Themen: Versuchsbeschreibungen, Optik 1 (Licht und Schatten)

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1 Klasse 7a Physik Vorbereitung zur Lernkontrolle am Themen: Versuchsbeschreibungen, Optik 1 (Licht und Schatten) Checkliste Was ich alles können soll Ich kenne die wichtigen Teile / Abschnitte eines Versuchsprotokolls (Geräte, Material, Aufbau, Durchführung, Beobachtung, Erklärung), kann sie zuordnen und benennen. Hier finde ich Information erstes Beispiel im Heft kann ich muss ich üben Ich kann die Dicke einer Buchseite, das Volumen eines Wassertropfens oder eine andere kleine Größe dadurch bestimmen, dass ich eine große Anzahl davon messe. Stationenarbeit im Heft Ich kenne die wichtigsten Lichtquellen und den Unterschied zwischen direkten und indirekten Lichtquellen. Arbeitsblatt, S Ich verstehe, dass wir etwas nur dann sehen, wenn Licht von dort in unser Auge gelangt. Mitschrift, S Ich weiß, dass Licht sich geradlinig ausbreitet und ich daher den Rand von Lichtbündeln mit dem Lineal zeichne. Arbeitsblatt, S. 14 Ich kenne den Aufbau einer Lochkamera, kann den Verlauf von Lichtbündeln dadurch einzeichnen und damit erklären, weshalb das Bild auf dem Kopf steht und welchen Einfluss die Lochgröße auf das Bild hat. Arbeitsblatt, S Ich verstehe, wie Schatten entstehen, und kann Schattenbereiche zeichnerisch ermitteln. S Ich kann bei mehreren punktförmigen Lichtquellen Kern- und Halbschattenräume zeichnen. S: Ich verstehe, wie der Übergangsschatten einer ausgedehnten Lichtquelle entsteht, und unterscheide ihn vom Halbschatten. S. 21 Ich verstehe, wie Tag und Nacht auf einem Planeten entstehen, und kann seine Drehrichtung daran erkennen. S. 24 Ich weiß, wie die Mondphasen aussehen und kann erklären, wie sie entstehen und sich entwickeln. Arbeitsblatt, S.25 Ich kann erklären, wie Mond- und Sonnenfinsternisse entstehen und weiß wie Sonne, Mond und Erde dabei stehen. Ich kenne den Unterschied zwischen partiellen und totalen Finsternissen. Arbeitsblatt, S. 24 Ich kann die unterschiedliche Länge von Tag und Nacht und die Entstehung der Jahreszeiten erklären. Arbeitsblatt Alle Seitenangaben beziehen sich natürlich auf das Lehrbuch Spektrum 7/8 Hessen.

2 Physik Klasse 7a Übungen zur Lernkontrolle am Name:, 1.) Ergänze das Versuchsprotokoll!.. und : Plastikflasche mit Verschluss, Standzylinder, Wasser, Wasserkocher, Eis : : Wir bringen Wasser zum Sieden, füllen etwas davon in die Plastikflasche, gießen es wieder aus und verschließen die Flasche. Mit Eis kühlen wir anderes Wasser auf 0 C ab und füllen es in den Standzylinder. Dann tauchen wir die Flasche in das eiskalte Wasser im Standzylinder. : Die Flasche schrumpft zusammen und bekommt Dellen. Der Wasserspiegel sinkt. : Beim Abkühlen zieht sich die (vorher warme) Luft in der Flasche zusammen, verringert also ihr Volumen. Dadurch wird auch der Luftdruck innen kleiner als der außen, die Flasche wird zusammengedrückt. 2.) In der Fernsehshow Frag doch mal die Maus wurde einmal die Frage beantwortet, wie viele Nadeln ein Weihnachtsbaum habe. Dazu wurden alle Nadeln, nachdem sie abgefallen waren, einzeln von mehr als hundert Kindern gezählt. Wie hätte man die ungefähre Anzahl mit viel geringerem Aufwand bestimmen können? 3.) Was muss passieren, damit ein Lichtstrahl oder Lichtbündel (z.b. eines Overheadprojektors) für dein Auge sichtbar wird? 4.) Du betrachtest im Mondlicht eine Fledermaus. Erläutere an diesem Beispiel den Sehvorgang. 5.) Von einer punktförmigen Lichtquelle trifft Licht auf zwei verschieden große Personen. Die Schatten an der(selben) Wand sind jedoch gleich groß. Wie ist das zu erklären? Fertige eine Skizze an!

