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1 Vorwort

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Liebe Lehrer und Lehrerinnen!

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Das Lehrbuch„Physik für alle“ wurde so konzipiert, dass es den ganz besonderen Bedürfnissen des Faches Physik gerecht wird.

Schwierige Begriffe werden in diesem Lehrbuch im Fließtext orange hervorgehoben und in der Randspalte erklärt. Arbeitsaufgaben schaffen Querverbindungen, regen die Schüler/innen zu selbständigem Denken an und unterstützen den fächerübergreifenden Unterricht.

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Nach nahezu jedem Kapitel finden sich unter dem Motto „Nun geht's los – Aufgaben für schlaue Köpfe“ vielfältige Anregungen. Mit diesen sollen die Schüler/innen zur Selbsttätigkeit angeregt werden und ein tiefes Verständnis für die Physik als Naturwissenschaft entwickeln. Die Arbeitsaufgaben zeichnen sich durch eine leichte Handhabung aus. Sie sind überdies nach Schwierigkeitsgraden gekennzeichnet und ermöglichen so auch eine Differenzierung im Unterricht. Diese Arbeitsblätter können als Portfolio herausgetrennt werden und dienen der Dokumentation der Leistung der Schülerinnen und Schüler während des Schuljahres.

Nach den beiden Hauptkapiteln „Optik“ und „Kräfte und Bewegung“ finden sich im Buch unter dem Titel „Physik-Labor“ jeweils auf zwei Seiten Anregungen für Experimente, die die Schüler/innen mit einfachen Mitteln – auch zu Hause – durchführen können. Am Ende des Buches sind weitere Experimente beschrieben, die im Unterricht vorgeführt werden können.

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Zusätzlich wird nach den Hauptkapiteln Interessantes und Spannendes aus dem jeweiligenThemengebiet in Form einer Zeitung präsentiert. Die Inhalte der „Physik-News“ zählen zwar nicht zum Kernstoff, sollen aber das Interesse an der Physik fördern.

Oly

Im vorliegenden Lehrerheft finden sich folgende Bausteine: l eine Lehrstoffverteilung Angabe von Lernzielen l Experimente, die vom Lehrer/von der Lehrerin durchzuführen sind. Viele davon können auch l gemeinsam mit Schüler/innen im Unterricht zum Einsatz kommen.

Anleitungen für Experimente, die von Schüler/innen selbst – entweder alleine oder in Gruppen – l durchgeführt werden können, sind als Kopiervorlagen in diesem Lehrer/innenheft enthalten. l eineVielzahl von direkt verwendbaren Arbeitsblättern l Vorgaben für schriftlicheWiederholungen inklusive der entsprechenden Lösungen Lösungen für alle „Nun geht's los – Aufgaben für schlaue Köpfe“ aus dem Lehrbuch und aus l dem Lehrerbegleitheft All dieses Zusatzmaterial ist in der Praxis erprobt und soll Ihnen die Unterrichtsplanung erleichtern!

Wir wünschen Ihnen und Ihren Schüler/innen viel Spaß mit diesem neuen Physikbuch.

Das AutorInnenteam

Oly

Ich kann einzeln oder im Team Vorgänge und Phänomene in Natur, Umwelt und Technik beschreiben und benennen.

Ich kann einzeln oder im Team aus unterschiedlichen Medien und Quellen fachspezifische Informationen entnehmen.

Ich kann einzeln oder im Team Vorgänge und Phänomene in Natur, Umwelt und Technik in verschiedenen Formen (Grafik, Tabelle, Bild, Diagramm ...) darstellen, erklären und adressatengerecht kommunizieren.

Ich kann einzeln oder im Team die Auswirkungen von Vorgängen in Natur, Umwelt und Technik auf die Umwelt und Lebenswelt erfassen und beschreiben.

W1

W2

W3

W4

Ich kann einzeln oder im Team zu Vorgängen und Phänomenen in Natur, Umwelt und Technik Beobachtungen machen oder Messungen durchführen und diese beschreiben.

Ich kann einzeln oder im Team zu Vorgängen und Phänomenen in Natur, Umwelt und Technik Fragen stellen und Vermutungen aufstellen.

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Ich kann einzeln oder im Team Daten und Ergebnisse von Untersuchungen analysieren (ordnen, vergleichen, Abhängigkeiten feststellen) und interpretieren.

Schlüsse ziehen: Bewerten, Entscheiden, Handeln

Ich kann einzeln oder im Team Daten, Fakten und Ergebnisse aus verschiedenen Quellen aus naturwissenschaftlicher Sicht bewerten und Schlüsse daraus ziehen.

Ich kann einzeln oder im Team Bedeutung, Chancen und Risiken der Anwendungen von naturwissenschaftlichen Erkenntnissen für mich persönlich und für die Gesellschaft erkennen, um verantwortungsbewusst zu handeln.

Ich kann einzeln oder im Team die Bedeutung von Naturwissenschaft und Technik für verschiedene Berufsfelder erfassen, um diese Kenntnis bei der Wahl meines weiteren Bildungsweges zu verwenden.

Ich kann einzeln oder im Team fachlich korrekt und folgerichtig argumentieren und naturwissenschaftliche von nicht-naturwissenschaftlichen Argumentationen und Fragestellungen unterscheiden.

E4

S:

S1

S2

S3

S4

(Die Jahresplanung kann auch von der Homepage www.olympe.at heruntergeladen werden.)

Mit Erreichung der Lernziele, die den einzelnen Kapiteln zugeordnet werden können, ist ein Erwerb von jeweils spezifischen Kompetenzen verbunden. Während des Schuljahres kann somit ein Beitrag zu allen Kompetenzbereichen geleistet werden.

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Ich kann einzeln oder im Team zu Fragestellungen eine passende Untersuchung oder ein Experiment planen, durchführen und protokollieren.

E3

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Erkenntnisse gewinnen: Fragen, Untersuchen, Interpretieren

E:

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Wissen organisieren: Aneignen, Darstellen und Kommunizieren

W:

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Das Lehrbuch„Physik für alle“ ist für den kompetenzorientierten Unterricht konzipiert. Folgende Kompetenzen werden durch dieses Lehrbuch abgedeckt (gemäß dem„Kompetenzmodell Naturwissenschaften“ des bifie):

Physik für alle 4 – Jahresplanung unter Berücksichtigung des Kompetenzerwerbs

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Schwerpunkte/ Erweiterungsbereich/ Fächerübergreifende Projekte

4. Die Brechung des Lichts

3. Reflexion und Streuung

rla

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Reflexion und Brechung von Licht Strahlengänge unter verschiedenen Bedingungen BU: das Sehen bei verschiedenen Tieren; Korrektur von Sehfehlern; Augenerkrankungen GW: Einfluss von Reflexion (Eis und Schnee) auf das Klima; Leuchttürme in der Schifffahrt

1. Optik – die Wissenschaft Lichtquellen und Lichtausbreitung vom Licht unterschiedliche Lichtquellen (Laser, LED, …), Lichtausbreitung in der Astronomie BU: Einfluss von Licht und Schatten auf Lebewesen; Mondphasen und Lebewesen GS: Entwicklung der Astronomie; Kopernikanische Wende GW: Jahreszeiten und Klimazonen M: Berechnung der Lichtmenge in Abhängigkeit von der Entfernung; Rechnungen mit Lichtgeschwindigkeit 2. Licht und Schatten

Lehrbuch – Kapitel

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W1, E1, E2 … wissen, dass sich das Licht geradlinig ausbreitet. … den Unterschied zwischen natürlichen und W1 künstlichen Lichtquellen kennen. … den Unterschied zwischen Licht- und W1, W4, E4 Beleuchtungsstärke verstehen. … punktförmige und diffuse Lichtquellen unterscheiden W1 können.

W1 … die Lichtgeschwindigkeit kennen. … das Durchdringen von Lichtstrahlen durch W1, E1, E3, S1 durchsichtige Körper verstehen. … die Form des Schattens als Umriss eines Körpers und W1, E2, S1 den Einfluss der Art der Lichtquelle auf die Schattenbildung verstehen.

W2, E1, E3 … Kern- und Halbschatten unterscheiden können. … Tag und Nacht sowie die Mondphasen als Effekte des W1, E3, S1 Schattenwurfes begreifen. … Mond- und Sonnenfinsternisse verstehen.

W1, E3, S1 … den Unterschied zwischen Reflexion und Absorption W1, E1, E2, S2 begreifen.

W1, E1, S1 … das Reflexionsgesetz verstehen. … den Zusammenhang zwischen Reflexion und W1 Streuung kennen. … die Strahlengänge unterschiedlicher Spiegel beW1, E1 schreiben können und wissen, welche Bilder entstehen. … Anwendungen unterschiedlicher Spiegel kennen.

W1, W2 … wissen, wodurch Lichtbrechung entsteht.

W1, E1, E2 … optisch dichte und dünne Medien sowie Grenzflächen W3, E2 erklären können. … wissen, wann die Brechung vom und wann die W1, S1 Brechung zum Lot erfolgt. … die Totalreflexion erklären können.

W1, W3 … die Brechung an gekrümmten Oberflächen verstehen. W1, W3, E1, E3 W1, W2, … die Strahlengänge durch unterschiedliche Linsen beschreiben können.

E1, E3

Kompetenz *)

*) die jeweils angegebenen Kompetenzen werden erworben durch die Auseinandersetzung mit dem Lehrstoff, durch das Bearbeiten der „Aufgaben für schlaue Köpfe“, durch die Fragen und Arbeitsanregungen in der Seitenspalte des Lehrbuches sowie durch die zugehörigen Arbeitsblätter und Experimentieranleitungen im Lehrerbegleitheft.

Oktober

September

Lernziel: Die Schüler und Schülerinnen sollen …

Oly

OPTIK

Monat

3

Oktober

mp e 7. Licht und Farben

6. Optische Geräte

5. Das Auge – ein optisches Gerät

Lehrbuch – Kapitel

10. Licht als Teilchen

9. Licht als Strahlung

8. Licht ist Energie

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… den Aufbau des Auges sowie die Akkommodation W1, S2, S4 kennen.

W1, S2 … wissen, wie Farbe wahrgenommen wird. … Bildfehler im Auge sowie die Möglichkeiten zu deren W1, S2 Korrektur kennen. … den Begriff„Dioptrie“ erklären können.

W1 … einige optische Geräte sowie deren Verwendung W1, W3, E1, S1 nennen können. … Strahlengänge durch optische Geräte nachvollziehen W1, W3, E1 können.

W1, W4, … weißes Licht als Mischung verschiedenfarbigen Lichtes E1, S2 verstehen. … wissen, dass weißes Licht mit einem Prisma zerlegt W1, E1, S1 werden kann.

W1, W4, S1 … wissen, wie ein Regenbogen zustande kommt.

W1, W4, E2, S2 … additive und subtraktive Farbmischung verstehen.

W1, S2 … den Begriff„Komplementärfarben“ erklären können.

W1, W4, S2 … wissen, was Lichtenergie ist.

W2, W4, S2 … den photoelektrischen Effekt kennen. … den Zusammenhang zwischen Frequenz und Farbe W1 kennen. … die unterschiedlichen Bereiche der W2, W4, elektromagnetischen Strahlung sowie deren Bedeutung S1, S2 in der praktischen Anwendung kennen. … wissen, dass Licht auch als Teilchen betrachtet werden W1 kann. … wissen, was ein Elektronenmikroskop ist.

W1, S2, S3

Kompetenz *)

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elektromagnetische Strahlung einzelne Strahlungsbereiche, Teilchenoptik BU: Wirkung von IR- und UV-Strahlung; Röntgenaufnahmen GS: Einstein und seine Folgen; Migration berühmter Wissenschaftler im Nationalsozialismus; Auswirkung von Mobilkommunikation auf die Gesellschaft GW: Durchleuchtung von Personen und Gepäck an Flughäfen; Radar im Luft- und Schiffsverkehr; Radarmessungen im Verkehr

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Linsensysteme, Farbmodelle, Lichtenergie Auswirkungen bei Variation von Linsensystemen BE: Farben und Farbkomposition in der bildenden Kunst GS: Änderung des Weltbildes durch Fortschritte in der Astronomie GW: Standorte von Teleskopen M: Berechnungen zu Linsen TW: Kaleidoskop erstellen; einfache optische Geräte bauen

Schwerpunkte/ Erweiterungsbereich/ Fächerübergreifende Projekte

*) die jeweils angegebenen Kompetenzen werden erworben durch die Auseinandersetzung mit dem Lehrstoff, durch das Bearbeiten der „Aufgaben für schlaue Köpfe“, durch die Fragen und Arbeitsanregungen in der Seitenspalte des Lehrbuches sowie durch die zugehörigen Arbeitsblätter und Experimentieranleitungen im Lehrerbegleitheft.

Dezember

November

(Fortsetzung)

Lernziel: Die Schüler und Schülerinnen sollen …

Oly

OPTIK

Monat

4

mp e 12. Atomkerne können sich verändern

11. Unsere Welt besteht aus Atomen

Lehrbuch – Kapitel

14. Radioaktivität in der Praxis 15. Die Kraft der Kernspaltung

13. Ionisierende Strahlung

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… wissen, dass das Atom das kleinste Teilchen ist und aus W1 einem Kern und der Hülle besteht. … Protonen und Neutronen als Bestandteile des Kerns W1 sowie Elektronen als Bestandteile der Hülle erkennen. … Kernladungszahl, Ordnungszahl sowie Massenzahl W1 unterscheiden können.

W1 … wissen, wie ein Element gekennzeichnet wird. … erklären können, was Isotope und Isotopengemische W1 sind.

W1, W4, S1 … die Ursache von Radioaktivität erklären können.

W1, W4, S1 … wissen, dass beim Zerfall Strahlung abgegeben wird.

W1, W2, S1 … die Halbwertszeit beschreiben können.

W1, W3, S1 … wissen, was beim radioaktiven Zerfall geschieht. … die unterschiedlichen Arten von radioaktiver W1, W4, Strahlung unterscheiden können.

S1, S4 … ionisierende Strahlung als Ursache für Sonnenbrand W1, W4, erkennen.

S1, S4 … die unterschiedlichen Arten ionisierender Strahlung W1 kennen.

W1, S3 … wissen, wie Röntgenstrahlung erzeugt werden kann.

W1, W4, S3 … erfahren, wie man sich vor Strahlung schützt. … den Aufbau von Geigerzähler und Dosimeter und W1, W4, S3 deren Verwendung kennen. … wissen, wo Radioaktivität in der Praxis angewendet W4, S1, S3 wird. … verstehen, wie in einem Kernkraftwerk Energie W1, W4, S2 erzeugt wird.

W1, W3 … wissen, was eine Kettenreaktion ist.

W3, S1, S3 … die Gefahren der Kernenergie erkennen.

