Niedersachsen PHYSIK 7/8 Gymnasium
PHYSIK 7/8 Niedersachsen Bearbeitet von Thomas Appel, Northeim Daniel Heß, Hannover Manfred Klostermann, Vechta Sigrun Otte-Spille, Hemmingen Wolfgang Rieger, Bad Düben Unter Mitarbeit von Jürgen Bissel, Frank Eiselt, Ulrich Fries, Gerhard Glas, Jens Gössing, Norbert Goldenstein, Dagmar Günther, Katja von Jagow, Frank Küchenberg, Michael Langer, Prof.em Dr. Hansjoachim Lechner, Dietmar Lohmann, Dr. Michael Müller, Georg Peters,, Dr. Karl Sarnow Jürgen M. Schröder, Rainer Serret, Reinhard Stumpf, Kerstin Sube, Petra Ullrich, Michael Voß, Thea Wolf, Gottfried Wolfermann, Martin Zieris 2015 Bildungshaus Schulbuchverlage Westermann Schroedel Diesterweg Schöningh Winklers GmbH, Braunschweig www.schroedel.de Das Werk und seine Teile sind urheberrechtlich geschützt. Jede Nutzung in anderen als den gesetzlich zugelassenen Fällen bedarf der vorherigen schriftlichen Einwilligung des Verlages. Hinweis zu 52a UrhG: Weder das Werk noch seine Teile dürfen ohne eine solche Einwilligung gescannt und in ein Netzwerk eingestellt werden. Dies gilt auch für Intranets von Schulen und sonstigen Bildungseinrichtungen. Auf verschiedenen Seiten dieses Buches befinden sich Verweise (Links) auf Internet-Adressen. Haftungshinweis: Trotz sorgfältiger inhaltlicher Kontrolle wird die Haftung für die Inhalte der externen Seiten ausgeschlossen. Für den Inhalt dieser externen Seiten sind ausschließlich deren Betreiber verantwortlich. Sollten Sie bei dem angegebenen Inhalt des Anbieters dieser Seite auf kostenpflichtige, illegale oder anstößige Inhalte treffen, so bedauern wir dies ausdrücklich und bitten Sie, uns umgehend per E-Mail davon in Kenntnis zu setzen, damit beim Nachdruck der Verweis gelöscht wird. Druck B 1 / Jahr 2015 Alle Drucke der Serie B sind im Unterricht parallel verwendbar. Redaktion: Bernd Trambauer Fotos: Michael Fabian, Markus Mettin, Hans Tegen Grafik: Liselotte Lüddecke, Karin Mall, Birgit Schlierf Umschlaggestaltung: Janssen Kahlert Design & Kommunikation GmbH, Hannover Repro/Druck/Bindung: westermann druck GmbH, Braunschweig ISBN 978-3-507-86784-0 Strukturelemente Sachtexte Sie vermitteln das Fachwissen und die Kompetenzen insbesondere aus den Bereichen der Erkenntnisgewinnung, Kommunikation und Bewertung. Werkzeug Diese Arbeitstechniken und Fertigkeiten ermöglichen eine erfolgreiche Auseinandersetzung mit den physikalischen Inhalten und helfen beim Erwerb prozessbezogener Kompetenzen naturwissenschaftlichen Arbeitens. Durchblick Einzelaspekte werden vertieft oder in größeren Zusammenhängen reflektiert, wodurch Über blickswissen entsteht. Die dabei erworbenen Kompeten zen be fähigen zur bewussten Auseinandersetzung mit naturwissenschaftlichen Verfahren und ihren Ergebnissen. Grundwissen und Vertiefung Das Grundwissen fasst die wesentlichen Inhalte grafisch zusammen. Lebensweltliche, zur Aufschlüsselung anregende Situationen bilden die Basis von Aufgaben, die das physikalische Wissen aktivieren. Die Vertiefung bietet in Form von projektartigen Aufträgen oder Versuchen und anspruchsvollen Aufgaben die Möglichkeit, die Inhalte der Sachtexte zu erweitern. Projekt Sie fordern selbsttätige Erarbeitung fach- und prozessbezogener Kompetenzen und ermöglichen ergänzend zu den Sachtexten ein kontextgebundenes Lernen. Versuche und Aufträge Damit können wichtige physikalische Inhalte selbstständig erarbeitet werden. Pinnwand Sie bieten Anregungen, die im Unterricht erarbeiteten verbindlichen Inhalte mit außerschulischen Sachverhalten in Verbindung zu bringen, und stellen so Kontexte her. Streifzug Streifzüge enthalten u. a. anwendungsorientierte, oft fächerübergreifende Bezüge, die über die verpflichtenden Inhalte hinausgehen. Sie vertiefen die Inhalte der Sachtexte oder ergänzen sie durch Ausblicke in andere Fächer. Basiskonzepte S W M E Jede Sachtextseite ist einem Basis konzep t (System, Wechselwirkung, Materie oder Energie) zugeordnet.
