5 Rp d)
I = P
U
R = U
I
= 1' 500 W
230 V
= 6.52 A
e) Q = I · t = 6.52 A · 900 s = 5'868 C f)
230 V
= = 35.3 W
6.52 A
9.
g) Bei halber † Spannung ist die Stromstärke auch nur halb so gross, d.h.
P = U · I = 115 V · 3.26 A = 375 W (ein Viertel) †
I1 = 0.24 A (gleiche Stromstärke im gleichen Zweig vor und nach dem Lämpchen)
I3 = 0.40 A (gleiche Gesamtstromstärke) †
I2 = I3 - I1 = 0.40 A - 0.24 A = 0.16 A (Stromstärke teilt sich auf in der Parallelschaltung)
U3 = R3 · I3 = 12 Ω · 0.40 A = 4.8 V
U1 = U0 - U3 = 6.0 V - 4.8 V = 1.2 V (Spannung teilt sich auf in der Serieschaltung)
U2 = U1 = 1.2 V (gleiche Spannung in der Parallelschaltung)
R1 = U1 =
I1 1.2 V
= 5.0 W
0.24 A
R2 = U2 =
I2 1.2 V
= 7.5 W
0.16 A
P1 = U1 · I1 = 1.2 V · 0.24 A = 0.288 W
P2 = U2 · I2 = 1.2 V · 0.16 A = 0.192 W
P3 = U3 · I3 = 4.8 V · 0.40 A = 1.92 W

†
†
†
10. a) Nein, da gefährliche Ströme durch's Erdungskabel an der Frau vorbeigeleitet werden (der
Widerstand des Erdungskabels ist viel kleiner als der Widerstand der Frau).
b)
c) Ja, da jetzt plötzlich viel mehr Strom fliesst (weil das Erdungskabel einen kleineren
Widerstand besitzt als das Gerät bei Normalbetrieb)
11. a) v = s
t
= 200 m
75 s
c) s = v ⋅ t = 2.67
12. a) I: v =
†
s
t
II: 0
III: v = s
t
b)
v = s gesamt
t gesamt
= 60 m
10 s
= -20 m
15 s
= 40 m
= 2.67 m
s
†
= 6.0
m
s
= 9.6
m s ⋅ 300 s = 800 m
45 s
= -1.3 m
s
= 0.89 m
s
km h
†
b)
s in m
t = s
v
= 80 m
2.67 m
s
= 30 s
† c)
d)
7.2
km
= 2.0
m
h s
Sie begegnen sich zweimal:
0
0 10 20 30 40 t in s
Zur Zeit t = 5.0 s am Ort s = 30 m und zur Zeit t = 20 s am Ort s = 60 m
13.
†
a) Maier:
Klein: †
Müller:
b) nein
c) Müller-Meier: nach 17.5 min
s [km]
Luzern 50
40
Müller-Klein: nach 23 min
30
80
50
20
10
I
II
Zürich 0
0 30 60 t [min]
III