Physik in den Klassen 7und 8 erstellt von Jürgen Große
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Physikalische Schulversuche für die 7. und 8. Jahrgangsstufe Lokale Lehrerfortbildung des Staatlichen Schulamts im Landkreis Weilheim-Schongau Zeit: Mittwoch, 21.04.2004 von 14.30 bis 17.00 Uhr Leitung: Jürgen Große, Lehrer Dienstanschrift: Volksschule Schongau - Hauptschule Bgm.-Lechenbauer-Str. 5 86956 Schongau Tel: 08861 8584 Privatanschrift: Raiffeisenstraße 19 b 86978 Hohenfurch Tel: 08861 909645 E-Mail: [email protected] Physikalische Schulversuche Jahrgangsstufe 7 und 8 Inhaltsverzeichnis 1 Einführung ...................................................................................................................... 3 1.1 1.2 2 Umgang mit Elektrizität ................................................................................................... 5 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 3 Allgemeines ........................................................................................................... 18 Erzeugen einer Induktionsspannung ...................................................................... 18 Abhängigkeiten bei der Erzeugung der Induktionsspannung.................................. 19 Aufbau eines Generators ....................................................................................... 20 Aufbau und Funktionsweise eines Transformators ................................................. 21 Hörnerblitz (Hochspannungstransformator)............................................................ 22 Hochstromtransformator (Schmelzrinne) ................................................................ 23 Grundlagen der Mechanik............................................................................................. 24 5.1 5.2 5.3 5.4 6 Allgemeines ........................................................................................................... 12 Magnetisieren einer Eisennadel ............................................................................. 12 Feldlinienbild eines Dauermagneten ...................................................................... 13 Versuch von Oersted ............................................................................................. 14 Wickeln von Elektromagneten ................................................................................ 15 Der Elektromotor .................................................................................................... 16 Elektrische Klingel.................................................................................................. 17 Elektromagnetische Induktion ....................................................................................... 18 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 5 Allgemeines ............................................................................................................. 5 Begleiterscheinungen des elektrischen Stroms – Licht............................................. 5 Begleiterscheinungen des elektrischen Stroms – Wärme......................................... 6 Messen der elektrischen Stromstärke I .................................................................... 7 Messen der elektrischen Spannung U...................................................................... 8 Elektrischer Widerstand ........................................................................................... 9 Abhängigkeiten des Widerstands ........................................................................... 10 Magnetismus, Elektromagnetismus .............................................................................. 12 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 4 Sicherheitsvorschriften ............................................................................................. 3 Weiterführende Informationen .................................................................................. 3 Allgemeines ........................................................................................................... 24 Messen von Kräften ............................................................................................... 24 Hebel als einfache Maschine.................................................................................. 25 Flaschenzug (Rollen) als einfache Maschine ......................................................... 26 Anhang ......................................................................................................................... 27 6.1 6.2 6.3 Vergleich Lehrplan 1997 mit 2004 PCB 7. Jahrgangsstufe..................................... 27 Vergleich Lehrplan 1997 mit 2004 PCB 8. Jahrgangsstufe..................................... 31 Notizen................................................................................................................... 38 -2 - Physikalische Schulversuche Jahrgangsstufe 7 und 8 1 Einführung 1.1 Sicherheitsvorschriften Bei eigenständigem Experimentieren im PCB-Unterricht kommen die Schüler immer wieder mit chemischen und physikalischen Geräten sowie Chemikalien in Berührung. Um Unfälle und langfristige Schäden zu vermeiden, müssen die Sicherheitsvorschriften gemäß der „Empfehlung für Richtlinien zur Sicherheit im Unterricht“ (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 9. September 1994 in der Fassung vom 28. März 2003), die am 01. Januar 2004 in Kraft getreten ist, beachtet werden. Sie ersetzt die Bekanntmachung des Bayerischen Staatsministeriums für Unterricht, Kultus, Wissenschaft und Kunst über "Richtlinien zur Sicherheit im naturwissenschaftlichen Unterricht an den Schulen in Bayern“ vom 30. März 1995 (KWMBl I S. 233). Im Internet sind hierzu nähere Informationen unter den Adressen http://www.km.bayern.de/km/amtsblatt/amtsblatt_2003/18-18.html und http://www.km.bayern.de/km/lehrer/informationen/index.shtml erhältlich. Bei physikalischen Schulversuchen muss vor allem auf einen gesicherten statischen Aufbau sowie auf die Verwendung von ungefährlichen Spannungen und Stromstärken geachtet werden. Sollte ein Versuch Hochspannungen bzw. hohe Ströme erfordern, ist dies bei der jeweiligen Beschreibung vermerkt. Um vor allem die empfindlichen Messgeräte zu schützen, sollten sie jeweils auf den größtmöglichen Messbereich gestellt werden, bevor die eigentliche Messung erfolgt. Bei dieser kann dann in einen empfindlicheren und besser geeigneten Messbereich geschalten werden. 1.2 Weiterführende Informationen Für die 7. Jahrgangsstufe wurde der zum kommenden Schuljahr verbindlich einzuführende neue Lehrplan für die Hauptschulen in Bayern zu Grunde gelegt. Durch die Trennung in zwei eigenständige Ausführungen für Regel- und M-Klassen haben sich hier Änderungen gegenüber dem Lehrplan von 1997 ergeben, die vor allem den Bereich Physik betreffen, aber zu keinen Änderungen in der Auswahl der Versuche führen. Zusätzliche Informationen zu möglichen Stundenbildern mit Kopiervorlagen sind in den jeweiligen Lehrerhandbüchern zu den meisten Schulbüchern sowie in der ergänzenden Literatur (z.B. Unterrichtssequenzen PCB, Auer-Verlag, Donauwörth) abgedruckt. -3 - Physikalische Schulversuche Jahrgangsstufe 7 und 8 Im Internet lässt sich ebenfalls eine Reihe von Sammlungen mit Versuchsbeschreibungen und Unterrichtsmaterialien finden. Hier einige Beispiele: • Zentrale für Unterrichtsmedien im Internet e.V. http://www.zum.de • For-Teachers http://www.4teachers.de • Dieter Walz,Ulm, kostenlose Unterrichtsmaterialien für Physik und Mathematik http://www.zum.de/dwu/uma.htm • Didaktik-Lehrstühle der verschiedenen Universitäten • … -4 - Physikalische Schulversuche Jahrgangsstufe 7 und 8 2 Umgang mit Elektrizität 2.1 Allgemeines In diesem Kapitel des Lehrplans werden die Grundlagen im Bereich Elektrizitätslehre für die weiteren Jahrgangsstufen gelegt. Dazu gehören die Begrifflichkeiten Stromstärke, Spannung und Widerstand sowie eine Einführung in die jeweiligen Messmethoden. In M-Klassen soll auch die Modellvorstellung für den elektrischen Strom vermittelt werden, ebenso wie die Abhängigkeit des Widerstands eines Leiters von Material, Länge, Querschnitt und Temperatur. Definitionen der elektrischen Grundgrößen: • Elektrische Stromstärke = Ladungsfluss pro Zeiteinheit (I = dQ / dt) • Spannung = Potentialdifferenz zwischen zwei Messpunkten in einem elektrischen Feld; gibt den „Druck“ an, mit dem die Elektronen „fließen“ (U = P2 – P1) • Elektrischer Widerstand = Material- bzw. Geräteeigenschaft (R = bei Temperaturunabhängigkeit gilt das Ohm’sche Gesetz: R = U / I 2.2 Begleiterscheinungen des elektrischen Stroms – Licht Einfaches Vorführen einer Glühbirne. -5 - * l / A) Physikalische Schulversuche 2.3 Jahrgangsstufe 7 und 8 Begleiterscheinungen des elektrischen Stroms – Wärme Versuchsaufbau: Versuchsart: • Schülerübung Versuchsmaterial: • Stromquelle (Transformator, …) • Dünner Eisendraht (d=0,2 mm) • Wachskügelchen • Experimentierkabel • 2 Isolierständer mit Tonnenfüßen • Draht in Isolierständer einklemmen • Wachskügelchen an den Draht pressen • Ständer mit Stromquelle verbinden • Spannungsregler auf Nullstellung bringen, Gerät Versuchsanleitung: einschalten Hintergrund: • Spannungsregler langsam hochregeln • Wachskügelchen fällt herab • Durch den angelegten Strom werden die im Metallgitter befindlichen Elektronen zu Schwingungen angeregt. • Dabei geben sie Energie in Form von Wärme ab. -6 - Physikalische Schulversuche 2.4 Jahrgangsstufe 7 und 8 Messen der elektrischen Stromstärke I Versuchsaufbau: Schaltskizze: Versuchsart: • Schülerübung Versuchsmaterial: • Stromquelle (Experimentiertransformator, …) • Verbraucher (Glühbirne, …) • Experimentierkabel • (Schaltplatte mit Verbindungsbrücken) • Multifunktionsmessgerät (Amperemeter) • Amperemeter auf größten Messbereich einstellen • Schaltung aufbauen • Elektrischen Strom bei verschiedenen Spannungs- Versuchsanleitung: einstellungen bzw. Verbrauchern