Forscherheft. Namen der Gruppenmitglieder: Eine Reise durch die Physik-Ausstellung des Deutschen Museums. 7. Jahrgangsstufe

Transkript

1 Forscherheft Namen der Gruppenmitglieder: erreichte Gesamtpunkte: von 100 P(+16P) Eine Reise durch die Physik-Ausstellung des Deutschen Museums 7. Jahrgangsstufe

2 Wir beginnen unsere Forschungsreise am Eingang der Physik-Abteilung. Hinweise: Es gibt hier im Museum wahnsinnig viel zu entdecken. Probiert ruhig auch andere Sachen aus, die euch interessant erscheinen. Bedenkt jedoch, dass viel vor euch liegt und verschwendet nicht zu viel Zeit mit Ausstellungsstücken, die nicht im Forscherheft vorkommen. Pflichtstationen sind grün markiert. Diese müsst ihr alle erledigen. Expertenstationen haben keine Markierung. Diese Stationen haben entweder einen höheren Schwierigkeitsgrad oder behandeln Themen, die wir noch nicht im Physikunterricht gelernt haben. Ihr könnt bei jeder Station Punkte erreichen. Richtig bearbeitete Expertenstationen ergeben am Ende Pluspunkte. Beachtet, es zählt nicht die Schnelligkeit eure Antworten, sondern allein die Richtigkeit und die Gewissenhaftigkeit, wie Ihr das Forscherheft mit euren Entdeckungen füllt.

3 1. Bereich: Eingangsbereich der Physikabteilung ( von 4P (+3P)) macht Spaß!

4 Station 1.1 ( von 4P) Gleich beim Eingang findet ihr das Modell eines Kohlenstoffatoms. Zählt, wie viele Elektronen in der Atomhülle sind. Aus wie vielen Protonen/Neutronen besteht der Atomkern? Im Unterricht haben wir bereits ein Modell eines Atoms gezeichnet. Zeichnet ein zweidimensionales Modell des Kohlenstoffatoms, wie wir es im Unterricht kennengelernt haben. Achtet dabei auf die richtige Anzahl der Elektronen, Protonen und Neutronen.

5 Station 1.2 ( von 3P) Etwas weiter findet Ihr das Modell eines Stücks Kochsalz (NaCl). Ihr könnt ablesen, um wie viel das Modell vergrößert ist. Bewaffnet euch mit eurem Geodreieck und mit euren Taschenrechnern und versucht abzuschätzen, wie groß ein Natrium-Atom in der Realität ist. Platz für Rechnungen:

6 2. Bereich: Mechanik fester Körper ( von 35P (+7P)) Isaak Newton ( ) Quelle: Wikipedia/Wellcome Library, London, Creative Commons Attribution only licence CC BY 4.0

7 Station 2.1 ( von 3P) Gleich zu Beginn dreht sich alles um die Standfestigkeit von Körpern, unter anderem könnt ihr lernen, wieso der schiefe Turm von Pisa nicht umfällt. Wie kann man die Standfestigkeit von Körpern verbessern? Antwort: - - Wieso liegt ein Rennauto gut in der Kurve?

8 Station 2.2 ( von 6P) Etwas weiter könnt ihr Reibungseffekte selber ausprobieren. Erinnert ihr euch noch, welche Arten von Reibung es gibt? Nennt die drei Arten von Reibung! Tipp: Wenn ihr es nicht mehr aus dem Unterricht wisst, hilft euch die Tafel neben dem Versuch weiter! Ordnet die drei Arten von Reibung der Größe nach an! < < Kreuzt die richtigen Aussagen an! Die Reibungskraft ist umso größer, je größer die Auflagefläche ist. je größer die Masse eines Körpers ist. Die Größe der Reibungskraft ist unabhängig von der Masse des Körpers. der Auflagefläche.

9 Station 2.3 ( von 4P) Geht weiter zu den Versuchen über die Kräftezerlegung. Wir wollen ein Schild an einem Haus mit einem sogenannten Dreiecksverband befestigen. Zeichnet die wirkenden Kräfte in die untenstehende Skizze ein! Probiert den Versuch zur Kräftezerlegung am Dreiecksverband aus. Ist die Zugkraft auf die obere Halterung größer, wenn die Stellschraube ganz oben oder ganz unten ist?

