Grundwissen Physik 8
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Grundwissen NT Physik 7. Jahrgangsstufe Christoph-Jacob-Treu-Gymnasium Lauf Juni 2009 1. Optik Wissen und Können Licht und Sehen, Schatten Wir sehen einen Gegenstand nur, wenn Licht von ihm in unsere Augen fällt. Wir unterscheiden bei Körpern, die Licht aussenden: Lichtquellen, die Licht selbst erzeugen und beleuchtete Körper, die das auftreffende Licht nur zurückwerfen. Licht breitet sich geradlinig aus. Lichtgeschwindigkeit: 300 000 Anwendungen und Beispiele Beispiele für Lichtquellen: Sonne, Kerzen, Lampen Beispiele für beleuchtete Körper: Mond, Bäume, Wiesen, Möbel... Mondphasen: Sie entstehen dadurch, dass wir immer nur den jeweils beleuchteten Teil des Mondes sehen km s Hinter lichtundurchlässigen Körpern bilden sich bei Beleuchtung Schatten Mondfinsternis: Die Erde steht zwischen Sonne und Mond, der Mond ist im Schatten der Erde. Sonnenfinsternis: Der Mond steht zwischen Sonne und Erde, der Mondschatten fällt auf die Erde. Reflexion und Brechung Wird Licht an einem ebenen Spiegel reflektiert, so gilt Das Spiegelbild B und der Gegenstand G liegen symdas Reflexionsgesetz: metrisch bezüglich der Spiegelebene. 1. Einfallender Strahl, Einfallslot und reflektierter Strahl liegen in einer Ebene. 2. Der Einfallswinkel ist gleich dem Reflexionswinkel ‘. Brechung: An der Grenze zwischen zwei verschiedenen, lichtdurchlässigen Stoffen ändert das Licht seine Richtung, es wird „gebrochen“. Trifft ein Lichtstrahl schräg von Luft auf Wasser oder Glas, so wird er an der Grenzfläche zum Lot hin gebrochen. Ein schräg ins Wasser gehaltener Stab scheint an der Wasseroberfläche geknickt zu werden. Wird der Einfallswinkel beim Übergang des Lichts von Wasser in Luft (allgemein von einem optisch dichteren in ein optisch dünneres Medium) zu groß, so kann das Licht das Wasser nicht mehr verlassen, sondern wird an der Grenzfläche reflektiert. (Totalreflexion) Beispiele für Totalreflexion: Lichtleiter, Luftspiegelungen über heißen Straßen, Fata Morgana Trifft ein Lichtstrahl schräg von Glas oder Wasser auf Luft, so wird er an der Grenzfläche vom Lot weg gebrochen. Der Lichtweg bei der Brechung von Licht ist umkehrbar. Die „Stärke“ der Brechung hängt von der Farbe des Lichts ab. Weißes Licht lässt sich mit Hilfe eines Prismas in seine farbigen Bestandteile (Spektralfarben) zerlegen. Beispiel: Regenbogen 1 Grundwissen NT Physik 7. Jahrgangsstufe Christoph-Jacob-Treu-Gymnasium Lauf Juni 2009 Wissen und Können Anwendungen und Beispiele Linsen In Linsen wird das Licht gebrochen. Man unterscheidet Mit Sammellinsen können sowohl reelle als auch virtuelSammellinsen und Zerstreuungslinsen. le Bilder erzeugt werden. Sammellinse: Ein virtuelles Bild steht aufrecht und erscheint vergrößert, es kann nicht auf einem Schirm aufgefangen werden. (Verwendung der Linse als Lupe.) 0 Ein reelles Bild erscheint auf einem Schirm um 180 gegenüber dem Original gedreht. Anwendungen von Linsen in Photoapparaten, Projektoren, Fernrohren Mikroskopen f: Brennweite Zerstreuungslinse: Bildkonstruktion: Nutze Parallelstrahlen, Mittelpunktstrahlen und Brennstrahlen 2. Elektrische Phänomene Wissen und Können Elektrische Stromkreise Ein einfacher Stromkreis besteht aus Stromquelle (Gleichstromquelle: Plus- und Minuspol; Wechselstromquelle: ständiger Polwechsel) Kabel und Schalter „Nutzgerät“ (z.B. Glühlampe) Strom fließt nur bei geschlossenem Stromkreis. Leiter: z.B. Metalle Nichtleiter: z.B. Glas Wirkungen des el. Stroms: Magnetismus (Elektromagnet), Wärme (Herdplatte), Licht (Glühbirne) Vorsicht: Lebensgefahr bei Netzstrom!! Stromstärke, Spannung, Widerstand Die elektrische Stromstärke I ist ein Maß dafür, wie viele Ladungen je Zeitabschnitt an einer Stelle des Stromkreises vorbei wandern. Einheit: [I] = 1 Ampere (1A) Die Stromstärke ist an jeder Stelle eines unverzweigten Stromkreises gleich groß. Anwendungen, Beispiele Messung der Stromstärke mit sog. Amperemetern. Das Amperemeter wird in Reihe mit den elektrischen Geräten geschaltet. 