messen Messbereich sinnvoll einstellen Ausweitung: • Verzweigungen in den Stromkreis einbauen und jeweils die Einzelströme Ii messen Hintergrund: • Die Messung der elektrischen Stromstärke I in einem Stromkreis erfolgt in Reihe zu einem Verbraucher. • Bei Verzweigungen im Stromkreis teilt sich die Stromstärke entsprechend der jeweiligen Widerstände auf: Iges = • Ii Sind mehrere Verbraucher in Reihe geschaltet, so liegt an jedem dieselbe Stromstärke an. -7 - Physikalische Schulversuche 2.5 Jahrgangsstufe 7 und 8 Messen der elektrischen Spannung U Versuchsaufbau: Schaltskizze: Versuchsart: • Schülerübung Versuchsmaterial: • Stromquelle (Experimentiertransformator, …) • Verbraucher (Glühbirne, …) • Experimentierkabel • (Schaltplatte mit Verbindungsbrücken) • Multifunktionsmessgerät (Voltmeter) • Schaltung aufbauen • Spannungen bei verschiedenen Trafoeinstellungen bzw. Versuchsanleitung: unterschiedlichen Verbrauchern messen Ausweitung: • Verzweigungen in den Stromkreis einbauen und jeweils die Einzelspannungen messen • Mehrere Verbraucher einbauen und die jeweils abfallenden Spannungen Ui messen Hintergrund: • Die Messung der elektrischen Spannung U in einem Stromkreis erfolgt parallel zu einem Verbraucher bzw. einer Stromquelle. • Bei Verzweigungen im Stromkreis liegt überall die gleiche Spannung an. • Sind mehrere Verbraucher in Reihe geschaltet, so teilt sich die Spannung entsprechend der jeweiligen Widerstände auf: Uges = -8 - Ui. Physikalische Schulversuche 2.6 Jahrgangsstufe 7 und 8 Elektrischer Widerstand Versuchsaufbau: Schaltskizze: Versuchsart: • Schülerübung Versuchsmaterial: • Regelbare Stromquelle (Transformator, …) • Widerstand (z.B. Glühlämpchen, …) • Experimentierkabel • (Schaltplatte mit Verbindungsbrücken) • 2 Multifunktionsmessgeräte (Voltmeter/Amperemeter) • Schaltung aufbauen • Spannung und Stromstärke bei verschiedenen Trafo- Versuchsanleitung: einstellungen Ausweitung: • Veränderliche Widerstände einbauen und verschiedene Messwerte aufnehmen (bei konstanter Spannung): Potentiometer Fotowiderstand Temperaturwiderstand (Heißleiter PTC, Kaltleiter NTC) Hintergrund: • Bei einem konstanten Widerstand (z. B. Festwiderstand) ergeben sich quotientengleiche Wertepaare. • Bei veränderlichen Widerständen erhält man bei konstanter angelegter Spannung unterschiedliche Messwerte für die Stromstärke. -9 - Physikalische Schulversuche 2.7 Jahrgangsstufe 7 und 8 Abhängigkeiten des Widerstands Versuchsaufbau: Schaltskizze: Versuchsart: • Schülerübung (M-Klasse!) Versuchsmaterial: • Regelbare Stromquelle (Transformator, …) • Drähte Verschiedenes Material (Kupfer, Eisen, Konstantan, …) Verschiedener Querschnitt (z.B. d= 0,02 mm, 0,04 mm, 0,1 mm) Versuchsanleitung: • Experimentierkabel • 2 Multifunktionsmessgeräte (Voltmeter/Amperemeter) • Krokodilklemme • 2 Isolierständer mit Tonnenfüße • Draht in Isolierständer einspannen und Schaltung wie oben beschrieben aufbauen • Messwerte erfassen Verschiedene Materialien Verschiedene Querschnitte Verschiedene Längen (bei unverändertem Draht) mit Krokodilklemme abtasten • Auswertung z.B. mit Excel-Tabelle - 10 - Physikalische Schulversuche Hintergrund: Jahrgangsstufe 7 und 8 • Aus den gewonnenen Messwerten lässt sich jeweils der Widerstand ermitteln (R = U / I) • Dabei wird eine Abhängigkeit vom Material, vom Querschnitt und von der Länge festgestellt. • Je länger der Draht, desto größer der Widerstand. • Je größer der Querschnitt, desto kleiner der Widerstand. • Je wärmer der Draht wird, desto kleiner der Widerstand (Ausnahme: Konstantan). - 11 - Physikalische Schulversuche Jahrgangsstufe 7 und 8 3 Magnetismus, Elektromagnetismus 3.1 Allgemeines Gegenstände aus Eisen, Cobalt und Nickel lassen sich mit Hilfe eines vorhandenen Dauermagneten anziehen bzw. selbst zu einem Dauermagneten machen. Bei einem Magneten verlaufen die Feldlinien vom Nordpol zum Südpol. Die Polung lässt sich über eine Eselsbrücke leicht merken: Grün Südpol, Rot Nordpol. Der dänische Physiker Oersted fand heraus, dass sich um einen Strom durchflossenen Leiter ein Magnetfeld ausbildet. Dieser Elektromagnetismus ist die Grundlage für die moderne Kommunikation. Kein Telefon, Fax oder Computer würde ohne dieses Phänomen arbeiten können. 3.2 Magnetisieren einer Eisennadel Versuchsart: • Schülerübung Versuchsmaterial: • Eisennadel • Stabmagnet • Büroklammer aus Eisen • Wirkung von Eisennadel auf Büroklammer überprüfen • Mit dem gleichen Pol eines Stabmagneten mehrmals in Versuchsanleitung: der gleichen Richtung über die Eisennadel streichen • Erneut die Wirkung der Nadel auf Büroklammer überprüfen Ausweitung: • Eisennadel mehrmals auf den Tisch fallen lassen und erneut Wirkung überprüfen Hintergrund: • Durch das Überstreichen werden die so genannten Elementarmagnete in der Eisennadel ausgerichtet und es bildet sich ein „großer“ Magnet aus. • Stoffe aus Eisen, Cobalt und Nickel lassen sich so magnetisieren. - 12 - Physikalische Schulversuche 3.3 Jahrgangsstufe 7 und 8 Feldlinienbild eines Dauermagneten Versuchsart: • Schülerdemonstration Versuchsmaterial: • Tageslichtprojektor (OHP) • Dauermagnet (Stabmagnet, Hufeisenmagnet) • OHP-Folie • Eisenfeilspäne • Magnet auf OHP legen und mit Folie abdecken • Eisenfeilspäne über Magneten streuen • Späne richten sich entlang der magnetischen Feldlinien Versuchsanleitung: aus Ausweitung: Hintergrund: Feldlinien eines anderen Magnettyps bestimmen • Die magnetischen Feldlinien verlaufen vom magnetischen Nordpol (rot) zum magnetischen Südpol (grün). Die sehr leichten Eisenfeilspäne richten sich daran aus und ergeben so die charakteristischen Linien. • An den Polen ergibt sich eine Verdichtung, die auf eine größere Stärke schließen lässt. - 13 - Physikalische Schulversuche 3.4 Jahrgangsstufe 7 und 8 Versuch von Oersted Versuchsaufbau: Versuchsart: • Schülerübung Versuchsmaterial: • Gleichstromquelle (Transformator, …) • Dünner Kupferdraht (d=0,02 mm) • Experimentierkabel • 2 Isolierständer mit Tonnenfüßen • Kompass bzw. Kompassnadel • Kompassnadel aufstellen • Draht in Isolierständer einklemmen und über Versuchsanleitung: Kompassnadel ausrichten • Ständer mit Stromquelle verbinden • Spannungsregler auf Nullstellung bringen, Gerät einschalten Hintergrund: • Spannungsregler langsam hochregeln • Kompassnadel wird abgelenkt • Um einen Strom durchflossenen Leiter bildet sich ein Magnetfeld aus, das die Kompassnadel ausschlagen lässt. Die Richtung lässt sich mit Hilfe der „Rechte-HandRegel“ bestimmen. Dabei zeigt der Daumen in Richtung der technischen Stromrichtung (von Plus nach Minus). Die restlichen Finger geben dann die Richtung des Magnetfelds und somit der Ablenkung an. - 14 - Physikalische Schulversuche 3.5 Jahrgangsstufe 7 und 8 Wickeln von Elektromagneten Versuchsart: • Schülerübung Versuchsmaterial: • Stromquelle • Klingeldraht (isoliert) • Spulenhülsen (Plastik oder Papier) • Experimentierkabel, evtl. Krokodilklemmen • Büroklammern aus Eisen • Eisenkern • Mehrere Hülsen bereitstellen, damit die verschiedenen Versuchsanleitung: Abhängigkeiten erarbeitet werden können • Draht gleichmäßig um Hülse wickeln (unterschiedliche Windungszahl) • Drahtenden abisolieren und mit Stromquelle verbinden • Strom durch Spule fließen lassen und Magnetwirkung überprüfen (verschiedene Stromstärken) Hintergrund: • Eisenkern einführen • Büroklammern werden jetzt angezogen • Durch den angelegten Strom wird um den Draht ein Magnetfeld aufgebaut. Im Inneren der Spule verlaufen die Feldlinien parallel und verstärken sich, ebenso wie auf der Außenseite. Es bildet sich ein Magnet aus, der einem Dauermagneten sehr ähnlich ist. • Die Wirkung eines Elektromagneten wird verstärkt durch: • Höhere Windungszahl • Höhere Stromstärke • Einführen eines Eisenkerns. - 15 - Physikalische Schulversuche 3.6 Jahrgangsstufe 7 und 8 Der Elektromotor Versuchsaufbau: Versuchsart: • Schülerübung Versuchsmaterial: • Stromquelle (Transformator, …) • Experimentiersatz Elektromotor (mit Anker, Polschuhen und Stromwender) Versuchsanleitung: • Hufeisenmagnet • Experimentierkabel • Elektromotor zusammenbauen und Hufeisenmagnet auf die Polschuhe stellen • Schleifkontakte auf Stromwender einstellen und an Stromquelle anschließen • Nach dem Einschalten des Stroms beginnt sich der Anker zu drehen Hintergrund: • Die Polschuhe verstärken die Wirkung des Dauermagneten. In der Spule wird durch die angelegte Spannung ebenfalls ein Magnetfeld erzeugt. Es tritt in Wechselwirkung mit dem Magnetfeld des Dauermagneten. • Ungleichnamige Pole stoßen sich ab, gleichnamige ziehen sich an. Durch einen Stromwechsel im richtigen Moment bleibt dieses „Wechselspiel“ ständig im Gange. Der Rotor dreht sich ohne Pause. - 16 - Physikalische Schulversuche 3.7 Jahrgangsstufe 7 und 8 Elektrische Klingel Versuchsaufbau: Schaltskizze: Versuchsart: • Schülerübung Versuchsmaterial: • Stromquelle (Transformator, …) • Schalter bzw. Taster • Experimentierkabel • Spule mit Eisenkern • Blattfeder mit Klöppel und Kontaktstift • Glockenschale • Stativmaterial • Schaltung gemäß der obigen Zeichnung aufbauen • Darauf achten, dass Kontakt zwischen Stift und Versuchsanleitung: Blattfeder hergestellt ist, aber noch „Luft“ zwischen Spulenkern und Feder Hintergrund: • Stromkreis schließen • Klöppel schlägt auf Glockenschale • Nach dem Schließen des Stromkreises wird in der Spule ein Magnetfeld aufgebaut. Dadurch wird die Feder angezogen, der Klöppel trifft auf die Schale und der Stromkreis wird unterbrochen. • Die Magnetwirkung nimmt ab, die Feder schwingt zurück. • Der Stromkreis wird wieder geschlossen und der Vorgang beginnt von vorne. - 17 - Physikalische Schulversuche Jahrgangsstufe 7 und 8 4 Elektromagnetische Induktion 4.1 Allgemeines Der englische Physiker Michael Faraday erkannte, dass die Umkehrung des Versuchs von Oersted, nämlich die Bewegung eines Leiters in einem Magnetfeld, einen elektrischen Stromfluss zur Folgen hat. Durch die Änderung des Magnetfelds werden die Elektronen im Leiter zu einer Bewegung angeregt. Liegt keine Änderung des Magnetfelds vor, weil z.B. der Leiter sich relativ zum Magneten nicht bewegt, fließt auch kein Strom. 