10 Station 2.4 ( von 4P) Sucht den nebenstehenden Versuch. Obwohl die beiden Massestücke durch ihre Gewichtskraft Kräfte auf den Kraftmesser bewirken, bewegt sich dieser nicht. Wie ist das zu erklären? Antwort: Die Kräfte befinden sich im. Ein Buch liegt auf einem Tisch. Obwohl die Gewichtskraft auf das Buch wirkt (siehe Skizze), bewegt es sich nicht. Zeichne in die Skizze die weitere Kraft Kräfte. ein, die auf das Buch wirkt. Nenne die Opfer und die Täter beider Opfer Kraft Täter Kraft Opfer Kraft Täter Kraft : : : :

11 Station 2.5 ( von 2P) Ihr kommt weiter zu Galileos ( ) Arbeitszimmer. Zur damaligen Zeit gab es noch keine Stoppuhren oder Handys mit einer Stoppuhr- Funktion. Trotzdem hat Galileo unter anderem Fallexperimente durchgeführt und dabei die Zeit gemessen. Wie hat Galileo damals das damals schon gemacht?

12 Station 2.6 ( von 6P) Ihr kommt an eine Station, bei der ihr drei Autos fahren lassen könnt. Eines der Autos bewegt sich gleichförmig mit konstanter Geschwindigkeit, die anderen beiden beschleunigen gleichmäßig bzw. bremsen gleichmäßig. 1. Wie lautet die Formel zur Berechnung der mittleren Geschwindigkeit? 2. Nehmt eine Stoppuhr oder euer Handy in die Hand und messt die Zeit, die das sich gleichförmig bewegende Auto für die Fahrt braucht. 3. Messt die Strecke, die das Auto in dieser Zeit zurücklegt! 4. Berechnet die mittlere Geschwindigkeit des Autos in! 5. Obwohl die anderen beiden Autos gleichmäßig beschleunigen bzw. bremsen, kommen sie auch gleichzeitig an und haben die gleiche Strecke in der gleichen Zeit zurückgelegt. Alle drei Autos hatten also die gleiche mittlere Geschwindigkeit. Welche Geschwindigkeit zeigt der Tacho eines Autos an? 6. Wie lautet die Formel zur Berechnung der Beschleunigung?

13 Station 2.7 ( von 5P) Geht an der großen Kugel vorbei. Ihr findet ein paar Massestücke auf einem Tisch. Lest euch zunächst den Text auf dem Hinweisschild durch. Ihr wisst aus dem Unterricht, dass 1 kg Masse auf der Erde eine Gewichtskraft von 9,81 N erfährt. Ergänzt folgende Lücken. Lest dazu den Infotext bei den Massestücken. 1 kg Masse erfährt auf dem Mond eine Gewichtskraft von N. 1 kg Masse erfährt auf der Sonne eine Gewichtskraft von N. Erinnert euch an die Formel für die Gewichtskraft. Berechnet aus diesen Angaben die Ortsfaktoren und des Mondes bzw. der Sonne. In der Alltagssprache werden die Begriffe Masse und Gewicht (also die physikalische Gewichtskraft) meist nicht unterschieden. Was ist knapp ausgedrückt der hauptsächliche Unterschied von Masse und Gewicht?

14 Station 2.8 ( von 5P) Ihr kommt zu einem Versuch, der eine Fahrt von zwei Autos mit jeweils einem Insassen simuliert. Führt den Versuch durch. Am Ende der Fahrt bleiben die Autos abrupt stehen. Was passiert mit den Insassen? Nennt das Gesetz, mit dem man dies erklären kann. Ergänzt die Lücken, um die Formulierung für dieses Gesetz so zu vervollständigen, wie wir es im Unterricht kennengelernt haben! Wenn auf einen Körper keine wirkt, dann bleibt er in oder bewegt sich geradlinig mit Geschwindigkeit weiter. Bei diesem Versuch kann man noch eine Gesetzmäßigkeit entdecken. Auf beide Autos wirken die gleichen beschleunigenden Kräfte (Gewichtskräfte zweier Massen). Dennoch ist ihre Beschleunigung unterschiedlich. 1. Welche Eigenschaft hat das Auto, welches eine geringere Beschleunigung hat, gegenüber dem Auto mit der höheren Beschleunigung? 2. Nennt das zugrunde liegende Gesetz und gebt den formelmäßigen Zusammenhang an!

