Schriftliche Abschlussprüfung Physik 2002/2003

7.1  Die Talsperre Eibenstock im Erzgebirge dient dem Hochwasserschutz, der Trinkwasserversorgung, der Elektroenergieerzeugung und der Erholung

7.1.1 Zu Kontrollzwecken überquert ein Radfahrer die 300 m lange Krone der Talsperre mit einer konstanten Geschwindigkeit von 18 km/h. Berechnen Sie die dafür benötigte Zeit.

7.1.2 Der Radfahrer hat mit seinem Fahrrad zusammen die Masse 100 kg. Berechnen Sie die kinetische Energie.

7.1.3 Ein zweiter Radfahrer mit der Masse 50 kg überquert die Brücke mit der doppelten Geschwindigkeit.
Vergleichen Sie die kinetischen Energien der beiden Radfahrer. Begründen Sie Ihr Ergebnis.

7.1.4 Beschreiben Sie, was beim plötzlichen, starken Bremsen eines Radfahrers mit lose befestigten Gepäckstücken passieren kann. Begründen Sie Ihre Aussage mithilfe eines physikalischen Gesetzes.

Für 7.1.1 bis 7.1.4 erreichbare BE: 11

7.2    Der Stausee der Talsperre Eibenstock hat eine Fläche von etwa 3,5 km2. Eine 10 cm dicke Wasserschicht an der Oberfläche hat damit eine Masse von etwa 350 000 t.

7.2.1 Berechnen Sie die von dieser Wassermenge abgegebene Wärme, wenn sich das Wasser von 20 °C auf 19 °C abkühlt.

7.2.2 Erläutern Sie den Einfluss eines großen Stausees auf das Klima in der unmittelbaren Umgebung.

7.2.3 Nennen Sie eine weitere Folge für die Umwelt, die eintreten kann, wenn neue Stauseen geschaffen werden.

Für 7.2.1 bis 7.2.3 erreichbare BE: 6

7.3    Die Talsperre Eibenstock verfügt über ein Wasserkraftwerk mit der Spitzenleistung 1 700 kW.

7.3.1 Im Wesentlichen besteht ein Wasserkraftwerk aus den Aggregaten Turbine, Generator und Transformator. Geben Sie deren jeweilige Funktion an.

7.3.2 Berechnen Sie die elektrische Energie, die von diesem Wasserkraftwerk in 24 Stunden erzeugt werden kann.

Für 7.3.1 bis 7.3.2 erreichbare BE: 5

7.4    Zum Schutz der Umwelt gewinnen alternative, regenerative Energiequellen immer mehr an Bedeutung.

7.4.1 Nennen Sie eine solche Energiequelle.

7.4.2 Geben Sie einen Vor- und einen Nachteil der von Ihnen genannten Energiequelle an.

Für 7.4.1 bis 7.4.2 erreichbare BE: 3

7.1.1 ges.: t
geg.: v = 18 km/h = 5 m/s; s = 300m

Lösung:

7.1.2 ges.: E_kin
geg.: m = 100 kg; v = 5 m/s

Lösung:

7.1.3 Die kinetische Energie des zweiten Radfahrers beträgt das Doppelte der kinetischen Energie des ersten Radfahrers.
Da die Masse des zweiten Radfahrers nur halb so groß ist wie die Masse des ersten, wäre bei gleicher Geschwindigkeit die kinetische Energie auch nur halb so groß (E_kin ~ m).
Die Geschwindigkeit des zweiten Radfahrers beträgt das Doppelte der Geschwindigkeit des ersten Radfahrers. Bei gleicher Masse wäre die kinetische Energi des zweiten Radfahres vier Mal so groß (E_kin~v²).
Berücksichtigt man nun beide Aspekte, so ergibt sich, dass die kinetische Energie des zweiten Radfahrers doppelt so groß wie die des ersten Radfahrers ist (1/2 • 4=2).

oder Nachweis durch Berechnung:

Die kinetische Energie des zweiten Radfahrers ist doppelt so groß wie die des ersten.

7.1.4 Beim plötzlichen starken Bremsen eines Radfahrers werden sich lose befestigte Gepäckstücke in Fahrtrichtung losreißen. Ursache dafür ist das Trägheitsgesetz: Ein Körper behält seinen Bewegungszustand so lange bei, so lange keine Kraft auf ihn einwirkt.
Da die Gepäckstücke nur lose befestigt sind, kann die Bremskraft nicht übertragen werden, die Gepäckstücke behalten ihren Bewegungszustand bei und reißen sich nach vorn los.

7.2

7.2.1 ges.: Q
geg.: m = 350000 t = 350000000 kg; DT = 1 K; c =
Lösung:

Q = c • m • DT
Q = • 350000000 kg • 1 K •
Q = 1 465 000 000 kJ = 1 465 000 MJ

7.2.2 Durch einen großen Stausee wird das Klima in der unmittelbaren Umgebung gemäßigter, insbesondere starke Temperaturschwankungen treten kaum noch auf. Steigt die Temperatur schnell an, nimmt das Wasser sehr viel Wärme auf, die Umgebung bleibt kühler.
Kühlt es sehr schnell ab, gibt das Wasser Wärme an die unmittelbare Umgebung ab, die Abkühlung fällt wesentlich geringer aus als in größerer Entfernung vom Stausee.

7.2.3 Durch neue Stauseen können zum Beispiel Umsiedlungen von Menschen notwendig sein, die ihr Haus im Staugebiet stehen haben.
Der Lebensraum von Tieren wird vernichtet. ...

7.3.1 Turbine: Antreiben des Generators (Übertragung kinetischer Energie)
Generator: Erzeugen von Elektroenergie (Umwandlung kinetischer in elektrische Energie)
Transformator: Erzeugt Hochspannung (Erzeugen von Hochspannung aus der abgegebenen Spannung des Generators)

7.3.2 Ges.: E
geg.: P = 1700 kW; t = 24 h

Lösung:

E = P • t
E = 1700 kW • 24 h
E = 40800 kWh

7.4.1 Windkraft, Sonnenenergie

7.4.2 Vorteil: Erneuerbarkeit der Energie
Nachteil: Lärmbelästigung im näheren Umfeld, nicht immer verfügbar

Die vorliegenden Lösungen sind Musterlösungen von , Georg-Schumann-Schule in Leipzig, und keine offiziellen Lösungen des Sächsischen Staatsministeriums für Kultus.Herzlicher Dank gilt Frau Mohr, Herrn Schumann, Herrn Viehrig und Herrn Genscher, die die vorliegenden Lösungen begutachteten.  Der Autor garantiert nicht für die Vollständigkeit und Richtigkeit der vorliegenden Lösungen. In Klammern stehende und kleiner gedruckte Lösungen betrachtet der Autoren auch als möglich bzw. sind als Kommentar gedacht. Wir freuen uns über jeden Hinweis zur Verbesserung dieser Musterlösungen. Bitte senden Sie uns eine Email, Betreff: Prüfung 2003

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