Aufgabe 2 · Abitur NRW Physik LK · Blitzdetektor 2026
Thema: Mechanische und elektromagnetische Schwingungen · Aus der Prüfung LK · Blitzdetektor (2026)
Aufgabenstellung
2 In einem Forum, in dem Blitzdetektoren diskutiert werden, findet man das in Material 2 dargestellte Diagramm.
Material 2: Messdaten eines Blitzdetektors
Ein einfacher Blitzdetektor besteht nur aus einem Schwingkreis. Dieser wird durch die Energie eines Blitzes zu einer Schwingung angeregt. Abbildung 2 zeigt den zeitlichen Verlauf der Spannung am Kondensator dieses Schwingkreises.
Daten des Schwingkreises:
,
Material 3: Formeln für den gedämpften harmonischen Schwingkreis
Kreisfrequenz der gedämpften Schwingung: mit
Für die Dämpfungskonstante gilt:
Material 4: Mitschrift aus dem Unterricht
Auswertung von Abbildung 2 (M 2):
(i)
(ii)
a)
Bestimmen Sie anhand der Abbildung 2 möglichst genau die Periodendauer der gedämpften Schwingung im Schwingkreis. [Kontrollwert: ] [3 BE]
b)
Zeigen Sie, dass die theoretisch zu erwartende Periodendauer eines ungedämpften Schwingkreises mit den Daten von Material 2 kaum vom Ergebnis in Teilaufgabe a abweicht. [3 BE]
c)
Begründen Sie mit den Beziehungen aus Material 3, ob der Wert aus Teilaufgabe b größer oder kleiner als der Wert von Teilaufgabe a ist.
Erklären Sie, dass man mit dieser Veränderung der Periodendauer den Widerstand dieses Schwingkreises nur sehr ungenau bestimmen könnte. [8 BE]
d)
Erläutern Sie einem Schüler, der am Tag der Mitschrift (M 4) krank war, die Schritte (i) und (ii) unter Verwendung von Material 3.
Bestimmen Sie auf diesem Weg den Widerstand des Schwingkreises. [8 BE]

Lösung
Nach den offiziellen Korrekturhinweisen
a) Bestimmen Sie anhand der Abbildung 2 möglichst genau die Periodendauer T der gedämpften Schwingung im Schwingkreis.
Lösung: µs / s
b) Zeigen Sie, dass die theoretisch zu erwartende Periodendauer eines ungedämpften Schwingkreises mit den Daten von Material 2 kaum vom Ergebnis in Teilaufgabe a abweicht.
Lösung:
c) Begründen Sie mit den Beziehungen aus Material 3, ob der Wert aus Teilaufgabe b größer oder kleiner als der Wert von Teilaufgabe a ist. (Vergleich)
Lösung: kleiner / der Wert aus Teilaufgabe b ist kleiner / kleiner als der Wert von Teilaufgabe a
c) Begründen Sie mit den Beziehungen aus Material 3, ob der Wert aus Teilaufgabe b größer oder kleiner als der Wert von Teilaufgabe a ist. Erklären Sie, dass man mit dieser Veränderung der Periodendauer den Widerstand dieses Schwingkreises nur sehr ungenau bestimmen könnte. (Begründung und Erklärung)
Lösung: Aus folgt wegen , dass . Zur Bestimmung von müsste man berechnen; da , führt die Differenz zweier fast gleicher Quadrate zu sehr großen relativen Messfehlern.
d) Erläutern Sie einem Schüler, der am Tag der Mitschrift (M 4) krank war, die Schritte (i) und (ii) unter Verwendung von Material 3.
Lösung: Schritt (i): Zum Zeitpunkt ist die Amplitude auf ein Drittel von (also ) abgesunken. Beim Maximum ist , sodass . Schritt (ii): Durch Auflösen von mittels natürlichem Logarithmus erhält man .
d) Bestimmen Sie auf diesem Weg den Widerstand des Schwingkreises.
Lösung: kΩ / Ω / Ω
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