15 Station 2.9 ( von 5P) Das nebenstehende Experiment stellt eine Situation dar, die mit dem Wechselwirkungsgesetz erklärt werden kann: Das Rückstoßprinzip beim Aussteigen aus einem Boot. Probiert den Versuch aus. Untenstehendes Bild zeigt die Situation aus dem Versuch so. Welche Kräfte wirken und was gilt für ihre Größe und ihre Richtung? Denkt man an Opfer und Täter der jeweils wirkenden Kräfte, so besteht der Unterschied zwischen Wechselwirkungsgesetz und Kräftegleichgewicht darin, dass es beim Wechselwirkungsgesetz stets Opfer gibt, wohingegen es beim Kräftegleichgewicht immer nur Opfer gibt.

16 In der Mechanik-Abteilung gibt es noch einiges zu sehen und zu entdecken, schaut euch ruhig noch etwas um. Haltet euch aber nicht zu lange auf, denn wir haben noch viel vor. Station 2.10 ( von 2P) Bevor es weiter geht, könnt ihr noch zum Schluss testen, wie gut ihr hört. Die Tonhöhe wird in der Einheit Hz (Hertz) angegeben. - tiefster für den Menschen wahrnehmbarer Ton: - höchster für den Menschen wahrnehmbarer Ton: - höchster für euch wahrnehmbarer Ton: Von was hängt die Hörbarkeitsgrenze maßgeblich ab? Überspringt schnell die Wärmelehre-Abteilung! Weiter geht s zur Elektrizitätslehre-Abteilung!

17 3. Bereich: Elektrizität ( von 31P (+2P)) Gewitter Quelle: Wikipedia/U.S. Air Force photo by Edward Aspera Jr., Lizenz: Public Domain

18 Station 3.1 ( von 3P(+1P)) Vervollständigt die folgenden Lückentexte und liest euch dazu auch die Hinweistafeln zu Beginn der Abteilung durch. Durch kann man einen Körper elektrisch aufladen. Wieso nannte man die daraus resultierenden Anziehungskräfte bzw. Abstoßungskräfte elektrisch? Ein Körper ist elektrisch positiv geladen, wenn er einen hat, ein elektrisch negativ geladener Körper hingegen hat einen. Wenn ihr die richtige Antwort habt, wieso man heute von elektrischen Anziehungskräften spricht, so bekommt ihr von eurem Lehrer ein Foto des Gegenstands, welcher diesen Begriff geprägt hat. Klebt es hier ein.

19 Station 3.2 ( von 3P(+1P)) Ein Bandgenerator ist ein Gerät, welches durch Reibung andere Gegenstände aufladen kann. Seht euch den ausgestellten Bandgenerator an. Unter welchem Namen kennt man dieses Gerät noch? Der zu sehenden Bandgenerator ist an ein sogenanntes Braun sches Elektrometer angeschlossen. Ein drehbar gelagerter Zeiger ist dabei an einem Metallstab angebracht. Erklärt, wieso der Zeiger des Braun schen Elektrometers ausschlägt, wenn man den Bandgenerator anschaltet. Erklärung: Ergänzt die Lücken im Text! Fazit: Ungleichnamig geladene Körper, geladene Körper stoßen sich ab.

20 Station 3.3 ( von 5P) Ihr gelangt weiter in einen Gang, in dem sich alles um Magnetismus dreht. Sucht zunächst den unten abgebildeten Stein. Darunter befindet sich eine Informationstafel mit dem Titel Magnetismus. Lest euch diese durch und beantwortet die folgenden Fragen: 1. Welchen Namen trägt der abgebildete Stein? 2. Wie kann man einen Körper aus Stahl (oder Eisen) selbst magnetisch machen? 3. Wie nennt man die Stellen eines Magneten, bei denen die Kraftwirkung am größten ist? 4. Wie kann ein Magnet seine Wirkung verlieren? 5. Magnete ziehen Körper aus Eisen, Nickel und Kobalt an. Wie werden diese Stoffe noch genannt?

21 Station 3.4 ( von 3P) Weiter den Gang entlang erreicht ihr die Versuche zum Magnetismus. Hoffentlich erinnert ihr euch noch an die Feldlinienbilder, die wir im Unterricht besprochen haben. Wenn nicht, könnt ihr hier die Feldlinienbilder nochmal entdecken. Zeichnet das Feldlinienbild eines Stabmagneten! Auch das Feldlinienbild eines Hufeisenmagneten ist zu sehen. Probiert den Versuch dazu aus. In der Nähe des Hufeisenmagneten befindet sich eine Platte aus weichmagnetischen Eisen. Was stellt ihr hier für die Wirkung des Magneten fest?

