Physik Klasse 9: Energie, Arbeit und Leistung (Übungstest)
- Energie, Arbeit und Leistung
- 15 Fragen
- 22 Minuten
Du berechnest mechanische Arbeit, Lage- und Bewegungsenergie, Leistung und Wirkungsgrad und wendest den Energieerhaltungssatz an. Tipp: Achte auf den Ortsfaktor, der in jeder Aufgabe angegeben ist, und rechne alle Größen zuerst in Grundeinheiten um.
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Frage 1
Ein Getränkekasten mit 20 kg wird 1,5 m hoch auf einen Tisch gehoben. Wie groß ist die Hubarbeit? Rechne mit g = 9,81 N/kg.
Richtige Antwort: C
W = m · g · h = 20 kg · 9,81 N/kg · 1,5 m = 294,3 J. 30 J erhält, wer den Ortsfaktor vergisst.
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Frage 2
Ein Kran hebt eine Last von 500 kg in 20 s um 12 m an. Welche Leistung bringt er auf? Rechne mit g = 10 N/kg.
Richtige Antwort: A
W = 500 kg · 10 N/kg · 12 m = 60 000 J. P = W : t = 60 000 J : 20 s = 3000 W = 3 kW. 1,2 MW entsteht, wenn man die Arbeit mit der Zeit multipliziert.
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Frage 3
Welche Energieumwandlung findet in einem Wasserkraftwerk an einem Stausee statt?
Richtige Antwort: D
Das hochgestaute Wasser hat Lageenergie. Beim Herabströmen wird sie zu Bewegungsenergie, die Turbine und Generator in elektrische Energie umwandeln. Chemische Energie spielt dabei keine Rolle.
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Frage 4
Ein Stein fällt aus 5 m Höhe. Die Luftreibung wird vernachlässigt. Mit welcher Geschwindigkeit trifft er auf den Boden? Rechne mit g = 9,81 N/kg.
Richtige Antwort: B
Die Lageenergie wird vollständig zu Bewegungsenergie: m · g · h = ½ · m · v². Daraus folgt v = 2 · g · h = 98,1 m/s ≈ 9,9 m/s. Etwa 98 m/s entsteht, wenn man das Wurzelziehen vergisst.
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Frage 5
Ein Auto mit der Masse 1000 kg fährt mit 20 m/s. Wie groß ist seine kinetische Energie?
Richtige Antwort: C
Ekin = ½ · m · v² = ½ · 1000 kg · (20 m/s)² = 200 000 J = 200 kJ. 400 kJ erhält, wer den Faktor ½ vergisst, 10 kJ, wer v nicht quadriert.
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Frage 6
Ein Radfahrer verdoppelt seine Geschwindigkeit. Wie ändert sich seine kinetische Energie?
Richtige Antwort: A
Die kinetische Energie hängt vom Quadrat der Geschwindigkeit ab: (2v)² = 4v². Deshalb wird der Bremsweg bei doppelter Geschwindigkeit auch etwa viermal so lang.
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Frage 7
Ein Elektromotor nimmt 800 J elektrische Energie auf und gibt davon 600 J als mechanische Energie ab. Wie groß ist sein Wirkungsgrad?
Richtige Antwort: D
η = nutzbare Energie : zugeführte Energie = 600 J : 800 J = 0,75 = 75 %. Ein Wirkungsgrad über 100 % ist unmöglich, 133 % entsteht beim Vertauschen der Werte.
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Frage 8
Wie viele Joule sind eine Kilowattstunde (1 kWh)?
Richtige Antwort: B
1 kWh = 1000 W · 3600 s = 3 600 000 J = 3,6 MJ. 3600 J wäre eine Wattstunde.
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Frage 9
Ein Wasserkocher mit der Leistung 2000 W ist 3 Minuten eingeschaltet. Wie viel elektrische Energie wird umgewandelt?
Richtige Antwort: A
3 min = 0,05 h. E = P · t = 2 kW · 0,05 h = 0,1 kWh. 6 kWh entstehen, wenn man die Minuten nicht in Stunden umrechnet.
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Frage 10
Du schiebst einen Schrank mit einer gleichbleibenden Kraft von 300 N in Bewegungsrichtung 4 m weit. Welche Arbeit verrichtest du?
Richtige Antwort: C
Wirkt die Kraft in Wegrichtung, gilt W = F · s = 300 N · 4 m = 1200 J. 75 J erhält man durch Teilen statt Multiplizieren.
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Frage 11
Du trägst eine Tasche auf ebenem Weg in gleicher Höhe und mit gleichbleibender Geschwindigkeit. Welche Aussage stimmt im physikalischen Sinn?
Richtige Antwort: B
Hubarbeit wird nur verrichtet, wenn die Last angehoben wird. Die Haltekraft wirkt senkrecht zur Bewegungsrichtung, Höhe und Geschwindigkeit bleiben gleich. Dass du trotzdem müde wirst, liegt an der Arbeit deiner Muskeln im Körper.
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Frage 12
Eine Kiste mit der Gewichtskraft 400 N wird mit einer losen Rolle 2 m hoch gehoben. Reibung und Masse der Rolle werden vernachlässigt. Wie viel Seil musst du dafür ziehen?
Richtige Antwort: D
Die lose Rolle halbiert die nötige Kraft auf 200 N. Nach der Goldenen Regel der Mechanik bleibt die Arbeit gleich, also verdoppelt sich der Weg: 4 m Seil. Kraft wird gespart, Arbeit nicht.
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Frage 13
In welchem Fall ist vor allem Spannenergie gespeichert?
Richtige Antwort: A
Ein elastisch verformter Körper wie ein gespannter Bogen speichert Spannenergie. Der rollende Ball hat Bewegungsenergie, die Batterie chemische und das heiße Wasser thermische Energie.
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Frage 14
Mia (60 kg) läuft in 4 s eine Treppe hinauf und gewinnt dabei 3 m an Höhe. Welche Hubleistung bringt sie auf? Rechne mit g = 9,81 N/kg.
Richtige Antwort: C
W = 60 kg · 9,81 N/kg · 3 m = 1765,8 J. P = 1765,8 J : 4 s ≈ 441 W. Etwa 1766 W wäre die Arbeit ohne Teilen durch die Zeit, 45 W fehlt der Ortsfaktor.
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Frage 15
Ein Ball springt nach jedem Aufprall etwas weniger hoch. Welche Erklärung ist physikalisch richtig?
Richtige Antwort: B
Energie geht nie verloren (Energieerhaltung). Bei Verformung und Luftreibung wird ein Teil in thermische Energie von Ball, Boden und Luft umgewandelt, die für die Bewegung nicht mehr nutzbar ist.
Leer gelassene Fragen zählen nicht als falsch.
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