Physik-Heft 2 - Physikunterricht.at

Physik-Heft 2. Klasse
Welche Begriffe haben etwas mit Physik zu tun? Warum (nicht)? dazu: Folie: Milchstraße
Übersicht:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Magnetismus
Elektrizität
Bewegung
Kräfte
Masse und Trägheit
Dichte
Hinten ins Heft: Tabelle
Physikalische Größe
Zeit (t)
Länge (l)
Temperatur (T)
… wird fortgesetzt
7. Energie
8. Einfache Maschinen
9. Aufbau von Stoffen
10. Akustik
11. Schwimmen
12. Fliegen
Einheit
Sekunde (s)
Meter (m)
Grad Celsius (°C) oder …
1. Magnetismus
Magnete im Alltag: Magnete auf Kühlschranktür, Kompassnadel, Erde, …
In der Schule: Stabmagnet, Hufeisenmagnet, Bügelmagnet
(ohne Feldlinien)

Jeder Magnet hat einen Süd- und einen Nordpol. Dort ist die magnetische Kraft am
größten. Zwei gleichnamige Pole stoßen einander ab (z.B. Süd-Süd), zwei
ungleichnamige ziehen einander an.
Versuch: Auf welche Materialien wirkt die magnetische Kraft? – Büroklammer, Füllfeder, …

Die magnetische Kraft wirkt auf Gegenstände aus Eisen, Nickel und Cobalt. Nicht
magnetisierbar sind z.B. Gold, Holz, Papier, Aluminium, Kupfer, …
Versuch: Magnet-Teilung

Teilt man einen Magneten, entstehen zwei Magnete, die beide einen Nord- UND
Südpol haben.
Versuch: Nagel magnetisieren

Ein Stück Eisen (oder Nickel oder Cobalt) kann man zu einem Magneten machen,
indem man mit einem anderen Magneten darüber streicht.
Kreuzworträtsel: Magnetismus
1
2. Elektrizität
Brainstorming: Wozu brauchen wir elektrischen Strom? (auch zur Diskussion: Auto fahren,
Rasen mähen, Brief schreiben, …)
Schülerversuch: Flachbatterie kennen lernen (Spannung ablesen und Zungenkitzeln).
Elektrische Geräte werden entweder mit Strom aus einer Batterie (aufladbare Batterien nennt
man Akkus = Akkumulatoren) oder mit Strom aus dem Stromnetz (Steckdose) betrieben. Die
elektrische Spannung gibt an, wie groß der Antrieb für den elektrischen Strom ist. Die Einheit
der Spannung ist das Volt (V): Eine (Walkman-)Batterie liefert eine Spannung von 1,5 V, die
Steckdose 230 V. (Batterie und Steckdose + Spannung ZEICHNEN)
1,5 Volt
4,5 Volt
230 Volt
Versuch: Stromkreis
Ein Stromkreis besteht aus:
 einer Stromquelle
 Leitungen
 eventuell einem Schalter
 einem Verbraucher (z.B. Elektrogerät oder Glühbirne)
Elektrischer Strom kann nur fließen, wenn der Stromkreis geschlossen ist.
Lehrerversuch: Leiter/Nichtleiter
Die Leitungen in einem Stromkreis müssen aus einem Material sein, das den Strom gut leitet,
z.B. Kupfer, Aluminium, Silber (alle Metalle). Elektrische Nichtleiter (Isolatoren) sind z.B.
Papier, Holz, Kunststoff. Auch der menschliche Körper leitet den Strom (enthält viel Wasser
mit gelösten Salzen).
Stromnetz: Abbildung im Buch
Energieträger (Wind, Sonne, Wasser, Erdöl, Kohle) – E-Werk – Trafostation –
Hochspannungsleitung – Trafostation – Endverbraucher
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3.
Bewegung
Die Geschwindigkeit (v… velocity) eines Körpers wird im Alltag in km/h, in der Physik in m/s
gemessen. Sie kann berechnet werden, indem man die Länge des zurückgelegten Weges
(s… space) durch die dafür benötigte Zeit (t… time) dividiert.
s
t
Versuch: am Gang Strecke abstecken, Länge messen, Zeit stoppen, Geschwindigkeit berechnen
v
Umrechnung km/h – m/s und umgekehrt: km/h - :3,6 – m/s bzw. *3,6
2 Arten der Bewegung:

gleichförmig: Geschwindigkeit ändert sich nicht, z.B. Auto fährt regelmäßig mit
130 km/h

ungleichförmig (= beschleunigt): Geschwindigkeit ändert sich, z.B. Auto wird
schneller oder langsamer
Arbeitsblatt: Bewegung (Rechenbeispiel Geschwindigkeiten)
4.
Kräfte
Kraft in der Physik = etwas, das

die Geschwindigkeit eines Körpers ändert

die Richtung der Bewegung ändert

die Form eines Körpers ändert.





die Muskelkraft formt Kuchenteig
die Kraft des Motors beschleunigt ein Auto
die Bremskraft bremst ein Fahrrad
die Anziehungskraft der Erde (=Gravitation) lässt Dinge im Fallen schneller
werden
Die Gravitation der Erde sorgt auch für
eine kreisförmige Umlaufbahn der
Satelliten und des Mondes (ohne
Anziehungskraft würde der Mond
geradlinig durchs Weltall sausen).
Messgerät
für
Federwaage
Kräfte:
Einheit der Kraft: Newton (1 N)
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Die Gewichtskraft
Schülerversuch:
Massenstück
Gewichtskraft
Auf einen Körper mit der Masse 1 kg, wirkt eine Gewichtskraft von ca. 10 N.
z.B. xxx hat eine Masse von 40 kg, aber auf ihn/sie wirkt eine Gewichtskraft von 400 N.
Ich habe eine Masse von …. kg, die auf mich wirkende Gewichtskraft beträgt aber … N.
!!! Auf anderen Himmelskörpern ist die Masse gleich, aber die Gewichtskraft
unterschiedlich!!!
z.B. Mensch mit einer Masse von 60 kg, auf ihn wirkt auf der Erde eine Gewichtskraft von
600 N, am Mond jedoch nur von 100 N.
Schwerelosigkeit
B. S. 33
Wenn man sich von der Erde entfernt, wird die Anziehungskraft zwar geringer, ist aber immer
da. Schwerelosigkeit bedeutet: Dauernd um die Erde herum zu fallen. (z.B. Raumschiff,
Astronauten, …).
Darstellung von Kräften
B. S. 34
Kräfte werden oft als Pfeile dargestellt. Daran kann man drei Merkmale ablesen:



Angriffspunkt
Größe („Betrag“)
Richtung
Arbeitsblatt: Kräfte einzeichnen
Kräfte treten immer paarweise auf. Sie sind gleich groß, entgegengesetzt gerichtet und wirken
auf verschiedene Körper! Z.B. Nord- Südpol eines Magneten ziehen sich gegenseitig an.
Sonne zieht Erde an und Erde zieht Sonne an.
Ein Körper befindet sich im Kräftegleichgewicht, wenn sich die Kräfte, die auf ihn wirken,
aufheben.
z.B. Skizze von Mensch mit links und rechts gleich große Kraft;
Körper im Kräftegleichgewicht sind in Ruhe oder in gleichförmiger Bewegung.
Die Reibung
B.S. 37
Schülerversuch: Haft-, Gleit-, Rollreibung
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5. Masse und Trägheit
Masse: Einheit kg ≠ Gewicht: Einheit N
Schülerversuch: Gummipfropfen ins Glas fallen lassen durch
Wegziehen des Hefts
Jeder Körper ist auf Grund seiner Masse träge, d.h. wenn keine Kraft auf ihn wirkt, behält er
seine Bewegung bei (gleichförmige Bewegung oder Stillstand).
z.B. Wenn ein Auto bremst, fällt man nach vorne. Wenn es beschleunigt, wird man in den
Sitz gedrückt.
--- Gurte anlegen! (S. 41)
6. Die Dichte
Können zwei Körper, die verschieden groß sind, gleich schwer sein? – überlegen lassen
z.B. Großer Würfel aus Styropor – Kleiner Würfel aus Eisen
z.B. Großer Würfel aus Kunststoff – Kleiner Würfel aus Gold
Stoffe wie Kunststoff, Styropor, ... haben eine kleinere Dichte als Metalle wie Eisen, Gold, ...
Grund: Bei Stoffen mit großer Dichte liegen die Teilchen dichter aneinander als bei Stoffen
mit kleiner Dichte.
Feststoffe haben eine größere Dichte als Flüssigkeiten, die wiederum haben eine größere
Dichte als Gase.
ZEICHNUNG: Teilchen eines Festkörpers, Teilchen einer Flüssigkeit, Teilchen eines Gases
Berechnung der Dichte:
Lehrerversuch: Radiergummi: Masse abwiegen, Volumen mit Verdrängung
– Dichte= ... g/cm³
Das Symbol der Dichte ist „rho“, die Einheit ist kg/m³ oder g/cm³.
Denkbeispiel 18 & 19, B.S. 44
Semester-Wiederholung: Kärtchen + Fragenzettel als HÜ
7. Energie
Brainstorming Energie
Energie braucht man, um Arbeit verrichten zu können. Der Mensch nimmt seine Energie aus
der Nahrung (Zucker, Stärke), Maschinen nehmen ihre Energie z.B. aus dem elektrischen
Strom (z.B. Mixer, Elektroauto).
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Woher nehmen Kraftwerke die Energie für den elektrischen Strom? (+ Zeichnungen!)
- erneuerbare Energieträger
- nicht erneuerbare (= fossile) Energieträger
Ein Generator erzeugt aus der Energie, die z.B. im fließenden Wasser steckt, elektrischen
Strom.
Unterschied Sonnenkollektor – Solarzelle;
Treibstoffe: Benzin, Diesel, Kerosin
Folie: Energiekonsum und Energieträger.
Die Energie misst man in Joule (J). Eine Tafel Schokolade z.B. liefert 2000 kJ, ein halber
Liter Eistee … J.
Energieumwandlungen
Immer wenn Arbeit verrichtet wird, findet eine Energieumwandlung statt. Dabei wird eine
Energieform in eine andere umgewandelt, die Gesamtenergie bleibt aber gleich!
Energieerhaltungssatz: Energie kann nicht erzeugt und nicht vernichtet werden. Es wird
immer nur eine Form in die andere umgewandelt.
Beispiele für Energieformen:
- Bewegungsenergie = kinetische Energie: steckt in Körpern, die sich bewegen
- Höhenenergie = Lageenergie: steckt in Körpern, die hochgehoben wurden
- Spannenergie = (geschwungene Klammer mit Höhenenergie) potenzielle Energie
- Elektrische Energie
- Strahlungsenergie
- Chemische Energie: steckt in Energieträgern wie Holz, Erdöl, Lebensmitteln, wird
beim Verbrennen frei
- Wärmeenergie
