Teil A – Fragen zu allen Bereichen

In den Aufgaben 1.1 und 1.2 ist von den jeweils drei Auswahlmöglichkeiten genau eine Antwort richtig. Kreuze die jeweils richtige an.

1.1

Licht konstanter Intensität trifft auf eine Metalloberfläche und löst Elektronen heraus. Bei der Untersuchung des äußeren lichtelektrischen Effekts gilt folgender Zusammenhang:

	Je größer die Frequenz des Lichts, desto kleiner die Anzahl der emittierten Elektronen.
	Je größer die Frequenz des Lichts, desto größer die Anzahl der emittierten Elektronen.
	Je größer die Frequenz des Lichts, desto größer die Energie der emittierten Elektronen.

Erreichbare BE-Anzahl: 01

1.2

Für die Bewegung eines Körpers gilt:
Der Anstieg einer Tangente in einem beliebigen Punkt an den Graphen der Funktion im $v(t)$ - Diagramm ist ein Maß für:

	die auf den Körper wirkende Beschleunigung.
	den vom Körper zurückgelegten Weg.
	die Anfangsgeschwindigkeit des Körpers.

Erreichbare BE-Anzahl: 01

Ein Kahn wird durch zwei Personen unter Nutzung von Seilen auf einem Kanal gegen die Strömung des Wassers gezogen. Jede Person zieht mit gleichem Betrag der Kraft in Richtung der jeweils eingezeichneten Wirkungslinie (siehe Abbildung). Dadurch bewegt sich der Kahn gleichförmig entgegen der Strömungsrichtung.

sachsen physik abi lk 2021 teil a abbildung 1 kahn wird an seil gegen die strömung des wassers gezogen

Die insgesamt am Kahn entgegen der Strömung angreifende Reibungskraft beträgt $400\,\text N$ . Zeichne in die Abbildung einen Vektorpfeil für diese Kraft ein. Gib den Maßstab an.
Ermittle zeichnerisch unter Nutzung der Abbildung den Betrag der Kraft, den jede Person aufbringen muss.

Erreichbare BE-Anzahl: 04

Eine Flüssigkeit befindet sich in einem Gefäß, dessen Wände aus planparallelen Glasplatten bestehen. Ein monochromatisches, paralleles Lichtbündel trifft aus Luft kommend auf eine der Gefäßwände, durchläuft diese und tritt in die Flüssigkeit ein. Der Lichtstrahlverlauf soll zur Untersuchung der Brechung genutzt werden.
Die Abbildung (nicht maßstäblich) zeigt die Anordnung.
Skizziere in die Abbildung, ohne zusätzliche Rechnung, den weiteren Strahlverlauf unter Beachtung von $n_{\text {Luft }}\lt n_{\text {Flüssigkeit }}\lt n_{ \text{Glas }}$ .

sachsen physik abi lk 2021 teil a abbildung 2

Erreichbare BE-Anzahl: 02

Ein ideales Gas befindet sich in einem geschlossenen System im Zustand 1. Das Gas durchläuft nacheinander die Zustandsänderungen $1 \rightarrow 2$ und $2 \rightarrow 3$ (isotherm). Die Abbildung zeigt das zugehörige $p( V)$ -Diagramm.

Für das ideale Gas gilt $\dfrac{p \cdot \text V}{\text T}= \text{konst.}$ .

4.1

Nenne eine Formulierung des ersten Hauptsatzes der Thermodynamik und wende den Satz auf die Zustandsänderung $2 \rightarrow 3$ an.

Erreichbare BE-Anzahl: 02

4.2

Vergleiche die Beträge der Volumenarbeiten $W_{12}$ und $W_{23}$ . Entscheide, ob die jeweilige Volumenarbeit dem System zugeführt oder vom System abgegeben wird.

Erreichbare BE-Anzahl: 03

4.3

Zeichne das zugehörige $V(T)$ - Diagramm.

sachsen physik abi lk 2021 teil a abbildung 3

Kennzeichne die Zustände 2 und 3 im Diagramm.

Erreichbare BE-Anzahl: 02

1.1

	Je größer die Frequenz des Lichts, desto kleiner die Anzahl der emittierten Elektronen.
	Je größer die Frequenz des Lichts, desto größer die Anzahl der emittierten Elektronen.
	Je größer die Frequenz des Lichts, desto größer die Energie der emittierten Elektronen.

Begründung

(Zum Lösen der Aufgabe reicht das Setzen des Häkchens)

Fotoeffekt: Die Energie $E_{\text{Ph}}$ eines Photon ist proportional zur Lichtfrequenz $f.$ Die Proportionalitätskonstante ist das Planck'sche Wirkungsquantum $h.$

$E_{\text{Ph}} = h\cdot f$

Trifft ein Photon auf ein Metall, kann es ein Elektron aus dem Metallverbund herauslösen, wenn die Energie des Photons größer als die Austrittsarbeit ist.

