GW_Ph_07 - MWG Bayreuth

Grundwissen Physik – Jahrgangsstufe 7
August 2011
In der Jahrgangsstufe 7 erwerben die Schüler folgendes Grundwissen:
„Sie kennen grundlegende Vorgehensweisen beim Planen, Durchführen und Auswerten von Experimenten.“
Bei einem Experiment wird ein Phänomen unter wiederholbaren und veränderbaren Bedingungen gezielt
herbeigeführt und beobachtet. Oft experimentiert man dabei mit vereinfachten Modellen der Wirklichkeit.
Bei quantitativen Experimenten werden die entscheidenden Größen gemessen. Die Messwerte werden in
Tabellen erfasst und/oder in Diagrammen dargestellt.
Bei Experimenten entdeckte Regelmäßigkeiten werden als Naturgesetz formuliert, Zusammenhänge zwischen
Messgrößen als Formel beschrieben.
„Sie können die Bildentstehung bei Spiegeln und Sammellinsen für einfache Fälle erklären.“
Grundlagen
Anwendungen und Beispiele
Licht breitet sich geradlinig aus
Hinter lichtundurchlässigen Körper entsteht Schatten, bei zwei
Lichtquellen entstehen Kern- und Halbschatten.
Entstehung von Sonnen- und Mondfinsternis
Reflexion von Licht
(Skizze s. unten)
Ein Körper ist nur sichtbar, wenn von ihm Licht ins Auge des
Beobachters gelangt.
Beim Blick in einen ebenen Spiegel S scheint das Licht von einem
zu einem Körper K bzgl. S symmetrischen Körper K‘ zu kommen.
Brechung
von Licht
Eine Sammellinse bündelt ein zur optischen Achse paralleles
Lichtbündel im Brennpunkt F im Abstand f (Brennweite der
Linse) von der Linse.
Konstruktion des Bildes einer Lichtquelle mit Hilfe von ParallelMittelpunkts- und Brennpunktsstrahl: (Anwendung: Auge)
f
F
F
f
Spektrum von weißem Licht
Zerlegen des weißen Lichts durch ein Prisma in seine
Spektralfarben (Regenbogen)
„Sie kennen kinematische Grundgrößen und können sie auf einfache Beispiele aus dem Alltag anwenden.“
Grundlagen
Anwendungen und Beispiele
Beschreibung der Bewegung eines
Körpers durch
Welchen Weg legt ein PKW innerorts während 2,0s zurück?
•
Zeitpunkt t (Zeitdauer ∆t)
•
Ort s (Wegstrecke ∆s)
•
Geschwindigkeit v (Veränderung ∆v)
v=
∆s
∆t
Annahme: v = 50 km
= 14 ms ;
h
zurückgelegter Weg ∆s = v ⋅ ∆t = 14 ms ⋅ 2,0s = 28m
•
Beschleunigung a
a=
∆v
∆t
Wie stark beschleunigt ein PKW, der „von 0 auf 100“ 8,2s braucht?
∆v = 100 km
= 28 ms
h
Beschleunigung a =
∆v 28 ms
=
= 3,4 m2
s
∆t 8,2s
„Sie sind in der Lage, beim Rechnen mit physikalischen Größen sinnvolle Genauigkeitsangaben zu machen und
Einheiten richtig zu verwenden.“
Wandelt man alle Größen einer Berechnung in ihre Basiseinheit um, so erhält man die Ergebnisgröße in ihrer
Grundeinheit.
Faustregel für sinnvolle Rundung: Jedes Ergebnis wird auf die Zahl von geltenden Ziffern (g.Z.) der ungenauesten
in die Rechnung eingehenden Größe gerundet. 3,4 kg (2 g.Z.), 3,400 kg (4 g.Z.), 0,034 kg (2 g.Z.)
„Sie sind mit den Zusammenhängen zwischen Kraft und Bewegungsänderung sowie Kraft und Verformung
vertraut und können den Trägheitssatz anwenden.“
Grundlagen
Anwendungen und Beispiele
Trägheitssatz: Ein Körper verändert seine
Geschwindigkeit nicht, wenn sich alle
einwirkenden Kräfte aufheben.