Energieumwandlungskette - Kopie aus d. Buch
Arbeitsblatt Energieumwandlungen
S. 53 Fragen beantworten (1. Spalte)
8. Einfache Maschinen
V: Lehrer-Geo-Dreieck soll auf einem Finger balanciert werden
Jeder Körper besitzt einen Schwerpunkt. Wenn
man den Körper an diesem Punkt unterstützt,
bleibt er in Ruhe.
Schülerversuch: Schwerpunkt von ebenen Figuren bestimmen
Ein Körper kann auch dann in Ruhe sein, wenn er genau über oder
unter dem Schwerpunkt unterstützt wird.
Arbeitsblatt Versuche zum Schwerpunkt (1 und 2, 3=HÜ)
Lehrerversuch: Stehaufmännchen
Arten des Gleichgewichts
- stabiles Gleichgewicht… Schwerpunkt so tief wie möglich
- labiles Gleichgewicht… Schwerpunkt so hoch wie möglich
- unbestimmtes Gleichgewicht… Schwerpunkt bleibt auf gleicher Höhe
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Skizzen mit Kugel malen
Abbildung: Schiefer Turm von Pisa
Warum fällt der Schiefe Turm von Pisa nicht um?
Ein Körper fällt nicht um, solange das Schwerpunktlot auf die Standfläche zeigt.
Wovon hängt die Standfestigkeit ab?
Schülerversuch:
- kleiner Eisenwürfel
- großer Eisenquader
- großer Aluminiumquader (gleiche Masse wie Eisenwürfel)
- Blattfeder
- Federwaage
Wie viel Kraft ist nötig, um die Quader zum Kippen zu bringen? (vorzeigen!)
Die Standfestigkeit eines Körpers ist umso größer, je _______________ der Schwerpunkt
liegt und je __________ seine Masse ist.
Der Hebel
Hebel = Stange, mit deren Hilfe man Lasten leichter heben kann… einfache Maschine
Jeder Hebel hat einen Drehpunkt und Hebelarme.
Zweiseitiger Hebel (z.B. Zange)
Einseitiger Hebel (z.B. Nussknacker)
Schülerversuch: Arbeitsblatt (Münzen und Lineal)
Lehrerversuch: Gleichgewicht beim Hebel
Ein Hebel ist im Gleichgewicht wenn gilt: Last*Lastarm = Kraft * Kraftarm
Lastarm… Abstand zwischen Ansatzpunkt der Last und Drehpunkt
Kraftarm… Abstand zwischen Ansatzpunkt der Kraft und Drehpunkt
Beispiel zum Flaschenzug:
Hebel mit links 3cm und 6 Newton. Wohin rechts mit 9 Newton?
Hebel mit rechts 10 cm und 2 Newton. Wohin links mit 5 Newton?
Rolle und Flaschenzug
Versuch: Besenwettkampf
Mit einer festen Rolle und einem Seil kann man eine Kraft nur umlenken, mit einer
beweglichen Rolle kann man Kraftsparen. = einfache Maschine
Flaschenzug = Kombination aus festen und beweglichen Rollen
Verwendet man einen Flaschenzug mit z.B. vier Seilstücken (Skizze!), ist nur mehr ¼ der
Kraft nötig, um eine Last zu heben.
!!! Mit allen einfachen Maschinen benötigt man zwar weniger Kraft, dafür aber muss man
mehr Weg zurücklegen (z.B. länger am Seil ziehen) – Arbeit wird NICHT erspart!!!
Arbeitsblatt: Einfache Maschinen (inkl. Film: Anwendungen des Hebelgesetzes)
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9. Aufbau von Stoffen
B. S. 69
Aristoteles: Alle Körper bestehen aus 4 Grundstoffen (Erde, Feuer, Wasser, Luft)
Demokrit: Alle Körper bestehen aus kleinsten Teilchen.
Heute wissen wir:
Alle Körper bestehen aus Teilchen (aus Atomen bzw. Atomgruppen=Moleküle). Atome
(atomos = unteilbar) bestehen jedoch aus noch kleineren Teilchen. Es gibt ca. 100 Atomarten
(=Elemente).
PERIODENSYSTEM anschauen lassen und Lieblingselement suchen
lassen, dazu notieren: Name, Symbol und Ordnungszahl
Die 3 Zustandsformen (=Aggregatzustände) unterscheiden sich durch
verschieden starke Anziehungskräfte zwischen den Atomen.
fest – flüssig – gasförmig (siehe auch Kapitel „Dichte“)
Lehrerversuch: Eis schmelzen + Temperatur messen
Eis (fest) – Wasser (flüssig) – Wasserdampf (gasförmig)