22 Station 3.5 ( von 2P) Bei der nächsten Station könnt ihr die magnetischen Kräfte zweier starker Magnete selbst spüren und ausprobieren (siehe auch nebenstehendes Bild). Wieso stoßen sich die Magnete in dieser gegebenen Anordnung ab? Vervollständigt den Merksatz zur Abstoßung/Anziehung bei Magneten: ziehen sich an, stoßen sich ab.

23 Station 3.6 ( von 3P) Ihr findet in einem Schaukasten ein Bild, welches das Feldlinienbild des Magnetfelds der Erde zeigt. An das Feldlinienbild welches Gegenstandes erinnert euch das Feldlinienbild der Erde? Vervollständigt den Lückentext! Die Nadelspitze eines Kompasses, die nach Norden zeigt, nennt man Nordpol. Daher muss sich beim Nordpol der Erde ein befinden. Umgekehrt befindet sich beim der der Erde.

24 Station 3.7 ( von 3P) Etwas weiter könnt ihr einen Versuch zum Elektromagneten ausprobieren. Wie kann man seine magnetische Wirkung bei diesem Versuch verbessern? - - Aus dem Unterricht kennen wir noch eine weitere Möglichkeit, die magnetische Wirkung eines Elektromagneten zu verstärken: -

25 Station 3.8 ( von 4P) Etwas weiter findet ihr die Portraits und Lebensläufe einiger bekannter Physiker, einer davon war 1817 Mathe und Physiklehrer an einem Gymnasium in Köln. Wer ist gemeint? Die gesuchte Person ist Namensgeber für die Einheit einer bedeutenden elektrischen Größe. Von welcher Größe, die wir auch bereits im Unterricht kennengelernt haben, ist hier die Rede? Vielleicht wird ja eines Tages auch eine Einheit nach euch benannt?! Nennt die Formel, die den Zusammenhang zwischen dieser Größe, der Spannung U und der Stromstärke I angibt. Merke: Einheiten: Spannung: [U]= Stromstärke: [I] = : [ ]=

26 Station 3.9 ( von 6P) Sucht den Versuch zur Wärmeentwicklung durch den elektrischen Strom. Achtung: Diesen Versuch müsst ihr zu zweit bedienen! Was stellt ihr bei der Durchführung fest, wenn Strom durch den Leiter fließt? Was passiert mit der Stromstärke? Beim Versuch ist auch ein Mittel zur Abhilfe dieses Effekts gegeben, welches? Erinnert euch an den Unterricht: Welche Wirkungen hat der elektrische Strom noch? - Wärmewirkung Weiter geht s zur Optik-Abteilung!

27 4. Bereich:Optik ( von 30P (+4P)) Quelle: Wikipedia/NASA, Lizenz: Public Domain

28 Station 4.1 ( von 3P) Zu Beginn der Optik-Abteilung seid ihr in einem Raum mit ganz vielen Spiegeln. Geht in das Spiegelkabinett mit rechteckiger Grundfläche hinein. Was stellt ihr fest? Am Spiegelkabinett ist eine Informationstafel über die Optik angebracht. Welche Grundgesetze der geometrischen Optik werden dort aufgeführt? Grundgesetze der geometrischen Optik: - -

29 Station 4.2 ( von 3P) Sucht den auf dem unterstehenden Bild abgebildeten Versuch. Dort wirft ein Dreieck zwei verschiedene Arten von Schatten auf den Boden. Kennzeichnet und benennt unten im Bild diese Arten von Schatten, welche wir auch im Unterricht kennengelernt haben. Wie viele Lichtquellen werden in diesem Versuch verwendet?

30 Station 4.3 ( von 3P) Im nächsten Versuch befindet sich eine Figur innerhalb der Spiegelflächen eines sogenannten Winkelspiegels. Probiert den Versuch aus und ergänzt den Lückentext. Je der Winkel zwischen den beiden Spiegelflächen, desto sieht man die Figur. Erklärt, wieso es zu Mehrfachspiegelungen der Figur kommt. An welche der vorherigen Stationen erinnert euch dieser Versuch?

31 Station 4.4 ( von 3P) Ihr kommt zu einem Versuch, welcher die Reflexion von Licht behandelt. Kennzeichnet in dem Bild unten den einfallenden Strahl und den reflektierten Strahl! Zeichnet anschließend das Einfallslot in das Bild ein. Zwischen einfallendem Strahl und Einfallslot ergibt sich der Winkel, zwischen reflektiertem Strahl und Einfallslot der Winkel Zeichne beide Winkel ein und vervollständigt das Reflexionsgesetz: Reflexionsgesetz: Geradlinige Lichtstrahlen fallen so auf eine Spiegelfläche, dass und gleich sind.