W1, W4, S1 … wissen, was ein GAU und was ein Super-GAU ist. … die Probleme bei der Endlagerung radioaktiver Stoffe W1, W4, S2 erkennen. … das Atomsperrgesetz in Österreich kennen.

W1, S2, S4 W2, W4, S1, S3 … wissen, wie eine Atombombe aufgebaut ist.

Kompetenz *)

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Ionisierende Strahlung und Kernspaltung Anwendungen von Radioaktivität BU: Strahlung in der Medizin; Wirkung ionisierender Strahlung EH: Haltbarmachen von Lebensmitteln durch Bestrahlung GS: Hiroshima und Nagasaki; Auswirkungen von Tschernobyl und Fukushima; Änderungen in der Kriegsführung („Gleichgewicht des Schreckens“) GW: Kernkraftwerke in der Energiewirtschaft; Steigerung von landwirtschaftlichen Erträgen durch gentechnisch veränderte Pflanzen; atombetriebene Eisbrecher

Schwerpunkte/ Erweiterungsbereich/ Fächerübergreifende Projekte Atomkerne und ihre Veränderung radioaktive Zerfälle einzelner Elemente BU: Auswirkung von Strahlung auf das Erbmaterial; Krebsrate und Radioaktivität GS: Altersbestimmung durch radioaktive Stoffe M: Berechnungen zur Halbwertszeit

*) die jeweils angegebenen Kompetenzen werden erworben durch die Auseinandersetzung mit dem Lehrstoff, durch das Bearbeiten der „Aufgaben für schlaue Köpfe“, durch die Fragen und Arbeitsanregungen in der Seitenspalte des Lehrbuches sowie durch die zugehörigen Arbeitsblätter und Experimentieranleitungen im Lehrerbegleitheft.

Februar

Jänner

Lernziel: Die Schüler und Schülerinnen sollen …

Oly

RADIOAKTIVITÄT

Monat

5

mp e 18. Magnetfeld und elektrischer Strom

17. Gefahren der Radioaktivität

16. Energie aus Kernverschmelzung

Lehrbuch – Kapitel

21. Umwandlung von Wechselstrom

20. Elektrischer Strom aus Induktion

19. Der Elektromotor

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W1, W3, S4 … das Prinzip der Kernverschmelzung erklären können. … wissen, dass auch durch Fusion Energie erzeugt werden kann und dass diese in der Sonne auf diese Weise W1, W4, S1 erzeugt wird. … wissen, wie bei einer Wasserstoffbombenexplosion W4, S2 Energie freigesetzt wird.

W4, S1, S2 … die Gefahren der Radioaktivität erkennen. … die Einheiten der Radioaktivität kennen.

W1 … Schutzmaßnahmen bei Atomunfällen kennen.

W4, S1, S2 … über den Strahlenschutz in Österreich Bescheid wissen. W4, S1, S2, S3 W1 … wissen, was das Magnetfeld ist.

W1, E1, E2 … wissen, dass Magnete zwei Pole besitzen.

W3, E1, E3 … das Wechselwirkungsgesetz kennen. … den Zusammenhang zwischen elektrischem Strom W1, W4, E1 und Magnetismus kennen. … Anwendungen von Elektromagneten wie Relais, W4, E2, S1, S3 Magnetsicherung etc. kennen. … erkennen, dass sich ein Magnet in einem sich W1, E3, S1 verändernden Magnetfeld bewegt. … wissen, wie ein Elektromotor aufgebaut ist.

W1, W4, S3 … wissen, dass ein Elektromotor elektrische Energie in die W1, W4, S3 mechanische Energie einer Drehbewegung umwandelt. … den Unterschied zwischen Gleichstrom- und W4, S1, S3 Wechselstrommotor kennen. … den Drehstrommotor kennen.

W4, S1, S3 W4, E4, S2 … wissen, was man unter Induktion versteht. … die unterschiedlichen Arten von Generatoren kennen W1, W2 und verstehen.

W1, W4, S2 … wissen, dass man Wechselstrom transformieren kann.

W1, E2 … wissen, wie Transformatoren aufgebaut sind. … die Transformatorgleichung kennen und W3, W4 anwenden können. … wissen, wie die elektrische Leistung berechnet wird.

W1, S2

Kompetenz *)

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Induktion und Transformation Transistor und Mikroelektronik GS: Gesellschaftlich Entwicklung durch Elektronik GW: Stromerzeugung durch Kraftwerke; Energiewirtschaft; Nutzung des Windes; Stromnetze; Energiesparen M: Umrechnung von Spannungen in Transformatoren; Berechnung von Wirkungsgraden und Stromverbrauch

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Magnetismus und Elektromotor Magnetfelder und Drehstrom BU: Erdmagnetfeld und Vogelflug; elektrische Sinnesorgane bei Fischen GS: Entdeckungen im Zusammenhang mit Elektromagnetismus; Industrielle Revolution; Änderung der Lebenswelt durch Elektrizität GW: Elektromotoren im Verkehr ME: elektronische Musikinstrumente

Schwerpunkte/ Erweiterungsbereich/ Fächerübergreifende Projekte Kernfusion und Gefahren der Radioaktivität Katastrophenschutz und Messgrößen der Radioaktivität BU: Auswirkungen von Verstrahlung auf die Gesundheit und die Ökologie; Strahlenbelastung EH: Vorratshaltung für den Katastrophenfall GS: Wasserstoffbomben im Kalten Krieg; Schutzbunker für Regierungen etc.

GW: Folgen von Atomunfällen; Chancen für die Energiewirtschaft durch Fusion

*) die jeweils angegebenen Kompetenzen werden erworben durch die Auseinandersetzung mit dem Lehrstoff, durch das Bearbeiten der „Aufgaben für schlaue Köpfe“, durch die Fragen und Arbeitsanregungen in der Seitenspalte des Lehrbuches sowie durch die zugehörigen Arbeitsblätter und Experimentieranleitungen im Lehrerbegleitheft.

April

März

Lernziel: Die Schüler und Schülerinnen sollen …

Oly

RADIOAKTIVITÄT

ELEKTROMAGNETISMUS

Monat

6

April W2, W4, S2

W4, S2

25. Umgang mit Elektrizität

24. Digitale Kommunikation – das Internet

23. Elektronik und Mikroelektronik

22. Nutzung von Elektrizität

Lehrbuch – Kapitel

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W2, S1 W1 W1, W4, S2, S3 W1, W4, S2, S3 W4, S1, S2 W4, S1, S2 W4, S2, S3 W4, S2

W2, W4, S2

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… die unterschiedlichen Arten von Kraftwerken sowie ihre ökologischen Auswirkungen verstehen. … die Funktionsweise von Stromnetzen nachvollziehen können. … die Funktionsweise von Kondensatoren verstehen. … den Stromfluss in Halbleitern nachvollziehen können. … Dioden und Transistoren als Halbleiterbauelemente kennen. … wissen, wie ein Schwingkreis funktioniert. … den Aufbau des Internets verstehen. … die Gefahren der digitalen Kommunikation kennen. … wissen, wie man Elektrizität effizient einsetzt. … die Umweltrelevanz von Altgeräten verstehen. … die Gefahren von elektrischen Geräten und von elektromagnetischer Strahlung kennen.

Kompetenz *)

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Umgang mit Elektrizität digitale Kommunikation BU: Gesundheitsgefährdung durch nicht fachgerechte Entsorgung von Altgeräten GS: Bedrohung durch Cyberkriminalität; Manipulationsmöglichkeiten durch digitale Medien GW: weltweite Vernetzung; Störung des Flugverkehrs durch Handys; effiziente Energienutzung durch moderne Geräte beschleunigte Bewegung zusammengesetzte Bewegungen, Wurfparabel BuS: Ballwürfe M: Berechnung von Fallzeiten und –höhen; Wurfkurven

Schwerpunkte/ Erweiterungsbereich/ Fächerübergreifende Projekte

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… den Unterschied zwischen einer gleichförmigen und 26. Der fliegende Ball W1, E1, E3 einer beschleunigten Bewegung kennen lernen. … wissen, welcher Zusammenhang zwischen Weg, Zeit, W2, E4, S1 Geschwindigkeit und Beschleunigung besteht. … erfahren, was der Freie Fall ist.

W2, W4, E3 … die gekrümmte Flugbahn als Zusammensetzung W1, W4, E3 zweier unterschiedlicher Bewegungen erkennen. … Bewegungen auf der schiefen Ebene beschreiben W3, E2, S1 können.

Kräfte bei Drehbewegungen … wissen, welche Kräfte und Bewegungen bei Juni 27. Kräfte bei W4, E1, E1, S1 Kräfte im Weltall Drehbewegungen auftreten.

Drehbewegungen BU: Gleichgewichtssinn bei Drehbewegungen … die Korioliskraft beschreiben können.

W3, E2, S1 BuS: Hammerwerfen; Kurvenfahren (Fahrrad, … wissen, was der Drehimpuls ist.

W2, E2, S1 Inlineskater, …); Frisbee-Wurf; Karussell; etc. … die Bewegungen von Himmelskörpern und Satelliten 28. Bewegungen im GS: Entwicklung der Raumfahrt W1, W4, S1 im Weltall beschreiben können.

Weltall GW: Wettererscheinungen durch die Korioliskraft … die Keplerschen Gesetze nachvollziehen können.

W1, W4, S1 (Wolkenwirbel – Hurrikan); Kurvenradien von … die Bedeutung der kosmischen Geschwindigkeiten Straßen; Bedeutung von Satelliten für die W2, S1 erkennen.

Kommunikation *) die jeweils angegebenen Kompetenzen werden erworben durch die Auseinandersetzung mit dem Lehrstoff, durch das Bearbeiten der „Aufgaben für schlaue Köpfe“, durch die Fragen und Arbeitsanregungen in der Seitenspalte des Lehrbuches sowie durch die zugehörigen Arbeitsblätter und Experimentieranleitungen im Lehrerbegleitheft.

Mai

(Fortsetzung)

Lernziel: Die Schüler und Schülerinnen sollen …

Oly

RADIOAKTIVITÄT ELEKTROMAGNETISMUS

Monat

7

KRÄFTE UND BEWEGUNG

8 OPTIK (Kapitel 1 – 10)

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HANDLUNGSORIENTIERTER UNTERRICHT (Versuchsanleitungen): DER GEBOGENE LICHTSTRAHL

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Material: Glaswanne (oder transparente Kunststoffwanne) * Zucker * Laser (z. B. Laserpointer)

Anleitung: Die Wanne wird bis etwa zur Hälfte mit Wasser gefüllt. Danach wird so viel Zucker hineingeschüttet, dass auch nach längerer Wartezeit noch ein Bodensatz bleibt. Die Lösung darf nicht umgerührt werden. Anschließend wird der Raum verdunkelt und der Laserstrahl in flachem Winkel auf die Zuckerlösung gerichtet.

Was geschieht?

Der Verlauf des Laserstrahls ist leicht gebogen.

MODELL EINES LICHTLEITERS

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Schlussfolgerung: Die optische Dichte der Zuckerlösung ist nicht konstant, sondern nimmt von oben nach unten zu. Man kann sich das so vorstellen, als ob die Flüssigkeit aus zahlreichen dünnen Schichten aufgebaut wäre, bei denen die optische Dichte immer größer wird, je tiefer der Laserstrahl in die Lösung eindringt. Bei jedem Durchgang einer Grenzfläche zwischen diesen Schichten erfolgt eine geringfügige Brechung zum Lot, sodass der Laserstrahl insgesamt gekrümmt wird.

Material: hoher Standzylinder * sehr feines Aluminiumpulver * Laser (z. B. Laserpointer)

Anleitung: Ein wenig Aluminiumpulver wird in den Standzylinder gegeben und dieser anschließend mit Wasser gefüllt. Sollte sich das Pulver nicht gleichmäßig verteilen, so kann zusätzlich noch umgerührt werden. Der Raum wird abgedunkelt und der Strahl des Lasers wird schräg auf die Wasseroberfläche gerichtet. Dabei wird der Einfallswinkel verändert.

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Was geschieht?

Ab einem gewissen Winkel wird der Laserstrah zwischen den Wänden des Standzylinders hin und her reflektiert.

Schlussfolgerung: Sobald der kritische Winkel erreicht ist, kommt es zu einer Totalreflexion an der Grenzfläche zwischen Wasser und Glas.

Hinweis: Sollte sich an der Wasseroberfläche eine Schicht aus Aluminiumpulver bilden, so muss dieses vor dem Experiment mit Hilfe eines Papiertaschentuches oder mit Küchenpapier entfernt werden. Nach einiger Zeit kann sich das Pulver am Boden des Gefäßes absetzen. In diesem Fall muss es vor dem Experiment durch Umrühren gleichmäßig verteilt werden.

Abb. 1

OPTISCHE DATENÜBERTRAGUNG – Sende- und Empfangsanlage

Oly

Diese Versuchsanordnung dient zur Vorbereitung des Experiments „Optische Datenübertragung, das durch die Schülerinnen und Schüler durchgeführte wird.

Material: Laserpointer * mehrere Meter Glasfaserkabel (Elektronikfachhandel) * 2 Stück Karton * Wäscheklammern * Blatt weißes Papier * Klebstoff Anleitung: Die einzelnen Teile werden so wie in Abb 2 angebracht. Der Laserpointer sowie die Enden des Glasfaserkabels werden von Wäscheklammern gehalten, die auf die Kartons geklebt werden. Das Blatt Papier wird so gefaltet, dass es wie ein optischer Schirm wirkt. Der Laserpointer muss so angebracht werden, dass der Laserstrahl senkrecht auf das Ende des Glasfaserkabels fällt. Schaltet man den Laserpointer ein, muss am Blatt Papier ein Lichtpunkt zu sehen sein.

Für das Experiment der Schülerinnen und Schüler wird die Klasse in zwei Gruppen geteilt. Eine Gruppe verschlüsselt die Nachricht, die andere Gruppe soll sie entschlüsseln. Zu diesem Zweck wird die Sendeanlage (Laserpointer) an einem Ende der Klasse aufgestellt und die Empfangsanlage (optischer Schirm) am anderen. Das Glasfaserkabel verläuft dabei durch die Klasse.

(Informationen zum Ver- und Entschlüsseln: siehe Kopiervorlage)

9 gefaltetes Blatt Papier

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Laserpointer

Karton

VERPIXELTES BILD

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Abb. 2

Karton

(Kopiervorlage 1) Um ein Bild zu übertragen, muss es in eine„digitale Form“ gebracht werden. Dazu wird das Bild in Quadrate unterteilt und für jedes Quadrat wird die„durchschnittliche Farbe“ berechnet. Dieser Farbwert wird dann übermittelt. Beim Empfänger wird anschließend aus den Farbwerten aller Einzelquadrate, die man„Pixel“ nennt, wieder ein Bild aufgebaut.

Oly

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In je mehr Quadrate ein Bild unterteilt wird, aus je mehr Pixel es also besteht, desto deutlicher kann das Bild erkannt werden.