4.2 Erzeugen einer Induktionsspannung Versuchsaufbau: Versuchsart: • Schülerübung Versuchsmaterial: • Spule • Stabmagnet • Experimentierkabel • Voltmeter mit Mittelnullstellung • Aus Spule, Messgerät und Kabel einen geschlossenen Versuchsanleitung: Stromkreis aufbauen • Magnet in die Spule ein- und ausführen • Ausschlag am Voltmeter bei Bewegung des Magneten Ausweitung: • Bewegung der Spule im Magnetfeld Hintergrund: • Durch die relative Bewegung zueinander ergibt sich eine ständige Änderung des Magnetfelds, die einen Stromfluss zur Folge hat. - 18 - Physikalische Schulversuche 4.3 Jahrgangsstufe 7 und 8 Abhängigkeiten bei der Erzeugung der Induktionsspannung Versuchsaufbau: Versuchsart: • Schülerübung Versuchsmaterial: • 2 Spulen mit verschiedener Windungszahl • Stabmagnet • Experimentierkabel • Voltmeter (mit Mittelnullstellung) • Eisenkern • Aus Spulen, Messgerät und Kabel einen geschlossenen Versuchsanleitung: Stromkreis aufbauen • Magnet in die Spulen ein- und ausführen • Ausschlag am Voltmeter bei Bewegung des Magneten ist bei größerer Windungszahl stärker Ausweitung: • Änderung der Bewegungsgeschwindigkeit des Magneten in der Spule Hintergrund: • Einsetzen eines Eisenkerns in die Spulen • Die erzeugte Induktionsspannung ist abhängig von: Schnelligkeit der Änderung Anzahl der Windungen Stärke des Magneten (Eisenkern) - 19 - Physikalische Schulversuche 4.4 Jahrgangsstufe 7 und 8 Aufbau eines Generators Versuchsaufbau: Versuchsart: • Schülerübung Versuchsmaterial: • Experimentiersatz Generator (mit Polschuhe, Schleifkontakten und Spule) Versuchsanleitung: Ausweitung: Hintergrund: • Hufeisenmagnet • Experimentierkabel • Wechselstromvoltmeter • Generator auf Hufeisenmagnet stellen • Voltmeter mit Schleifkontakten verbinden • Anker drehen • Ausschlag am Voltmeter • Spannung auf Oszilloskop darstellen • Andere Ringkontakte benutzen • Gleichrichter einbauen • In der sich drehenden Spule findet ständig eine Magnetfeldänderung statt. Dadurch wird in der Spule eine Induktionsspannung erzeugt, die über die Schleifkontakte abgegriffen und am Messgerät angezeigt wird. • Durch das Abgreifen am Stromwender erhält man eine pulsierende Gleichspannung, die Diode „schneidet“ jeweils eine Halbwelle ab. - 20 - Physikalische Schulversuche 4.5 Jahrgangsstufe 7 und 8 Aufbau und Funktionsweise eines Transformators Versuchsaufbau: Schaltskizze: Versuchsart: • Schülerübung Versuchsmaterial: • Fahrraddynamo • Glühbirnchen • Experimentierkabel und Krokodilklemmen • 2 Spulen gleicher Windungszahl • U-Kern mit Joch • Spulen auf den U-Kern stecken und mit Joch Versuchsanleitung: verschließen • Dynamo an linke Spule anschließen • Glühbirnchen an rechte Spule anschließen • Rädchen am Dynamo bewegen • Lämpchen leuchtet, ohne dass direkte Verbindung mit dem Dynamo besteht Ausweitung: Unterschiedliche Spulen benutzen verschiedene Übersetzungsverhältnisse Hintergrund: • Der Dynamo erzeugt eine Wechselspannung, die in der Primärspule ein sich ständig veränderndes Magnetfeld hervorruft. • Über den geschlossenen Eisenkern werden diese Magnetfeldänderungen zur zweiten Spule übertragen und induzieren dort wieder eine Spannung. Diese lässt das Lämpchen leuchten. - 21 - Physikalische Schulversuche 4.6 Jahrgangsstufe 7 und 8 Hörnerblitz (Hochspannungstransformator) Versuchsaufbau: Versuchsart: • Lehrerdemonstration Versuchsmaterial: • Schaltbare Steckdose • 2 Isolierständer mit Tonnenfüßen • 2 Hörnerblitzableiter • Experimentierkabel • Experimentiertransformator mit z.B. Primärspule 300 Windungen Sekundärspule 12000 Windungen • Sicherheitsschild „Hochspannung“ mit Tonnenfuß Sicherheitshinweis: • ACHTUNG HOCHSPANNUNG! LEBENSGEFAHR! Versuchsanleitung: • Hörnerblitzableiter in Isolierständer einspannen und mit Sekundärspule verbinden • Aufbau in ca. 0,5 cm Abstand voneinander aufstellen • Primärspule mit Steckdosenleiste verbinden • Steckdosenleiste mit Netzspannung verbinden • Netzspannung einschalten • Blitze steigen an den „Hörnern“ nach oben • Ausschalten der Netzspannung, dann Abbau der weiteren Geräte Hintergrund: • Das Übersetzungsverhältnis ist beim Hochspannungstransformator definiert als UP / US = NP / NS • Dadurch ergibt sich beim Anlegen einer Primärspannung von 230V eine Sekundärspannung von 9200V. - 22 - Physikalische Schulversuche 4.7 Jahrgangsstufe 7 und 8 Hochstromtransformator (Schmelzrinne) Versuchsaufbau: Versuchsart: • Lehrerdemonstration Versuchsmaterial: • Schaltbare Steckdose • Experimentierkabel • Experimentiertransformator mit z.B. Primärspule 600 Windungen Schmelzrinne (1 Windung) • Zinn Sicherheitshinweis: • ACHTUNG HOCHSPANNUNG! LEBENSGEFAHR! Versuchsanleitung: • Zinn in die Schmelzrinne geben • Experimentiertransformator aufbauen, Schmelzrinne als Skundärspule verwenden • Primärspule mit Steckdosenleiste verbinden • Steckdosenleiste mit Netzspannung verbinden • Netzspannung einschalten • Zinn schmilzt in der Rinne • Ausschalten der Netzspannung, dann Abbau der weiteren Geräte Hintergrund: • Das Übersetzungsverhältnis ist beim Hochstromtransformator definiert als UP / US = NS / NP bzw. IP / IS = NP / NS • Dadurch ergibt sich beim Anlegen einer Primärspannung von 230V eine Sekundärspannung von unter 1V, aber ein Strom von ca. 9600A. Dieser reicht aus, um das Zinn zu schmelzen. - 23 - Physikalische Schulversuche Jahrgangsstufe 7 und 8 5 Grundlagen der Mechanik 5.1 Allgemeines Kräfte sind die Grundlage für den Bereich der (Newton’schen) Mechanik. Es gibt verschiedene Arten von Kräften, u.a.: • Gewichtskraft • Reibungskraft • Federkraft bzw. Spannkraft Der Kraft sind dabei eine Richtungskomponente und ihr Betrag zugeordnet. Im Rahmen des PCB-Unterrichts der Hauptschule wird die Richtungskomponente meist vernachlässigt. Mit Hilfe von einfachen Maschinen wie Hebel oder Flaschenzug lässt sich die aufzubringende Kraft verringern. Dies geht aber zu Lasten eines längeren Weges, der zurückgelegt werden muss, z.B. ein längeres Seil beim Flaschenzug. 5.2 Messen von Kräften Versuchsart: • Schülerübung Versuchsmaterial: • Kraftmesser (Federwaage) • Massestückchen zu 10g und 50g • Reibungsklotz • Sandpapier • An den Kraftmesser werden verschiedene Massen Versuchsanleitung: angehängt und die jeweilige Gewichtskraft ermittelt • Ein Reibungsklotz wird über verschieden beschaffene Unterlagen (glatter Tisch, Papier, Sandpapier) mit dem Kraftmesser gezogen Ausweitung: Hintergrund: • Zusatzmassen an dem Klotz befestigen • Andere Auflagefläche des Klotzes wählen • Eine Masse von 100 g hat ungefähr eine Gewichtskraft von 1 N. 1 kg • ~ 10 N Die Reibungskraft ist unabhängig von der Größe der Auflagefläche. Sie verändert sich mit zunehmender Masse und rauer werdendem Untergrund. - 24 - Physikalische Schulversuche 5.3 Jahrgangsstufe 7 und 8 Hebel als einfache Maschine Versuchsaufbau: Versuchsart: • Schülerübung Versuchsmaterial: • Kraftmesser (Federwaage) • Massestückchen zu 10g und 50g • Hebelwaage • Stativmaterial (Fuß, Stange, Lager) • Stativ aufstellen und Hebel auf Lager aufstecken • Massenstückchen an Hebel befestigen • Mit Kraftmesser bei verschiedenen Abständen zum Versuchsanleitung: Drehpunkt die jeweils notwendigen (Halte-)Kräfte bestimmen Ausweitung: • Zweiseitiger Hebel • Haltekräfte auf der anderen Seite des Lagers bestimmen. • Mathematische Auswertung: Goldene Regel der Mechanik “Je länger der Weg, desto kleiner die Kraft.“ Hintergrund: • Je weiter der Kraftmesser vom Drehpunkt entfernt angesetzt wird, desto kleiner ist die aufzubringende Kraft. • Mit einem langen Hebelweg genügen also schon relativ kleine Kräfte, um eine große Wirkung zu erzielen. - 25 - Physikalische Schulversuche 5.4 Jahrgangsstufe 7 und 8 Flaschenzug (Rollen) als einfache Maschine Versuchsaufbau: Versuchsart: • Schülerübung, M-Klasse Versuchsmaterial: • Kraftmesser • Feste Rollen • Lose Rollen • Schnur • Massestückchen • Stativmaterial • Massestückchen an der Schnur befestigen und diese Versuchsanleitung: über feste Rolle laufen lassen • Haltekraft bestimmen (Gleiche Kraft wie ohne Rolle) • Massestückchen an loser Rolle befestigen und diese auf einseitig festgebundener Schnur laufen lassen • An losem Ende erforderliche Kraft messen (Halbierung der Gewichtskraft pro loser Rolle) • Kombination aus festen und losen Rollen zum Flaschenzug Hintergrund: • Durch eine feste Rolle wird eine Kraft nur umgelenkt, ihr Betrag bleibt konstant. • Jede eingesetzte lose Rolle halbiert die aufzubringende Kraft, verdoppelt aber den zurückzulegenden Weg (=Seillänge) - 26 - Physikalische Schulversuche Jahrgangsstufe 7 und 8 6 Anhang 6.1 Vergleich Lehrplan 1997 mit 2004 PCB 7. Jahrgangsstufe Lehrplan 1997 Lehrplan 2004 Regelklasse Lehrplan 2004 M-Klasse 7.1 Luft - Lebensgrundlage und Lebensraum 7.1 Luft – Lebensgrundlage und Lebensraum 7.1 Luft – Lebensgrundlage und Lebensraum Den Schülern soll bewusst werden, dass die Luft neben der Sonne und dem Wasser eine Voraussetzung für das Leben auf der Erde und für Vorgänge in der unbelebten Natur ist. Sie lernen die Zusammensetzung der Luft kennen und erweitern ihr Wissen darüber, dass grüne Pflanzen Sauerstoff erzeugen. Die Schüler gewinnen einen Überblick über den Vorgang und die Aufgabe der Atmung des Menschen und erhalten Grundkenntnisse über die Zusammensetzung und Aufgaben des Blutes. Dabei werden sie mehr und mehr fähig, ein Mikroskop zu bedienen. Sie eignen sich Wissen über den Blutkreislauf, das Herz und die Blutgefäße an und erkennen, wie Atmung und Blutkreislauf zusammenwirken. An diesem Beispiel verstehen sie, wie ein System als Ganzes funktioniert. Sie lernen Risikofaktoren von Atmungs- und Kreislauferkrankungen sowie vorbeugende Maßnahmen für eine gesunde Lebensführung kennen. Luft ist auch ein Lebensraum für Vögel. An heimischen Vögeln erweitern die Schüler ihre Formen- und Artenkenntnis. Ihnen soll die Anpassung von Tieren an den Lebensraum Luft einsichtig werden. Schließlich werden sie auf gemeinsame Merkmale und typische Verhaltensweisen von Vögeln aufmerksam. Lernziele Den Schülern soll bewusst werden, dass die Luft eine der Lebensgrundlagen ist. Sie lernen möglichst durch eigene Versuche Bestandteile der Luft und deren chemische Zeichen kennen. Sie gewinnen einen Überblick über Bestandteile des Blutes und erwerben Kenntnisse über Atmung und Blutkreislauf beim Menschen. Daraus sollen sie Folgerungen für eine gesunde Lebensführung ziehen. Die Schüler lernen heimische Vögel kennen. An einem Beispiel erfahren sie, wie Vögel dem Lebensraum Luft angepasst sind. Beim Vergleichen verschiedener Vogelarten stellen sie gemeinsame Merkmale fest. Lernziele Den Schülern soll bewusst werden, dass die Luft eine der Lebensgrundlagen ist. Sie lernen durch eigene Versuche Bestandteile der Luft kennen und ordnen diesen die entsprechenden chemischen Zeichen zu. Sie lernen die Bestandteile des Blutes kennen und gewinnen einen Überblick über die Atmung und den Blutkreislauf beim Menschen. Sie verstehen, wie Atmung und Blutkreislauf zusammenhängen. Daraus sollen sie Folgerungen für eine gesunde Lebensführung ziehen. Die Schüler lernen heimische Vögel kennen. Durch möglichst selbstständiges Beobachten und Untersuchen erfahren sie, wie Vögel dem Lebensraum Luft angepasst sind. Beim Vergleichen verschiedener Vogelarten stellen sie gemeinsame Merkmale fest und lernen die Ordnung der Wirbeltiere kennen. 