Mecklenburg-Vorpommern Zentralabitur 2012 Physik Aufgaben

Abitur 2012 Physik                                                               Seite 2 Hinweise für die Schülerinnen und Schüler Aufgabenwahl Die vorliegende Arbeit besteht aus den Prüfungsteilen A und B. Alle Prüfungsteilnehmer bearbeiten den Teil A. Es besteht die Wahlmöglichkeit zwischen den Aufgaben A3.1 und A3.2. Prüfungsteilnehmer, die die Prüfung unter erhöhten Anforde- rungen ablegen, bearbeiten zusätzlich den Prüfungsteil B. Hier besteht die Wahlmöglichkeit zwischen den Aufgaben B1 und B2. Bearbeitungszeit Die Bearbeitungszeit beträgt 240 Minuten für den Teil A und weitere 60 Minutenfür den Teil B. Es werden zusätzlich 30 Minuten für die Wahl der Aufgaben gewährt. Hilfsmittel ein an der Schule zugelassenes Tafelwerk ein an der Schule zugelassener Taschenrechner ein Wörterbuch der deutschen Rechtschreibung Schülerinnen und Schüler, deren Muttersprachenicht die deutsche Spracheist, könnenals zusätzliches Hilfsmittel ein zweisprachiges Wörterbuchin gedruckter Form verwenden. Näheres regelt die Schule. Sonstiges Die Lösungensindin einer sprachlich einwandfreien und ma- thematisch exakten Form darzustellen. Alle Lösungswege müssenerkennbarsein. Grafische Darstellungen sind auf Millimeterpapier anzuferti- gen. Entwürfe können ergänzend zur Bewertung nur herangezo- gen werden, wenn sie zusammenhängend konzipiert sind und die Reinschrift etwa drei Viertel des erkennbar ange- strebten Gesamtumfanges umfasst. Maximal zwei Bewertungseinheiten können zusätzlich verge- ben werden bei sehr guter Notation und Darstellung, bei ele- ganten, kreativen und rationellen Lösungswegen sowie bei vollständiger Lösungeiner zusätzlichen Wahlaufgabe. Maximal zwei Bewertungseinheiten können bei mehrfachen Formverstößen abgezogen werden. Alle Prüfungsunterlagen sind geschlossen zurück zu geben.

Abitur 2012 Physik                                                             Seite 3 Aufgabe A 1          Kräfte und Energieumwandlungen                   (15 BE) Der Begriff Bungee Jumping bezeichnet eine mo- derne Extremsportart, bei der man von einem ho- hen Bauwerk kopfüber in die Tiefe springt. Der             4 freie Fall wird von einem Gummiseil, das am Kör- hu per des Springers und der Absprungplattform be- festigt ist, über dem Untergrund elastisch abge- bremst. Vernachlässigen Sie bei den folgenden Aufgaben hi,   son... n....n. alle Reibungsvorgänge und die Masse desSeiles. Die springende Personmit einer Masse von 80 kg soll als Massenpunkt betrachtet werden. Der Ab- h2 beresununnnnerengsanenn sprung erfolgt aus der Höhe ho = 50 m. Im ersten Abschnitt beschleunigt die Gewichts- kraft die springende Person, bis das Seil aufseine yg normale Länge von 20 m in der Höhe h, gestreckt ist. Im zweiten Abschnitt setzt die Dehnung des Gummiseils ein. Von diesem Mo- ment an kann es mit einer Feder verglichen werden. Esgilt ein lineares Kraft- gesetz; die Federkonstante beträgt 200.N. Die beschleunigende Kraft setzt sich m dann aus der Gewichtskraft und der rücktreibenden Spannkraft zusammen. In der Höhe hz ist die maximale Dehnung des Seils erreicht. Die folgende Auf- wärtsbewegung durch die Kontraktion des Seils bleibt unberücksichtigt. 1   Berechnen Sie die Geschwindigkeit der Personin der Höheh;. 2   BegründenSie, dass zwischen den Höhenhı und ha ein Punkt A existiert, in dem sich die Kräfte kompensieren. Zeigen Sie, dass das Gummiseil im Punkt A um 3,9 m gedehntwird. 3    Beschreiben Sie die Änderungenderpotentiellen und der kinetischen Ener- gie des Springers sowie die Änderung der Spannenergie des Gummiseils vom Moment des Bewegungsbeginnsin der Höhe ho bis zur maximalen Seildehnungin der Höhe h2. Betrachten Sie dabei auch die Abschnitte to -hı, h4ı-A und A-h». BegründenSie, dass die kinetische Energie im Punkt A maximalist. 4   Zeigen Sie mit Hilfe einer Energiebilanz, dass die größte Geschwindigkeit der Person etwa 75 beträgt. 5    Die maximale Dehnung desSeils ist von der Masse der Person abhängig. Bestimmen Sie durch Gegenüberstellung der Energie im Anfangs- und Endpunkt der Bewegung die Masse eines Springers, bei der dieser gerade den Untergrund erreichen würde. Der Springer wird weiterhin als Massen- punktbetrachtet.

Abitur 2012 Physik                                                             Seite 4 Aufgabe A2             Lichtelektrischer Effekt                  (15 BE) 1    Eine Vakuumfotozelle bildet mit einem Strommes-               ANremmeng ser einen Stromkreis. Die Vakuumfotozelle kann           I mit monochromatischem Licht verschiedenerFar-           N ben beleuchtet werden. 1.1 Erklären Sie die Entstehung des Fotostroms mit der Lichtquantenhypothese. 1.2 Die Katode der verwendeten Fotozelle besteht aus Barium (Wı = 2,52 eV). Bestimmen Sie die Grenzfrequenz, damit ein Fotostrom messbar wird. Zeichnen Sie in ein Exin(f) — Diagramm die EınsTEinsche Gerade ein. 1.3 Entscheiden und begründen Sie, ob Licht der Wellenlänge X, = 650 nm ei- nen Fotostrom auslöst. Der Stromkreis wird für die gleiche Vakuumfotozelle durch eine stellbare Spannungsquelle erweitert. Es wird UV-Licht verwendet. Das Diagramm zeigt das Ergebnis der Messung -50V..*50V des Fotostroms in Abhängigkeit von der Spannung und deren Polarität. 2.1     Lesen Sie aus dem Dia- gramm die größte Gegen- spannung ab, bei der der Fotostrom Null ist. Geben Sie damit die kine- tische Energie der emit- tierten Elektronen in eV an und ermitteln Sie die Fre- quenz der verwendeten UV-Strahlung. -3    -2     -1     0    ı  2      3      4      5 2.2     Die Lichtquelle wird näher an die Fotozelle gebracht. Skizzieren Sie die Veränderung im Diagramm und begründen Sie dies kurz. ÜbernehmenSie dazu das Diagramm als Skizze.

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