Auf Kopiervorlage 1 ist immer dasselbe Bild zu sehen, das jedoch aus unterschiedlich vielen Pixel besteht. Die einzelnen Kärtchen können ausgeschnitten werden und bei 1 beginnend der Reihe nach den Schülerinnen und Schülern zum Betrachten gereicht werden. Die Schülerinnen und Schüler sollen feststellen, ab welcher Pixelanzahl sie erkennen können, was auf dem Bild dargestellt wird und wie mit steigender Pixelzahl die Details des Bildes immer deutlicher werden.

10 BAUEN EINER CAMERA OBSCURA (LOCHKAMERA)

Anleitung:

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1. Zwei gleich große rechteckige Bögen (29 cm x 21 cm) aus dem Karton schneiden. Auf einem Bogen in ca. 1 cm Abstand zur Kante mit Bleistift einen Strich parallel zur Kante ziehen. Diesen 1 cm breiten Streifen mit Klebstoff bestreichen und auf der gegenüberliegenden Rechteckseite genau am Strich ankleben. Man kann auch das Papier um eine zylindrische Flasche ziehen und so zusammenkleben (Abb. 1).

Blatt DIN A4

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Material: 3 Bogen schwarzer A4-Karton * 1 Blatt Transparentpapier * Papier * Schere * Klebstoff

Abb. 1

Abb. 2

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2. Dann aus dem dunklen Karton eine Kreisscheibe ausschneiden, die ins Rohr passt, indem man das Rohr auf den Karton aufsetzt und einen Kreis zeichnet. Diese Kreisscheibe auf normales Papier aufkleben (Abb. 2).

3. In den Karton (einschließlich Papier) ein Loch von ca. 2,5 cm Durchmesser schneiden und zum Ankleben ans Rohr einschneiden. Das Rohr auf die Kreisscheibe stellen und mit Klebeecken befestigen. Den Rand eventuell mit Klebeband lichtdicht abdichten (Abb. 3).

Abb. 3

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Bau des Innenrohrs: Den Kleberand des Bogens für das Innenrohr mit Klebstoff bestreichen; den Bogen im Außenrohr zu einem Zylinder formen und zusammenkleben. Das Innenrohr auf das Pergamentpapier stellen, Klebeecken ausschneiden und am Innenrohr befestigen (Abb. 4).

Abb. 4

Bau des Blendenhalters und der Lochblende: Aus Karton einen Halbkreis mit Ausschnitt für das Loch ausschneiden und am Rand mit Klebstoff bestreichen. Diesen Halbkreis als Blendenhalter vor der Kreisscheibe befestigen. Zum Schluss aus dem dunklen Karton zwei Blenden ausschneiden und mit einer Nadel oder einem Nagel jeweils ein Loch mit ca. 1 mm bzw. 4 mm Durchmesser hineinstechen (Abb. 5).

Oly

Auge

Abb. 5

Transparentpapier

Kreisscheibe mit Loch Lochblende Blendenhalter

Nun können mit der Lochkamera hell erleuchtete Gegenstände betrachtet werden. Es können auch verschiedene Blenden an die Öffnung der Kamera gesetzt werden sowie der Abstand des Pergaments vom Loch verändert werden. Die Schülerinnen und Schüler können das Bild auf dem Pergamentschirm betrachten und beschreiben, wie sich Helligkeit, Schärfe und Größe des Bildes ändern, wenn die Lochgröße bzw. der Abstand Loch-Pergament verändert wird. Anstatt der Blende kann auch eine Sammellinse (z. B. Leselupe) in den Blendenhalter eingesetzt und das Bild von nahen und entfernten Gegenständen beobachtet werden.

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Das verpixelte Bild

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Optik

Kopiervorlage 1

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3x3 Pixel

4

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5x5 Pixel

7x7 Pixel

12 x 12 Pixel

7

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20 x 20 Pixel

30 x 30 Pixel

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50 x 50 Pixel

80 x 80 Pixel

Oly

40 x 40 Pixel

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15 x 15 Pixel

4x4 Pixel

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2x2 Pixel

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120 x 120 Pixel

250 x 250 Pixel

450 x 450 Pixel

© Olympe Verlag

Optik Datum:

Versuchsanleitungen 1 / Kopiervorlage Name:

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Daten optisch übertragen

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Lies zuerst den Info-Text! So erfährst du, wie die optische Datenübertragung funktioniert. Auch die Daten im Internet werden auf dieseWeise übertragen.

INFO * INFO * INFO * INFO * INFO * INFO * INFO * INFO * INFO * INFO * INFO *

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Um Daten zu übertragen, müssen diese zunächst in eine digitale Form, in eine Abfolge aus „0" und „1", die man als „Bits“ bezeichnet, gebracht werden. Handelt es sich dabei um Buchstaben, so wird jedem einzelnen dieser Buchstaben eine Folge von 8 Bits, die man „Byte“ nennt, zugeordnet. So entspricht z. B. der Buchstabe „A“ der Zeichenfolge „0100 0001". Diese Zeichenfolge wird übertragen, indem man eine Reihe von sehr kurzen Lichtblitzen durch eine Glasfaserleitung schickt. Auf der Seite des Empfängers werden diese Lichtblitze aufgefangen. Wird in einem bestimmten Zeitintervall ein Blitz aufgefangen, dann entspricht das „1". Wird kein Lichtblitz erkannt, so entspricht das „0".

Auch Bilder oder ganze Filme können so übertragen werden. Dazu zerlegt man ein Bild in einzelne Bildpunkte, die man „Pixel“ nennt. Jedem Bildpunkt wird eine bestimmte Farbe zugeordnet, die ebenfalls in eine Folge von „0" und „1" umgewandelt wird.

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Übertragt eine kurze Textnachricht durch eine Glasfaser! Mit Hilfe einer selbst gebauten Sende- und Empfangsanlage kann die Nachrichtenübertragung gezeigt werden.

Teilt euch in zwei Gruppen! Eine Gruppe ist der „Sender“, die andere der „Empfänger“. Der Sender überlegt sich zunächst einen kurzenText, der jedoch lediglich aus einigen wenigen Buchstaben bestehen sollte. DieserText wird in der unten stehendenTabelle„codiert“. Dazu werden in die Kästchen der ersten Zeile die Buchstaben geschrieben und in die Kästchen der zweiten Zeile die entsprechende Folge von „0" und „1". Verwendet dazu den ASCII-Code von S. 121 eures Lehrbuches.

Buchstabe „0" und„1" Buchstabe „0" und„1"

Oly

Buchstabe

„0" und„1"

Übertragt nun eure Nachricht! Verwendet dazu kurze und lange Lichtblitze, indem ihr jeweils entweder nur kurz auf den Knopf des Laserpointers drückt oder inn länger (z. B. 1 sec.) eingeschaltet lasst. Ein kurzer Blitz entspricht„0", ein langer„1".

Der Sender betrachtet den Schirm hinter der Glasfaserleitung. Für jeden kurzen Blitz trägt er„0" in die untere Zeile der Tabelle, für jeden langen Blitz„1". Anschließend wird mit Hilfe desselben Verfahrens (S. 121) der Text wieder in Buchstaben umgewandelt.

Vergleicht anschließend eureTexte! Wenn ihr keine Fehler gemacht habt, sollten sie identisch sein.

© Olympe Verlag

Optik Datum:

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Kopiervorlage 2 / Informationsblatt Name:

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So funktioniert eine CD bzw. DVD

Sicherlich hast du schon einmal eine CD oder DVD gesehen. Auf diesen kleinen silbrig glänzenden Scheiben können Musikstücke oder Filme enthalten sein, die man mit einem geeigneten Abspielgerät, einem CD- oder DVD-Player, wiedergeben kann. Aber auch Computerdateien können auf so einer Scheibe gespeichert werden. Doch wie können so viele Daten, wie sie zum Wiedergeben eines ganzen Films erforderlich sind, auf so einer kleinen Scheibe gespeichert sein?

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Wie ist eine CD aufgebaut?

mp e

Wenn du eine CD oder DVD unter dem Mikroskop betrachtest, dann sieht ihre Oberfläche so wie auf diesem Bild aus. Die dunkleren Stellen sind Vertiefungen in der sonst glatten Oberfläche. Sie sind in einer Linie angeordnet. Bei dieser Linie handelt es sich um eine Spirale, die sich um die gesamte CD bzw. DVD ca. 0,8 μm windet. Die Dicke der Vertiefungen beträgt bei einer CD ca. 0,8 μm, bei einer DVD nur 0,4 μm. Der Abstand zwischen zwei Windungen der Spirale ist etwa doppelt so groß. Bei einer CD windet sich die Spirale etwa 20 000 mal um die ca. 1,6 μm Scheibe. Würde man sie aufwickeln, hätte sie eine Länge von ca. 5 km. Die Spirale auf einer DVD ist sogar 48 km lang. Daher kann auf einer DVD die 10-fache Datenmenge gespeichert werden.

So werden die Daten gelesen

Betrachte einen CD-Player einmal genauer! Wenn du das Gerät öffnest, siehst du in der Mitte den Motor, der die CD in Drehung versetzt. Weiters kann man eine Linse erkennen, hinter der ein Laser angebracht ist. Während sich die CD dreht, fährt der Laser hin und her und erreicht so jeden Punkt an der Oberfläche der CD. ACHTUNG: Blicke nie direkt in den Laser! Das Laserlicht ist so stark, dass es deine Augen schädigen kann.

Laser

Motor

AusVertiefungen werden„0" und„1"

Oly

Neben dem Laser befindet sich auch noch ein Lichtsensor. Fällt der Laserstrahl auf die ebene Fläche der Scheibe, so wird er vollständig reflektiert und gelangt in den Sensor.

Der reflektierte Strahl entspricht einer Reflexion à „0" Streuung à „1" „0". Gelangt der Strahl jedoch an eine Kante am Anfang oder am Ende einer Vertiefung, so wird ein großer Teil des Lichtes gestreut und erreicht nicht mehr den Sensor. Das entspricht einer„1".

Während sich die Scheibe über dem Laser dreht, entsteht somit eine Abfolge von „0" und „1", die in Musikstücke oder Filme umgewandelt wird.

© Olympe Verlag

Versuchsanleitungen 2 / Kopiervorlage Name:

Optik Datum:

g

14

„Brenne“ deine eigene CD

rla

Du brauchst: alte CD * Karton * Schere * Stift (Durchmesser sollte etwas kleiner sein als das Loch in der Mitte der CD) * Filzstift („CD-Marker“)

Ve

Schritt 1: Baue deinen„CD-Brenner“!

Anleitung: ¬ Falte den Karton so wie in Abb. 1! ¬ Lege die CD auf den Karton und markiere das Loch in der Mitte! ¬ Bohre mit dem Stift ein Loch in die Mitte! ¬ Schneide unterhalb des Loches einen schmalen Streifen aus dem oberen Teil des Kartons! ¬ Nun schiebe die CD zwischen die beiden Kartonteile und fixiere sie mit dem Stift durch das Loch!

Abb. 1

mp e

Schritt 2: Zeichne deine Spirale!

Anleitung: ¬ Setze den Stift außen im ausgeschnittenen Streifen an der CD an!

(Abb. 2) ¬ Drehe die CD, während du gleichzeitig den Stift in Richtung zum Loch hin bewegst! ¬ Danach ist deine CD mit einer Spirale versehen. (Abb. 3)

Abb. 3

Abb. 2

Schritt 3: Codiere deine Nachricht!

Anleitung: ¬ Verfasse einen kurzenText und schreibe die Buchstaben in großem Abstand auf ein Blatt Papier! ¬ Verwende den ASCII-Code von S. 121 deines Lehrbuches und schreibe unter jeden Buchstaben die jeweilige Folge aus„0" und„1"!

Beispiel: P

01010000

H

Y

S

I

K

01001000

01011001

01010011

01001001

01001011

Oly

Schritt 4:„Brenne“ deine CD! Anleitung: ¬ Trage auf der Spirale auf deiner CD die einzelnen Bits ein! Zeichne für jede „0" einen kleinen Punkt und für jede „1" einen kleinen Kreis! ¬ Lege dazu die CD in den„Brenner“! Beginne innen neben dem Loch der CD und drehe sie für jedes weitere Zeichen ein Stück Weiter! ¬ Gib deine CD einem Mitschüler/einer Mitschülerin und bitte ihn/sie, den Text wieder zu decodieren!

© Olympe Verlag

Abb. 4

Optik Datum:

Linsen vermessen

g

Versuchsanleitungen 3 / Kopiervorlage Name:

15

rla

Du brauchst: Experimentierleuchte * Lineal * kugelförmige durchsichtige Kunststoffhälften (Verpackungsmaterial) * Murmel aus Glas und aus Kunststoff * Wanne mit Wasser * Zündholz

Anleitung: ¬ Stelle einen Tisch an die Wand und lege die Experimentierleuchte mit parallelen Lichtstrahlen so auf den Tisch, dass sie dieWand anstrahlt! ¬ Halte die Murmeln nacheinander in den Strahl! Verändere dabei den Abstand zur Wand so lange, bis an der Wand ein heller Punkt zu sehen ist! ¬ Nun miss die Entfernung zwischenWand und Murmel!

Stelle eine Wasserlinse her! ¬

Ve

Trage zum Schluss deine Messungen und Beobachtungen in dieTabelle am Ende der Seite ein!

Tauche die beiden Kunststoffhälften in die mitWasser gefüllteWanne! Achte darauf, dass sich keine Luft mehr in den Hälften befindet und drücke sie zusammen!

Halte nun deine„Wasserlinse“ in den Strahl der Experimentierleuchte und ermittle ebenfalls die Brennweite!

Erzeuge einen einzelnen Wassertropfen! ¬

mp e

¬

Tauche das Zündholz in das Wasser und halte es mit der Spitze schräg nach unten! Dann ziehe es vorsichtig heraus, sodass sich an der Spitze ein einzelnerWassertropfen bildet!

Halte diesenTropfen ebenfalls in den Strahl und versuche, die Brennweite herauszufinden!

Murmel aus Glas

Murmel aus Kunststoff

Linse aus Kunststoffhälften

Wassertropfen

Material der Linse Durchmesser der Linse (in cm) Form der Linse

Brennweite (in cm)

Oly

Form des Brennpunkts

Was schließt du aus deinen Messungen und Beobachtungen?

© Olympe Verlag

Versuchsanleitungen 4 / Kopiervorlage Name:

Optik Datum:

Loch in der Hand

g

16

rla

Du brauchst: dünnes Rohr (z. B. Kartoninnenteil einer Rolle Küchenpapier)

Anleitung: ¬ Halte das Rohr rechts neben deine linke Hand! ¬ Schau mit dem rechten Auge durch das Rohr, ohne dabei das linke Auge zu schließen!

mp e

Deine Schlussfolgerung:

Ve

Was beobachtest du?