7.1.1 Zusammensetzung der Luft G/Sk/Ek 7.2 7.1.1 Zusammensetzung der Luft 7.1.1 Zusammensetzung der Luft − − − − − Bedeutung der Luft für Mensch und Natur; Beschaffen, Auswerten und − Wiedergeben von Informationen D 7.1.1, 7.2.3 Luft als gasförmiges Gemisch; Stickstoff, Sauerstoff, − Kohlenstoffdioxid als Bestandteile der Luft 7.1.2, 7.2.2 Nachweismethoden für Sauerstoff und Kohlenstoffdioxid; chemische Zeichen: C, N, O; CO2 Bedeutung der Luft für Mensch und Natur Luft als gasförmiges Gemisch; Bestandteile: Stickstoff, Sauerstoff, Kohlenstoffdioxid, Wasserdampf → 7.1.2, 7.2 Nachweisen von Sauerstoff und Kohlenstoffdioxid im Experiment; chemische Zeichensprache: C, N2, O2; CO2, H2O − − ∗ Bedeutung der Luft für Mensch und Natur Luft als gasförmiges Gemisch; Bestandteile: Stickstoff, Sauerstoff, Kohlenstoffdioxid, Wasserdampf; Edelgase: Helium, Neon, Argon, Krypton, Xenon → 7.1.2, 7.2 Nachweisen von Sauerstoff und Kohlenstoffdioxid im Experiment; chemische Zeichensprache: C, N2, O2; CO2, H2O, He, Ne, Ar, Kr, Xe Periodensystem der Elemente (Einstieg) 7.1.2 Atmung des Menschen 7.1.2 Atmung des Menschen → S 7.1 7.1.2 Atmung des Menschen → S 7.1 − − − − − Atemwege und Atmungsorgane: Nase/Mund, Luftröhre, Bronchien, Lunge Aufgabe der Atmung: Gasaustausch; Abgabe von Kohlenstoffdioxid, Aufnahme von Sauerstoff 7.1.3, S 7.1 Kreislauf der Gase bei der Fotosynthese: Kohlenstoffdioxid und Sauerstoff 7.1.1 7.1.3 Blutkreislauf des Menschen − Bestandteile des Blutes: Blutplasma, Blutzellen; wichtige Aufgaben: Transport von Sauerstoff und − Atemwege und Atmungsorgane: Bronchien, Lunge, Lungenbläschen Aufgabe der Atmung: Gasaustausch, Abgabe von Kohlenstoffdioxid, Aufnahme von Sauerstoff → 7.1.1, 7.1.3 − Atemwege und Atmungsorgane: Aufbau und Funktion von Bronchien, Lunge und Lungenbläschen Aufgabe der Atmung: Gasaustausch in den Lungenbläschen, Zellatmung als Oxidation; Abgabe von Kohlenstoffdioxid, Aufnahme von Sauerstoff → 7.1.1, 7.1.3 7.1.3 Blutkreislauf des Menschen → S 7.1 7.1.3 Blutkreislauf des Menschen → S 7.1 − − Bestandteile des Blutes: Blutplasma, Blutzellen - 27 - Bestandteile des Blutes: Blutplasma, Blutzellen; Blutgruppen Physikalische Schulversuche Jahrgangsstufe 7 und 8 Lehrplan 1997 − − − Kohlenstoffdioxid, Abwehr, Wundverschluss; Blutspende Aufbau des Blutkreislaufs; Herz; Blutgefäße (Arterien, Venen, Kapillaren) Zusammenwirken von Atmung und Blutkreislauf in einem System; Einflüsse vor allem durch Lebensweise (Rauchen!) und Luftqualität 7.1.2; Erkrankungen, z. B. Asthma, Herzinfarkt, Bluthochdruck; Vorbeugung S 7.1 Gebrauchen des Mikroskops Lehrplan 2004 Regelklasse − − − − wichtige Aufgaben: Gas- und Stofftransport, Abwehr, Wundverschluss Dauerpräparate (Blut) unter dem Mikroskop betrachten Aufbau des Blutkreislaufs; Herz; Blutgefäße: Arterien, Venen, Haargefäße Zusammenwirken von Atmung und Blutkreislauf; negative Einflüsse vor allem durch Lebensweise (Rauchen); Erkrankungen → 7.1.2 Lehrplan 2004 M-Klasse − − − − wichtige Aufgaben: Gas- und Stofftransport, Abwehr, Wundverschluss Dauerpräparate (Blut) unter dem Mikroskop betrachten Aufbau des Blutkreislaufes: Herz, Blutgefäße: Bau von Arterien, Venen, Kapillaren Zusammenwirken von Atmung und Blutkreislauf in einem System; negative Einflüsse vor allem durch Lebensweise (Rauchen); Erkrankungen → 7.1.2 7.1.4 Luft - Lebensraum für Vögel 7.1.4 Luft – Lebensraum für Vögel 7.1.4 Luft – Lebensraum für Vögel − − − − − − heimische Vögel; Kennübungen; Artenschutz Angepasstheit von Vögeln an den Lebensraum Luft: Körperbau, Federkleid; Bedeutung für den Flug Verhaltensweisen bei Nahrungsaufnahme und Fortpflanzung (z. B. Balz, Brutpflege) gemeinsame Merkmale von Vögeln − − heimische Vögel; Kennübungen; Artenschutz Angepasstheit von Körperbau und Federkleid an den Lebensraum Luft; Bedeutung für den Flug; Untersuchen von Tierpräparaten weitere Vogelarten; gemeinsame Merkmale − − − − heimische Vögel; Kennübungen; Artenschutz Angepasstheit von Körperbau und Federkleid an den Lebensraum Luft; Bedeutung für den Flug; Beobachten von Vögeln, Untersuchen von Tierpräparaten Projekt: „Vom Fliegen“ weitere Vogelarten; gemeinsame Merkmale Wirbeltiere Wiederholen, Üben, Anwenden, Vertiefen Wiederholen, Üben, Anwenden, Vertiefen − − − − − − − Arbeitsweisen kennen und ggf. einüben: Experimentieren, Nachweisen von Stoffen; Kennübungen, Untersuchen Begriffe und Symbole kennen: Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Kohlenstoffdioxid, Wasser; chemische Formeln: C, N, O2; CO2, H2O Zusammenhang von Bau und Funktion erkennen (Atmung und Blutkreislauf) Vögel kennen und ihre Merkmale benennen Angepasstheit an den Lebensraum verstehen (Vögel) auf den eigenen Körper achten (Atmung und Blutkreislauf) − − − − − Arbeitsweisen einüben: Experimentieren; Nachweisen von Stoffen; Bestimmen, Beobachten, Untersuchen Begriffe und Symbole kennen: Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Kohlenstoffdioxid, Wasser; Edelgase; chemische Formeln: C, N, O2; CO2, H2O Zusammenhang von Bau und Funktion erkennen (Atmung und Blutkreislauf) Vögel kennen und ihre Merkmale benennen; Wirbeltiere kennen Angepasstheit an den Lebensraum verstehen (Vögel) auf den eigenen Körper achten (Atmung und Blutkreislauf) 7.2 Luft - Voraussetzung für Vorgänge in 7.2 Luft – Voraussetzung für die der unbelebten Natur Verbrennung 7.2 Luft – Voraussetzung für die Verbrennung An den Themen "Wetter" und "Verbrennung" soll den Schülern bewusst werden, dass die Luft auch eine Voraussetzung für Vorgänge in der unbelebten Natur ist. Ausgehend von eigenen Erfahrungen gewinnen sie Grundkenntnisse über Wetterfaktoren. Beim Beobachten und Aufschreiben des Wetters wird ihnen zunehmend einsichtig, welche Vorteile die Arbeit in Gruppen bietet. Die Schüler sollen verstehen, was Wetterkarten aussagen; sie erfahren, unter welchen Voraussetzungen Wolken und Niederschläge entstehen, und erhalten einen Einblick in das Phänomen des Luftdrucks und dessen Zusammenhang mit dem Wettergeschehen. Den Schülern soll einsichtig werden, welche Bedeutung das Feuer für den Menschen hat. Sie lernen brennbare und nichtbrennbare Stoffe sowie die Voraussetzungen für eine Verbrennung kennen. Daraus schließen sie auf Lernziele Aufbauend auf ihrem Vorwissen lernen die Schüler Bedingungen für die Verbrennung kennen und leiten daraus selbstständig Brandschutzmaß nahmen ab. Sie sollen die Verbrennung als chemische Reaktion verstehen und erweitern ihr Wissen über die Fachsprache der Chemie. Bei selbstständigen Versuchen berücksichtigen sie Grundregeln des Experimentierens. Lernziele Aufbauend auf ihrem Vorwissen lernen die Schüler Bedingungen für die Verbrennung kennen und leiten daraus Brandschutzmaß nahmen ab. Sie erfahren, dass die Verbrennung eine chemische Reaktion ist, und erweitern ihr Wissen über chemische Zeichen. Bei Versuchen berücksichtigen sie Grundregeln des Experimentierens. - 28 - Physikalische Schulversuche Jahrgangsstufe 7 und 8 Lehrplan 1997 Lehrplan 2004 Regelklasse Lehrplan 2004 M-Klasse 7.2.2 Bedingungen für die Verbrennung 7.2.1 Bedingungen für die Verbrennung 7.2.1 Bedingungen für die Verbrennung − − − − − Möglichkeiten der Brandbekämpfung und vorbeugende Maßnahmen des Brandschutzes. Sie sollen die Verbrennung als chemische Reaktion verstehen und Arten der Oxidation unterscheiden. 