2 Grundwissen NT Physik 7. Jahrgangsstufe Christoph-Jacob-Treu-Gymnasium Lauf Juni 2009 Wissen und Können Anwendungen, Beispiele Die Spannung U ist Ursache für den elektrischen Messung der Spannung mit sog. Voltmetern. Strom. Je höher U ist, desto größer ist die Stromstärke, die sie im gleichen Bauteil hervorruft. Einheit: [U] = 1 Volt (1V) Der elektrische Widerstand R eines Bauteils gibt an, wie stark der Strom durch das Bauteil behindert wird. Einheit: [R] = 1 Ohm (1) Zusammenhang zwischen den Größen: U U U = R I R bzw. I I R Voltmeter werden immer parallel zum Gerät bzw. zur elektrischen Quelle geschaltet Magnetismus Elektromagnet (Spule mit Eisenkern) Magnete besitzen Nord- und Südpol. Gleiche Pole stoßen sich ab, ungleiche Pole ziehen sich an. Eine von Strom durchflossene Spule wird zum Magneten weitere: Relais, Klingel, Lautsprecher 3. Kräfte und Bewegungen Wissen und Können Geschwindigkeit v Die Geschwindigkeit v gibt an, wie schnell sich ein Körper bewegt. s Weg v t " Zeit " übliche Einheiten: 1 Anwendungen, Beispiele Aufgabe: a) Ein PKW benötigt für die Strecke zwischen zwei Straßenpfosten (50 m) eine Zeit von 2,0 s (s. Grafik). Wie schnell fährt der PKW (in km/h)? (90km/h) m km ;1 s h Bei konstanter Geschwindigkeit ist also s proportional zu t (Ursprungsgerade im Zeit-Weg-Diagramm) Beschleunigung a Die Beschleunigung a gibt an, wie schnell sich die Geschwindigkeit eines Körpers ändert. v m ; Einheit: 1 2 a t s b) Wie lange braucht ein PKW bei einer Geschwindigkeit von 130 km/h für eine Strecke von 50 m? (1,4s) c) Wie weit kommt ein PKW bei einer Geschwindigkeit von 20 km/h in 2,5 s? (ca.14m) Aufgabe: Eine Rakete beschleunigt beim Start innerhalb von 5,0s km . Wie groß ist ihre h m Beschleunigung? (Ergebnis zur Kontrolle: a 55 2 ) s auf eine Geschwindigkeit von Der Kraftbegriff Kräfte besitzen Richtung, Betrag und Angriffspunkt ( Darstellung mit Pfeilen: F; F F ) Newtonsches Grundgesetz: Kraft = Masse mal Beschleunigung, F ma kg m Einheit der Kraft: [F] = 1 Newton = 1 N; 1N 1 s2 1N ist die Kraft, die bei einer Masse von 1kg in 1s eine Geschwindigkeitsänderung von 1 m bewirkt. s Wechselwirkungsgesetz: Übt Körper A auf einen Körper B eine Kraft aus, dann übt auch Körper B auf Körper A eine gleich große Gegenkraft aus („actio gegengleich reactio“) 3 990 Grundwissen NT Physik 7. Jahrgangsstufe Christoph-Jacob-Treu-Gymnasium Lauf Juni 2009 Wissen und Können Anwendungen, Beispiele Wirkungen von Kräften Kräfte verändern den Betrag oder die Richtung von Geschwindigkeiten Kräfte verformen Körper Kräftegleichgewicht beim Fallschirmsprung Verrutschen der Ladung bei scharfem Bremsen Prinzip des Sicherheitsgurtes bei Unfällen Trägheitssatz Ein Körper bleibt in Ruhe oder behält seine Geschwindigkeit (Betrag und Richtung) bei, wenn keine Kraft auf ihn wirkt oder Kräftegleichgewicht herrscht Gewichtskraft FG und Masse m Die Kraft, mit der ein Körper von der Erde angezogen wird, heißt Gewichtskraft oder Schwerkraft FG des Körpers auf der Erde. Ursache: Massenanziehung (Gravitation) zwischen dem Körper und der Erde. F G = m g ( g 9,81 Vergleich der Orte Erde und Mond: Ein Körper der Masse 1 kg hat auf der Erde eine Gewichtskraft von etwa 10 N, auf dem Mond 1,6 N. Eine Tafel Schokolade (m = 100 g) hat eine Gewichtskraft von etwa 1 N auf der Erde bzw. 0,16 N auf dem Mond. m N 9,81 , Fallbeschleuni2 kg s gung auf der Erde) m ist die Masse des Körpers, sie ist vom Ort unabhängig. Einheit der Masse: [m] = 1 kg Vektorielle Addition von Kräften Zwei Personen tragen einen Eimer: Kräfte, die einen gemeinsamen Angriffspunkt besitzen, kann man zusammensetzen: Die Vektoraddition der Kraftpfeile ergibt die Ersatzkraft F12 FG ; F12 FG Aufgabe: Bestimme die Federhärte D aus dem Diagramm. Kraft und Verformung von Körpern Je größer der Betrag einer Kraft, desto größer ist die durch sie hervorgerufene Verformung. Bei nicht zu stark belasteten Federn gilt das Gesetz von Hooke: ( D 33 F D =konstant s (s: Dehnung der Feder, D: Federhärte, [D]= 1 N ) cm 4 N ) cm