3 6.) Zwei Kerzen beleuchten einen Gegenstand, hinter dem ein weißer Schirm aufgestellt ist. a) Zeichne mit Bleistift die Schattenräume ein und benenne sie. b) Beschreibe und skizziere, was auf dem Schirm zu sehen ist. Ansicht des Schirms c) Wo muss der Schirm aufgestellt werden, damit man auf ihm zwei getrennte, aber nahe beieinander liegende Halbschatten sieht? (Zeichne mit Füller/Kugelschreiber diese andere Schirmposition ein. Kerzen und Gegenstand bleiben an ihren Plätzen!) d) Der Schirm steht wieder an seiner Ausgangsposition. Beschreibe, wie sich das Schattenbild auf dem Schirm verändert, wenn man zwischen die beiden Kerzen noch viele weitere Kerzen stellt. Ansicht des Schirms bei d)

4 7.) a) Du beobachtest die skizzierte Landschaft durch eine Lochkamera. Zeichne darunter auf, wie sie auf deren Schirm erscheint. b) Erkläre, weshalb die Bilder bei der Lochkamera auf dem Kopf stehen. c) Wie verändert sich das Bild, wenn das Loch kleiner wird? 8.) Vor einem Schirm steht eine Lochblende, dahinter eine rote, eine gelbe und eine grüne Leuchtdiode. Wie sieht das Bild auf dem Schirm auf? Zeichne es genau ein! Zeichne ordentlich, genau und mit Bleistift! Genauigkeit wird beurteilt! rot gelb grün Blende Schirm

5 9.) Die Abbildung zeigt die Erde von oben betrachtet, in der Mitte der Nordpol. Das Licht der Sonne kommt von links. An einem Ort der Nordhalbkugel beobachtet man einen Halbmond (siehe Reihe darunter). a) Markiere einen Ort auf der Erde, auf dem der Halbmond so zu sehen ist, und zeichne ein, wo der Mond sich befinden muss. (Genau hinschauen!) b) Zeichne von diesem Zeitpunkt in der unteren Reihe die weiteren Mondphasen ein. c) In welche Richtung dreht sich die Erde um ihre Achse? Zeichne die Drehrichtung ein? d) Bewegt sich der Mond gegen den Uhrzeigersinn oder mit dem Uhrzeigersinn um die Erde? Er bewegt sich Uhrzeigersinn. Licht der Sonne Erde heute in 4 Tagen in 7 T. in 11 T. in 14 T. in 18 T. in 21 T. in 25 T. 10.) Erkläre mit Hilfe einer Zeichnung und in Worten, wie eine totale Mondfinsternis entsteht. 11.) Warum gibt es nicht bei jedem Neumond eine Sonnenfinsternis?

6 12.) Entstehung der Jahreszeiten a) Du siehst eine (natürlich nicht maßstabsgetreue) Skizze der Erde auf ihrer Umlaufbahn um die Sonne. In welche Richtung dreht sich die Erde? Begründe! (Hilfe: Im Osten geht die Sonne auf, im Süden nimmt sie ihren Lauf, im Westen wird sie untergehen, im Norden ist sie nie zu sehen.) b) Für die Entstehung der Jahreszeiten ist nicht die leicht unterschiedliche Entfernung der Erde zur Sonne der Grund! Denn wenn auf der Nordhalbkugel Sommer ist, haben die Bewohner der südlichen Hemisphäre Winter; sie sind aber gleich weit von der Sonne entfernt. Der wahre Grund ist, dass die Erdachse zur Ekliptik um etwa ist. Dadurch ist die Nordhalbkugel im Winter Sonne geneigt, und ihre Strahlen fallen unter einem Winkel ein, kann daher nur Energie übertragen. Außerdem sind die Tage. Im Sommer hingegen. Auf der Südhalbkugel. c) Trage auf die Striche in der Zeichnung die Jahreszeiten auf der Nordhalbkugel ein.