32 Station 4.5 ( von 5P) Sucht den Schaukasten mit der Aufschrift Lichtstrahlen werden gebrochen. Probiert den ausgestellten Versuch aus und vervollständigt den sichtbaren Verlauf des Stabes in der Zeichnung unten. Beschreibt in Worten, was ihr bei diesem Versuch beobachtet: Zeichnet das Einfallslot in die Zeichnung ein! Ergänzt die Lücken im Text: Lichtstrahlen werden gebrochen, wenn sie schräg auf die von zwei durchsichtigen Stoffen treffen. Beim Übergang von Luft auf Wasser werden sie an der Grenzfläche Lot gebrochen, umgekehrt werden sie beim Übergang von Wasser auf Luft an der Grenzfläche Lot gebrochen. Kreuzt die richtige Lösung an: Aufgrund des Brechungsgesetzes erscheinen Fische als sie tatsächlich sind. näher an der Wasseroberfläche weiter weg von der Wasseroberfläche

33 Station 4.6 ( von 4P) Im gleichen Schaukasten findet ihr auch einen Versuch zur Brechung bzw. Totalreflexion eines Lichtstrahls an einem Prisma. Das folgende Bild zeigt diesen Versuch. Auf Knopfdruck lässt sich die Stellung des Prismas verändern. Beobachtet zunächst den Versuch und kreuzt an, bei welcher der untenstehenden Positionen Totalreflexion des Lichtstrahls auftritt und vervollständigt den Strahlengang bei eurer Auswahl! Vervollständigt den Strahlengang in beiden obenstehenden Zeichnungen! Skizziert eine weitere Stellung des Prismas mit Strahlengang, bei der ebenfalls eine Totalreflexion des Lichtstrahls auftritt.

34 Station 4.7 ( von 4P) Weiter gehts die Treppe hinunter. Sucht am hinteren Ende des Raumes den Schaukasten Linsen und Prismen - optische Bauteile. Betrachtet die ausgestellten Versuche und vervollständigt in der Skizze den Strahlengang der Sammellinse. Wie lautet der Fachbegriff für die Form einer Sammellinse? Ergänzt die Lücke im folgenden Text: Parallele Lichtstrahlen, die auf eine Sammellinse treffen, bündeln sich im. Zeichnet die Form einer Zerstreuungslinse. Wie lautet der Fachbegriff der Form einer Zerstreuungslinse? Antwort:

35 Station 4.8 ( von 3P(+1P)) Geht zum Schaukasten Fehlsichtigkeit. Informiert euch hier und kreuzt an, welche Aussagen richtig sind! Kurzsichtige Personen sehen nahe Gegenstände scharf, weit entfernte dagegen unscharf. weit entfernte Gegenstände scharf, nahe dagegen unscharf. Bei weitsichtigen (übersichtigen, alterssichtigen) Personen ist der Augapfel zu lang. Ein scharfes Bild der Umwelt entsteht schon vor der Netzhaut. ist der Augapfel zu kurz. Ein scharfes Bild der Umwelt entsteht hinter der Netzhaut. Zeichnet den Strahlengang bei einer kurzsichtigen Person: Durch Einbringen einer linse kann man Weitsichtigkeit korrigieren, durch eine linse Kurzsichtigkeit. Welche beiden Aufgaben hat die Iris beim Auge? (Versuch in der Nähe) Antwort: - -

36 Station 4.9 ( von 5P) Im Schaukasten Eigenschaften optischer Medien (Versuch im unteren Teil der Optik-Ausstellung) bzw. im Schaukasten Farben (die Treppe wieder hoch zum oberen Teil der Optik-Ausstellung) könnt ihr euch die Zerlegung von weißem Licht in die sechs Spektralfarben ansehen. Schaut euch die Versuche dazu an und ordnet die Spektralfarben in der auftretenden Reihenfolge: Die Vereinigung aller Spektralfarben ergibt weißes Licht. Welches Phänomen ist dafür verantwortlich, dass weißes Licht in seine Spektralfarben zerlegt wird, wenn es durch ein Prisma fällt? Nennt ein Beispiel aus der Natur, bei dem man die Zerlegung von Licht in seine Spektralfarben beobachten kann.

37 Auswertung eurer Punktzahlen: Eingangsbereich: von 4P(+3P) Mechanik: von 35 P(+7P) Elektrizität: von 31 P(+2P) Optik: von 30P(+4P) Gesamt: von 100P(+16P)