7.2.1 Wetter − − − − − − − − G/Sk/Ek 7.2 Auswirkungen von Wetterlagen auf den Menschen, z. B. Atmung, Wohlbefinden Beobachten und Protokollieren des örtlichen Wettergeschehens: Bewölkung, Niederschläge, Temperatur, Wind, Luftdruck 7.3.1; Wetterkarte und ihre Symbole; Darstellen in Tabellen und Diagrammen M 7.2 Luftfeuchte in Abhängigkeit von der Temperatur Luftdruck; Einfluss auf das Wetter; Barometer als Messinstrument (Einheit: 1 Hektopascal - 1 hPa) Bedeutung des Feuers für den Menschen brennbare und nichtbrennbare Stoffe Voraussetzungen für die Verbrennung: Brennstoff, Erreichen der Entzündungstemperatur, Vorhandensein von Sauerstoff 7.1.1 Brandbekämpfung, Brandschutz Umgehen mit Versuchsgeräten, z. B. dem Bunsenbrenner − − brennbare und nichtbrennbare Stoffe Voraussetzungen für die Verbrennung: Brennstoff, Erreichen der Entzündungstemperatur, Vorhandensein von Sauerstoff → 7.1.1 Brandbekämpfung, Brandschutz Umgehen mit Versuchsgeräten, z. B. dem Bunsenbrenner; Sicherheitsbestimmungen beim Experimentieren − − brennbare und nichtbrennbare Stoffe Voraussetzungen für die Verbrennung: Brennstoff, Erreichen der Entzündungstemperatur, Vorhandensein von Sauerstoff → 7.1.1 Brandbekämpfung, Brandschutz Umgehen mit Versuchsgeräten, z. B. dem Bunsenbrenner; Sicherheitsbestimmungen beim Experimentieren 7.2.3 Vorgang der Verbrennung 7.2.2 Verbrennung – Oxidation 7.2.2 Verbrennung – Oxidation − − − − − − chemische Reaktion Oxidation, Begriff: Oxid (Metalloxid, Nichtmetalloxid) Stille Oxidation, Rost Wortgleichungen (keine Formelgleichungen); chemische Zeichen − − − GtB 7.3.2 Anhand des Phänomens der Berührungselektrizität erwerben die Schüler eine erste Vorstellung, was Elektrizität ist. Sie erhalten einen Überblick über Spannungsquellen und Begleiterscheinungen des elektrischen Stroms. Sie lernen die elektrische Spannung, die Stromstärke und den Widerstand sowie deren Zusammenhänge kennen. An Beispielen vollziehen sie nach, wie diese Erkenntnisse technisch genutzt werden. Sie wenden Schaltzeichen an, − − − − Oxidation, Begriff: Oxid: Metalloxid, Nichtmetalloxid → 7.1.1 Verbrennung, Explosion; stille Oxidation, z. B. Rost chemische Reaktion, Synthese Wortgleichungen, Reaktionsgleichung chemische Zeichensprache: Fe, C, S, O2; Eisenoxid; Kohlenstoffdioxid CO2; Schwefeldioxid SO2 Wiederholen, Üben, Anwenden, Vertiefen Wiederholen, Üben, Anwenden, Vertiefen − − − 7.3 Umgang mit Elektrizität Oxidation, Begriff: Oxid: Metalloxid, Nichtmetalloxid → 7.1.1 stille Oxidation, z. B. Rost chemische Reaktion Wortgleichungen; chemische Zeichensprache: Fe, C, O2 Denk- und Arbeitsweisen kennen und ggf. einüben: Umgehen mit Versuchsgeräten, Sicherheitsbestimmungen; Wortgleichungen Begriffe und Symbole kennen: Verbrennung, Oxidation, Reaktion; Sauerstoff, Kohlenstoff, Eisen; chemische Formeln: O2, C, Fe − − Denk- und Arbeitsweisen anwenden: Umgehen mit Versuchsgeräten, Sicherheitsbestimmungen; Wortgleichungen Begriffe und Symbole kennen: Verbrennung, Oxidation, Reaktion, Synthese; Sauerstoff, Kohlenstoff, Schwefel, Eisen, Kohlenstoffdioxid, Schwefeldioxid, Eisenoxid; chemische Formeln: O2, C, S, Fe, CO2; SO2 7.3 Umgang mit Elektrizität → GtB 7.4 7.3 Umgang mit Elektrizität → GtB 7.4 Lernziele Anhand einfacher Modelle von elektrischen Geräten erwerben die Schüler handlungsorientiert Grundkenntnisse über den elektrischen Strom. Darauf aufbauend lernen sie die elektrische Spannung, die Stromstärke und den Widerstand sowie deren Zusammenhänge kennen. Sie sollen Schaltpläne verstehen, sachgerecht mit Versuchsgeräten umgehen sowie Sicherheitsbestimmungen beachten. Lernziele Anhand einfacher Modelle von elektrischen Geräten erwerben die Schüler handlungsorientiert Kenntnisse über den elektrischen Strom. Darauf aufbauend eignen sie sich Wissen über die elektrischen Größen Spannung, Stromstärke und Widerstand an und erforschen auch quantitativ deren Zusammenhänge. Sie sollen Schaltpläne zeichnen, mit Versuchsgeräten möglichst - 29 - Physikalische Schulversuche Jahrgangsstufe 7 und 8 Lehrplan 1997 Lehrplan 2004 Regelklasse erwerben grundlegende Fähigkeiten im Umgang mit Experimentier- und Messgeräten und sollen einsehen, dass beim Umgang mit Elektrizität Gefahren auftreten und Sicherheitsbestimmungen zu beachten sind. Bei der Festlegung der Maßeinheiten begegnen sie bedeutenden Forschern aus der Geschichte der Physik. Lehrplan 2004 M-Klasse selbstständig sachgerecht umgehen und Sicherheitsbestimmungen beachten. 7.3.1 Elektrische Spannung und Stromstärke 7.3.1 Elektrische Spannung und Stromstärke 7.3.1 Elektrische Spannung und Stromstärke − − − − − − − − − Erfahrungen mit Elektrizität: Berührungselektrizität (Reibungselektrizität); elektrischer Strom als Bewegung von Ladungsträgern 7.2.1 Spannungsquellen, z. B. Batterie, Akkumulator, Solarzelle Spannung; Einheit: 1 V (Volt); Messen mit dem Voltmeter; Schaltpläne Stromstärke; Einheit: 1 A (Ampere); Messen mit dem Amperemeter; Schaltpläne Zusammenhang zwischen Spannung und Stromstärke Begleiterscheinungen des elektrischen Stroms, z. B. Wärme, Licht, chemische Vorgänge Kurzschluss, Schmelzsicherung − − − − − Funktionsmodelle von einfachen elektrischen Geräten bauen und skizzieren Begleiterscheinungen des elektrischen Stroms, z. B. Wärme und Licht, chemische Vorgänge, magnetische Wirkung elektrischer Stromkreis; Spannungsquellen Spannung, Einheit: 1 V; Stromstärke, Einheit: 1 A ; Alessandro Volta, André Marie Ampère Messen mit dem Voltmeter und Amperemeter in verschiedenen Schaltungen (Parallel- bzw. Reihenschaltungen); Schaltpläne Gefahren im Umgang mit Elektrizität; Kurzschluss − − − − − − Funktionsmodelle von einfachen elektrischen Geräten bauen, skizzieren und erklären Begleiterscheinungen des elektrischen Stroms, z. B. Wärme und Licht, chemische Vorgänge, magnetische Wirkung elektrischer unverzweigter/verzweigter Stromkreis; Spannungsquellen Spannung, Einheit: 1 V; Stromstärke, Einheit: 1 A; Alessandro Volta, André Marie Ampère Messen mit dem Voltmeter und Amperemeter in verschiedenen Schaltungen (Parallel- bzw. Reihenschaltungen); Schaltpläne Modellvorstellung des elektrischen Stromes Gefahren im Umgang mit Elektrizität; Kurzschluss 7.3.2 Elektrischer Widerstand 7.3.2 Elektrischer Widerstand 7.3.2 Elektrischer Widerstand − − − − − − elektrischer Widerstand eines Drahtes in Abhängigkeit von Länge, Querschnitt, Material, Temperatur Beziehungen zwischen Widerstand, Stromstärke und Spannung (ohmsches Gesetz); Einheit des Widerstands: 1 (Ohm); einfache Rechenbeispiele M 7.5.2 Festwiderstände, veränderbare Widerstände Gefahren im Umgang mit Elektrizität HsB 7.1 − − Zusammenhang zwischen Spannung und Stromstärke; Widerstand als Geräteeigenschaft; Einheit des Widerstands: 1 ; Georg Simon Ohm verschiedene Widerstandsarten; Aufgaben und Funktionen; Anwendung in der Technik − − − Zusammenhang zwischen Spannung und Stromstärke; grafisches Darstellen; Berechnungen; Widerstand als Geräteeigenschaft ohmsches Gesetz; Einheit des Widerstands: 1 ; Georg Simon Ohm elektrischer Widerstand eines Drahtes in Abhängigkeit von Länge, Querschnitt, Material, Temperatur verschiedene Widerstandsarten; Aufgaben und Funktionen; Anwendung in der Technik Wiederholen, Üben, Anwenden, Vertiefen Wiederholen, Üben, Anwenden, Vertiefen − − − − − Denk- und Arbeitsweisen einüben: Experimentieren, Messen (Stromstärke, Spannung und Widerstand) Begriffe und Schaltzeichen kennen: Spannung, Stromstärke, Widerstand; Einheiten: 1 V, 1 A, 1 ; Spannungsquelle, Voltmeter, Amperemeter, Widerstand Begleiterscheinungen des elektrischen Stromes kennen Gefahren des elektrischen Stromes einschätzen − − − Denk- und Arbeitsweisen anwenden: Experimentieren, Messen (Stromstärke, Spannung, Widerstand), Quantifizieren von Versuchsreihen Begriffe und Schaltzeichen kennen und anwenden: Spannung, Stromstärke, Widerstand; Einheiten:1 V, 1 A, 1 ; Spannungsquelle, Voltmeter, Amperemeter, Widerstand, Fotowiderstand, Potentiometer Begleiterscheinungen des elektrischen Stromes kennen Gefahren des elektrischen Stromes einschätzen 7.4 Grundlagen der Mechanik 7.4 Grundlagen der Mechanik → GtB 7.2 7.4 Grundlagen der Mechanik → GtB 7.2 Den Schülern soll klar werden, welchen Kräften sie begegnen. Ausgehend vom Alltagsverständnis von "Kraft", "Arbeit" und "Energie" werden sie auf die physikalischen Bedeutungen aufmerksam. Sie lernen die Maßeinheiten kennen und entwickeln durch Messungen ein Gefühl für die Größenordnung von Kräften. An einem ausgewählten Beispiel erfassen sie das Prinzip einer einfachen Maschine und sollen dabei verstehen, dass man durch Lernziele Ausgehend von Alltagserfahrungen lernen die Schüler bei Experimenten den physikalischen Begriff der „ Kraft“ kennen. Am Phänomen des Hebels erfahren sie die „ goldene Regel der Mechanik“. Lernziele Ausgehend von Alltagserfahrungen und durch selbstständiges Experimentieren sollen die Schüler mit dem physikalischen Begriff „ Kraft“ vertraut werden und Werkzeuge als Kraftwandler kennen lernen. Daraus leiten sie die „goldene Regel der Mechanik“ ab. - 30 - Physikalische Schulversuche Jahrgangsstufe 7 und 8 Lehrplan 1997 Lehrplan 2004 Regelklasse Lehrplan 2004 M-Klasse deren Gebrauch zwar Kraft, aber keine Arbeit einsparen kann. 7.4.1 Kräfte 7.4.1 Kräfte − − − unterschiedliche Kräfte, z. B. Gewichtskraft, Schwerkraft, Federkraft, Reibungskraft Messen von Kräften; Einheit: 1 N (Newton) − 7.4.1 Kräfte − unterschiedliche Kräfte, z. B. Gewichtskraft, Schwerkraft, Federkraft Messen von Kräften; Einheit: 1 N; Isaac Newton − − unterschiedliche Kräfte, z. B. Gewichtskraft, Schwerkraft, Federkraft, Reibungskraft Messen von Kräften; Einheit: 1 N; 1000 N = 1 kN; Isaac Newton Pfeildarstellung von Kräften mit Ansatzpunkt und Richtung 7.4.2 Mechanische Arbeit und Energie 7.4.2 Werkzeuge als Kraftwandler 7.4.2 Werkzeuge als Kraftwandler − − − − − − Einfache Maschinen, z. B. schiefe Ebene, Rolle, Hebel GtB 7.3.1 Arbeit W = F . s; Energie; Einheit: 1 Nm (Newtonmeter) = 1 J (Joule); goldene Regel der Mechanik M 7.5.2 − − Hebel und Rollen als Werkzeuge Zusammenhang von Kraft und Weg: goldene Regel der Mechanik Experimentieren, Darstellen in Jedesto-Sätzen, Berechnen Wiederholen, Üben, Anwenden, Vertiefen Wiederholen, Üben, Anwenden, Vertiefen − − − − 6.2 Hebel als Werkzeug Zusammenhang von Kraft und Weg: goldene Regel der Mechanik Experimentieren, Darstellen in Jedesto-Sätzen Arbeitsweisen einüben: Experimentieren, Messen (Kräfte) Begriffe und Symbole kennen: Kraft; Einheit: 1 N die goldene Regel der Mechanik kennen − − Arbeitsweisen anwenden: Experimentieren, Messen (Kräfte); Berechnen Begriffe und Symbole kennen: Kraft; Einheit: 1 N; 1 kN die goldene Regel der Mechanik verstehen Vergleich Lehrplan 1997 mit 2004 PCB 8. Jahrgangsstufe Lehrplan 1997 Lehrplan 2004 Regelklasse Lehrplan 2004 M-Klasse 8.1 Boden - Lebensgrundlage und Lebensraum EvR8.1.1, G/Sk/Ek8.5 8.1 Boden – Lebensgrundlage und Lebensraum 8.1 Boden – Lebensgrundlage und Lebensraum → G/Sk/Ek 8.4 Den Schülern soll klar werden, dass der Boden eine wesentliche Voraussetzung für die Lebewesen auf der Erde ist. Sie erkennen möglichst durch eigene Untersuchungen, welche Bedeutung Kleinlebewesen für die Güte des Bodens haben. Im Besonderen lernen sie Bakterien als spezielle Einzeller kennen. An Beispielen lernen sie die Bodenqualität zu bestimmen. Sie stellen fest, wodurch der Boden gefährdet ist, und sollen darüber nachdenken, welcher Beitrag zum Erhalt der Bodenqualität geleistet werden kann. Lernziele Den Schülern soll klar werden, dass der Boden eine wesentliche Voraussetzung für die Lebewesen auf der Erde ist. Sie lernen Kleinlebewesen und Bakterien als Zersetzer im Boden kennen. Exemplarisch untersuchen sie Bodenproben. Sie stellen fest, wodurch der Boden gefährdet ist, und sollen bereit werden, selbst zum Schutz des Bodens beizutragen. Lernziele Den Schülern soll klar werden, dass der Boden eine wesentliche Voraussetzung für die Lebewesen auf der Erde ist. Sie erkennen, möglichst durch eigene Untersuchungen, welche Bedeutung Kleinlebewesen für die Güte des Bodens haben. Im Besonderen lernen sie Bakterien als spezielle Einzeller kennen. An Beispielen lernen sie die Bodenqualität zu bestimmen. Sie stellen fest, wodurch der Boden gefährdet ist, und sollen bereit werden, selbst zum Schutz des Bodens beizutragen. 