Grundwissen Physik – Jahrgangsstufe 9
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©2010 JCRG Grundwissen Physik – Jahrgangsstufe 9 In der Jahrgangsstufe 9 erwerben die Schüler folgendes Grundwissen (aus dem Lehrplan zitiert): „Sie verstehen technische Anwendungen, die auf der Lorentzkraft bzw. auf der Induktion basieren.“ Grundlagen Anwendungen und Beispiele Magnetisches Feld mit Feldlinienbildern Magnetfeld von Stab- und Hufeisenmagnet … der Erde … eines stromdurchflossenen Leiters Kraft auf stromdurchflossene Leiter im Magnetfeld; Richtung gemäß UVW-Regel der rechten Hand Elektromotor Lautsprecher Lorentzkraft Bewegte Ladungen im Magnetfeld Elektrisches Feld mit Feldlinienbildern Elektrisches Feld um eine geladene Kugel … zwischen geladenen Kugeln … zwischen geladenen Platten Kraft auf Ladungen im elektrischen Feld Beschleunigte Bewegung von Ladungen parallel und senkrecht zu den elektrischen Feldlinien Braunsche Röhre (Oszilloskop) Linearbeschleuniger, Zyklotron (el. und magn. Feld) Induktion im bewegten Leiter Generator für Gleich- und Wechselspannung Induktion im ruhenden Leiter Transformator (elektrisches Schweißen, Induktionsofen, Fernleitung von Energie) Induktionsschleife in Metallsuchgeräten, zur Verkehrssteuerung, im Induktionsherd Lenzsche Regel Wirbelstrombremse „Sie kennen Modellvorstellungen vom Aufbau der Materie und können sie zur Erklärung von Naturphänomenen heranziehen. “ Grundlagen Anwendungen und Beispiele Größe der Atome Ölfleckversuch Aufbau der Atome: Atomkern und Atomhülle Streuversuch von Rutherford Aufbau des Atomkerns: Massenzahl und Kernladungszahl Isotope Quarks als Bausteine von Proton und Neutron „Sie können das Prinzip der Energieerhaltung in der Atom- und Kernphysik anwenden.“ Grundlagen Anwendungen und Beispiele Kontinuierliches Spektrum / Linienspektrum Emissionsspektrum / Absorptionsspektrum Fraunhoferlinien Spektralanalyse Energieniveauschema; die Energieeinheit Elektronenvolt (eV) Vorgänge im Atom bei der Emission und Absorption von Photonen Röntgenstrahlung: Bremsspektrum und charakteristisches Spektrum Röntgendiagnostik Röntgentherapie Strahlenschutz ©2010 JCRG „Sie kennen die Strahlenarten radioaktiver Stoffe, eine Nachweismethode und ihre jeweilige Wirkung auf Lebewesen.“ Grundlagen Anwendungen und Beispiele α-Strahlung: doppelt positiv geladene Heliumkerne β-Strahlung: Elektronen (β -) bzw. Positronen (β +) γ-Strahlung: energiereiche elektromagnetische Strahlung Radioaktive Strahlung besitzt Energie: sie kann Filme schwärzen und Gase ionisieren. Nachweisinstrumente: Filmdosimeter, Zählrohr, Nebelkammer Radioaktive Strahlung kann biologische Zellen verändern und dadurch somatische und genetische Schäden hervorrufen. Bei gleicher Energiedosis ist α-Strahlung 20-mal schädlicher als β- oder γ-Strahlung. Äquivalentdosis E – aufgenommene Energie m – Masse q – Bewertungsfaktor (α-Strahlung q = 20) Durchschnittliche Strahlenbelastung in Deutschland: Regeln zum Strahlenschutz: großer Abstand vollständig Abschirmen kurzzeitiger Umgang Radioaktive Substanzen dürfen nicht in den Körper gelangen! „Sie kennen die Grundlagen der Kern- bzw. Energietechnologie und können sich bei der Diskussion darüber ihrem Alter entsprechend kompetent beteiligen.“ Grundlagen Anwendungen und Beispiele Die Masse eines Atomkerns ist kleiner als die Masse seiner einzelnen Bestandteile (Massendefekt ∆m). Ein -Kern besteht aus 2 Protonen und 2 Neutronen. Dem Massendefekt entspricht eine bestimmte Energie, die bei der Entstehung des Kerns frei wird (Kernbindungsenergie). Die mittlere Bindungsenergie je Nukleon hat für Kerne mit Massezahlen zwischen 40 und 80 ihren höchsten Wert. Beim Verschmelzen leichter Kerne (Kernfusion) oder beim Spalten schwerer Kerne (Kernspaltung) wird Energie frei. ©2010 JCRG „Sie können Bewegungsabläufe (auch aus dem eigenen Erfahrungsbereich) anhand von Bewegungsdiagrammen analysieren und in einfachen Fällen durch mathematische Funktionen beschreiben.“ Grundlagen Anwendungen und Beispiele Gleichförmige Bewegung Der Körper bewegt sich mit der konstanten Geschwindigkeit Die Geschwindigkeit ist der Anstieg des Graphen im t-s-Diagramm. (*) Der Körper legt in 2 s eine Strecke s = v ∙ t = 30m/s ∙ 2 s = 60 m zurück. Der zurückgelegte Weg ist die Fläche unter dem Graphen im t-v-Diagramm.(*) Gleichmäßig beschleunigte Bewegung Je steiler der Graph im t-s-Diagramm, desto höher ist die Momentangeschwindigkeit zu diesem Zeitpunkt. Der Körper bewegt sich mit der Beschleunigung Die Beschleunigung ist der Anstieg des Graphen im t-v-Diagramm. (*) Er legt in 3 s eine Strecke zurück. Der zurückgelegte Weg ist die Fläche unter dem Graphen im t-v-Diagramm. (*) Der Körper bewegt sich nach 2 s mit der Geschwindigkeit Die Geschwindigkeit ist die Fläche unter dem Graphen im t-aDiagramm. (*) (*) Bei allen Steigungs- und Flächenaussagen ist besonders auf die Skalierung der Achsen zu achten! „Sie haben ein vertieftes Verständnis für den Zusammenhang von Kraft, Masse und Beschleunigung. “ Grundlagen Anwendungen und Beispiele Wiederholung des Grundgesetzes: F=m∙a Anwendungen, die den kombinierten Einsatz des Grundgesetzes zusammen mit den Bewegungsgleichungen erfordern.
