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Abschlussprüfung Telekolleg Multimedial Lehrgang 14

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Academic year: 2021

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Abschlussprüfung Telekolleg Multimedial Lehrgang 14

Fach: Physik

Lösungsvorschlag

Termin: 08.März 2008 Arbeitszeit: 150 Minuten

Bewertungsschlüssel

BE | 60 – 52 | 51 – 43 | 42 – 34 | 33 – 25 | 24 – 13 | 12 – 0 Note | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6

(2)

- 2 -

Aufgabe 1 BE

1.1 Die Schnur ist gerade noch gespannt. Daher gilt: FZ =FG

2 O

O

m v⋅l = ⋅m g; v = g⋅l

3

1.2

kin,U pot,O kin,O

2 2 2

U O O

U 2

E E E

1 1

m v m g 2 m v mit v g

2 2

m m

v 5 g 5 9,8 0,55m 5,2

s s

= +

⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ = ⋅

= ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ =

l l

l

5

1.3.1

Die durch die Schnur ausgeübte Zentripetalkraft wirkt nicht mehr. Der Körper behält seine Geschwindigkeit nach Betrag und Richtung bei.

Diese gleichförmige Bewegung in horizontaler Richtung und der freie Fall in vertikaler Richtung überlagern sich. Es ergibt sich ein

waagrechter Wurf mit vx =vU und vy = ⋅g t, dessen Flugbahn parabelförmig verläuft.

4

1.3.2

2

2

1 2 h 2 0,75m

h g t ; t 0,39 s

2 g 9,8m

s

⋅ ⋅

= ⋅ ⋅ = = =

U

w v t 5,2m 0,39 s 2,0m

= ⋅ = s ⋅ =

4

1.3.3

= 2x+ 2y = 2U+ ⋅ ⋅ = m 2+ ⋅ m2 ⋅ = m v v v v 2 g h (5,2 ) 2 9,8 0,75m 6,5

s s s

U

5,2m

v s

cos 0,80; arccos 0,80 37

v 6,5m s

α = = = α = = °

4

(3)

- 3 -

Aufgabe 2 BE

2.1

2 0

0 a

d U Q

t lg d fo C A

C mit U Q

⋅ ε

= ⋅

⋅ ε

=

=

12 2

12 2 2

20,0 10 As 1,00 10 m Vm

U 56,5 V

8,85 10 As (2,00 10 m)

U 56,5V kV

E ; E 5,65

d 0,0100m m

⋅ ⋅ ⋅ ⋅

= =

⋅ ⋅ ⋅

= = =

4

2.2.1 Da U proportional zu d ist, verdoppelt sich die Spannung auf U = 113 V. Die Feldstärke bleibt mit kV

E 5,65

= m gleich, da das

Verhältnis aus Spannung und Abstand gleich bleibt.

oder

( )

12 2

2 2

12 2 0

2

2 2

Q d 20,0 10 C 0,0200m

U 113 V

C

A 8,85 10 0,0200m

N m

U 113 V kV

E 5,65

d 0,0200m m

⋅ ⋅ ⋅

= = =

ε ⋅ ⋅ ⋅

= = =

4

2.2.2

( )

( )

2 2

2 2 1 1

2 2

2 1 2 1

2 1

12 10

1 1 Q

W C U C U mit C

2 2 U

1 Q 1 Q 1

W U U Q U U

2 U 2 U 2

W 1 20,0 10 As 113 V 56,5V 5,65 10 J 2

= ⋅ ⋅ − ⋅ ⋅ =

= ⋅ ⋅ − ⋅ ⋅ = ⋅ −

= ⋅ ⋅ ⋅ − = ⋅

5

2.3 + + + + + + + + + +

- - - -

3

2.4 3 9 5

el el

6 5

G G 2

el G

5 5

el G

6 2

F E Q ; F 5,65 10 V 10,0 10 As 5,65 10 N m

F m g; F 2,00 10 kg 9,81m 1,96 10 N s

Da F F wird das Staubkorn nach oben beschleunigt.

F F 5,65 10 N 1,96 10 N m

a ; a 18,5

m 2,00 10 kg s

= ⋅ = ⋅ ⋅ ⋅ = ⋅

= ⋅ = ⋅ ⋅ = ⋅

>

− ⋅ − ⋅

= = =

6

F uur

el

F uur

G Er

(4)

- 4 -

Aufgabe 3 BE

3.1 8 4

Io Io Io Io

Io

2 2 4,22 10 m m

v r r 1,73 10

T 1,77 24 3600 s s

⋅ π ⋅ π ⋅ ⋅

= ω ⋅ = ⋅ = = ⋅

⋅ ⋅

2

3.2

( )

3 2

Eur Eur

3 2

Io Io

2

Eur 3 Eur

Io Io

Eur 3 2 Io

8 8

Eur Io

r T

r T

r T

r T

r 2,01 1,59

r

r 1,59 r 1,59 4,22 10 m 6,71 10 m

=

 

=  

 

= =

= ⋅ = ⋅ ⋅ = ⋅

4

3.3 Für die Beträge der Zentralkraft und der Gravitationskraft gilt:

Z G

F =F

( )

( )

Io J 2

Io Io Io Io

2

Io Io

2 8 3

2 3

Io 27

J 2 3

11 2 Io

2

m m 2

G m r mit

r T

4 4,22 10 m

4 r

m 1,90 10 kg

G T m

6,67 10 1,77 24 3600 s kg s

⋅ ⋅ π

⋅ = ⋅ ω ⋅ ω =

⋅ π ⋅ ⋅

⋅ π ⋅

= = = ⋅

⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅

5

3.4

p J

Io Eur 3

11 27

p 2 8 8

10 p

1 1

E G m m

r r

m 1 1

E 6,67 10 100kg 1,90 10 kg

kg s 4,22 10 m 6,71 10 m

E 1,11 10 J

 

∆ = ⋅ ⋅ ⋅ − 

 

 

∆ = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅  ⋅ − ⋅ 

∆ = ⋅

3

3.5

( )

Io J

G 2

Io

3 22 27

11 22

G 2 8 2

m m

F G

r

m 8,93 10 kg 1,90 10 kg

F 6,67 10 6,35 10 N

kg s 4,22 10 m

= ⋅ ⋅

⋅ ⋅ ⋅

= ⋅ ⋅ = ⋅

⋅ ⋅

Die Gravitationskraft FrG

wird als Zentralkraft benötigt.

oder

Die auf den Mond Io wirkende Zentrifugalkraft ist gleich groß der Gravitationskraft aber entgegengesetzt gerichtet, somit bleibt Io auf seiner Umlaufbahn.

4

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