3 Inhalt Energie... 6 Projekt: Die Welt der Dinge... 8 Projekt: Energiebedarf einer Familie... 8 Projekt: Energie im Haushalt... 9 Projekt: Energieformen und Energiemessung... 9 Körper das Anfassbare der Physik.... 10 Körper physikalisch betrachtet... 10 Körper und ihre Zustandsformen... 11 Versuche und Aufträge: Körper... 11 Körper haben ein Volumen... 12 Körper haben eine Temperatur... 12 Durchblick: Was heißt Messen?.... 13 Körper haben Masse... 14 Versuche und Aufträge: Masse... 15 Energie und Energieformen... 16 Energie begegnet uns in vielen Formen... 16 Versuche und Aufträge: Energie... 17 Energieformen... 18 Energie ein umfassendes Konzept... 20 Eine Einheit für die Energie... 22 Versuche und Aufträge: Energiemessungen... 23 Pinnwand: Energiemengen... 23 Energieströme... 24 Versuche und Aufträge: Energieströme / Wandler. 24 Streifzug: Was ist eine Pferdestärke?... 25 Speicherung von Energie.... 26 Energiespeicherung... 26 Pinnwand: Energiespeicher.... 27 Energietransport... 28 Energie auf Reisen... 28 Streifzug: Energie kommt auf vielen Wegen zu uns.... 29 Energieerhaltung.... 30 Energie entsteht nicht verschwindet nicht... 30 Versuche und Aufträge: Energieerhaltung... 30 Energiebilanz.... 31 Energie im Haushalt und im Verkehr... 32 Möglichkeiten zur Reduzierung des Energiebedarfs. 32 Streifzug: Perpetuum mobile bewegt es sich ewig?.... 34 Pinnwand: Energie ist ein kostbares Gut... 35 Versuche und Aufträge: Lernzirkel Energiesparen... 36 Grundwissen: Energie... 38 Vertiefung: Energie... 40 Strom Spannung Widerstand... 42 Vorwissen... 44 Projekt: Sicherheit im Haushalt... 45 Projekt: Messgeräte für elektrische Ströme... 45 Stromkreise übertragen Energie... 46 Der Wasserstromkreis als Modell für den elektrischen Stromkreis... 46 Geräte Wandler elektrischer Energie... 47 Streifzug: Die Fahrradkette als Energietransporter... 47 Die elektrische Ladung... 48 Elektrische Kräfte... 48 Eine Einheit für die Ladung... 49 Ladungen entstehen nicht verschwinden nicht.. 50 Streifzug: Der Bandgenerator... 51 Versuche und Aufträge: Elektrische Ladung.... 51 Atombau und Ladung... 52 Streifzug: Geisterhafte Bewegungen durch elektrische Kräfte... 53 Streifzug: Homo electrificatus.... 54 Streifzug: Blitz und Blitzschutz... 55 Die elektrische Stromstärke... 56 Fließende Elektronen im Stromkreis.... 56 Eine Einheit für die elektrische Stromstärke... 57 Messung der elektrischen Stromstärke... 58 Werkzeug: Umgang mit dem Strommessgerät... 58 Pinnwand: Elektrische Ströme.... 59 Stromstärken in Stromkreisen.... 60 Versuche und Aufträge: Elektrische Stromstärke.. 62 Streifzug: Parallelschaltung im Haushalt... 62 Stromkreise im Haushalt... 63 Die elektrische Spannung... 64 Die Spannung der Antrieb der Elektronen im Stromkreis... 64 Batterien... 65 Messung der elektrischen Spannung... 66 Werkzeug: Umgang mit dem Spannungsmessgerät... 66 Streifzug: Von der Volta-Säule zur Brennstoffzelle... 67 Spannungen in Stromkreisen... 68 Durchblick: Quellenspannung und Teilspannungen.... 70 Versuche und Aufträge: Spannungsmessung... 70 Spannung längs eines Leiters... 71 Streifzug: Spannungsteiler.... 71 Streifzug: Elektrische Quellen in Natur und Medizin... 72 Pinnwand: Spannung... 73