Unsichtbares Licht

Du brauchst: Infrafrot-Fernbedienung (z. B. von einem Fernseher) * Digitalkamera (z. B. Handykamera) Anleitung: ¬ Betrachte die Vorderseite der Fernbedienung, mit der du auf den Fernseher weist, wenn du ihn ein- oder ausschalten willst! Dann drücke eine Taste der Fernbedienung!

Was beobachtest du?

¬

Betrachte nun die Fernbedienung durch deine Digitalkamera und drücke erneut eineTaste!

Oly

Was beobachtest du?

Deine Schlussfolgerung:

© Olympe Verlag

Optik Datum:

Optische Geräte

g

Arbeitsblatt 1 / Kopiervorlage Name:

17

mp e

Ve

rla

Hier siehst du einige Strahlengänge durch optische Geräte. Um welche Geräte handelt es sich? Setze die richtigen Zahlen in die Kreise!

1. Spiegelteleskop 2. Mikroskop 3. Fernrohr 4. Projektor

Farben

Oly

Verbinde die Grundfarben mit Pfeilen mit Hilfe deines Lineals mit ihren Komplementärfarben!

Rot

Magenta

Grün

Gelb

Blau

Cyan

Streiche die unbunten Farben durch!

Violett Weiß Grau Braun Schwarz

Türkis © Olympe Verlag

Arbeitsblatt 2 / Kopiervorlage Name:

Optik Datum:

g

18

Das elektromagnetische Spektrum

rla

Hier siehst du einige kurze Berichte über verschiedene Arten von elektromagnetischer Strahlung. Schreibe die richtigen Überschriften auf die Leerzeilen!

Gamma-Strahlung * Radiowellen * IR-Strahlung * Terahertzstrahlung * UV-Strahlung * sichtbares Licht * Radarstrahlung * Mikrowellenstrahlung

Strahlung in diesem Wellen-längenbereich wird sehr vielseitig angewandt. Sie kommt für Mobilfunk, WLAN und Bluetooth zum Einsatz. Aber auch Speisen kann man damit erwärmen.

Ve

Diese Technik ist schon seit langem bekannt. Die Strahlung wird von Hindernissen, aber auch von Flugzeugen oder Schiffen reflektiert. Die zurückgeworfene Strahlung wird aufgefangen und liefert so ein Abbild der Umgebung.

mp e

Diese Strahlung hat eine sehr kurze Wellenlänge und ist daher sehr energiereich. Sie entsteht, wenn Atomkerne zerfallen. Um sich vor ihr zu schützen, ist eine dicke Abschirmung aus Blei erforderlich.

Auf manchen Flughäfen findet man sie schon: Körperscanner. Ihre Strahlung durchdringt die Kleidung und wird an der Hautoberfläche reflektiert.

Daher kann man mit ihrer Hilfe Gegenstände erkennen, die unter der Kleidung getragen werden.

Oly

Im Sommer ist diese Strahlung dafür verantwortlich, dass du Sonnenbrand bekommst, wenn du ungeschützt im Freien bist. Die Ozonschicht in der Atmosphäre schützt uns vor allzu starker Bestrahlung.

Obwohl diese Strahlung nur einen sehr kleinen Bereich des elektromagnetischen Spektrums einnimmt, ist sie für uns sehr wichtig, da unsere Augen sie aufnehmen können.

© Olympe Verlag

Diese Strahlung wird auch als Wärmestrahlung bezeichnet. Je wärmer ein Körper ist, desto mehr davon gibt er ab.

Ohne diese Strahlung könntest du weder Radio hören noch Fernsehprogramme empfangen. Sie nimmt einen sehr großen Bereich im elektromagnetischen Spektrum ein.

Optik Datum:

1) Wie breitet sich ein Lichtstrahl aus?

1/

Wiederholung

Wird nicht angezeigt

künstlich:

.

Ve

3) Candela ist die Einheit für

rla

2) Nenne drei natürliche und drei künstliche Lichtquellen! natürlich:

g

Wiederholung 1 Name:

19

6/

1/

1/

5) Wie groß ist ungefähr die Lichtgeschwindigkeit? ca.

1/

6) Zeichne den Kern- und den Halbschatten ein und beschrifte richtig!

3/

Oly

mp e

4) Wie heißt die Einheit für die Beleuchtungsstärke?

7) Beschreibe den Schatten einer diffusen Lichtquelle!

1/

© Olympe Verlag

20 8) Wie lange dauert es von Vollmond zu Vollmond?

1/

g

Wiederholung

Wird nicht angezeigt

rla

9) Nenne die 4 Mondphasen!

3/

mp e

Ve

10) Wo befinden sich bei einer Mondfinsternis Sonne, Erde und Mond? Fertige eine Skizze an und beschrifte diese!

4/

Oly

11) Wo befinden sich bei einer Sonnenfinsternis Sonne, Erde und Mond? Fertige eine Skizze an und beschrifte diese!

© Olympe Verlag

23 – 25: 20 – 22: 16 – 19: 13 – 15: unter 13:

Du bist Physikmeister/Physikmeisterin.

Du hast dir viel gemerkt.

Du weißt schon einiges.

Du solltest noch viel üben!

Du solltest diese Kapitel im Buch noch einmal lesen!

3/

Wiederholung 2 Name:

Optik Datum:

g

21

1) Das Reflexionsgesetz: Erkläre α = β in Worten und fertige eine Skizze an!

Ve

rla

Wiederholung

Wird nicht angezeigt M

4/

6/

mp e

2) Reflexion am Sammelspiegel: Zeichne den Strahlengang und das Bild ein!

F

Welches Bild entsteht?

Oly

3) Wie erfolgt die Brechung beim Übergang vom optisch dichteren ins optisch dünnere Medium? 1/ Die Brechung erfolgt ____________ Lot.

4) Wie nennt man die Reflexion in einer Glasfaser?

1/

5) Sammellinsen werden auch ______________________________ und Zerstreuungslinsen

2/

_________________________ genannt.

© Olympe Verlag

22 6) Zeichne den Strahlengang und das Bild ein!

6/

rla

g

Wiederholung

Wird nicht angezeigt

Welches Bild entsteht?

Ve

7) Zeichne eine konvexkonkave und eine plankonkave Linse!

mp e

8) Was versteht man unter Akkommodation?

9) Wofür sind die Stäbchen und wofür die Zapfen im Auge verantwortlich? Kreuze richtig an!

Stäbchen:

Farbsehen

Unterscheiden von Hell und Dunkel

Zapfen:

Farbsehen

Unterscheiden von Hell und Dunkel

10) Kurzsichtigkeit wird mit einer _______

_______linse korrigiert.

2/

2/

2/

1/ 3/

12) Nenne die drei Grundfarben!

3/

Oly

11) Nenne drei optische Geräte!

13) Mit welcher Strahlung werden die Knochen im Körper sichtbar gemacht?

© Olympe Verlag

31 – 34: 27 – 30: 23 – 26: 18 – 22: unter 18:

Du bist Physikmeister/Physikmeisterin.

Du hast dir viel gemerkt.

Du weißt schon einiges.

Du solltest noch viel üben!

Du solltest diese Kapitel im Buch noch einmal lesen!

1/

23 Lösungen Buch S. 5 – 52

K. 3/S. 13 (Seitenspalte) K. 3/S. 19/1

rla

g

Der Mond sendet kein eigenes Licht aus, sondern er wird von der Sonne beleuchtet, daher ist er keine Lichtquelle.

Im Sommer werden die Uhren eine Stunde vorgestellt. Daher gibt es einen Zeitunterschied von einer Stunde zwischen einer Sonnenuhr und anderen Uhren.

Der Nordpol wird ein halbes Jahr von der Sonne beschienen und liegt das andere halbe Jahr im Schatten. Daher dauern Tag und Nacht genau am Nordpol jeweils ein halbes Jahr.

Lösungswort: LICHT Lichtmenge… : B * umso größer … : B * Lux: B * Lateinisches … : L * Lichtmenge … L * Candela: L Kreis: D, E * Figur: D * Dreieck: A * Rechteck: A, B, C * Quadrat: A, B, C von links nach rechts: Neumond * abnehmend * Vollmond * zunehmend Die Erde dreht sich um den Mond . Da die Erdachse die Sonne nicht senkrecht auf die Sonnenbahn steht, fallen die Erdbahn Sternenstrahlen nicht immer im gleichen Winkel auf Sonnenstrahlen die Erdunterfläche. So ist abwechselnd die Nord- und Erdoberfläche die Westhalbkugel stärker beleuchtet. Im Winter fallen Südhalbkugel die Sonnenstrahlen steiler ein. Die Beleuchtungsstärke flacher ist dann geringer, da mehr Licht pro m² eintrifft. Im weniger Herbst ist es genau umgekehrt.

Sommer Im Sommer werden vorwiegend helle Farben getragen, im Winter dunkle. Da helle Farben das Sonnenlicht besser reflektieren, wird einem im Sommer mit heller Kleidung nicht so heiß.

Ve

K. 1/S. 5 (Seitenspalte) K. 2/S. 8 (Seitenspalte) K. 2/S. 9 (Seitenspalte) K. 2/S. 11/1 K. 2/S. 11/2 K. 2/S. 12/3 K. 2/S. 12/4 K. 2/S. 12/5

K. 3/S. 19/2

mp e

Lösungen

werden nicht angezeigt Siehe S. 17/18 Lösungswort: FOKUS Die Lichtgeschwindigkeit beträgt ca. 300 000 km/sec.

Befindet sich der Gegenstand genau im Brennpunkt, dann entsteht überhaupt kein Bild. In der Konstruktion wären der durch den gegenüberliegenden Brennpunkt gebrochene Strahl sowie der ungebrochene Strahl durch den Mittelpunkt der Linse parallel, es gibt also keinen Schnittpunkt.

Oly

K. 3/S. 19/3 K. 3/S. 20/4 K. 4/S. 21 (Seitenspalte) K. 4/S. 23 (Seitenspalte) K. 4/S. 25/1

24

K. 6/S. 31 (Seitenspalte) K. 6/S. 36/2 K. 6/S. 36/3 K. 7/S. 41/1 K. 7/S. 41/2 K. 7/S. 42/3

g

rla

K. 4/S. 26/3 K. 4/S. 26/4 K. 5/S. 27 (Seitenspalte) K. 5/S. 28 (Seitenspalte)

verkleinert, verkehrt, reell: Konvexlinse * größer als 2f * gegenüberliegende Seite vergrößert, aufrecht virtuell: Konvexlinse * kleiner als f * gleiche Seite wie Gegenstand verkleinert, aufrecht, virtuell: Konkavlinse * Abstand egal (alle 3 Möglichkeiten) * gleiche Seite wie Gegenstand vergrößert, verkehrt, reell: Konvexlinse * zwischen f und 2f * gegenüberliegende Seite Siehe S. 23/24 Lösungswort: BRECHUNG Wir sehen unter Wasser nicht scharf, da die Brechung beim Übergang zwischen Wasser und Hornhaut anders ist als zwischen Luft und Hornhaut.

In der Nacht fällt nur wenig Licht auf die Netzhaut. Daher senden nur die lichtempfindlichen Stäbchen Signale an das Gehirn. Da diese nur Hell und Dunkel unterscheiden, erscheint in der Nacht alles in unterschiedlichen Abstufungen von Grau.

Eine Zerstreuungslinse mit einer Brennweite von -0,5m hat -2 dpt.

Terrestrische Fernrohre werden z. B. als Zielfernrohre verwendet.

Lösungswort: BELICHTUNGSZEIT Die Lupe hat 2 Dioptrien. von oben nach unten: violett * indigo * blau * grün * gelb * orange * rot von oben nach unten: Blau * Grün * Rot

Ve

K. 4/S. 25/2

Lösungen

K. 7/S. 42/4

mp e

werden nicht angezeigt

Lösungswort: MIKROWELLE von oben nach unten: M * M * I * T * UV * L * M * R * M * U * M Strahlung kann jede beliebige Wellenlänge haben. Die kürzeste Wellenlänge hat Gamma-Strahlung.

Diese liegt zwischen 100 Femtometern und 5 Pikometern. Röntgenstrahlung hat eine Wellenlänge zwischen 10-12 und 10-8 Metern. Zwischen 10 Nanometern und ca. 0,4 μm folgt dann die UVStrahlung. Die Wellen der Infrarotstrahlung sind zwischen 0,8 und 30 µm lang. Terahertzstrahlung hat eine Wellenlänge von bis zu 10-3 m. Zwischen 1 Millimeter und etwa 30 cm spricht man von Mikrowellen. Längere Wellen bezeichnet man als Rundfunkwellen.

Oly

K. 9/S. 45 (Seitenspalte) K. 9/S. 49/1 K. 9/S. 50/2 K. 9/S. 50/3

Sekundärfarbe – Wahrnehmung * Dispersion – Wellenlänge * Lichtfarbe – Wellenlänge * warme Farbe – Wahrnehmung * Wellenlänge – Wellenlänge * kalte Farbe – Wahrnehmung * Grundfarbe – Wellenlänge * Spektralfarbe – Wellenlänge * Lösungswort: SPEKTRUM Wärmestrahlung ist IR-Strahlung, Sonnenbrand bekommt man von UV-Strahlung.

25 Versuchsanleitungen: Beobachtungen (B)/Schlussfolgerungen (S) (Lehrer/innenheft S. 15 – 16) Linsen vermessen: S: Die Brennweite einer Linse hängt von ihrem Durchmesser und von ihrem Material ab. Die Form der Brennweite hängt von der geometrischen Form der Linse ab.

Loch in der Hand: B: Man sieht die Hand mit einem Loch. * S: Die beiden Augen sind ein Stück voneinander entfernt. Daher nehmen sie unterschiedliche Bilder wahr. Das linke Auge sieht die Hand, das rechte das Loch. Im Gehirn werden beide Bilder zu einem einzigen zusammengesetzt. Daher hat man den Eindruck einer Hand mit Loch.

Unsichtbares Licht: B1: Man sieht nichts. * B2: Ein Licht leuchtet. * S: Der Bildsensor der Kamera registriert auch Teile des Spektrums, die das Auge nicht sieht. Daher wird die IR-Strahlung der Fernbedingung als leuchtender Punkt abgebildet.

VA 4

rla

g

VA 3

Lösungen Lehrer/innenheft S. 17 – 22

2

Ve

AB 1 3

1

Lösungen AB 2

mp e

4 Radarstrahlung: Diese Technik ist schon seit langem bekannt. … * Mikrowellenstrahlung: Strahlung in diesem Wellenlängenbereich … * Terahertzstrahlung: An manchen Flughäfen … * GammaStrahlung: Diese Strahlung hat eine sehr kurze Wellenlänge. … * UV-Strahlung: Im Sommer ist diese Strahlung dafür verantwortlich, … * IR-Strahlung: Diese Strahlung wird auch als Wärmestrahlung bezeichnet. … * sichtbares Licht: Obwohl diese Strahlung … * Radiowellen: Ohne diese Strahlung könntest du …

werden nicht angezeigt 1. geradlinig 2. natürlich: z. B. Blitz * Polarlicht * Stern * Glühwürmchen künstlich: z. B. Glühbirne * Leuchtstoffröhre * Kerze * Petroleumlampe 3. die Lichtstärke 4. Lux 5. ca. 300 000 km/s 6.

