Nimm dir wirklich 45 Minuten am Stück, Taschenrechner und Formelsammlung wie in der Arbeit — und klappe die Lösungen erst nach dem Auswerten auf. Bei allen Rechenaufgaben zählt hier nur das Endergebnis; in der echten Arbeit gibt es zusätzlich Punkte für Ansatz, Rechenweg und Einheit. Schreibe deshalb jede Rechnung trotzdem vollständig auf ein Blatt.
Wissen und Reproduzieren
16 PunkteIm Physikraum liegt ein Stromkreis aus Quelle, Schalter, Lampe und zwei Messgeräten vor dir.
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Richtig sind die ersten drei Aussagen (je 1 P, für jede falsch angeklickte Aussage 1 P Abzug). Das Voltmeter wird parallel angeschlossen; die Stromstärke wird in Ampere gemessen (Coulomb ist die Einheit der Ladung); und die Spannung liegt auch bei offenem Schalter an, obwohl dann kein Strom fließt.
Rechne die folgenden Größen aus. Achte bei jeder Teilaufgabe auf die Einheiten.
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a) I = Q/t = 36 C ÷ 12 s = 3,0 A (1 P). b) t = 1,0 min = 60 s; Q = I·t = 0,20 A · 60 s = 12 C (1 P). c) 750 mA = 750 ÷ 1000 A = 0,75 A (1 P). d) 2,2 kΩ = 2,2 · 1000 Ω = 2200 Ω (1 P).
Wende das ohmsche Gesetz U = R · I an und stelle es jeweils passend um.
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a) R = U/I = 6,0 V ÷ 0,30 A = 20 Ω (1 P). b) I = U/R = 24 V ÷ 80 Ω = 0,30 A (1 P). c) U = R·I = 150 Ω · 0,040 A = 6,0 V (1 P). d) R = U/I = 9,0 V ÷ 0,15 A = 60 Ω (1 P).
Es geht um die Grundregeln der beiden Grundschaltungen.
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Richtig sind die ersten drei Aussagen (je 1 P, für jede falsch angeklickte Aussage 1 P Abzug). In der Reihenschaltung teilt sich die Spannung, nicht die Stromstärke; parallel addieren sich die Kehrwerte der Widerstände; und ein geöffneter Zweig lässt die übrigen unberührt — genau deshalb wird im Haushalt parallel geschaltet.
Zusammenhänge herstellen
22 PunkteBei einer Fahrradbeleuchtung liegen Vorderlicht (R₁ = 40 Ω) und Rücklicht (R₂ = 20 Ω) hintereinander im selben Stromweg. Der Dynamo liefert U = 6,0 V.
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a) R = R₁ + R₂ = 40 Ω + 20 Ω = 60 Ω (1 P). b) I = U/R = 6,0 V ÷ 60 Ω = 0,10 A; in der Reihenschaltung fließt diese Stromstärke durch beide Lampen (2 P). c) U₁ = R₁·I = 40 Ω · 0,10 A = 4,0 V (2 P). d) U₂ = U − U₁ = 6,0 V − 4,0 V = 2,0 V, gleichwertig über U₂ = R₂·I (1 P). Kontrolle mit der Maschenregel: 4,0 V + 2,0 V = 6,0 V.
In einem Modellhaus hängen zwei Geräte parallel an einer Quelle mit U = 12 V. Das erste hat R₁ = 20 Ω, das zweite R₂ = 60 Ω.
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a) I₁ = U/R₁ = 12 V ÷ 20 Ω = 0,60 A (1 P). b) I₂ = U/R₂ = 12 V ÷ 60 Ω = 0,20 A (1 P). c) Knotenregel: I = I₁ + I₂ = 0,80 A (2 P). d) R = U/I = 12 V ÷ 0,80 A = 15 Ω; gleichwertig über 1/R = 1/20 Ω + 1/60 Ω = 4/60 Ω (2 P). Der Ersatzwiderstand ist kleiner als 20 Ω — das ist die Probe.