4 Inhalt Der elektrische Widerstand.... 74 Kennlinien elektrischer Geräte.... 74 Das Ohm sche Gesetz... 76 Der elektrische Widerstand... 77 Werkzeug: Von der Proportionalität zur Formel. 78 Pinnwand: Elektrischer Widerstand... 78 Versuche und Aufträge: Widerstände... 79 Der Zusammenhang zwischen Stromstärke, Spannung und Widerstand.... 80 Durchblick: Spannung ist mehr als Antrieb... 81 Widerstände in Parallel- und Reihenschaltungen.. 82 Versuche und Aufträge: Parallel- und Reihenschaltungen... 83 Durchblick: Wasserstromkreis elektrischer Stromkreis.... 84 Versuche und Aufträge: Widerstände in Anwendungen... 85 Werkzeug: Auswertung von Messergebnissen.. 86 Streifzug: Supraleitung... 87 Pinnwand: Kontrolle des Körperfetts... 87 Elektronenstrom und Energiestrom... 88 Elektrische Energiestromstärke 88 Elektrische Energie.... 90 Durchblick: Spannung neu verstanden.... 90 Streifzug: Stromrechnung.... 91 Gefahren und Schutzmaßnahmen... 92 Erdschluss und Schutzerdung... 92 Streifzug: Sicherheit im Haushalt... 93 Streifzug: Wirkungen des elektrischen Stroms auf den Menschen... 94 Streifzug: Die Väter der Elektrik.... 95 Grundwissen: Strom Spannung Widerstand. 96 Vertiefung: Strom Spannung Widerstand... 100 Bewegungen.... 102 Projekt: Geschwindigkeitsmessung... 104 Projekt: Bremswege... 104 Projekt: Grafische Darstellung von Bewegungen.... 105 Projekt: Bewegungen in Sport, Alltag und Natur... 105 Projekt: Windgeschwindigkeiten... 105 Bewegungen... 106 Geradlinige Bewegung... 106 krummlinige Bewegung.... 106 Hin- und Herbewegung.... 106 Beschreibung von Bewegungen.... 107 Versuche und Aufträge: Bewegungen... 107 Die Geschwindigkeit... 108 Versuche und Aufträge: Geschwindigkeit... 109 Von der Durchschnittsgeschwindigkeit zur Momentangeschwindigkeit... 110 Versuche und Aufträge: Durchschnitts- und Momentangeschwindigkeit... 110 Streifzug: Bewegung ist relativ... 111 Werkzeug: Erstellen und Interpretieren von Diagrammen... 112 Werkzeug: Messen Darstellen Interpretieren. 113 Die Beschleunigung... 114 Bewegungsgleichungen... 116 Pinnwand: Beschleunigungen und Verzögerungen... 117 Versuche und Aufträge: Messen wie die Fledermäuse das CBR.................. 118 Versuche und Aufträge: Beschleunigungen... 119 Streifzug: Geschwindigkeit im Straßenverkehr. 120 Grundwissen: Bewegungen... 122 Vertiefung: Bewegungen... 124
Inhalt 5 Kräfte.... 126 Vorwissen... 128 Projekt: Schneller Höher Weiter... 129 Projekt: Kräfte im Brückenbau... 129 Projekt: Kraft in der Sprache... 129 Anhang... 158 Stichworte.... 158 Bildquellen... 160 Kräfte und ihre Wirkungen... 130 Bewegungsänderungen... 130 Formänderungen... 130 Energieänderungen... 131 Beispiele für Kräfte... 131 und wenn keine Kräfte wirken?... 132 Ein Körper zwei Kräfte... 132 Streifzug: Verkehrssicherheit... 133 Kraftmessung............................ 134 Wie groß ist eine Kraft?... 134 Das Hooke sche Gesetz.... 135 Versuche und Aufträge: Dehnung von Federn und Drähten... 136 Kennzeichen von Kräften.... 137 Kraftdarstellung durch Pfeile... 137 Besondere Kräfte.... 138 Die Gewichtskraft... 138 Masse und Gewichtskraft.... 140 Pinnwand: Einfache Waagen.... 141 Streifzug: Wie genau nehmen wir es mit Zahlen?.... 141 Wechselwirkungskräfte... 142 Durchblick: Wechselwirkungskräfte und Gleichgewichtskräfte... 143 Reibungskräfte.... 144 Streifzug: Alle Körper ziehen einander an... 145 Zusammensetzen und Zerlegen von Kräften... 146 Zwei Kräfte eine Wirkung... 146 Werkzeug: Kräfteaddition... 147 Versuche und Aufträge: Kräfteaddition... 147 Eine Kraft mehrere Komponenten... 148 Werkzeug: Kräftezerlegung... 148 Streifzug: Segeln gegen den Wind.... 149 Werkzeug: Dynamische Geometriesoftware.. 150 Durchblick: Vom Fragen zum Wissen... 151 Streifzug: Die Väter der Mechanik.... 152 Grundwissen: Kräfte... 154 Vertiefung: Kräfte... 156