Übung 1: Kinematik
Ein Auto fährt mit einer konstanten Geschwindigkeit von 60 km/h auf einer geraden Straße. Wie weit ist es nach 2 Stunden gefahren?
Antwort:
Die Geschwindigkeit des Autos beträgt 60 km/h, was 16,67 m/s entspricht. Nach 2 Stunden hat das Auto also eine Strecke von:
s = v * t
s = 16,67 m/s * 7200 s
s = 120.012 m
Übung 2: Dynamik
Ein Körper mit der Masse 5 kg wird mit einer Kraft von 20 N beschleunigt. Wie groß ist die Beschleunigung?
Antwort:
Die Beschleunigung des Körpers kann mit der Formel:
a = F / m
berechnet werden. Setzt man die gegebenen Werte ein, erhält man:
a = 20 N / 5 kg
a = 4 m/s²
Übung 3: Energie
Ein Körper hat eine potentielle Energie von 50 J und eine kinetische Energie von 100 J. Wie groß ist die Gesamtenergie des Körpers?
Antwort:
Die Gesamtenergie des Körpers ergibt sich aus der Summe von potentieller und kinetischer Energie:
E = Ep + Ek
E = 50 J + 100 J
E = 150 J
Übung 4: Optik
Ein Gegenstand befindet sich 30 cm vor einer Linse mit einer Brennweite von 20 cm. Wie groß ist das Bild?
Antwort:
Die Bildgröße kann mit der Formel:
B / G = f / g
berechnet werden, wobei B die Bildgröße, G die Gegenstandsgröße, f die Brennweite der Linse und g der Abstand des Gegenstands zur Linse ist. Setzt man die gegebenen Werte ein, erhält man:
B / G = 20 cm / 30 cm
B / G = 0,67
Das Bild ist also um den Faktor 0,67 kleiner als der Gegenstand.
Übung 5: Elektrizität
Ein Widerstand R = 10 Ω wird mit einer Spannung U = 20 V betrieben. Wie groß ist der Strom?
Antwort:
Der Strom kann mit dem Ohmschen Gesetz berechnet werden:
I = U / R
Setzt man die gegebenen Werte ein, erhält man:
I = 20 V / 10 Ω
I = 2 A
Übung 6: Magnetismus
Ein stromdurchflossener Leiter erzeugt ein Magnetfeld. Wie groß ist die magnetische Flussdichte in einem Abstand von 5 cm?
Antwort:
Die magnetische Flussdichte kann mit der Formel:
B = µ0 * I / (2 * π * r)
berechnet werden, wobei µ0 die magnetische Feldkonstante, I die Stromstärke im Leiter und r der Abstand zum Leiter ist. Setzt man die gegebenen Werte ein, erhält man:
B = 4 * π * 10^-7 T * 1 A / (2 * π * 0,05 m)
B = 1,26 * 10^-4 T
Übung 7: Radioaktivität
Ein radioaktives Isotop hat eine Halbwertszeit von 10 Tagen. Wie viel Prozent des Isotops sind nach 30 Tagen noch vorhanden?
Antwort:
Nach 10 Tagen ist die Hälfte des Isotops zerfallen, nach weiteren 10 Tagen ist wiederum die Hälfte der verbliebenen Menge zerfallen und nach weiteren 10 Tagen ist wiederum die Hälfte der verbliebenen Menge zerfallen. Insgesamt sind also 3 Halbwertszeiten vergangen. Das bedeutet, dass nur noch 1/8 des ursprünglichen Isotops vorhanden ist.
Das entspricht einem Anteil von:
1/8 * 100% = 12,5%
Übung 8: Thermodynamik
Ein Gasvolumen von 2 l wird von 20 °C auf 100 °C erwärmt. Wie groß ist die Volumenänderung?
Antwort:
Die Volumenänderung kann mit der Formel:
ΔV = V0 * α * ΔT
berechnet werden, wobei V0 das Ausgangsvolumen, α der Temperaturkoeffizient des Gases und ΔT die Temperaturdifferenz ist. Der Temperaturkoeffizient von Luft bei konstantem Druck beträgt 0,00367 K^-1.