8.1.1 Lebewesen im Boden 8.1.1 Lebewesen im Boden 8.1.1 Lebewesen im Boden − − − − − − Bedeutung des Bodens für den Menschen, für Tiere und Pflanzen Beschaffen, Auswerten und Wiedergeben von Informationen KR8.5.1, D8.1.1, D8.2.3 Lebewesen in der Laubstreu und im Boden, z. B. Regenwurm, Pilze, Kleinlebewesen; ihre Funktion bei der Zersetzung abgestorbener Pflanzen und Tiere; Verrottung Ph/Ch/B8.2.2 Bakterien und ihre Bedeutung; Koloniebildung; Betrachten mit dem Mikroskop Ph/Ch/B8.3.1, − − − Bedeutung des Bodens für den Menschen, für Tiere und Pflanzen Lebewesen in der Laubstreu, im Kompost und im Boden z. B. Regenwurm, Spinnentiere, Insekten; ihre Bedeutung für den Boden → 8.2 Betrachten mit Vergrößerungshilfen, Kennübungen Bakterien als einzellige Lebewesen und ihre Bedeutung → 8.3.1 - 31 - − − − Bedeutung des Bodens für den Menschen, für Tiere und Pflanzen; Entstehung des Bodens Lebewesen in der Laubstreu, im Kompost und im Boden, z. B. Regenwurm, Pilze, Spinnentiere, Insekten; ihre Bedeutung für den Boden → 8.2 Betrachten mit Vergrößerungshilfen, einfache Bestimmungsschlüssel Bakterien als einzellige Lebewesen und ihre Bedeutung; Koloniebildung → 8.3.1 Physikalische Schulversuche Jahrgangsstufe 7 und 8 Lehrplan 1997 Lehrplan 2004 Regelklasse Ph/Ch/B8.3.3 Lehrplan 2004 M-Klasse ∗ Projekt: „Bakterien“ 8.1.2 Bodenqualität 8.1.2 Bodenqualität 8.1.2 Bodenqualität − − − − Bodenproben (Schulhof, Garten, Acker, Baustelle o. Ä.); Untersuchungen, z. B. hinsichtlich Körnigkeit, Bindigkeit, Formbarkeit, Luftdurchlässigkeit, Wasserhaltevermögen, Kalkgehalt, pH-Wert 8.4.1, Wachstum auf verschiedenen Böden Bewahrung, Gefährdung und Vernichtung des Bodens; Verantwortung des Menschen KR8.5.1 − Untersuchen von Bodenproben, hinsichtlich Formbarkeit, Wasserhaltevermögen, Kalkgehalt, pHWert (ein Verfahren auswählen) → 8.4.1 Bewahrung, Gefährdung und Vernichtung des Bodens; Verantwortung des Menschen − − Untersuchen von Bodenproben hinsichtlich Körnigkeit Bindigkeit Formbarkeit Luftdurchlässigkeit Wasserhaltevermögen Kalkgehalt pH-Wert Zwei Verfahren sind verbindlich. Bodengüte abschätzen → 8.4.1 Bewahrung, Gefährdung und Vernichtung des Bodens; Verantwortung des Menschen Wiederholen, Üben, Anwenden, Vertiefen Wiederholen, Üben, Anwenden, Vertiefen − − − − Arbeitsweisen einüben: Betrachten, Kennübungen, Untersuchen Kleinlebewesen im Boden kennen; Merkmale von Bakterien benennen einen eigenen Beitrag zum Schutz des Bodens leisten können − − Arbeitsweisen anwenden: Betrachten, Bestimmen, Untersuchen Kleinlebewesen im Boden kennen; Merkmale von Bakterien benennen einen eigenen Beitrag zum Schutz des Bodens leisten können 8.2 Lebensgemeinschaft Wald 8.2 Lebensgemeinschaft Wald 8.2 Lebensgemeinschaft Wald Die Schüler lernen den Lebensraum Wald sowie einige wichtige Tiere und Pflanzen darin kennen und werden dabei zunehmend mit Bestimmungshilfen vertraut. An einem Beispiel stellen sie Zusammenhänge zwischen dem Wachstum heimischer Waldbäume und Standortfaktoren her. Sie erwerben an einem nach örtlichen und jahreszeitlichen Gegebenheiten ausgewählten Insekt ein Grundwissen über dessen Lebensweise und Entwicklung und verschaffen sich einen Überblick über gemeinsame Merkmale der Insekten. An einem einfachen Nahrungsnetz werden den Schülern Zusammenhänge zwischen Pflanzen und Tieren im Wald bewusst. Sie erkennen die Bedeutung des Waldes für den Menschen und erfahren, wodurch der Wald gefährdet ist und wie er geschützt werden kann. Lernziele Nach Möglichkeit bei einem Unterrichtsgang lernen die Schüler einige Tiere und Pflanzen des Waldes kennen und bestimmen sie. Sie erhalten einen Überblick über Insekten und ihre Merkmale. Ausgehend von Nahrungsbeziehungen im Wald erhalten die Schüler einen Einblick in Stoffkreisläufe und in die Bedeutung der Fotosynthese. Sie gewinnen einen Einblick in die Bedeutung und Gefährdung des Waldes für den Menschen, erfahren, wodurch der Wald gefährdet ist und überlegen, wie er geschützt werden kann. Lernziele Nach Möglichkeit bei einem Unterrichtsgang lernen die Schüler Tiere und Pflanzen des Waldes kennen und bestimmen sie. Sie eignen sich Kenntnisse über Insekten, ihre Merkmale und ihre Stellung im Tierreich an. Ausgehend von Nahrungsbeziehungen im Wald erkennen die Schüler mit Hilfe möglichst anhand selbstständig durchgeführter Experimente Zusammenhänge in Stoffkreisläufen. Dabei sollen sie begreifen, dass die Fotosynthese die Grundlage aller Lebensvorgänge auf der Erde ist. Sie informieren sich über die Bedeutung des Waldes, erfahren, wodurch der Wald gefährdet ist, und überlegen, wie er geschützt werden kann. 8.2.1 Pflanzen und Tiere im Wald 8.2.1 Pflanzen und Tiere im Wald 8.2.1 Pflanzen und Tiere im Wald − − − − Nadelbäume - Laubbäume, Sträucher, − Kräuter; Tiere; Bestimmungsübungen Ku8.2 Waldbäume und ihre Ansprüche an − den Standort, z. B. hinsichtlich Licht, Wasser, Boden, Klima − Insekten im Lebensraum Wald, z. B. Staaten bildende Insekten, Borkenkäfer weitere Insekten, gemeinsame Merkmale 8.2.2 Funktionen des Waldes − − Nahrungsbeziehungen im Wald; Erzeuger, Verbraucher, Zersetzer Ph/Ch/B8.1.1, Ph/Ch/B8.3.1, Ph/Ch/B8.3.3 Bedeutung des Waldes, z. B.: Lebensraum, Reinhaltung der Luft, Pflanzen und Tiere des Waldes (im Überblick); Bestimmen mit Bestimmungsbüchern Insekten im Lebensraum Wald, z. B. Staaten bildende Insekten → 8.1.1 weitere Insekten im Überblick, gemeinsame Merkmale − − − ∗ Tiere des Waldes (im Überblick); Pflanzen des Waldes: typische Vertreter der Kraut-, Strauch- und Baumschicht; Bestimmen mit einfachen Bestimmungshilfen Insekten im Lebensraum Wald, z. B. Staaten bildende Insekten, Borkenkäfer, Ameisen, Wildbienen weitere Insekten, gemeinsame Merkmale; Stellung der Insekten im Tierreich Projekt „Wald“ 8.2.2 Nahrungsbeziehungen – Stoffkreisläufe 8.2.2 Nahrungsbeziehungen – Stoffkreisläufe − − − − Nahrungsbeziehungen im Wald: Nahrungskette – Nahrungsnetz Fotosynthese; Produktion von Zucker und Stärke; Umsetzung der Gase Versuche: Nachweis von Stärke, - 32 - − Nahrungsbeziehungen im Wald: Nahrungskette – Nahrungsnetz Fotosynthese; Produktion von Zucker und Stärke (Biomasse); Umsetzung der Gase; Umwandlung von Energie Physikalische Schulversuche Jahrgangsstufe 7 und 8 Lehrplan 1997 − Wasserspeicher, Erosionsschutz, Erholungsraum für den Menschen, Holzlieferant Gefährdung des Lebensraums, z. B. durch menschliche Eingriffe, Monokulturen, sauren Regen Ph/Ch/B8.4.1, KR8.5.1, EvR8.1.1 Lehrplan 2004 Regelklasse − − − Freisetzung von Sauerstoff Wortgleichung → 8.4 Bedeutung der grünen Pflanzen für das Leben auf der Erde einfaches Modell der Beziehungen zwischen Erzeugern, Verbrauchern und Zersetzern Lehrplan 2004 M-Klasse − − − − ∗ 8.2.3 Funktionen des Waldes → 8.4.1 − − − → 8.3.1 Versuche: Nachweis von Stärke, Freisetzung von Sauerstoff Wort- und einfache chemische Gleichung, z. B. 6H2O+6CO2 C6H12O6+6O2 → 8.4 Bedeutung der grünen Pflanzen für das Leben auf der Erde einfaches Modell der Beziehungen zwischen Produzenten, Konsumenten und Destruenten Kohlenstoffkreislauf 8.2.3 Funktionen des Waldes → 8.4.1 − Bedeutung des Waldes, z. B. für die Reinhaltung der Luft, als Wasserspeicher, Erosionsschutz, Erholungsraum für den Menschen (ein regionales Beispiel auswählen) Wald als Wirtschaftsraum; Prinzip des nachhaltigen Wirtschaftens Gefährdung des Lebensraums, z. B. durch menschliche Eingriffe, − Monokulturen, sauren Regen − Bedeutung des Waldes für die Reinhaltung der Luft, als Wasserspeicher, als Erosionsschutz, als Erholungsraum für den Menschen Zwei Beispiele sind hinsichtlich der regionalen Voraussetzungen auswählen. Wald als Wirtschaftsraum; Prinzip des nachhaltigen Wirtschaftens Gefährdung des Lebensraums, z. B. durch menschliche Eingriffe, Monokulturen, sauren Regen Wiederholen, Üben, Anwenden, Vertiefen Wiederholen, Üben, Anwenden, Vertiefen − − − − − − Denk- und Arbeitsweisen einüben: Bestimmen; Experimentieren; Modellvorstellung (Kreislauf); Wortgleichung Begriff kennen: Fotosynthese Tiere und Pflanzen des Waldes kennen; Merkmale von Insekten benennen einen Stoffkreislauf anhand eines Schaubildes oder Modells verstehen einen eigenen Beitrag zum Schutz des Waldes leisten können − − − − Denk- und Arbeitsweisen anwenden: Bestimmen, Einordnen; Experimentieren; Modellvorstellung (Kreislauf), Wort- und Formelgleichung Begriffe kennen: Fotosynthese, Stoffkreislauf Tiere und Pflanzen des Waldes kennen; Merkmale von Insekten benennen; Stellung der Insekten im Tierreich kennen Modell eines vereinfachten Stoffkreislauf selbst darstellen einen eigenen Beitrag zum Schutz des Waldes leisten können 8.3 Gesunde Lebensführung 8.3 Richtige Lebensführung 8.3 Richtige Lebensführung Die Schüler werden angeleitet, vor der Klasse zu schildern, was sie über die Ernährung des Menschen und über den sachgemäßen Umgang mit