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Physikalischer
Hintergrund
Ergebnisse und ausführliche Lösungen zur
Klassenarbeit zur Elektrik und Kernphysik


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Nr. 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10
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1. Eine Glühlampe 4V/3W (4 Volt, 3 Watt) soll an eine Autobatterie (U = 12V) angeschlossen werden.
Welcher Vorwiderstand ist zu wählen? (Skizze).
  Ergebnis
  Der Vorwiderstand hat 10 2/3 Ohm.
  Ausführliche Lösung

2. Widerstandsberechnung
  Berechnen Sie den Gesamtwiderstand nebenstehender Schaltung.
(Jeder Widerstand hat 3 Ohm)
02_des
  Ergebnis
  Der Gesamtwiderstand beträgt 7 Ohm.
  Ausführliche Lösung

3. Atomkern
  a) Aus welchen Bestandteilen besteht der Atomkern?
  b) Was bedeutet die Angabe
03b
  Ergebnis
  a) Der Atomkern besteht aus Protonen und Neutronen.
  b) Uranisotop mit der Massenzahl 238 und der Ordnungszahl 92.
  Ausführliche Lösung

4. Isotop
  a) Was verstehen Sie unter dem Begriff Isotop?
  b) Nennen Sie die Isotope des Wasserstoffs.
  Ergebnis
  a) Ordnungszahl ist gleich, Neutronenzahl ist unterschiedlich.
  b) Wasserstoff, Deuterium, Tritium.
  Ausführliche Lösung

5. Alphastrahlen
  a) Was wissen Sie über Alphastrahlen?
  b) Erläutern Sie die Reaktionsgleichung
05b
  Ergebnis
  a) Heliumkerne hoher Geschwindigkeit, stark ionisierend.
  b) Massenzahl verringert sich um 4, die Kernladungszahl um 2.
  Ausführliche Lösung

6. Betastrahlen
  a) Was wissen Sie über Betastrahlen?
  b) Erläutern Sie die Reaktionsgleichung
06b
  Ergebnis
  a) Elektronenstrahlung locker ionisierend.
  b) Massenzahl bleibt konstant, die Kernladungszahl nimmt zu.
  Ausführliche Lösung

7. Was wissen Sie über Gammastrahlen?
  Ergebnis
  Elektromagnetische Wellen hoher Energie.
  Ausführliche Lösung

8. Was verstehen Sie unter dem Begriff Halbwertszeit eines Radionuklids?
  Ergebnis
  Zeit in der die Hälfte einer radioaktiven Substanz zerfallen ist.
  Ausführliche Lösung

9. Beschreiben Sie den Aufbau einer Körperzelle.
  Ergebnis
  Körperzelle besteht aus Zellmembran, Zellplasma und Zellkern.
  Ausführliche Lösung

10. Beschreiben Sie die drei Mutationsarten:
  a) Punktmutation
  b) Chromosomenmutation
  c) Genommutation
  Ergebnis
  a) Veränderungen in einem kleinen Bereich der Zelle.
  b) Chromosomen brechen auseinander und verändern sich.
  c) Änderung der Chromosomenzahl.
  Ausführliche Lösung

11. Von welchen Faktoren sind somatische Strahlenschäden abhängig?
  Ergebnis
  Strahlenart, Dosis, Dosisverteilung, Strahlenempfindlichkeit, Milieufaktoren.
  Ausführliche Lösung

12. Die Strahlenempfindlichkeit von Lebewesen ist unterschiedlich.
Ordnen Sie der Reihe nach:
Ratte, Mensch, Forelle, Ziege, Wespe, Affe.
  Ergebnis
  Ziege , Mensch, Affe, Ratte, Forelle, Wespe.
  Ausführliche Lösung