1.2

Für die Bewegung eines Körpers gilt: Der Anstieg einer Tangente in einem beliebigen Punkt an den Graphen der Funktion im $v(t)$ - Diagramm ist ein Maß für:

	die auf den Körper wirkende Beschleunigung.
	den vom Körper zurückgelegten Weg.
	die Anfangsgeschwindigkeit des Körpers.

Begründung

(Zum Lösen der Aufgabe reicht das Setzen des Häkchens)

Die Beschleunigung ist die Ableitung der Geschwindigkeit. Dies wird von der Tangente an den Graphen ausgedrückt.

Vorgehen und Überlegungen
(Zum Lösen der Aufgabe reicht das Einzeichnen von $\overrightarrow{F_R},$ Nennung des selbst gewählten Maßstabes und ablesen der Kraftbeträge.)

1. Schritt: Maßstab festlegen und nennen

Beispielsweise kann der Maßstab 1:100, also $1\;\text{cm}$ entspricht 100 Newton gewählt werden.

Hinweis: Je nach Bildschirmgröße kann die Messung variieren. Die Vorgehensweise bleibt jedoch die gleiche.

2. Schritt: Kräfte einzeichnen

$\overrightarrow{F_R}= 400 \;\text{N}$ wird unter Berücksichtigung des pasenden Maßstabes eingezeichnet.

$\overrightarrow{F_R}$ ist $4 \;\text{cm}$ lang.

Es werden parallele Geraden zu den beiden Wirkungslinien gezogen, welche die Spitze des Vektorpfeils $\overrightarrow{F_R}$ schneiden.

Somit können die Vektorpfeile für $\overrightarrow{F_{\text{P1}}}$ und $\overrightarrow{F_{\text{P2}}}$ eingezeichnet werden.

3. Schritt: Kraftbeträge angeben

Es ist $\overrightarrow{F_{\text{P1}}}=\overrightarrow{F_{\text{P2}}}$

Abmessen ergibt: Die Vektorpfeile sind ca. $2,1\;\text{cm}$ lang. Daraus folgt $4,2 \cdot 50= 210$ und somit $\overrightarrow{F_{\text{P1}}}=\overrightarrow{F_{\text{P2}}}= 210 \;\text{N}.$

4.1

Erster Hauptsatz der Thermodynamik

Die Änderung $\Delta U$ der inneren Energie eines Systems ist gleich der Summe aus verrichteter Arbeit und umgesetzter Wärmeenergie: $\Delta U=W+Q.$

Anwendung auf die Zustandsänderung von $\boldsymbol{2 \rightarrow 3}$

Aus der Aufgabenstellung (und dem Verlauf des Graphen für die Zustandsänderung von $2 \rightarrow 3$ ) geht die isotherme Zustandsänderung hervor: Die Temperatur ist konstant.

Bei konstanter Termperatur $T$ ist der Druck $p$ antiproportional zum Volumen $V.$

Daraus folgt, dass auch die innere Energie des Systems konstant bleibt; sich also nicht ändert.

In Formeln:

$\begin{array}[t]{rll} \Delta U_{2\rightarrow3}&=& 0 \\[5pt] W_{2\rightarrow3}+Q_{2\rightarrow3}&=& 0 \\[5pt] Q_{2\rightarrow3}&=& -W_{2\rightarrow3} \end{array}$

4.2

Zustandsänderung von $\boldsymbol{1 \rightarrow 2}$

Aus dem Verlauf des Graphen für den Vorgang $1 \rightarrow 2$ folgt:

Der Druck ist konstant, das Volumen sinkt (die Gasmenge nimmt ab).

Es handelt sich also um eine isobare Kompression und Volumenarbeit wird zugeführt.

Zustandsänderung von $\boldsymbol{2 \rightarrow 3}$

Der Verlauf des Graphen lässt sich dem einer isothermen Zustandsänderung zuordnen:

Der Druck sinkt und das Volumen nimmt zu (die Gasmenge dehnt sich aus).

Volumenarbeit wird abgegeben. Es handelt sich um eine isotherme Expansion.

4.3

Überlegungen:
(Zum Lösen der Aufgabe reicht das Einzeichnen der Zustände)

Zustandsänderung von $1 \rightarrow 2:$ Isobare Kompression
Isobar: Druck bleibt konstant $(p= \text{konstant})$
Kompression: Volumen sinkt
Zustandsänderung von $2 \rightarrow 3:$ Isotherme Expansion
Isotherm: Temperatur bleibt konstant $(T= \text{konstant})$
Expansion: Volumen nimmt zu

$\boldsymbol{V(T)}$ -Diagramm