Abitur Physik üben: Schwingungen und Wellen (Übungstest)
- Mechanische Schwingungen und Wellen
- 10 Fragen
- 14 Minuten
10 Aufgaben zu harmonischen Schwingungen und mechanischen Wellen. Rechne mit g ≈ 9,81 m/s². Tipp: Prüfe bei Formeln wie T = 2πl/g zuerst, wie sich eine Größe auf die Periodendauer auswirkt, bevor du rechnest.
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Frage 1
Die Länge eines Fadenpendels wird vervierfacht. Wie ändert sich die Periodendauer bei kleinen Auslenkungen?
Richtige Antwort: D
T = 2πl/g, die Periodendauer wächst mit der Wurzel der Länge. 4 = 2, also doppelte Periodendauer. Vervierfacht wäre sie nur bei direkter Proportionalität.
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Frage 2
Ein Federpendel hat einen Körper der Masse 0,5 kg und eine Feder mit der Federkonstante D = 50 N/m.
Wie groß ist die Periodendauer ungefähr?
Richtige Antwort: B
T = 2πm/D = 2π0,01 s² = 2π · 0,1 s ≈ 0,63 s. 0,10 s ist nur die Wurzel, der Faktor 2π wurde vergessen.
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Frage 3
Eine Schallwelle hat in Luft die Wellenlänge 0,5 m und die Frequenz 680 Hz. Wie groß ist ihre Ausbreitungsgeschwindigkeit?
Richtige Antwort: C
c = λ · f = 0,5 m · 680 Hz = 340 m/s. 1360 m/s entsteht, wenn man durch 0,5 teilt statt mit 0,5 zu multiplizieren.
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Frage 4
Welche der folgenden Wellen ist eine Longitudinalwelle?
Richtige Antwort: A
Bei Schall in Luft schwingen die Luftteilchen in Ausbreitungsrichtung hin und her (Verdichtungen und Verdünnungen). Seilwellen schwingen quer zur Ausbreitung, Licht und Mikrowellen sind elektromagnetische Transversalwellen.
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Frage 5
Wie groß ist bei einer stehenden Welle der Abstand zwischen zwei benachbarten Schwingungsknoten?
Richtige Antwort: D
Knoten wiederholen sich bei einer stehenden Welle jede halbe Wellenlänge. λ/4 ist der Abstand von einem Knoten zum nächsten Bauch.
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Frage 6
Zwei kohärente Wellen gleicher Amplitude treffen in einem Punkt aufeinander.
Bei welchem Gangunterschied löschen sie sich vollständig aus?
Richtige Antwort: C
Bei einem Gangunterschied von λ/2 (allgemein (2k + 1) · λ/2) trifft Berg auf Tal, die Wellen löschen sich aus. Bei 0, λ oder 2λ treffen gleiche Phasen aufeinander und verstärken sich.
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Frage 7
Wann tritt bei einer erzwungenen Schwingung mit geringer Dämpfung Resonanz auf?
Richtige Antwort: A
Stimmt die Erregerfrequenz mit der Eigenfrequenz überein, wird pro Periode immer im richtigen Moment Energie zugeführt und die Amplitude wird sehr groß. Starke Dämpfung verringert dagegen die Resonanzüberhöhung.
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Frage 8
Die Auslenkung eines Schwingers wird beschrieben durch y(t) = 0,05 m · sin(4π s−1 · t).
Welche Frequenz hat die Schwingung?
Richtige Antwort: B
Die Kreisfrequenz ist ω = 4π s−1, und f = ω/(2π) = 2 Hz. 4π Hz verwechselt Kreisfrequenz und Frequenz; 0,5 Hz ist die Periodendauer 0,5 s mit falscher Einheit.
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Frage 9
Wie ist die Energie bei einem ungedämpften, waagerecht schwingenden Federpendel in einem Umkehrpunkt verteilt?
Richtige Antwort: D
Im Umkehrpunkt ist der Körper kurz in Ruhe (Ekin = 0), die Auslenkung und damit die Spannenergie sind maximal. In der Ruhelage ist es umgekehrt. Die Gesamtenergie bleibt ohne Dämpfung konstant.
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Frage 10
Rotes Laserlicht (λ = 600 nm) fällt senkrecht auf ein Gitter mit 500 Strichen pro Millimeter.
Unter welchem Winkel erscheint das Maximum 1. Ordnung?
Richtige Antwort: A
Gitterkonstante d = 1 mm / 500 = 2 µm. sin α = λ/d = 0,6 µm / 2 µm = 0,3, also α ≈ 17,5°. 36,9° gehört zu sin α = 0,6, also zum Maximum 2. Ordnung; 0,3° entsteht, wenn man sin α direkt als Winkel nimmt.
Leer gelassene Fragen zählen nicht als falsch.
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