1. Ausführliche Lösung:
  01_des_l 01_l
Der Vorwiderstand hat 10 2/3 Ohm.

2. Ausführliche Lösung:
  02_l
Der Gesamtwiderstand beträgt 7 Ohm.

3. Ausführliche Lösung:
  a) Der Atomkern besteht aus elektrisch positiv geladenen Protonen und elektrisch neutralen Neutronen.
  b) 238-U-92 bedeutet, es handelt sich um ein Uranisotop mit der Massenzahl 238 (Protonen + Neutronen) und der Ordnungszahl 92 (Protonen).
Anzahl der Neutronen = 238 - 92 = 146

4. Ausführliche Lösung:
  a) Isotope sind Atome gleicher Ordnungszahl aber unterschiedlicher Neutronenzahl.
  b) Die Isotope des Wasserstoffs sind:
04b_l

5. Ausführliche Lösung:
  a) Alphastrahlen sind beim radioaktiven Zerfall ausgesandte Heliumkerne. Die Geschwindigkeit mit der sie den Atomkern verlassen liegt zwischen 15 000km/s bis 20 000 km/s. Da sie stark ionisierend sind, werden sie z.B. in der Luft stark abgebremst, so dass sie dort nur eine Reichweite von etwa 4 bis 7 cm haben.
  b) 05b_l
Beim Alphazerfall verringert sich die Massenzahl um 4 und die Kernladungszahl um 2. Aus Radium wird Radon.

6. Ausführliche Lösung:
  a) Betastrahlen sind beim radioaktiven Zerfall ausgesandte Elektronen oder Positronen. Im ersten Fall spricht man von einem Beta minus Zerfall, im zweiten Fall von einem Beta plus Zerfall. Die Geschwindigkeit mit der die Betateilchen den Atomkern verlassen liegt zwischen Null und der Lichtgeschwindigkeit. Die Reichweite der Betateilchen in Luft sind einige Zentimeter bis einige Meter. Man nennt sie auch locker ionisierend.
  b) 06b
Beim Beta minus Zerfall bleibt die Massenzahl konstant. Im Kern verwandelt sich ein Neutron in ein Proton unter Aussendung eines Elektrons. Die Kernladungszahl nimmt um eins zu.

7. Ausführliche Lösung:
  Gammastrahlen sind elektromagnetische Wellen hoher Energie, vergleichbar mit Röntgenstrahlen. Sie bewegen sich mit Lichtgeschwindigkeit, sind ionisierend und stark durchdringend. Sie haben eine große Reichweite.

8. Ausführliche Lösung:
  Die Halbwertszeit ist die Zeit, in der die Hälfte einer radioaktiven Substanz zerfällt. Die Werte sind vom jeweiligen Nuklid abhängig. Sie liegen zwischen Millisekunden und etlichen Milliarden Jahren.

9. Ausführliche Lösung:
  Eine Körperzelle besteht aus der Zellmembran, dem Zellplasma und dem Zellkern. Im Zellkern sind die Erbinformationen gespeichert (DNS).

10. Ausführliche Lösung:
  a) Bei der Punktmutation ergeben sich Veränderungen in einem kleinen Bereich des DNS Doppelstrangs. Die biochemischen Eigenschaften einer Zelle können sich ändern.
  b) Bei der Chromosomenmutation bricht das Chromosom in zwei oder mehreren Teilen auseinander. Dabei können Teile verloren gehen, getrennt bleiben, fehlerhaft zusammenwachsen oder sich an andere Chromosomen anlagern.
  c) Bei der Genommutation ändert sich die Chromosomenzahl. Das ist beim Down Syndrom der Fall.

11. Ausführliche Lösung:
  Faktoren somatischer Strahlenschäden sind:
  • Die Strahlenart (Alpha- Beta oder Gammastrahlung)
  • Die Strahlendosis
  • Die zeitliche Dosisverteilung
  • Die räumliche Dosisverteilung
  • Die relative Strahlenempfindlichkeit
  • Milieufaktoren

12. Ausführliche Lösung:
  Lebewesen absteigend nach Strahlenempfindlichkeit geordnet.
Ziege , Mensch, Affe, Ratte, Forelle, Wespe.