7 Physik Klasse 7a Übungen zur Lernkontrolle am Lösungen 1.) Ergänze das Versuchsprotokoll! Die zusammenschrumpfende Plastikflasche Geräte und Materialien : Plastikflasche mit Verschluss, Standzylinder, Wasser, Wasserkocher, Eis Aufbau (Skizze): Durchführung : Wir bringen Wasser zum Sieden, füllen etwas davon in die Plastikflasche, gießen es wieder aus und verschließen die Flasche. Mit Eis kühlen wir anderes Wasser auf 0 C ab und füllen es in den Standzylinder. Dann tauchen wir die Flasche in das eiskalte Wasser im Standzylinder. Beobachtung : Die Flasche schrumpft zusammen und bekommt Dellen. Der Wasserspiegel sinkt. Erklärung: Beim Abkühlen zieht sich die (vorher warme) Luft in der Flasche zusammen, verringert also ihr Volumen. Dadurch wird auch der Luftdruck innen kleiner als der außen, die Flasche wird zusammengedrückt. 2.) In der Fernsehshow Frag doch mal die Maus wurde einmal die Frage beantwortet, wie viele Nadeln ein Weihnachtsbaum habe. Dazu wurden alle Nadeln, nachdem sie abgefallen waren, einzeln von mehr als hundert Kindern gezählt. Wie hätte man die ungefähre Anzahl mit viel geringerem Aufwand bestimmen können? Man zählt einfach eine mittegroße Anzahl, z.b. 100 Nadeln, ab und wiegt sie. Danach wiegt man alle Nadeln. Den Quotienten der beiden Massen multipliziert man mit 100 und man hat eine (auf etwa 1% genaue) Schätzung der Anzahl. 3.) Was muss passieren, damit ein Lichtstrahl oder Lichtbündel (z.b. eines Overheadprojektors) für dein Auge sichtbar wird? Man kann nur etwas sehen, wenn Licht von dort ins Auge reflektiert oder gestreut wird. Dazu kann man zum Beispiel Kreidestaub in das Lichtbündel streuen.

8 4.) Du betrachtest im Mondlicht eine Fledermaus. Erläutere an diesem Beispiel den Sehvorgang. Das Licht der Sonne fällt auf den Mond und wird von ihm (ungerichtet) zur Erde reflektiert. Der Mond dient daher als indirekte Lichtquelle, Das Licht des Mondes fällt auf die Fledermaus und gelangt von ihr (durch Streuung und ungerichtete Reflexion) in mein Auge. Dadurch kann ich die Fledermaus sehen. 5.) Von einer punktförmigen Lichtquelle trifft Licht auf zwei verschieden große Personen. Die Schatten an der (selben) Wand sind jedoch gleich groß. Wie ist das zu erklären? Fertige eine Skizze an! Die kleinere Person steht näher an der Lichtquelle als die größere. Dadurch erscheint ihr Schatten im Verhältnis größer. kleinere Person gleich große Schatten größere Person Wand

9 6.) Zwei Kerzen beleuchten einen Gegenstand, hinter dem ein weißer Schirm aufgestellt ist. Kernschatten Halbschatten Schirmposition für c) a) Zeichne mit Bleistift die Schattenräume ein und benenne sie. b) Beschreibe und skizziere, was auf dem Schirm zu sehen ist. Etwa in der Mitte ist ein schwarzer Bereich, der Kernschatten, zu sehen. Hier gelangt kein Licht hin. Links und rechts davon befinden sich graue Felder, die von genau einer Lichtquelle beleuchtet sind. Dies sind die Halbschatten. Ansicht des Schirms c) Wo muss der Schirm aufgestellt werden, damit man auf ihm zwei getrennte, aber nahe beieinander liegende Halbschatten sieht? (Zeichne mit Füller/Kugelschreiber diese andere Schirmposition ein. Kerzen und Gegenstand bleiben an ihren Plätzen!) Dazu muss der Schirm weiter rechts, knapp hinter der Spitze des Kernschattenkegels aufgestellt werden. d) Der Schirm steht wieder an seiner Ausgangsposition. Beschreibe, wie sich das Schattenbild auf dem Schirm verändert, wenn man zwischen die beiden Kerzen noch viele weitere Kerzen stellt. Anstelle des Halbschattens sieht man nun einen Übergangs- schatten, die Helligkeit nimmt von innen nach außen fast kontinuierlich zu. Der Kernschatten bleibt unverändert. Ansicht des Schirms bei d)

10 7.) a) Du beobachtest die skizzierte Landschaft durch eine Lochkamera. Zeichne darunter auf, wie sie auf deren Schirm erscheint. b) Erkläre, weshalb die Bilder bei der Lochkamera auf dem Kopf stehen. Die Lichtstrahlen kreuzen sich beim Durchgang durch das Loch (siehe Abbildung der nächsten Aufgabe). Deshalb erscheint links, was rechts war und umgekehrt und oben was unten war und umgekehrt. c) Wie verändert sich das Bild, wenn das Loch kleiner wird? Das Bild wird schärfer, aber lichtschwacher / dunkler. 8.) Vor einem Schirm steht eine Lochblende, dahinter eine rote, eine gelbe und eine grüne Leuchtdiode. Wie sieht das Bild auf dem Schirm auf? Zeichne es genau ein! rot gelb grün Blende Auf dem Schirm erscheinen drei recht große farbige Punkte, oben ein grüner, unten ein gelber und ein roter, die sich überlappen (und dort dann orange erscheinen). Das Bild steht also auf dem Kopf und ist unscharf. Schirm