Nahrungsmitteln im Fach "Hauswirtschaftlich-sozialer Bereich" erfahren haben. Ihnen soll klar werden, dass die Pflanzen durch ihre Fähigkeit zur Fotosynthese die Grundlage des Stoffkreislaufs und damit der Nahrung von Mensch und Tier sind. Sie untersuchen Getränke und machen sich bewusst, warum Menschen trinken müssen. Indem sie den Weg der Nahrung durch den Körper nachvollziehen, wird ihnen die Aufgabe der Verdauungsorgane deutlich. Sie erkennen, wie sie durch ausgewogene Ernährung und gesunde Lebensführung Krankheiten vorbeugen können. Die Schüler erfahren, wie Infektionskrankheiten entstehen können, wie diese in der Regel verlaufen und wie sie sich davor schützen können. Sie erhalten grundlegende Informationen zur Lernziele Die Schüler erfahren, dass die Ernährung dem Körper lebensnotwendige Stoffe und Energie zuführt. Sie lernen den Weg der Nahrung durch den Körper und die Aufgabe der Verdauungsorgane kennen. Ihnen soll bewusst werden, dass sie durch eine gesunde Lebensführung Krankheiten vorbeugen können. Sie erfahren, wie Infektionskrankheiten entstehen können, wie sie in der Regel verlaufen und wie man sich davor schützen kann. Sie erhalten Informationen zu Aids und sollen einsehen, dass der beste Schutz davor das verantwortungsbewusste Verhalten gegenüber sich selbst und anderen ist. Sie sollen ein Gespür entwickeln, wie man angemessen mit Kranken umgeht. Die Schüler werden auf Ursachen, Folgen und Gefahren des Gebrauchs von Genussmitteln und Drogen aufmerksam. Am Beispiel alltäglicher Situationen, bei Veranstaltungen mit außerschulischen Lernziele Die Schüler erkennen, dass die Ernährung notwendig ist, um dem Körper lebensnotwendige Stoffe zuzuführen und seinen Energiebedarf zu decken. Sie lernen den Weg der Nahrung durch den Körper und die Aufgabe der Verdauungsorgane kennen. Ihnen soll bewusst werden, dass sie durch eine gesunde Lebensführung Krankheiten vorbeugen können. Die Schüler erfahren, wie Infektionskrankheiten entstehen können, wie sie in der Regel verlaufen und wie man sich davor schützen kann. Sie erhalten Informationen zu Aids und sollen einsehen, dass der beste Schutz verantwortungsbewusstes Verhalten gegenüber sich selbst und anderen ist. Sie sollen ein Gespür entwickeln, wie man angemessen mit Kranken umgeht. Die Schüler werden auf Ursachen, Folgen und Gefahren des Gebrauchs von Genussmitteln und Drogen aufmerksam. - 33 - Physikalische Schulversuche Jahrgangsstufe 7 und 8 Lehrplan 1997 Lehrplan 2004 Regelklasse Lehrplan 2004 M-Klasse Infektionskrankheit Aids und sollen einsehen, dass der beste Schutz davor das verantwortungsbewusste Verhalten gegenüber sich selbst und anderen ist. Sie können ein Gespür entwickeln, wie man angemessen mit Kranken umgeht. Die Schüler werden auf Ursachen des Konsums von Genussmitteln und Drogen sowie auf Folgen des Missbrauchs aufmerksam. Besonders soll ihnen die Gefahr von Alkohol und Drogen im Straßenverkehr verdeutlicht werden. Am Beispiel alltäglicher Situationen werden ihnen Wege aufgezeigt, wie sie der Gefahr, süchtig zu werden, begegnen können. Sie sollen einsehen, dass ein besonderer Schutz vor Sucht darin besteht, dem Leben einen Sinn zu geben und praktikable Möglichkeiten der Lebensbewältigung verfügbar zu haben. Partnern und durch Informationsmaterial werden ihnen Wege einsichtig, wie sie der Gefahr, süchtig zu werden, begegnen können. Sie sollen über Fragen nachdenken, die mit ihrer pubertären Entwicklung zusammenhängen. Am Beispiel alltäglicher Situationen, bei Veranstaltungen mit außerschulischen Partnern und durch selbst beschafftes Informationsmaterial werden ihnen Wege einsichtig, wie sie der Gefahr, süchtig zu werden, begegnen können. Sie sollen über Fragen nachdenken, die mit ihrer pubertären Entwicklung zusammenhängen. 8.3.1 Ernährung des Menschen 8.3.1 Ernährung und Verdauung → HsB 8.2.1 8.3.1 Ernährung und Verdauung → HsB 8.2.1 − − − − − Grundsätze einer ausgewogenen Ernährung, Nährstoffe; Aufbewahren, Zubereiten und Haltbarmachen/Konservieren von Nahrungsmitteln (Hygiene) HsB8.1, Ph/Ch/B8.2; Beschaffen, Auswerten und Wiedergeben von Informationen D8.1.1, D8.2.3 Pflanzen als Grundlage der Nahrung: Stoffkreislauf - Fotosynthese (Teil II); Produktion von Zucker und Stärke, Nachweis von Stärke Ph/Ch/B8.1.1, Ph/Ch/B8.2.2; wichtige Kulturpflanzen (Überblick) Getränke und ihre Bestandteile: Milch (als Emulsion), Limonade (als Lösung); ausreichende Aufnahme von Flüssigkeit und von Mineralsalzen S8.1.5 − − − ∗ Grundsätze einer ausgewogenen Ernährung; Nährstoffe; Vitamine, Mineralstoffe, Ballaststoffe Energieaufnahme des Körpers; Umwandlung der Energie; Einheit: 1 Joule → 8.2.2; James Prescott Joule Weg der Nahrung im Körper; Verdauungsorgane und ihre Funktionen; einfache Experimente Erkrankungen der Verdauungsorgane; Vorbeugung; Zusammenhang von Ernährung und Gesundheit Projekt „Gesundes Frühstück“ − − − − ∗ Grundsätze einer ausgewogenen Ernährung; Nährstoffe; Vitamine, Mineralstoffe, Ballaststoffe Nachweis von Kohlenstoff und Wasser in Lebensmitteln; Kohlenhydrate Energieaufnahme des Körpers; Umwandlung der Energie; Einheit: 1Joule; Berechnungen → 8.2.2; James Prescott Joule Weg der Nahrung im Körper; Verdauungsorgane und ihre Funktionen; einfache Experimente Erkrankungen der Verdauungsorgane; Vorbeugung; Zusammenhang von Ernährung und Gesundheit Projekt „Gesundes Frühstück“ 8.3.2 Verdauung beim Menschen − − − Weg der Nahrung im Körper Verdauungsorgane und ihre Funktion; Verdauungsvorgänge (einfache Experimente) Erkrankungen der Verdauungsorgane; Vorbeugung; Zusammenhang von Ernährung und Gesundheit 8.3.3 Infektionskrankheiten 8.3.2 Infektionskrankheiten 8.3.2 Infektionskrankheiten − − − − − − Krankheiten, z. B. durch Bakterien Ph/Ch/B8.1.1, Ph/Ch/B8.2.2 und Viren; Infektion und Verlauf HsB8.2 Schutz und Vorbeugung; Verhalten bei Erkrankung Aids: Ansteckung, Verlauf, Schutz Eth8.2.2 Verhalten gegenüber Kranken − − − − Infektionskrankheiten durch Bakterien, Viren und Pilze, Ansteckung und Verlauf Bakterien und Viren in ihrer Wirkung als Erreger → 8.1.1 Schutz und Vorbeugung; Funktionsweise des körpereigenen Immunsystems, Verhalten bei Erkrankung HI-Virus als Ursache von AIDS: Ansteckung, Verlauf, Schutz Verhalten gegenüber Kranken − − − − 8.3.4 Genussmittel und Drogen KR8.1.2, EvR8.2.2, Eth8.1 8.3.3 Genussmittel und Drogen 8.1.2, 8.1.3, EvR 8.2.2, Eth 8.1.2 − − − Genuss, Gewöhnung, Abhängigkeit, Sucht Ursachen von Sucht: Mensch, Milieu, − KR Genussmittel und Drogen; Ursachen und Folgen von Sucht Wirkung von Rauschmitteln, auch im - 34 - Infektionskrankheiten durch Bakterien, Viren und Pilze, Ansteckung und Verlauf Bakterien und Viren in ihrer Wirkung als Erreger, Vergleich von Bau und Stoffwechsel → 8.1.1 Schutz und Vorbeugung: Funktionsweise des körpereigenen Immunsystems, aktive und passive Immunisierung; Verhalten bei Erkrankung HI-Virus als Ursache von AIDS: Ansteckung, Verlauf, Schutz Verhalten gegenüber Kranken 8.3.3 Genussmittel und Drogen 8.1.2, 8.1.3, EvR 8.2.2, Eth 8.1.2 − − KR Genussmittel und Drogen; Ursachen und Folgen von Sucht Wirkung von Rauschmitteln, auch im Physikalische Schulversuche Jahrgangsstufe 7 und 8 Lehrplan 1997 − − − Mittel und Markt; legale und illegale Suchtmittel Wirkung von Rauschmitteln; Alkohol und Drogen im Straßenverkehr; Arzneimittelmissbrauch Folgen von Sucht, z. B. organische, psychische, soziale Schäden Suchtprävention als Entwicklung von Lebenskompetenzen, z. B. Selbstbewusstsein im Umgang mit sich und anderen KR8.1.3, S8.1 Lehrplan 2004 Regelklasse − Straßenverkehr Suchtprävention als Entwicklung von Lebenskompetenzen, z. B. Selbstbewusstsein im Umgang mit sich und anderen Lehrplan 2004 M-Klasse − Straßenverkehr Suchtprävention als Entwicklung von Lebenskompetenzen, z. B. Selbstbewusstsein im Umgang mit sich und anderen 8.3.4 Pubertät, Sexualität → KR 8.3.2, Eth 8.4.2 8.3.4 Pubertät, Sexualität → KR 8.3.2, Eth 8.4.2 − − − Entwicklungsbedingte Krisen des Jugendlichen in der Pubertät Problematik früher Sexualbetätigung; Empfängnisregelung − Entwicklungsbedingte Krisen des Jugendlichen in der Pubertät Problematik früher Sexualbetätigung; Empfängnisregelung Wiederholen, Üben, Anwenden, Vertiefen Wiederholen, Üben, Anwenden, Vertiefen − − − − − − Arbeitsweisen einüben: Untersuchen Begriff kennen: Energie; Einheit: 1 J (Joule) Zusammenhang von Bau und Funktion kennen (Verdauungsorgane) Bakterien und Viren sowie die Funktion des Immunsystems kennen eine verantwortliche Lebensführung anstreben (Ernährung, Infektionskrankheiten, Aids, Suchtmittel, Drogen; Sexualität) − − − − Arbeitsweisen anwenden: Untersuchen, Berechnen Begriff kennen: Energie; Einheit: 1 J (Joule) Zusammenhang von Bau und Funktion verstehen (Verdauungsorgane, Immunsystem) Bakterien und Viren unterscheiden eine verantwortliche Lebensführung anstreben (Ernährung, Infektionskrankheiten, Aids, Suchtmittel, Drogen; Sexualität) 8.4 Stoffe im Alltag und in der Technik 8.4 Stoffe im Alltag und in der Technik 8.4 Stoffe im Alltag und in der Technik Ausgehend von Beispielen aus ihrer Umgebung erfahren die Schüler, dass Säuren, Laugen und Salze im Alltag und in der Technik vielfältig zur Anwendung kommen. Sie erwerben sich Grundkenntnisse über diese Stoffe und überlegen, wie man sie mit einfachen Methoden nachweisen kann. Dabei erkennen sie, dass man chemische Vorgänge mit Formeln und Gleichungen beschreiben kann. Sie sollen verstehen, dass durch richtigen Umgang mit diesen Stoffen Gefährdungen der Umwelt vermieden werden. Bei Versuchen werden sie auch mit den entsprechenden Sicherheitsbestimmungen vertraut. Lernziele Ausgehend von Beispielen aus ihrer Umgebung erfahren die Schüler, dass Säuren, Laugen und Salze im Alltag und in der Technik vielfältig zur Anwendung kommen. Sie erwerben Grundkenntnisse über diese Stoffe und sollen wissen, dass man beim Experimentieren Sicherheitsbestimmungen beachten muss. Dabei lernen sie chemische Vorgänge zu beschreiben. Sie sollen verstehen, dass durch sachgemäß en Umgang mit diesen Stoffen Gefährdungen der Umwelt vermieden werden. Lernziele Ausgehend von Beispielen aus ihrer Umgebung erfahren die Schüler, dass Säuren, Laugen und Salze im Alltag und in der Technik vielfältig zur Anwendung kommen. Sie erwerben Kenntnisse über diese Stoffe und experimentieren damit auch selbstständig unter Beachtung der Sicherheitsbestimmungen. Dabei lernen sie, chemische Vorgänge mit Formeln und Gleichungen zu beschreiben. Sie sollen verstehen, dass durch sachgemäß en Umgang mit diesen Stoffen Gefährdungen der Umwelt verringert werden. 