Oly

Wiederholung 1

Kernschatten

Halbschatten

7. Er hat keine scharfe Grenze.

8. 29,5 Tage 9. Neumond * zunehmender Mond * Vollmond * abnehmender Mond

26 10.

Mond Sonne

g

Erde

11.

Mond Sonne

rla

1. Der Einfallswinkel α ist gleich groß wie der Ausfallswinkel β.

2.

F

Ve

Lot

Wiederholung 2

Erde

M

Lösungen

reell, vergrößert, verkehrt

3. Die Brechung erfolgt vom Lot. 4. Totalreflexion 5. Sammellinsen werden auch Konvexlinsen und Zerstreuungslinsen Konkavlinsen genannt.

6.

mp e

werden nicht angezeigt reell, vergrößert, verkehrt

7.

konvexkonkav

Anpassung des Auges an die Entfernung Stäbchen: Unterscheiden von Hell und Dunkel * Zapfen: Farbsehen Kurzsichtigkeit wird mit einer Zerstreuungslinse korrigiert. z.B. Brille * Kontaktlinse * Mikroskop * Fernrohr * Feldstecher * Spiegelteleskop * Fotoapparat * Kamera * Projektor * Overhead-Projektor 12. Rot * Grün * Blau 13. Röntgenstrahlung

Oly

8.

9.

10.

11.

plankonkav

Radioaktivität Datum:

g

Arbeitsblatt 1 / Kopiervorlage Name:

27

Chemische Elemente

Name des Elements

rla

Vervollständige dieseTabelle!Tipp:Verwende dazu das Periodensystem auf S. 173 deines Lehrbuchs!

Ordnungszahl

Atommasse

1. Magnesium

24

2.

4. Silber

39

Ve

19

3. Aluminium

Anzahl der Neutronen

14

108

5.

40

6. Platin

22

117

mp e

Schreibe nun die Symbole der Isotope in dieser Liste korrekt an!

Beispiel 4 2

1

2

3

4

5

6

He

Kernspaltung oder Kernverschmelzung?

Das ist hier die Frage. Deshalb entscheide, welche Überschrift zu welchemText gehört!

Kernspaltung

Kernverschmelzung

Oly

Die gemeinsame Masse von vier H-Kernen ist 4 etwas größer als die eines He-Kerns. Binden sich H-Kerne aneinander und bilden einen He-Kern, so wird die Differenz in der Masse entsprechend der 2 Formel E = m • c in Form von Energie frei. Um H-Kerne dazu zu bringen, sich aneinander zu binden, muss man jedoch die starke elektromagnetische Abstoßung zwischen den gleich geladenen H-Kernen überwinden. Dazu braucht man eine sehr hohe Temperatur und einen sehr hohen Druck. Solche Bedingungen herrschen z.B. im Inneren der Sonne.

Kernspaltung

Kernverschmelzung

Beschießt man einen 235U-Kern mit Neutronen, dann setzt eine Reaktion ein. Dabei entstehen zwei kleinere Kerne, die insgesamt etwas weniger Masse haben als der ursprüngliche Uran-Kern. Die Massendifferenz wird dabei in entsprechend der 2 Formel E = m • c in Energie umgewandelt. Neben den beiden kleineren Kernen werden dabei zwei Neutronen frei, die neuerlich eine Reaktion bei anderen Uran-Kernen hervorrufen können. Die freiwerdende Energie kann verwendet werden, um elektrischen Strom zu erzeugen.

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Wiederholung Name:

Radioaktivität Datum:

g

28

1) Fülle die Lücken!

5/

Ein Atom ist aus dem _______________ und der ______________ aufgebaut. Der Kern besteht aus

Wiederholung

Wird nicht angezeigt

___________________ Neutronen.

2) Woraus setzt sich die Massenzahl zusammen?

rla

den elektrisch ___________________ geladenen ___________________ sowie aus den elektrisch

Ve

3) Wodurch unterscheiden sich Isotope desselben Elements?

2/

1/

2/

5) Was wird beim Zerfall von Atomkernen abgegeben?

1/

6) Wie sieht das Zeichen für Radioaktivität aus? Kreuze an!

1/

mp e

4) Was ist die Ursache für Radioaktivität?

7) Was wird hier beschrieben?

1/

Nach einer gewissen Zeit ist die Hälfte der Kerne der radioaktiven Isotope zerfallen.

8) Füge richtig ein, welche Art von radioaktiver Strahlung wie abgeschirmt werden kann!

3/

Mit einer dünnen Metallfolie kann ___-Strahlung abgeschirmt werden. Ein Blatt Papier reicht aus, um ___-Strahlung abzuhalten. Um vor ___-Strahlung zu schützen, ist eine dicke Bleischicht

Oly

erforderlich.

9) Nenne zwei Messgeräte für radioaktive Strahlung!

2/

10) Wozu wendet man mit der Radiokarbonmethode an?

1/

Krebsdiagnose

Materialprüfung

Altersbestimmung

11) Nenne zwei andere Anwendungen für radioaktive Strahlung!

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2/

29 4/

g

12) Wie lautet die von Albert Einstein gefundene Formel, die den Zusammenhang zwischen Energie und Masse beschreibt?

13) Beschrifte die Skizze eines Kernkraftwerks, indem du die richtigen Zahlen einsetzt!

5/

Ve

rla

1. Uran- oder Brennstäbe 2. Kühlturm 3. Turbine 4. Wärmetauscher 5. Regel- oder Steuerstäbe

Wiederholung 14) Wo werden Kernreaktoren eingesetzt? Nenne zwei Beispiele!

Wird nicht angezeigt

mp e

15) Beschreibe, was bei einem Super-GAU geschieht und was die Folge davon ist!

2/

2/

Folge:

16) Wie entsteht die Energie in der Sonne?

1/

17) Nenne eine Einheit, in der Radioaktivität gemessen wird!

1/

18) Was bedeuten diese Sirenensignale?

3/

Oly

Dauerton 3 Minuten

Dauerton 1 Minute

auf- und abschwellender Ton ca. 1 Minute

19) Was musst du tun, wenn du einen 3 Minuten andauernden Sirenenton hörst?

1.

3/

2.

3.

38 – 42: 33 – 37: 28 – 32: 22 – 27: unter 22:

Du bist Physikmeister/Physikmeisterin.

Du hast dir viel gemerkt.

Du weißt schon einiges.

Du solltest noch viel üben!

Du solltest diese Kapitel im Buch noch einmal lesen!

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30 Lösungen Buch S. 57 – 88

K.12/S. 63/1

g

Rubidium Eisen Lithium Gold Quecksilber Schwefel

37 26 3 79 80 16

85 56 7 197 201 34

K.12/S. 63/2

48

12

C

Mg

Lösungen

Zn

55

Co

Na

mp e

24

Welches Atom wird dargestellt: Kohlenstoff

Cr

29

62

48 30 4 118 121 18

rla

K.12/S. 61 (Seitenspalte)

Die Darstellung der chemischen Elemente, in der sie nach ihren Ordnungszahlen geordnet sind, nennt man Periodensystem.

Das Symbol für Blei ist Pb. α-Strahlung besteht aus zweifach positiv geladenen He-Ionen, daher wird sie in einem elektrischen Feld in Richtung zum Minus-Pol abgelenkt. β-Strahlung besteht aus negativ geladenen Elektronen, daher wird sie zum Plus-Pol abgelenkt. γ- und Neutronenstrahlen sind elektrisch neutral, sie werden nicht abgelenkt.

Ve

K.11/S. 57 (Seitenspalte)

K.12/S. 63/3 K.12/S. 64/4

Die Aktivität gibt an, wie viele Atome pro Sekunde zerfallen.

werden nicht angezeigt

Lösungswort: AKTIVITÄT Schutz vor Sonnenbrand: Aufenthalt im Schatten à es gelangt weniger UV-Strahlung auf die Haut; Verwendung von Sonnencreme à diese enthält Stoffe, die UV-Strahlung absorbieren, reflektieren oder streuen, sodass die Strahlung nicht in die Haut eindringen kann Berufe mit ionisierender Strahlung: z. B. medizinisches Personal, das mit Röntgengeräten arbeitet

Oly

K.12/S. 64/5 K.13/S. 65 (Seitenspalte) K.13/S. 67 (Seitenspalte) K.14/S. 68 (Seitenspalte) K.14/S. 71/1 K.14/S. 71/2 K.14/S. 71/3 K.14/S. 72/4

Dinosaurier traten vor 235 Mio. Jahren erstmals auf und starben vor ca. 65 Mio. Jahren aus. Die ersten Vorfahren des Menschen traten vor ca. 4 Mio. Jahren auf. von links nach rechts: γ-Strahlung, α-Strahlung, β-Strahlung von links nach rechts: α- und β-Strahlung * α-, β- und g-Strahlung * α-Strahlung * α- und β-Strahlung * α- und β-Strahlung links: Dosimeter * rechts: Geigerzähler einfügen bei F

31

rla

g

K.14/S. 72/5

Materialprüfung: Untersuchung von Material Alphastrahlung: radioaktive Strahlung, die aus Helium-Kernen besteht Abschirmen: Abhalten von Strahlung Geigerzähler: Gerät zum Messen von ionisierender Strahlung Kobaltkanone: Gerät für medizinische Heilbehandlung, das aus Kobaltisotopen Strahlung erzeugt Halbwertszeit: Zeit, in der die Hälfte der radioaktiven Isotope zerfallen ist Gammaknife: helmartiges Gerät, bei dem aus vielen Quellen γ-Strahlung auf eine Stelle des Gehirns gelenkt wird Dosimeter: Gerät, das die Strahlungsmenge aufzeichnet, die auf einen Körper während einer bestimmten Zeit einwirkt Röntgen: deutscher Physiker, der die Röntgenstrahlung entdeckt hat Glimmer: Mineral, das in sehr dünne Schichten gespalten werden kann Radioaktive Quellen werden z. B. in der Medizintechnik (z. B. im Gamma-Knife) oder in der Materialprüfung verwendet. Daher kann auch in diesen Bereichen radioaktiver Abfall anfallen.

Ve

K.14/S. 72/6

Lösungen

K.14/S. 76 (Seitenspalte) K.16/S. 81/1

mp e

Temelin Dukovany

werden nicht angezeigt Mochovce

Grundremmingen

Lösungswort: ATOMKERN Uranbergbau

Endlagerung

Brennelemente

Wiederaufbereitung

Oly

K.16/S. 81/2 K.16/S. 82/3

Krsko

Kernkraftwerk

K.16/S. 82/4 K.17/S. 83 (Seitenspalte)

K.17/S. 84 (Seitenspalte) K.17/S. 87/1

individuelle Lösung Beim Verwittern gelangen feiner Staub und Sand in Gewässer. Dort können sie von Lebewesen aufgenommen werden bzw. lagern sich in Sedimenten ab. Manche radioaktive Stoffe können auch vom Wasser ausgewaschen werden und gelangen direkt ins Wasser. So können sie auch von Menschen mit dem Trinkwasser aufgenommen werden. Feiner Staub, der beim Verwittern entsteht, kann durch Wind verweht und eingeatmet werden. Dieser Staub kann sich überall ablagern.

Die Hauptursache für Lungenkrebs ist das Rauchen.

Lösungswort: ATOM

32 Röntgenärztin: Sie arbeitet mit Röntgengeräten, die ionisierende Strahlung erzeugen.

Bergmann: Viele Gesteine enthalten geringe Mengen radioaktiver Isotope. Daher ist die Belastung größer, wenn man von Gestein umgeben ist. Außerdem entsteht beim Zerfall das radioaktive Edelgas Radon, das sich in Bergwerken ansammelt.

Flugbegleiterin: Sie arbeitet in größer Höhe, in der der Schutz der Atmosphäre vor Strahlung aus dem Weltall geringer ist.

Arbeiter in einem Wasserwerk: Das radioaktive Edelgas Radon, das beim Zerfall in Gesteinen entsteht, löst sich in Wasser und gelangt mit dem Quellwasser an die Oberfläche. In Wasserwerken kann sich dieses Gas ansammeln.

Lösungswort: BECQUEREL a: Innenministerium * b: Schutz vor Naturkatastrophen; Vorbereitung der Bevölkerung; Hilfe der Bevölkerung bei Katastrophen * c: z. B. Rotes Kreuz, Feuerwehr

K.17/S. 87/3 K.17/S. 88/4

rla

g

K.17/S. 87/2

K.17/S. 88/5

vor

während

nach

Ve

Haus und Wege im Freien mit Wasser abspritzen Fenster und Türen abdichten in geschlossenen Räumen bleiben im Freien Kleidung tragen, die den ganzen Körper bedeckt glatte Flächen mit einem feuchten Tuch abwischen Haustiere in die Wohnung bringen kein Obst und Gemüse aus dem Garten essen vor dem Betreten eines Hauses Oberkleidung und Schuhe ausziehen

Lösungen

innenliegende Räume oder Keller aufsuchen

AB 1

mp e

Lösungen Lehrer/innenheft S. 27 – 29

werden nicht angezeigt links: Kernverschmelzung * rechts: Kernspaltung

1. Ein Atom ist aus dem Kern und der Hülle aufgebaut. Der Kern besteht aus den elektrisch positiv geladenen Protonen sowie den elektrisch neutralen Neutronen.

2. Ordnungszahl/Kernladungszahl* Neutronenzahl 3. durch die Anzahl der Neutronen 4. die Veränderung von Atomkernen 5. Strahlung 6.

Oly

Wiederholung 1

7. Halbwertszeit 8. Mit einer dünnen Metallfolie kann α-Strahlung abgeschirmt werden. Ein Blatt Papier reicht aus, um β-Strahlung abzuhalten. Um vor γ-Strahlung zu schützen, ist eine dicke Bleischicht erforderlich.

9. Geigerzähler * Dosimeter 10. Altersbestimmung 11. Krebsbehandlung * Materialprüfung * Abtöten von Bakterien und Pilzen * Veränderung des Erbmaterials 12. E = m • c2

33 1

5

4

3

Kernkraftwerk * Flugzeugträger * U-Boot * Eisbrecher * Raumsonde Die Kühlung fällt komplett aus. * Folge: Kernschmelze Kernverschmelzung Becquerel * Sievert Warnung * Entwarnung * Alarm geschlossenen Raum aufsuchen * Radio aufdrehen * Ruhe bewahren, Anweisungen folgen

Ve

14.