11 9.) Die Abbildung zeigt die Erde von oben betrachtet, in der Mitte der Nordpol. Das Licht der Sonne kommt von links. An einem Ort der Nordhalbkugel beobachtet man einen Halbmond (siehe Reihe darunter). a) Markiere einen Ort auf der Erde, auf dem der Halbmond so zu sehen ist, und zeichne ein, wo der Mond sich befinden muss. (Genau hinschauen!) b) Zeichne von diesem Zeitpunkt in der unteren Reihe die weiteren Mondphasen ein. c) In welche Richtung dreht sich die Erde um ihre Achse? Zeichne die Drehrichtung ein? d) Bewegt sich der Mond gegen den Uhrzeigersinn oder mit dem Uhrzeigersinn um die Erde? Er bewegt sich gegen den Uhrzeigersinn. Der Mond befindet sich in seiner zunehmenden Phase und ist von rechts beleuchtet! Licht der Sonne Erde a) i. c) d) a) ii. heute in 4 Tagen in 7 T. in 11 T. in 14 T. in 18 T. in 21 T. in 25 T. zunehmender Vollmond abnehmender Neumond Halbmond Halbmond

12 10.) Erkläre mit Hilfe einer Zeichnung und in Worten, wie eine totale Mondfinsternis entsteht. Sonne, Erde und Mond befinden sich auf einer geraden Linie, so dass sich der Mond im Kernschatten der Erde befindet. Randstrahlen Sonne Erde Mond Kernschatten der Erde 11.) Warum gibt es nicht bei jedem Neumond eine Sonnenfinsternis? Die Mondbahn ist gegenüber der Ekliptik (bzw. der Bahn der Erde um die Sonne) um 5 geneigt. Deshalb befindet sich der Mond meistens bei Neumond nicht genau zwischen der Sonne und der Erde, genauer: Auch bei Neumond sind Sonne, Mond und Erde nicht auf einer geraden Linie. Deshalb fällt dann der Kernschatten des Mondes nicht auf die Erde, sondern an der Erde vorbei.

13 12.) Entstehung der Jahreszeiten a) Du siehst eine (natürlich nicht maßstabsgetreue) Skizze der Erde auf ihrer Umlaufbahn um die Sonne. In welche Richtung dreht sich die Erde? Begründe! (Hilfe: Im Osten geht die Sonne auf, im Süden nimmt sie ihren Lauf, im Westen wird sie untergehen, im Norden ist sie nie zu sehen.) Die Erde dreht sich gegen den Uhrzeigersinn. Nehmen wir das rechte Bild der Erde. Dort ist in Asien gerade Nacht, in Westeuropa Abend und in Amerika Tag. Damit in Asien bald die Sonne auf- und in Europa untergeht, muss sich die Erde gegen den Uhrzeigersinn drehen. Außerdem läuft sie gegen den Uhrzeigersinn um die Sonne. b) Für die Entstehung der Jahreszeiten ist nicht die leicht unterschiedliche Entfernung der Erde zur Sonne der Grund! Denn wenn auf der Nordhalbkugel Sommer ist, haben die Bewohner der südlichen Hemisphäre Winter; sie sind aber gleich weit von der Sonne entfernt. Frühling Der wahre Grund ist, dass die Erdachse zur Ekliptik um etwa 66,5 geneigt ist. Dadurch ist die Nordhalbkugel im Winter von der Sonne weggeneigt, und ihre Strahlen fallen unter einem flacheren Winkel ein, Sommer Herbst können daher nur wenig Energie übertragen. Außerdem sind die Tage kürzer. Im Sommer hingegen ist die Nordhalbkugel der Sonne zugeneigt, ihre Strahlen fallen senkrechter ein und übertragen mehr Energie; die Tage sind länger. Winter Auf der Südhalbkugel ist Sommer, wenn auf der Nordhalbkugel Winter ist und umgekehrt.. c) Trage auf die Striche in der Zeichnung die Jahreszeiten auf der Nordhalbkugel ein.