Setzt man die gegebenen Werte ein, erhält man:
ΔV = 2 l * 0,00367 K^-1 * (100 °C – 20 °C)
ΔV = 0,04 l
Übung 9: Schwingungen und Wellen
Ein Federpendel schwingt mit einer Frequenz von 2 Hz. Wie groß ist die Periodendauer?
Antwort:
Die Periodendauer T ist das Kehrwert der Frequenz f:
T = 1 / f
Setzt man die gegebene Frequenz ein, erhält man:
T = 1 / 2 Hz
T = 0,5 s
Übung 10: Atomphysik
Ein Wasserstoffatom hat eine Ionisationsenergie von 13,6 eV. Wie groß ist die Wellenlänge des Lichts, das frei wird, wenn ein Elektron von der n = 2 Schale auf die n = 1 Schale zurückfällt?
Antwort:
Die Energie des frei werdenden Lichts entspricht der Differenz der Energieniveaus:
ΔE = E2 – E1
Die Energieniveaus des Wasserstoffatoms können mit der Formel:
E = -13,6 eV / n²
berechnet werden. Setzt man n = 2 und n = 1 ein, erhält man:
E2 = -13,6 eV / 2² = -3,4 eV
E1 = -13,6 eV / 1² = -13,6 eV
Die Energiedifferenz beträgt also:
ΔE = -3,4 eV – (-13,6 eV) = 10,2 eV
Die Wellenlänge des frei werdenden Lichts kann mit der Formel:
λ = hc / ΔE
berechnet werden, wobei h das Plancksche Wirkungsquantum und c die Lichtgeschwindigkeit ist. Setzt man die gegebenen Werte ein, erhält man:
λ = 6,63 * 10^-34 Js * 3 * 10^8 m/s / (10,2 eV * 1,6 * 10^-19 J/eV)
λ = 1,22 * 10^-7 m
In der 11. Klasse werden die physikalischen Grundlagen vertieft und erweitert. Dabei stellen viele Schülerinnen und Schüler fest, dass sie Schwierigkeiten haben, die Aufgaben und Probleme zu lösen. Doch keine Sorge, wir haben hier einige Lösungen für euch parat.
Elektromagnetische Induktion
In der Elektromagnetischen Induktion geht es um das Entstehen von Spannung und Stromstärke in Leitern durch Änderungen des Magnetfeldes. Eine typische Aufgabe könnte sein:
- Ein Magnetfeld durchdringt einen Leiter mit der Geschwindigkeit v = 0,5 m/s senkrecht zur Fläche A des Leiters. Die Fläche des Leiters beträgt A = 0,02 m². Wie groß ist die in diesem Leiter induzierte Spannung, wenn das Magnetfeld mit einer Flussdichte von B = 0,3 T senkrecht zur Fläche A steht?
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus der Formel:
Uind = – B * A * v
Setzt man die gegebenen Werte ein, ergibt sich:
Uind = – 0,3 T * 0,02 m² * 0,5 m/s = – 0,003 V
Optik
In der Optik geht es um die Ausbreitung des Lichts und seine Wechselwirkungen mit Materie. Eine typische Aufgabe könnte sein:
- Ein Gegenstand steht 10 cm vor einer Sammellinse mit einer Brennweite von 20 cm. Wie groß ist das entstehende Bild?
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus der Formel:
1/f = 1/g + 1/b
mit f = Brennweite, g = Gegenstandsweite und b = Bildweite. Setzt man die gegebenen Werte ein, ergibt sich:
1/20 cm = 1/10 cm + 1/b
b = 6,7 cm
Fazit
Die Physik der 11. Klasse kann durchaus herausfordernd sein. Doch mit der richtigen Herangehensweise und Formeln lassen sich die Aufgaben lösen. Wir hoffen, dass wir euch mit unseren Lösungen weiterhelfen konnten.
| Thema | Formel |
|---|---|
| Elektromagnetische Induktion | Uind = – B * A * v |
| Optik | 1/f = 1/g + 1/b |
Keywords: Physik, Aufgaben, Lösungen, 11. Klasse, Elektromagnetische Induktion, Optik, Formeln