15.

16.

17.

18.

19.

rla

2

g

13.

Lösungen

Oly

mp e

werden nicht angezeigt

34 ELEKTROMAGNETISMUS (Kapitel 18 – 25)

STEHENDE WELLE IM LEITER Material: Konstantandraht (Durchmesser: 0,4 mm) * regelbare Gleichstromquelle * regelbare Wechselstromquelle * U-Kern * Polschuhe * Spule (1 200 Windungen, 1 Ampere) * Isolierklemme * Krokoklemme * Gewichte (4N) * Umlenkrolle * Stativ

Gleichspannung

Ve

Ko ns tan tan dr ah t

Anleitung: Das Experiment wird so wie in der Abbildung dargestellt aufgebaut. Nach dem Anlegen der beiden Spannungen beginnt der Draht zu schwingen.

Anschließend wird der Magnet so lange verschoben, bis sich im Draht eine stehende Welle ausbildet. Durch Variieren der Stromstärke in der Spule bzw. im Draht kann die Amplitude der Schwingung beeinflusst werden. Führt man dieses Experiment im Dunkeln aus und erhöht die Stromstärke im Draht so lange, bis er glüht, ist die stehende Welle besonders deutlich zu sehen.

Isolierklemme

rla

Polschuhe

g

HANDLUNGSORIENTIERTER UNTERRICHT / VERSUCHSANLEITUNGEN FÜR LEHRER/INNEN:

Krokoklemme

Wechselspannung

4N

mp e

Schlussfolgerung: Das Magnetfeld im Draht ändert sich periodisch mit der Wechselspannung. Dadurch wird der Draht im konstanten Magnetfeld zwischen den Polschuhen abwechselnd in die eine oder die andere Richtung ausgelenkt.

Umlenkrolle

DIE THOMSONKANONE

Material: Netzgerät * Spule (z. B. 600 Windungen) * geschlossener und offener Aluring * Eisenkerne * Kabel * Schalter

Turm aus Weicheisenkernen

Was geschieht?

Der Aluring wird in die Höhe geschossen.

230 V ~

Oly

Schlussfolgerung: Der geschlossene Aluring wirkt wie eine Windung der Sekundärspule eines Trafos. In ihm fließt ein Induktionsstrom, der ein Magnetfeld zur Folge hat.

Dieses wird vom Magnetfeld im Weicheisenkern abgestoßen.

Spule

Anleitung 1: Das Experiment wird so wie in der nebenstehenden Abbildung aufgebaut. Anschließend wird der Schalter KURZ geschlossen.

Anleitung 2: Das Experiment wird mit dem offenen Aluring wiederholt.

Was geschieht?

Der Aluring bewegt sich nicht.

Schlussfolgerung: Im offenen Aluring kann kein Induktionsstrom fließen, daher entsteht auch kein Magnetfeld.

geschlossener Aluring

35 DIE LEITFÄHIGKEIT DER ERDE

Was geschieht?

Die Leuchtdiode leuchtet nicht.

Was geschieht?

Die Leuchtdiode beginnt zu leuchten.

Kohleelektroden

Erde

Ve

Anleitung 2: Die Erde im Becherglas wird mit der Gießkanne vorsichtig befeuchtet. Dann wird wiederum das Netzgerät eingeschaltet und die Spannung erhöht.

Krokoklemmen

rla

Anleitung 1: Das Experiment wird so aufgebaut, wie es in der Abbildung dargestellt ist. Anschließend wird das Netzgerät eingeschaltet und die Spannung langsam erhöht. Dabei wird die Leuchtdiode beobachtet.

g

Material: regelbares Netzgerät * Leuchtdiode * Kohleelektroden * Becherglas * trockene Erde * Kabel * Krokoklemmen * Wasser in Gießkanne

Oly

mp e

Schlussfolgerung: Die Erde enthält Salze. Wird die Erde feucht, lösen sich diese Salze teilweise. Es bilden sich Ionen, die für die elektrische Leitfähigkeit zur Verfügung stehen. Die Erde wirkt dann wie ein Elektrolyt.

Versuchsanleitungen 1 / Kopiervorlage Name:

Elektromagnetismus Datum:

g

36

Abschirmung des Magnetfeldes

rla

Du brauchst: kleines Gefäß aus Kunststoff * großes Gefäß aus Kunststoff * Kochtopf aus Eisen * 2 Stabmagnete * Wasser Anleitung: ¬ Fülle zunächst das große Kunststoffgefäß mit Wasser! ¬ Danach lege einen Stabmagnet in das kleine Kunststoffgefäß und lass es auf dem Wasser schwimmen! ¬ Halte nun den anderen Stabmagnet seitlich an das Gefäß!

¬

Kunststoffgefäß

Ve

Was beobachtest du?

Wiederhole das Experiment! Verwende aber anstelle des großen Kunststoffgefäßes den Kochtopf!

Was beobachtest du?

Kochtopf

mp e

Deine Schlussfolgerung:

Polung einer stromdurchflossenen Spule

Du brauchst:Wagen * Stabmagnet * Spule mit Eisenkern * Netzgerät (regelbare Gleichspannung)

Oly

Anleitung: ¬ Lege den Stabmagnet auf denWagen und stelle ihn so neben die Spule, wie es in der Abbildung dargestellt ist! ¬ Schließe die Spule an das Netzgerät an und erhöhe langsam die Spannung!

Was beobachtest du? ¬

Wiederhole dein Experiment, vertausche diesmal aber die beiden Anschlusskabel des Netzgerätes!

Was beobachtest du?

Deine Schlussfolgerung:

© Olympe Verlag

Elektromagnetismus Datum:

g

Versuchsanleitungen 2 / Kopiervorlage Name:

37

Bremsen eines fallenden Magneten

mp e

Deine Schlussfolgerung:

Ve

Was beobachtest du?

Kupfer

Anleitung: ¬ Spanne die beiden Rohre nebeneinander senkrecht ein und lege die weiche Unterlage darunter! ¬ Halte beide Magnete an die oberen Öffnungen der Rohre und lasse sie gleichzeitig los!

Kunststoff

rla

Du brauchst: Kunststoffrohr und Kupferrohr (beide ca. 2 m lang mit 20 mm Innendurchmesser) * 2 Stabmagnete * 2 Stative, Muffen, Klemmen * weiche Unterlage

Motor und Generator (Gedankenexperiment)

Betrachte die Abbildung und stelle dir Folgendes vor!

Im oberen Bild sinkt die Masse m1 nach unten. Dadurch wirkt Maschine 1 als Generator und erzeugt elektrische Energie. Diese betreibt Maschine 2 als Elektromotor. Maschine 2 leistet Hubarbeit und hebt Masse m2 nach oben.

Sobald m1 den Boden erreicht hat, läuft es genau umgekehrt ab. m2 sinkt nach unten, Maschine 2 wirkt als Generator, dessen elektrische Energie Maschine 1 als Elektromotor antreibt, sodass m1 nach oben gehoben wird.

Läuft diesesWechselspiel ewig?

Oly

Begründe deine Antwort!

© Olympe Verlag

Versuchsanleitungen 3 / Kopiervorlage Name:

Elektromagnetismus Datum:

Die rasende Uhr

Uhr

mp e

Deine Schlussfolgerung:

Ve

Anleitung: ¬ Stecke die Spule auf den Eisenkern und stelle die Uhr direkt daneben hin! ¬ Schließe die Spule an 230 V Wechselspannung an! ¬ Betrachte den Sekundenzeiger der Uhr! 230 V ~ Was beobachtest du?

Spule

rla

Du brauchst: batteriebetriebene Uhr mit Sekundenzeiger * Spule (600 Windungen) * U-förmiger Eisenkern

g

38

Der Transistor als Schalter

Du brauchst: Batterie 1,5V * Batterie 4,5V * npn-Transistor * Lämpchen (3,8V / 70 mA) * Kabel und Klemmen Anleitung: ¬ Baue die Schaltung laut Schaltplan auf! ¬ Verbinde einmal den Pluspol der 1,5 V-Batterie mit der Basis desTransistors und danach den Minuspol!

Oly

Was beobachtest du?

Deine Erklärung:

© Olympe Verlag

Elektromagnetismus Datum:

Rechnen mit Strom

g

Arbeitsblatt 1 / Kopiervorlage Name:

39

a) Schreibe zunächst dieTransformatorgleichung an!

=

Ve

b) Wie musst du diese Gleichung umformen, um die Windungszahl der Sekundärspule zu berechnen?

rla

1) Im Netzgerät eines Notebooks wird der Strom von 230 V (Netzspannung) auf 19,5 V transformiert. Der Transformator des Netzgerätes enthält eine Primärspule mit 460Windungen.

c)Wie groß ist dieWindungszahl der Sekundärspule?

2) Der Physiklehrer führt ein Experiment vor. Dabei verwendet er einen speziellen Transformator. Die Sekundärspule ist ein mit Wasser gefüllter Metallring. Dieser wird bei diesem Experiment so heiß, dass das Wasser zu kochen beginnt

mp e

a)Wie vieleWindungen hat die Sekundärspule?

b) Er schließt die Primärspule direkt an das Stromnetz an. Mit einem Amperemeter misst er in der Primärspule eine Stromstärke von 2 A. Wie groß ist die elektrische Leistung in der Primärspule?

c) Die Primärspule hat 600 Windungen. Wie groß ist die Stromstärke im mit Wasser gefüllten Ring?

Oly

3) Zum Betreiben einer Modelleisenbahn ist ein Transformator erforderlich. Der Transformator wird an das Stromnetz mit einer Spannung von 230 V angeschlossen. Die Primärspule hat 690 Windungen. Deine Lokomotive benötigt aber eine Spannung von 12 V. a)Wie vieleWindungen hat die Sekundärspule?

a) Die maximale Leistung deiner Lokomotive beträgt 12 W. Wie groß ist dann die Stromstärke in der Primärspule ungefähr?

© Olympe Verlag

Arbeitsblatt 2 / Kopiervorlage Name:

Elektromagnetismus Datum:

g

40

mp e

Ve

rla

Kreuzworträtsel – Elektromagnetismus

Oly

waagrecht 1 Bereich rund um einen Magneten 5 Kombination von Kondensator und Spule 7 aufgewickelter Draht 8 drehender Teil eines Elektromotors 9 Gerät, das am Fahrrad Strom erzeugt 10 gebogener Draht 12 Anlage zur Stromerzeugung 15 bewegliche elektrische Verbindung 16 Elektromagnet, der einen Schalter betätigt 17 ändert regelmäßig die Stromrichtung in einem Elektromotor 18 Gerät, das die Spannung ändert

© Olympe Verlag

senkrecht 2 Gerät, das aus einer Drehbewegung Strom erzeugt 3 unbeweglicher Teil eines Elektromotors 4 Halbleiterbauteil aus drei Bereichen 6 Stoff, der Strom nur unter bestimmten Bedingungen leitet 7 Verbindung zwischen Kraftwerken und Verbrauchern 11 Gerät, das aus Strom eine Drehbewegung erzeugt 13 Speicher für elektrische Ladungen 14 Elektrizität entsteht durch die Bewegung eines Magneten

Wiederholung Name:

41

g

Elektromagnetismus Datum:

1) Fülle die Lücken!

4/

Kräfte zwischen Magneten: ___________________________ Pole _________________ einander ab.

rla

_________________________________ Pole ___________________ einander an.

1/

3) Nenne drei Anwendungen für Elektromagnete!

3/

Ve

2) Was entsteht rund um einen stromdurchflossenen Leiter?

4) Beschrifte diesen Elektromotor, indem du die Zahlen richtig einsetzt!

mp e

Wiederholung

1 2 3 4

4/

Stator Bürsten Rotor Kommutator

Wird nicht angezeigt

2/

6) Nenne drei Beispiele für Elektromotoren!

3/

Oly

5) Beschreibe die Funktion des Kommutators!

© Olympe Verlag

42

Drehspannung

1/

rla

8) Kreuze richtig an! Die Induktionsspannung ist eine …

Gleichspannung

2/

g

7) Wovon hängt die Stärke des Induktionsstroms in einer Spule ab?

Wechselspannung

1/

10) Was verändert ein Transformator?

1/

Spannung

Ve

9) Wie nennt man ein Gerät, das aus einer Drehbewegung elektrischen Strom erzeugt?

Stromstärke

Widerstand

11) Schreibe die Transformatorgleichung an!

Wiederholung

Wird nicht angezeigt

4/

3/

13) Nenne drei Arten von Kraftwerken!

3/

14) Welche Aufgabe hat ein Kondensator?

2/

Oly

mp e

12) Schreibe die Formel für die elektrische Leistung an!

15) Nenne einen Grund, warum du im Internet besonders vorsichtig sein musst, wenn du persönliche Daten bekannt gibst?

© Olympe Verlag

32 – 35: 28 – 31: 24 – 27: 18 – 23: unter 18:

Du bist Physikmeister/Physikmeisterin.

Du hast dir viel gemerkt.

Du weißt schon einiges.

Du solltest noch viel üben!

Du solltest diese Kapitel im Buch noch einmal lesen!

1/

43 Lösungen Buch S. 91 – 128

g

1. Zeile: E * P * P; 2. Zeile: E * P * E 1*3*2 2*3*1

~ 1,5 V

K.19/S. 101/1

Lösungswort: MAGNETFELD Wenn eine der Phasen des Drehstroms ihren Nulldurchgang hat (Spannung = 0V), beträgt die Spannungsdifferenz der beiden anderen Phasen ca. 400 V. Da diese Spannung wesentlich höher ist als die von„normalem“ 2-Phasen-Wechselstrom, wird Drehstrom auch„Starkstrom“ genannt.

Lösungen

mp e

K.19/S. 101/2

230 V

Ve

K.18/S. 96/5 K.19/S. 100 (Seitenspalte)

rla

K.18/S. 95/1 K.18/S. 95/2 K.18/S. 95/3 K.18/S. 96/4

K.19/S. 101/3 K.19/S. 102/4

Gerät OHNE Elektromotor: Mobiltelefon

Oly

werden nicht angezeigt

K.20/S. 103 (Seitenspalte) K.20/S. 104 (Seitenspalte) K.20/S. 105 (Seitenspalte)

Ohmsches Gesetz: U = R • I In Kapitel 18 wird beschrieben, dass ein in einem Leiter fließender Strom ein Magnetfeld erzeugt. In diesem Kapitel ist es umgekehrt, in einem Leiter, der sich in einem Magnetfeld bewegt, wird elektrischer Strom induziert.

Die Kraft, die auf den Rotor wirkt, ist während der Umdrehung unterschiedlich. Sie hängt von der Stellung des Permanentmagneten gegenüber der Spule ab.