Bsp: unangeschnallte Autofahrer bei einem Frontalaufprall;
stehende Busgäste beim Anfahren und Abbremsen; loses
Dachgepäck bei Kurvenfahrt …
2. Newtonsches Gesetz:
Eine auf einen Körper der Masse m
einwirkende Kraft F verursacht die
Beschleunigung a:
F = m⋅a
Welche Beschleunigung erreicht eine 750 t schwere Ariane 5
beim Start mit einer Schubkraft von 12 MN?
F 12000 000 N
Beschleunigung a = =
= 16 m2
s
m 750 000 kg
… nach 5,0 s erreicht die Rakete damit v = 290 km
!
h
Wechselwirkungsgesetz:
Zwischen zwei Körpern wirken stets paarweise
gleich große, entgegengesetzt gerichtete
Kräfte.
Die Dehnung ∆l (oder s) eines elastischen
Körpers hängt von der dehnenden Kraft ab.
Bei vielen Schraubenfedern nimmt F/∆l bzw.
F/s einen konstanten Wert an. Diesen Wert
nennt man Federkonstante bzw. Federhärte D.
Bsp: Skater zieht Freund an Seil zu sich;
Susi stößt Sonja auf der Eisfläche weg …
Kraft-Dehnungs-Diagramm
eines Gummibandes und einer
Schraubenfeder.
Gesetz von Hooke:
D = F/ ∆l = konstant
(linearer Zusammenhang;
direkte Proportionalität)
„Sie kennen ein einfaches Atommodell, eine Modellvorstellung des elektrischen Stroms und die Größen
Stromstärke, Spannung und Widerstand.“
Anwendungen und Beispiele
Kern-Hülle-Modell
Atome enthalten positiv und negativ
geladene Teilchen. Die positiv geladenen
Teilchen (Protonen) befinden sich im
Kern – die negativ geladenen Teilchen
(Elektronen) bilden die Atomhülle. Jedes
Atom enthält gleich viele positive und
negative Teilchen; deshalb sind Atome
insgesamt elektrisch neutral.
Durch Reiben (Haare - Luftballon)
können Elektronen vom einen
Körper auf den anderen Körper
übergehen. Die Körper sind dann
elektrische geladen.
Elektronenüberschuss: negativ geladen
Elektronenmangel: positiv geladen
Stromstärke I
Elektrischer Strom ist bewegte Ladung.
Atomrumpf
Elektron
In Metallen bewegen sich die Elektronen vom Minuspol zum Pluspol
A
Wasseruhr
+
Pumpe
Die Stromstärke I
Beispiele
hängt von der anliegenden Spannung U
und dem Widerstand ab.
U
R=
I
Grundlegendes zum Magnetismus
R=
U
20,0V
=
= 200 Ω ;
I 100mA
I=
U 10,0V
=
R 2,5Ω
= 4,0 A;
U =R • I = 0,5kΩ • 200 mA = 100 V
Magnete haben einen Nord- und einen Südpol; gleichnamige Pole
stoßen einander ab, ungleichnamige ziehen einander an;
eine stromdurchflossene Spule wirkt wie ein Stabmagnet
„Sie haben einen Einblick in die Eigenschaften von Gravitationskraft und elektrischer Kraft.“
Grundlagen
Anwendungen und Beispiele
Gravitationskraft ist eine anziehende
Kraft zwischen Massen, abhängig von
der Größe der Massen und deren
Entfernung voneinander.
Schwerkraft auf Himmelskörpern: FG = m g
Elektrisches Kraftgesetz (Anziehung und
Abstoßung)
Gleichnamige Ladungen stoßen einander ab, ungleichnamige
Ladungen ziehen einander an
.
m = Masse; g = 9,8 m/s² (Erdbeschleunigung)
Die elektrische Kraft ist abhängig von der Anziehung von Haaren und Luftballon (vgl. oben)
Anzahl der Ladungen und der Entfernung
Viele Hinweise und Übungen findest Du auf der Internetseite: www.leifiphysik.de