------------------0°C---------100°C-------------------0°C... Schmelzpunkt von Wasser
100°C... Siedepunkt von Wasser
Wachs (fest) – Wachs (flüssig) – Wachsdampf (gasförmig)
--------------- 60°C----------------250°C----------erstarren
kondensieren
FEST – FLÜSSIG – GASFÖRMIG (drüber Pfeile)
schmelzen sieden
z.B.
Wasser gefriert zu Eis
Wasserdampf wird am Deckel des Kochtopfs zu Tröpfchen
An der Autobusscheibe bildet sich eine dünne Wasserschicht.
Schneemann im Frühling
Wasserkocher
Kräfte zw. Teilchen eines Körpers… Kohäsionskräfte
Kräfte zw. Teilchen verschiedener Körper… Adhäsionskräfte
z.B. Kreideteilchen haften aneinander durch Kohäsionskräfte
z.B. Kreideteilchen haften an der Tafel durch Adhäsionskräfte
Erscheinungen, die durch Teilchenkräfte verursacht werden:
- Oberflächenspannung
- Kapillarität (Haarröhrchenwirkung)
SVK Kapillarität
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Die Teilchen eines Körpers sind IMMER in Bewegung (auch in festen Körpern)…
Brown’sche Bewegung. Je höher die Temperatur, desto heftiger ist die Bewegung.
Erst bei -273°C (absoluter Nullpunkt) würden sich die Teilchen nicht mehr bewegen.
Spiel: Brown’sche Bewegung
Die Temperatur kann in Grad Celsius (°C), Grad Fahrenheit (°F) oder Kelvin (K) gemessen
werden.
Die Kelvinskala beginnt beim absoluten Nullpunkt: -273°C=0Kelvin
Lehrerversuch: Wärmeausdehnung
Bei Erwärmung dehnen sich Körper aus (Teilchen bewegen sich schneller und brauchen mehr
Platz dazu).
10.Akustik
Lehrerversuch: Reis-Sprung
Lehrerversuch: Stimmgabel
Schall entsteht, wenn ein Körper schwingt. Je schneller ein Körper
(z.B. eine Saite) schwingt, desto höher ist der Ton. Die Tonhöhe
misst man deshalb in Hertz (Hz)… 1 Hz = 1 Schwingung pro
Sekunde.
Lehrerversuch: Hörgrenzen
Menschen können Töne von ca. 20 Hz bis 20000 Hz wahrnehmen
(Tonhöhe einer Stimmgabel = 440 Hz).
<20Hz: Infraschall (Elefanten, Wale)
>20000 Hz: Ultraschall (Hundepfeife, Fledermäuse)
Schall breitet sich in Luft mit ungefähr 1200 km/h (=340 m/s).
Die Lautstärke misst man in Dezibel (dB). Tabelle im Buch!!!
11.Schwimmen
Lehrerversuch: Aquarium + versch. Gegenstände, welche schwimmen?
Ein Körper schwimmt, wenn seine durchschnittliche Dichte kleiner ist
als die von Wasser (1kg/dm³), z.B. Holz, Schiff. Er schwebt, wenn sie
gleich groß ist wie die von Wasser. Er geht unter, wenn seine
durchschnittliche Dichte größer ist 1kg/dm³, z.B. Stein.
Im Wasser fühlt man sich leichter durch die Auftriebskraft, die auf jeden Körper wirkt, der ins
Wasser eintaucht.
Lehrerversuch: Ei durch Salzzugabe zum Schweben bringen
Im Salzwasser ist die Auftriebskraft größer als im Süßwasser.
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12.Fliegen
1. Statischer Auftrieb
Versuch: Teebeutel-Rakete
Ein Heißluftballon steigt auf, weil heiße Luft eine kleinere Dichte als kühle Luft hat.
Ein mit Helium gefüllter Luftballon steigt auf, weil Helium eine kleinere Dichte als Luft hat.
2. Dynamischer Auftrieb
Flugzeuge sind zu schwer – statischer Auftrieb reicht nicht aus!
Durch schräg gestellte Tragflächen wird die strömende Luft abgelenkt – Flugzeug wird
dadurch nach oben gedrückt.
Skizze:
Film: Flugpioniere
Schülerversuch: Papierflieger-Basteln (Namen draufschreiben!!!)
1. Modell: Pfeilflieger
PROBLEM: gleitet nicht, weil Tragflächen sich nicht schräg stellen!
Verbesserung: Dreieck in Rumpf biegen ODER Tragflächenecken rauf“kuscheln“ ODER
Taschen aufbessern
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