44

K.22/S. 115/2

g

K.21/S. 110/2 K.21/S. 110/3 K.21/S. 110/4 K.22/S. 113 (Seitenspalte) K.22/S. 115/1

Die Stärke des Magnetfeldes in einer stromdurchflossenen Spule hängt von der Stromstärke und von der Anzahl der Windungen ab. von oben nach unten: Fahrraddynamo * Drehstromgenerator * Außenpolgenerator * Tauchspulenmikrofon * Innenpolgenerator * Gleichstromgenerator oben: 2 * 1 * 3; mitte: 1 * 3 * 2; unten: 1 * 2 * 3 Spannung = 10 V Spannung = 100 A Windräder können gefährlich für Vögel werden, die durch die sich drehenden Räder fliegen.

Der Großteil des in Österreich erzeugten Stroms, nämlich 65,7 %, stammt aus Wasserkraft. Der zweitgrößte Anteil stammt mit 23 % aus fossilen Brennstoffen. Biogene Brennstoffe, zu denen neben Holz und Stroh auch Biogas gehört, liefern 6,4 % des Stroms. 3,4 % des österreichischen Stroms wird aus Windkraft gewonnen. Der Anteil von Photovoltaik liegt lediglich bei 0,2 %. von links nach rechts: Peltonturbine/Speicherkraftwerk * Kaplan/Laufkraftwerk * Francisturbine/Laufund Speicherkraftwerk

K.22/S. 116/3

E-Diskont 248,50 € 700,30 € 140,06 € 840,36 €

Elektropower 324,95 € 776,75 € 155,35 € 932,10 €

Ve

Fix-Strom 334,00 € 785,80 € 157,16 € 942,96 €

Mein Energiepreis Netto-Preis 20 % USt. Gesamtkosten

Mögliche Gründe, nicht den billigsten Anbieter zu wählen: geringer Anteil an erneuerbarer Energie * schlechtes Kundenservice * …

Nach Michael Faraday ist der„Faradaysche Käfig“ benannt, der vor Blitzüberschlägen schützt.

Lösungen

Lösungswort: COMPUTER Klartext: PHYSIK Einfügen bei D Lösungswort: BYTE Das Internet besteht aus vielen einzelnen Computern, die weltweit miteinander verbunden sind. Je nachdem, welche Aufgabe sie haben, unterscheidet man verschiedene Arten von Computern. Auf einem Server sind Homepages und Daten wie Texte, Music-Clips oder Filme gespeichert. Server sind rund um die Uhr in Betrieb und stellen so sicher, dass die Daten jederzeit abgerufen werden können.

Server sind mit einem Provider verbunden. Dabei handelt es sich um eine Firma, die den Zugang zum Internet zur Verfügung stellt. Beim Provider steht ein Router. Das ist ein Computer, auf dem keine Daten gespeichert sind, sondern der diese nur weiterleitet. Dein eigener Computer wird als Client bezeichnet. Dieser ist nicht ständig in Betrieb und stellt keine Daten zur Verfügung, sondern ruft nur Daten aus dem Internet ab. Er ist ebenfalls mit einem Provider verbunden. Wenn du eine bestimmte Homepage ansehen willst, dann meldet sich dein Computer beim Provider und fragt nach der gewünschten URL. Die Anfrage wird dann von Router zu Router weitergeleitet, bis der Server mit der gewünschte URL gefunden ist. Anschließend werden die Daten von diesem Server von Router zu Router an dich weitergeleitet.

Router – Computer, der Daten weiterleitet * Internet – weltweites Netzwerk aus miteinander verbundenen Computern * Provider – Firma, die Zugang zum Internet bietet * Server – Computer, der Daten zur Verfügung stellt * Client – Computer, der nur Daten abruft

mp e

K.23/S. 117 (Seitenspalte) K.23/S. 121/2 K.23/S. 121/4 K.23/S. 122/5 K.23/S. 122/6 K.25/S. 127/1

rla

K.21/S. 107 (Seitenspalte) K.21/S. 109/1

Oly

werden nicht angezeigt

K.25/S. 128/2

K.25/S. 128/3

Lösungswort: ENERGIE

45 Versuchsanleitungen: Beobachtungen (B)/Schlussfolgerungen (S) (Lehrer/innenheft S. 36 – 38) Abschirmung des Magnetfeldes: B1: Das kleine Gefäß schwimmt zum Magneten. * B2: Das kleine Gefäß bewegt sich nicht. * S: Der Eisentopf schirmt das Magnetfeld ab, der Kunststoffbehälter jedoch nicht.

Polung einer stromdurchflossenen Spule: B1: Der Wagen bewegt sich. * B2: Der Wagen bewegt sich in die Gegenrichtung. * S: Nord- und Südpol werden vertauscht, wenn sich die Richtung des Stroms durch die Spule ändert.

VA 2

Bremsen eines fallenden Magneten: B: Der Magnet im Kupferrohr fällt langsamer. * S: Der fallende Magnet erzeugt im Kupferrohr einen Induktionsstrom. Dieser bewirkt ein Magnetfeld, das den Magneten bremst.

Motor und Generator: Nein! * Es gibt kein„Perpetuum Mobile“. Bei den Energieumwandlungsprozessen entsteht Wärme, die an die Umgebung abgegeben wird. Daher wird die Masse bei jedem Durchgang weniger hoch angehoben, bis der Prozess vollständig zum Erliegen kommt.

VA 3

Die rasende Uhr: B: Der Sekundenzeiger läuft viel schneller. * S: Das wechselnde Magnetfeld induziert Strom in der Elektronik der Uhr. Diese führen zu einer Störung der Laufgeschwindigkeit.

Der Transistor als Schalter. B: Nur wenn der Pluspol mit der Basis verbunden ist, leuchtet das Lämpchen. * S: Beim npn-Transistor fließt Strom über Kollektor und Emitter, wenn die Basis mit dem Pluspol verbunden ist.

Lösungen Lehrer/innenheft S. 39 – 42

AB 1

1a: U1 n1 * 1b: U * 1c: 39 Windungen * 2a: 1 Windung * 2b: 460 W * 2c: 1200 A n2 = n1 2 = U2 n2 U1 3a: 36 Windungen * 3b: ungefähr 0,05 A

Lösungen

mp e

AB 1

Ve

rla

g

VA 1

Oly

werden nicht angezeigt

46 1. Gleichnamige Pole stoßen einander ab. Ungleichnamige Pole ziehen einander an.

2. Magnetfeld 3. z. B. Schrottplatz * Relais * Klingel * Lautsprecher 4.

rla

3

g

Wiederholung

1

4

Ve

2

5. Er sorgt dafür, dass die Stromrichtung der Spule in einem Elektromotor regelmäßig geändert wird.

6. z. B. Waschmaschine * Föhn * DVD-Player * Kühlschrank * Ventilator 7. Stärke des Magnetfeldes * Geschwindigkeit der Veränderung des Magnetfeldes 8. Wechselspannung 9. Generator 10. Spannung 11. U1 n1 = U2 n2

Lösungen

12. P = U • I 13. z. B. Speicherkraftwerk * Laufkraftwerk * Kalorisches Kraftwerk * Atomkraftwerk * Windkraftwerk * Sonnenkraftwerk * Fotovoltaikkraftwerk * Sonnenwärmkraftwerk * Biomassekraftwerk * Kohlekraftwerk * Gaskraftwerk 14. Er speichert elektrische Ladungen.

15. z. B. Man weiß nicht, wohin die Daten gelangen. * Das Internet vergisst nie.

Oly

mp e

werden nicht angezeigt

47 KRÄFTE UND BEWEGUNG (Kapitel 26 – 28)

g

HANDLUNGSORIENTIERTER UNTERRICHT / VERSUCHSANLEITUNGEN FÜR LEHRER/INNEN: PAPIERSÄGE

rla

Material: Bohrmaschine * Blatt Papier * Schere * Schraube mit Mutter und Beilagscheiben * Stück Kreide

Anleitung: Aus dem Blatt Papier wird ein Kreis ausgeschnitten (Durchmesser ca. 10 – 15 cm). Im Mittelpunkt des Kreises wird ein Loch gebohrt. Zunächst wird eine Beilagscheibe über die Schraube geschoben. Danach fädelt man die Schraube durch das Loch der Scheibe und legt eine weitere Beilgascheibe darauf.

Anschließend wird die Scheibe mit der Mutter fixiert. Die Schraube mit der Scheibe wird in die Bohrmaschine gespannt.

Ve

Nach dem Einschalten der Bohrmaschine wird mit der rotierenden Scheibe das Stück Kreide entzweigeschnitten.

Schlussfolgerung: Durch die hohe Umdrehungsgeschwindigkeit der Bohrmaschine wirken Fliehkräfte auf das Papier, welche die Scheibe straffen, sodass sie sich beim Schneiden nicht verbiegt.

KORIOLISKRAFT

Material: Drehschemel oder Plattenspieler * Blatt Papier * Schere * Stift

mp e

Anleitung: Zunächst schneidet man einen Kreis aus dem Blatt Papier. Diesen legt man auf den Drehschemel/Plattenspieler. Ein Schüler/eine Schülerin wird aufgefordert, vom Mittelpunkt des Kreises eine gerade Linie zum Rand zu ziehen. Anschließende wird der Drehschemel in Drehung besetzt bzw. der Plattenspieler eingeschaltet. Dann wird der Schüler/die Schülerin aufgefordert, erneut eine gerade Linie vom Mittelpunkt zum Rand zu ziehen.

Schlussfolgerung: Es ist nicht möglich, eine gerade Linie zu ziehen. Die Kurve, die auf dem Blatt Papier entsteht, verdeutlicht die Wirkungsweise der Korioliskraft.

EINSTEINS EXPERIMENT

Material: Tasse mit Wasser * Teeblätter * Löffel * Drehschemel oder Plattenspieler

Anleitung: Die Teeblätter werden in die Tasse gegeben. Dann wartet man, bis sie sich vollgesogen haben und zu Boden sinken.

Anschließend rührt man die Flüssigkeit um und wartet, bis sie zur Ruhe gekommen ist. Man fordert die Schüler/innen auf, die Teeblätter zu betrachten und zu beschreiben, was sie sehen Die Teeblätter haben sich am Boden der Tasse in der Mitte angesammelt. Weiters fordert man die Schüler/innen auf, eine Erklärung für ihre Beobachtung zu finden.

Oly

Erklärung: Auf das rotierende Wasser wirkt die Zentripetalkraft. Aufgrund von Reibung wird es am Tassenrand abgebremst, sodass es in der Mitte rascher rotiert als am Rand. Vor allem am Boden ist die Geschwindigkeit geringer, da noch die Reibung mit dem Boden der Tasse dazukommt. Das Wasser sinkt am Tassenrand daher nach unten und nimmt die Teeblätter mit. In der Mitte steigt das Wasser auf, während die Teeblätter aufgrund ihrer größeren Dichte am Boden liegen bleiben.

Anleitung: Die Tasse mit den Teeblättern in der Mitte wird auf den Drehschemel/Plattenspieler gestellt und in Drehung versetzt. Wieder fordert man die Schüler/innen auf, die Teeblätter zu beobachten. Die Teeblätter bewegen sich nach außen. Die Schüler/innen sollen auch eine Erklärung dafür finden.

Erklärung: Der Effekt kehrt sich um. Durch die Reibung mit der Tasse wird das Wasser am Rand und am Boden rascher in Rotation versetzt. Daher erfolgt die Zirkulation des Wassers in die Gegenrichtung: von der Mitte zum Tassenrand. Das Wasser steigt außen auf und die Teeblätter treiben am Rand.

Anmerkung: Der Name des Experiments stammt daher, dass Albert Einstein beim Trinken einer Tasse Tee auf dieses Phänomen aufmerksam wurde.

Versuchsanleitungen 1 / Kopiervorlage Name:

Kräfte und Bewegung Datum:

g

48

Watte und Becher im Freien Fall

rla

Du brauchst: Kunststoffbecher *Watte

Anleitung: ¬ Halte die Watte und den Kunststoffbecher nebeneinander in gleicher Höhe über den Boden und lass beide gleichzeitig zu Boden fallen!

Was beobachtest du?

Was beobachtest du?

mp e

Deine Schlussfolgerung:

Ve

Anleitung: ¬ Halte die Watte knapp über den Kunststoffbecher und lass beide wieder gleichzeitig fallen!

Der fallenden Wasserbecher

Du brauchst: Kunststoffbecher *Wasser *Wanne * Bohrer

Anleitung: ¬ Bohre ein kleines Loch in den Boden des Kunststoffbechers! ¬ Halte den Becher über die Wanne und fülle ihn mit Wasser! ¬ Lass zunächst etwas Wasser aus dem Loch im Becher laufen, dann lass den Becher in die Wanne fallen!

Oly

Was beobachtest du?

Deine Schlussfolgerung:

© Olympe Verlag

Kräfte und Bewegung Datum:

g

Versuchsanleitungen 2 / Kopiervorlage Name:

49

rla

Du brauchst: 2 gleiche Kugeln *Tisch * Brett * kleines Brett *Wand

Wann erreichen die Kugeln die Wand?

Deine Schlussfolgerung:

Ve

Anleitung: ¬ Stelle den Tisch in die Nähe der Wand und lege das größere Brett so darauf, dass es bis zurWand reicht! ¬ Lege eine der beiden Kugeln auf dieses Brett und die andere direkt daneben auf denTisch! ¬ Schiebe mit dem kleinen Brett beide Kugeln in Richtung Wand! Achte dabei darauf, dass die eine Kugel auf dem Brett bis zurWand rollt!

Wand

Zwei Kugeln und eine Wand

mp e

Das zerrissene Papier

Du brauchst: Blatt Papier * Schere * Münze * Klebstoff

Anleitung: ¬ Schneide zunächst auf beiden Seiten das Papier bis auf ca. 2 cm ein! ¬ Nimm die beiden schmalen Streifen mit beiden Händen und versuche, das Papier so zu zerreißen, dass das mittlere Stück zu Boden fällt!

Was beobachtest du?

¬

Klebe eine Münze auf das Mittelstück und versuche erneut, das Papier gleichzeitig in 3Teile zu zerreißen!

Oly

Was beobachtest du?

Deine Schlussfolgerung:

© Olympe Verlag

Versuchsanleitungen 3 / Kopiervorlage Name:

Kräfte und Bewegung Datum:

Gewichtheben

g

50

rla

Du brauchst: dünnes Rohr (z. B. Kugelschreiberhülle) * Schnur * 2 unterschiedliche Gewichte Anleitung: Fädle ein Stück Schnur durch das Rohr und befestige an beiden Enden die Gewichte! ¬ Halte das Rohr senkrecht, sodass das schwerere Gewicht die Schnur nach unten zieht, und versetze das Rohr in Drehbewegung! ¬ Nun erhöhe langsam die Drehgeschwindigkeit des Rohrs! ¬

mp e

Deine Schlussfolgerung:

Ve

Was beobachtest du?