An einer Verteilerdose zweigen drei Stromkreise mit 3,8 A, 5,4 A und 2,6 A ab. Die Zuleitung ist mit 16 A abgesichert.
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a) Knotenregel: I = 3,8 A + 5,4 A + 2,6 A = 11,8 A (2 P). b) ΔI = 16,0 A − 11,8 A = 4,2 A (2 P). c) I = 11,8 A + 8,7 A = 20,5 A (1 P) — das liegt über 16 A, die Sicherung löst also aus und schützt damit die Zuleitung vor Überhitzung.
Ein Teilchen enthält 7 Protonen und 10 Elektronen. — Außerdem stehen zwei gleich große Metallkugeln auf Isolierfüßen: Kugel A trägt +10 e, Kugel B trägt −2 e. Die Kugeln werden kurz berührt und wieder getrennt; anschließend wird Kugel B geerdet. Gib alle Ladungen in Vielfachen der Elementarladung e an.
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a) Q = (Nₚ − Nₑ)·e = (7 − 10)·e = −3 e (1 P). b) Ladungserhaltung: Q = +10 e + (−2 e) = +8 e (1 P). c) Die Gesamtladung verteilt sich auf zwei gleich große Kugeln: +8 e ÷ 2 = +4 e je Kugel (2 P). d) Beim Erden fließen Elektronen aus der Erde nach, bis der Mangel ausgeglichen ist: Q_B = 0 (1 P). Beachte: Nach dem Ladungsausgleich sind die Kugeln nicht ungeladen, sondern gleich stark geladen.
Verallgemeinern und beurteilen
12 PunkteIn einer Lerngruppe werden die folgenden sechs Aussagen gesammelt. Prüfe jede Aussage mit deinem Fachwissen.
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Richtig sind die ersten drei Aussagen (je 2 P, für jede falsch angeklickte Aussage 2 P Abzug). Zu den falschen: Die Stromstärke ist vor und hinter der Lampe gleich — umgewandelt wird Energie, nicht Ladung. Beim Ladungsausgleich bleibt die Gesamtladung erhalten, ausgeglichen wird nur der Unterschied. Und U = R · I gilt weiterhin; bei der Glühlampe ist lediglich R nicht konstant, weil der Draht heißer wird.
Eine Quelle mit U = 9,0 V speist einen Vorwiderstand R_V. Dahinter teilt sich der Stromweg in zwei parallele Zweige mit den Lampen R₁ = 30 Ω und R₂ = 60 Ω, die anschließend wieder zusammenlaufen. In der Zuleitung wird die Gesamtstromstärke I = 0,30 A gemessen. Der Wert von R_V ist nicht angegeben.
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a) 1/R_p = 1/30 Ω + 1/60 Ω = 3/60 Ω, also R_p = 20 Ω (2 P). b) Durch den Parallelteil fließt der Gesamtstrom: U_p = R_p · I = 20 Ω · 0,30 A = 6,0 V (2 P). c) Maschenregel: U_V = 9,0 V − 6,0 V = 3,0 V, also R_V = U_V/I = 3,0 V ÷ 0,30 A = 10 Ω (1 P). d) I₁ = U_p/R₁ = 6,0 V ÷ 30 Ω = 0,20 A (1 P). Probe mit der Knotenregel: I₂ = 6,0 V ÷ 60 Ω = 0,10 A, und 0,20 A + 0,10 A = 0,30 A.
Ergebnis
| Aufgabe | Thema | Punkte |
|---|
Notenschema
| Punkte | Note | Beurteilung |
|---|---|---|
| 46 – 50 P | 1 | sehr gut |
| 40 – 45 P | 2 | gut |
| 30 – 39 P | 3 | befriedigend |
| 22 – 29 P | 4 | ausreichend |
| 12 – 21 P | 5 | mangelhaft |
| 0 – 11 P | 6 | ungenügend |