8.4.1 Säuren und Laugen 8.4.1 Säuren und Laugen 8.4.1 Säuren und Laugen − − − − − − − − Säuren (Säurelösungen) und Laugen aus dem Erfahrungsbereich der Schüler, z. B. im Haushalt; sachgemäßer Umgang, Gefahren Nachweisen von Säuren und Laugen Eigenschaften von Säuren und Laugen; Wirkungen auf andere Stoffe; Anwendungen Herstellen einer Säure (z. B. schweflige Säure, Salzsäure) und einer Lauge (z. B. Natronlauge) Formelschreibweise, z. B. H2SO3, HCl; NaOH Umweltgefährdungen, z. B. saurer Regen Ph/Ch/B8.1.2, Ph/Ch/B8.2.2, Reinigungsmittel WTG8.6 − − − − − − Säuren (Säurelösungen) und Laugen aus dem Erfahrungsbereich der Schüler, z. B. im Haushalt; sachgemäß er Umgang, sicheres Experimentieren; Gefahren und Gefahrensymbole Nachweisen von Säuren und Laugen; pH-Wert als Maßeinheit; Eigenschaften von Säuren und Laugen; Wirkungen auf andere Stoffe; Anwendungen Herstellen einer Säure (z. B. schweflige Säure, Salzsäure) und einer Lauge (z. B. Natronlauge) Wortgleichungen → 8.2.2 Umweltgefährdungen, z. B. saurer - 35 - − − − − − − Säuren (Säurelösungen) und Laugen aus dem Erfahrungsbereich der Schüler, z. B. im Haushalt; sachgemäßer Umgang, sicheres Experimentieren; Gefahren und Gefahrensymbole Nachweisen von Säuren und Laugen; pH-Wert als Maßeinheit Eigenschaften von Säuren und Laugen; Wirkungen auf andere Stoffe; Anwendungen Herstellen einer Säure (z. B. schweflige Säure, Salzsäure) und einer Lauge (z. B. Natronlauge); Begriff: Synthese Wortgleichung und Formelschreibweise, z. B. H2SO3, Physikalische Schulversuche Jahrgangsstufe 7 und 8 Lehrplan 1997 Lehrplan 2004 Regelklasse Regen → 8.2.3, Reinigungsmittel Lehrplan 2004 M-Klasse − HCl; NaOH → 8.2.2 Umweltgefährdungen, z. B. saurer Regen → 8.2.3, Reinigungsmittel 8.4.2 Salze 8.4.2 Salze 8.4.2 Salze − − − − − − − Salze aus dem Erfahrungsbereich der Schüler, z. B. Kochsalz; sachgemäßer Umgang Eigenschaften von Salzen; Wirkungen; Nachweis von Salzen Herstellen eines Salzes, z. B. durch Synthese oder Neutralisation; Element, Verbindung; Reaktion Wortgleichung und Formelschreibweise: NaOH + HCl NaCl + H2O + Energie Verwendung von Salzen, z. B. Streusalz, Düngemittel; Umweltgefährdungen Ph/Ch/B8.1.2, WTG8.6 − − − − − Salze aus dem Erfahrungsbereich der Schüler, z. B. Kochsalz; sachgemäß er Umgang; sicheres Experimentieren Eigenschaften von Salzen; Wirkungen; Nachweis von Salzen Herstellen eines Salzes, z. B. durch Neutralisation Wortgleichungen → 8.2.2 Verwendung von Salzen, z. B. Streusalz, Düngemittel; Umweltgefährdungen → 8.1.2 − − − − − ∗ Salze aus dem Erfahrungsbereich der Schüler, z. B. Kochsalz; sachgemäßer Umgang; sicheres Experimentieren Eigenschaften und Verwendung von Salzen; Wirkungen; Nachweis von Salzen; Begriff: Analyse Herstellen eines Salzes z. B. durch Neutralisation oder Synthese Reaktionsgleichungen: Wort- und Formelgleichungen, z. B.: NaOH + HCl NaCl + H2O + Energie → 8.2.2 Bildung weiterer Salze, z. B. Phosphate, Sulfite, Nitrate, Carbonate Verwendung von Salzen, z. B. Streusalz, Düngemittel; Umweltgefährdungen → 8.1.2 Periodensystem der Elemente (Fortführung) Wiederholen, Üben, Anwenden, Vertiefen Wiederholen, Üben, Anwenden, Vertiefen − − − − Denk- und Arbeitsweisen kennen: chemische Verfahren, Wortgleichungen Begriffe kennen: Reaktion; Säuren, Laugen, Salze; pH-Wert mit Stoffen verantwortungsbewusst umgehen (Säuren, Laugen, Salze) − − − Denk- und Arbeitsweisen anwenden: chemische Verfahren, Wort- und Formelgleichungen Begriffe kennen: Reaktion, Synthese, Analyse; Säuren, Laugen, Salze; pHWert; chemische Formeln (Auswahl) mit Stoffen verantwortungsbewusst umgehen (Säuren, Laugen, Salze) 8.5 Umgang mit Elektrizität M8.5.1 8.5 Umgang mit Elektrizität → GtB 8.4 8.5 Umgang mit Elektrizität Die Schüler erwerben wichtige Kenntnisse über Wirkungen und Zusammenhänge des Magnetismus. Mit Hilfe dieses Wissens verstehen sie, wie ein Gleichstrommotor funktioniert. Sie beschäftigen sich mit den Grundlagen der elektromagnetischen Induktion und sollen begreifen, wie diese beim Generator und Transformator angewendet wird. Ausgehend vom Begriff "Leistung" im Alltag verstehen die Schüler, was er in der Physik bedeutet. An Beispielen aus ihrem Erfahrungsbereich setzen sich die Schüler mit "elektrischer Leistung" und "elektrischer Energie" auseinander und werden mit den Maßeinheiten bekannt. Dabei lernen sie, wie elektrische Energie gemessen und abgerechnet wird. Bei ihnen soll die Bereitschaft geweckt werden, verantwortlich mit elektrischer Energie umzugehen. Lernziele Die Schüler erwerben wichtige Kenntnisse über Wirkungen und Zusammenhänge des Elektromagnetismus. Sie beschäftigen sich mit den Grundlagen der elektromagnetischen Induktion und sollen begreifen, wie diese beim Generator und Transformator angewendet wird. Lernziele Die Schüler erwerben anhand von Versuchen wichtige Kenntnisse über Wirkungen und Zusammenhänge des Elektromagnetismus. Sie erarbeiten sich Grundlagen der elektromagnetischen Induktion und sollen begreifen, wie diese beim Generator und Transformator angewendet wird. Beim Experimentieren werden sie zunehmend selbstständiger. GtB 8.4 8.5.1 Magnetismus, Elektromagnetismus 8.5.1 Magnetismus, Elektromagnetismus 8.5.1 Magnetismus, Elektromagnetismus − − − − Wirkung von Dauermagneten (untereinander bzw. auf andere Stoffe) das magnetische Feld; Feldlinien als Modellvorstellung magnetische Wirkung des elektrischen Stroms; Magnetfeld eines stromdurchflossenen Leiters; Beziehung zwischen Stromrichtung und Richtung des Magnetfelds (ohne Rechte-Hand-Regel) Elektromagnet: Abhängigkeit des − − − − Wirkung von Dauermagneten (untereinander bzw. auf andere Stoffe) das magnetische Feld; Feldlinien als Modellvorstellung magnetische Wirkung des elektrischen Stroms; Magnetfeld eines stromdurchflossenen Leiters; Beziehung zwischen Stromrichtung und Richtung des Magnetfelds Elektromagnet: Abhängigkeit des Magnetfeldes von Windungszahl, - 36 - − − − − Wirkung von Dauermagneten (untereinander bzw. auf andere Stoffe) das magnetische Feld; Feldlinien als Modellvorstellung; Wirkung zweier Magnetfelder aufeinander magnetische Wirkung des elektrischen Stroms; Magnetfeld eines stromdurchflossenen Leiters; Beziehung zwischen Stromrichtung und Richtung des Magnetfelds Elektromagnet: Abhängigkeit des Magnetfeldes von Windungszahl, Physikalische Schulversuche Jahrgangsstufe 7 und 8 Lehrplan 1997 − Magnetfeldes von Windungszahl, Stromstärke und Eisenkern Gleichstrommotor und weitere Anwendungen, z. B. Gong, Relais, Klingel GtB8.3 Lehrplan 2004 Regelklasse − Stromstärke und Eisenkern Gleichstrommotor und weitere Anwendungen: Gong, Relais, Klingel (ein Beispiel auswählen) Lehrplan 2004 M-Klasse − ∗ Stromstärke und Eisenkern Gleichstrommotor und weitere Anwendungen, z. B. Gong, Relais, Klingel Anwendung von Elektromotor, Relais, Elektromagnet in elektrischen Geräten 8.5.2 Elektromagnetische Induktion 8.5.2 Elektromagnetische Induktion 8.5.2 Elektromagnetische Induktion − − − − − − − − − Erzeugung von Induktionsspannung Abhängigkeit der induzierten Spannung von der Windungszahl der Induktionsspule, von der Stärke und der Änderungsgeschwindigkeit des Magnetfeldes Wechselspannung, Wechselstrom; Frequenz Funktionsweise eines Generators Transformator; Funktion und Anwendungen; einfache Berechnungen − − − Erzeugen einer Induktionsspannung Abhängigkeit der induzierten Spannung davon, wie schnell sich das Magnetfeld an der Spule ändert, von der Windungszahl der Induktionsspule und der Stärke des Magnetfeldes Wechselspannung, Wechselstrom; Frequenz Funktionsweise eines Generators Transformator; Funktion und Anwendungen; einfache Berechnungen (am unbelasteten Transformator) − − − − Erzeugen einer Induktionsspannung Abhängigkeit der induzierten Spannung davon, wie schnell sich das Magnetfeld an der Spule ändert, von der Windungszahl der Induktionsspule und der Stärke des Magnetfeldes Wechselspannung, Wechselstrom; Frequenz, Einheit: 1 Hz (Hertz); Heinrich Hertz verschiedene Arten von Wechselspannungen Funktionsweise eines Generators; Vergleich mit dem Elektromotor Transformator; Funktion und Anwendungen; Berechnungen (am unbelasteten Transformator) 8.5.3 Leistung − mechanische Leistung − Bedeutung der Leistungsangabe bei Elektrogeräten Zusammenhang von elektrischer Leistung, Spannung und Stromstärke; Berechnen der elektrischen Leistung P = U I; Einheit: 1 VA (Voltampere) = 1 W (Watt) = 1 J (Joule); Maßeinheiten: 1 mW, 1 W, 1 kW, 1 MW − 8.5.4 Elektrische Energie − − − Bedeutung elektrischer Energie in der Schule, zu Hause Zusammenhang zwischen Energiebedarf, Leistung und Einschaltdauer elektrischer Geräte; Einheit: 1 VAs (Voltamperesekunde) = 1 Ws (Wattsekunde); Maßeinheiten: 1 Ws, 1 kWh elektrische Energie: Zähler, Kosten (Stromrechnung); verantwortlicher Umgang, Einsparungsmöglichkeiten Wiederholen, Üben, Anwenden, Vertiefen Wiederholen, Üben, Anwenden, Vertiefen − − − − − Arbeitsweisen einüben: Experimentieren Begriffe kennen: Wechselspannung, Gleichspannung; Frequenz Dauer- und Elektromagnet kennen Funktionsweise von Gleichstrommotor und Transformator kennen - 37 - − − − Arbeitsweisen anwenden: Experimentieren, Berechnen Begriffe kennen: Wechselspannung, Gleichspannung; Frequenz; Einheit: 1 Hz (Hertz) Dauer- und Elektromagnet kennen Funktionsweise von Gleichstrommotor und Transformator erklären und vergleichen Physikalische Schulversuche 6.3 Jahrgangsstufe 7 und 8 Notizen - 38 -