Die Kugel im Rohr

Du brauchst: Karton * Schere * Klebstoff * Kugel (kleiner Ball)

Anleitung: ¬ Schneide einen Streifen aus dem Karton und klebe die Enden zusammen! ¬ Dann schneide an einer Stelle eine„Tür“ in den Zylinder (siehe Abbildung)! ¬ Lass die Kugel an der Innenseite des Zylinders entlang rollen und beobachte, wie die Kugel durch die„Tür“ den Zylinder verlässt.

Oly

Wie verlässt die Kugel den Zylinder?

Deine Schlussfolgerung:

© Olympe Verlag

Kräfte und Bewegung Datum:

Die rollende Dose Du brauchst: Dose * Gummiring * Muttern * Nägel * Schnur

g

Versuchsanleitungen 4 / Kopiervorlage Name:

51

rla

Gummiring

Dose

Schnur

Muttern

Nagel

mp e

Ve

Anleitung: ¬ Bohre in die Mitte des Deckels und des Bodens der Dose ein Loch! (Tipp: Lege dazu den Deckel bzw. die Dose auf eine Unterlage – z. B. ein Brett – und schlage vorsichtig einen Nagel hinein!) ¬ Befestige in der Mitte des Gummibandes die Muttern! Die Muttern müssen dabei unter dem Gummiband hängen (siehe Abbildung). ¬ Fädle das Gummiband durch das Loch im Boden und sichere es mit einem Nagel! ¬ Fädle die Schnur durch das andere Ende des Gummibandes, schiebe sie dann durch das Loch im Deckel! Spanne das Gummiband straff, indem du es durch das Loch ziehst, während du den Deckel schließt! Sichere das Gummiband auch am Deckel mit einem Nagel! ¬ Lege die Dose auf eine ebene Fläche und stoße sie seitlich an!

Was beobachtest du?

Oly

Finde eine Erklärung für deine Beobachtung!

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Arbeitsblatt 1 / Kopiervorlage Name:

Kräfte und Bewegung Datum:

Der fallende Ball

rla

Der DC-Tower inWien ist mit 220 m das höchste Hochhaus in Österreich.

g

52

1) Stell dir vor, du stehst ganz oben am DC-Tower und lässt einen Ball fallen!

Wie lange dauert es, bis der Ball am Boden auftrifft? a) Schreib zunächst die Formel für den Freien Fall an!

c) Setze die richtigen Zahlen ein und berechne die Fallzeit!

Ve

b) Forme die Formel so um, dass du die Zeit für den Freien Fall berechnen kannst!

2)Wie hoch ist die Geschwindigkeit des Balls beim Auftreffen auf dem Boden?

mp e

a) Schreib zunächst die Formel für die Fallgeschwindigkeit an!

b) Setze die richtigen Zahlen ein und berechne die Fallgeschwindigkeit!

3) Stell dir vor, du stehst ganz oben am DC-Tower und wirfst den Ball mit einer Geschwindigkeit von 5 m/s waagrecht vom Gebäude weg! a)Wie lange dauert es, bis der Ball am Boden auftrifft?

Oly

v = 5 m/s

b) Wie weit ist der Ball beim Auftreffen auf den Boden vom DC-Tower entfernt?

Tipp: Schreibe zunächst die Formel zum Berechnen der Geschwindigkeit an und forme Sie so um, dass du die Entfernung berechnen kannst! c) Setze die richtigen Zahlen ein und berechne die Entfernung!

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Kräfte und Bewegung Datum:

Kräfte Quiz

rla

Beantworte die Fragen richtig, dann erhältst du ein Lösungswort!

2. Wie bewegt sich ein Körper, auf den keine Kraft wirkt?

1. Wie nennt man die Erdanziehungskraft noch?

V Levitation

R Mediation

Z Natriumion

S Gravitation

g

Arbeitsblatt 2 / Kopiervorlage Name:

53

X beschleunigt

A geradlinig

L parabolisch

4. Welche Form hat die Flugbahn eines schräg nach oben geworfenen Balls?

Ve

3. Wie nennt man eine Veränderung der Geschwindigkeit?

E schnell

U Trägheit

T Beschleunigung

H Kreis

I Ellipse

K Masse

R Freier Fall

E Parabel

O Hyperbel

5. Welche Kraft zieht einen Körper auf einer Kreisbahn in Richtung Kreismittelpunkt?

6. Wie nennt man die Zentrifugalkraft noch?

L Zentripetalkraft

F Zentrifugalkraft

A Fluchtkraft

L Fliehkraft

W Korioliskraft

D Erdanziehungskraft

S Flugkraft

C Fliegkraft

8. Was gibt die Energie an, die in einem sich drehenden Körper steckt?

mp e

7. Welche Kraft bewirkt, dass sich auf der Erde Wolkenwirbel bilden?

I Korioliskraft

B Zentripetalkraft

N Gravitation

K Drehsinn

V Zentrifugalkraft

M Muskelkraft

J Fliehkraft

T Drehimpuls

9. Wie nennt man die seitliche Drehbewegung der Achse eines Kreisels?

10. Wie nennt man die Drehbewegung eines Einskunstläufers/einer Eiskunstläuferin?

Q Prozession

E Präzession

R Eprouvette

N Pirouette

G Sezession

R Kompression

T Etikette

Y Perlenkette

12. Welcher Wissenschaftler beschrieb als erster die Bewegung der Planeten?

Oly

11. In welcher Höhe kreisen geostationäre Satelliten?

B 36 000 km

N 12 000 km

Z Newton

A Kepler

P 500 km

O 300 000 km

E Einstein

W Kopernikus

13. Wie viele Planeten gehören zu unserem Sonnensystem?

14. Wie nennt man ein Gerät, das in großer Höhe über der Erdoberfläche kreist?

F 7

H 8

J Mond

Z Stern

Q 9

E 10

N Satellit

U Planet

LÖSUNGSWORT:

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 11 12 13 14

© Olympe Verlag

Wiederholung Name:

Kräfte und Bewegung Datum:

g

54

1) Fülle die Lücken!

3/

Ein Körper bleibt im ___________________________________________ oder einer

rla

_________________________________ , solange keine ____________ auf ihn wirkt.

2) Wie sieht eine gleichförmige Bewegung in einem Weg-Zeit-Diagramm aus?

Parabel

gerade Linie

3) Wie sieht die Wurfbahn eines schräg nach oben geworfenen Körpers aus?

Ve

gerade Linie

Parabel

1/

1/

4) Beschreibe diese Formel in eigenen Worten! v = a • t

3/

5) In welche Richtung wirkt die Zentripetalkraft?

1/

in Richtung Kreismittelpunkt

Wiederholung vom Mittelpunkt weg

mp e

6) Wovon hängt die Stärke der Zentripetalkraft ab?

Wird nicht angezeigt

3/

1/

8) Wie heißt die Kraft, die für das Entstehen von Wolkenwirbeln verantwortlich ist?

1/

9) Was beschreiben die Keplerschen Gesetze?

2/

Oly

7) Wie nennt man die Kraft, die der Zentripetalkraft entgegen wirkt?

10) Welche Form haben Planetenbahnen?

Parabeln

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Hyperbeln

16 – 17: 14 – 15: 12 – 13: 9 – 11: unter 9:

1/ Ellipsen

Gerade

Du bist Physikmeister/Physikmeisterin.

Du hast dir viel gemerkt.

Du weißt schon einiges.

Du solltest noch viel üben!

Du solltest diese Kapitel im Buch noch einmal lesen!

55 Lösungen Buch S. 131 – 148 Die Gravitation wurde von Isaac Newton entdeckt.

K.26/S. 136/3 K.26/S. 136/4

Moritz: 1 s * 10 m/s; Selina: 45 m; Benny: 8 s * 80 m/s v – Geschwindigkeit * a – Beschleunigung * g – Erdbeschleunigung * F – Kraft * s – Weg * t – Zeit * m – Masse Nach dem Loslassen bewegt sich der„Hammer“ mit der Tangentialgeschwindigkeit.

Beträgt der Steigungswinkel 90°, so ist die Beschleunigung gleich g (Freier Fall). Bei 0° ist die Beschleunigung 0.

Ve

rla

Flugzeugträger: 35 m/s2 * Tennisball: 5 000 m/s2 * Radrennen: 2 m/s2 * 100m-Lauf: 4 m/s2 Fällt ein Gegenstand zu Boden, dann wird seine Geschwindigkeit in Sekundenbruchteilen auf 0 m/s abgebremst. Dieses Abbremsen entspricht einer sehr großen Beschleunigung. Aus je größerer Höhe der Gegenstand herunterfällt, desto größer ist seine Geschwindigkeit knapp über dem Boden und desto größer ist die Beschleunigung, die er beim Abbremsen erfährt. Die Beschleunigung kann so groß sein, dass empfindliche Gegenstände wie Teller dabei zerbrechen. Je weicher der Boden ist, auf den der Gegenstand fällt, desto länger ist der Bremsweg und desto geringer ist die Bremsbeschleunigung. Daher zerbrechen Teller zwar, wenn sie aus geringer Höhe auf einen Steinboden fallen, überleben den Sturz jedoch, wenn sie auf einen weichen Teppich fallen. Auch wenn der Teller in weiches Material eingepackt ist, das beim Auftreffen auf den Boden nachgibt, verlängert sich der Bremsweg des Tellers. Deshalb sind auch empfindliche Geräte sorgfältig verpackt.

Lösungen

Lösungswort: KRAFT Sobald das Fahrrad zu kippen beginnt, dreht der Radfahrer die Lenkstange ganz automatisch in die Richtung, in welche das Fahrrad kippt. Dadurch fährt dieses eine leichte Kurve. Die Zentrifugalkraft wirkt in die Gegenrichtung und richtet das Fahrrad wieder auf. Danach kippt das Fahrrad in die Gegenrichtung, worauf der Fahrer erneut die Lenkstange einschlägt. Beim langsamen Fahren pendelt daher das Fahrrad ständig zwischen Kippen und Aufrichten hin und her. Sobald eine Geschwindigkeit von etwa 20 km/h erreicht ist, sorgt ein zusätzlicher Effekt für ein stabiles Fahren.

Die Räder wirken dann wie Kreisel. Beginnt das Fahrrad zu kippen, ändert sich dabei die Richtung der Drehachse der Räder. Die Präzession wirkt dieser Richtungsänderung entgegen und das Fahrrad richtet sich wieder auf.

Richtige Zahlen: 1 * 4 * 5 * 6 * 9 * 11 * 14

mp e

K.27/S. 137 (Seitenspalte) K.27/S. 141/1 K.27/S. 141/2

g

K.26/S. 131 (Seitenspalte) K.26/S. 134 (Seitenspalte) K.26/S. 135/1 K.26/S. 135/2

werden nicht angezeigt

K.27/S. 142/3

1. Zeile: 3 * 1 * 2 / 2. Zeile: 1 * 3 * 2 / 3. Zeile: 2 * 3 * 1 Die Gewichtskraft hängt von der Masse des Himmelskörpers ab. Daher würde das Körpergewicht auf Planeten, deren Masse geringer ist als die der Erde, geringer werden.

Oly

K.27/S. 142/4 K.28/S. 145 (Seitenspalte) K.28/S. 146 (Seitenspalte) K.28/S. 147/1 K.28/S. 147/2 K.28/S. 148/3

Auf der Nordhalbkugel – also bei uns – ist das Sommerhalbjahr länger als das Winterhalbjahr.

Die Lufthülle der Erde würde aufgrund des Luftwiderstandes die Bewegung des Balles bremsen. von oben nach unten: 4 * 5 * 1 * 2 * 6 * 3 Wettersatellit: LEO * Kommunikationssatellit: GEO * GPS-Satellit: MEO * Iridium: LEO Von oben nach unten: Jupiter * Merkur * Neptun * Saturn * Uranus * Erde * Venus * Mars

56 Versuchsanleitungen: Beobachtungen (B)/Schlussfolgerungen (S) (Lehrer/innenheft S. 48 – 51) Watte und Becher im Freien Fall: B1: Die Watte fällt langsamer als der Becher. * B2: Watte und Becher fallen gleich schnell. * S: Der Becher verringert den Luftwiderstand auf die Watte.

Der fallende Wasserbecher: B: Sobald der Wasser fällt, fließt kein Wasser aus der Öffnung. S: Wasser und Becher fallen gleich schnell.

Zwei Kugeln und eine Wand: B: Beide Kugeln erreichen gleichzeitig die Wand. S: Die Horizontalgeschwindigkeiten beider Kugeln sind gleich groß.

Das zerrissene Papier: B1: Man kann das Papier nicht gleichzeitig in drei Teile zerreißen. * B2: Man kann das Papier in drei Teile zerreißen. * S: Durch die Münze wird die Masse des Mittelteils größer.

Durch seine größere Trägheit kann man die Seitenstreifen abreißen.

Gewichtheben: B: Das untere Gewicht wird nach oben gehoben. * S: Die Zentripetalkraft wirkt auf die Schnur. Diese ändert sich mit der Drehgeschwindigkeit.

Die Kugel im Rohr: B: Die Kugel verlässt das Rohr tangential. * S: Auf der Kreisbahn wirkt auf die Kugel die Zentripetalkraft. In der„Tür“ wirkt diese nicht mehr. Deshalb ändert sich die Richtung nicht mehr.

Die rollende Dose: B: Die Dose rollt ein Stück, wird langsamer und rollt dann in die Gegenrichtung. * S: Die Muttern hängen unter dem Gummiband. Durch die Schwerkraft drehen sie sich nicht mit der Dose mit sondern verdrillen das Gummiband, während sich die Dose dreht.

Dadurch wird die Dose gebremst. Sobald die Dose still steht, bewirkt die im verdrillten Gummiband gespeicherte Energie, dass sich die Dose in die Gegenrichtung dreht.

g

VA 1

VA 3

VA 4

Lösungen Lehrer/innenheft S. 52 – 54

AB 1

1a)

s=

Ve

rla

VA 2

Lösungen

g 2 * 1b) t= •t 2

2s * 1c) t= g

2•220 * 2a) * = 6,63 s v =g•t 10

AB 2

mp e

2b) v = 10•6,63 = 66,3 m/s * 3a) 6,63 s * 3b) v = s ; s = v • t * 3c) s = 5 • 6,63 = 33,17 m t Lösungswort: SATELLITENBAHN

werden nicht angezeigt

1. Ein Körper bleibt im Zustand der Ruhe oder einer gleichförmigen Bewegung, solange keine Kraft auf ihn wirkt.

2. gerade Linie 3. Parabel 4. Geschwindigkeit ist Beschleunigung mal Zeit 5. in Richtung Kreismittelpunkt 6. Masse des Körpers * Bahnradius * Drehgeschwindigkeit 7. Zentrifugalkraft 8. Korioliskraft 9. Bewegung der Planeten 10. Ellipsen

Oly

Wiederholung