Inhaltsverzeichnis Akustische Phänomene.................. 10 Offene Aufgaben: Physik macht Musik............... 12 Schallquellen und Schallempfänger................. 13 Hohe und tiefe Töne... 14 Forscherwerkstatt Das Lineal als Schallquelle... 15 n Kompetenz Empfinden und Messen unterscheiden... 15 Musikinstrumente.............................. 16 Vertiefung Ton und Klang....................... 17 n Projekt Wer spricht?... 17 n Vertiefung Der Klang macht die Musik... 18 n Forscherwerkstatt Hören hat Grenzen... 19 n Offene Aufgaben: Ohren auf im Staßenverkehr......... 20 Schallausbreitung... 21 Projekt Wir bauen ein Fadentelefon... 21 n Schall wird reflektiert... 24 Interessantes Reflexionen... 25 n Kompetenz Präsentieren... 25 Schallschutz.................................. 26 Physik und Biologie Unser Ohr... 27 Interessantes Physik und Biologie................. 27 Projekt Schallstärke messen... 28 n Kompetenz Sachtexte lesen und bewerten........... 29 Das ist wichtig/das schafft Überblick... 30 Das kannst du schon... 31 Kennst du dich aus?... 32 Projekt - Richtungshören......................... 33 n Optische Phänomene an Grenzflächen.......................... 34 Offene Aufgaben: Augen auf im Straßenverkehr... 36 Lichtquellen und Lichtempfänger... 37 Kompetenz Physik hilft bewerten................. 38 Lichtausbreitung............................... 40 Vertiefung Messung der Beleuchtungsstärke... 41 n Projekt Beleuchtungsstärke in unserer Schule... 41 n Beleuchtete Himmelskörper....................... 42 Interessantes Der beleuchtete Mond... 43 n Licht und Schatten... 44 Projekt Bau einer verbesserten Lochkamera.......... 47 n Offene Aufgaben: Lichtwege an Grenzflächen.......... 48 Spiegelbild und Reflexion... 49 Lichtbrechung................................. 52 Kompetenz Mathematik ist mehr als Rechnen... 54 Totalreflexion... 56 Interessantes Der größte Brechungswinkel beim Tauchen.. 57 n Physik und Technik Der Reflektor, Lichtleiter und Glasfaserkabel, Endoskop... 58 n Projekt Bau eines Periskops... 59 n Offene Aufgaben: Das Auge und seine Hilfen... 60 Linsen erzeugen Bilder... 61 Praktikum Bildgröße bei der Linsenbildung... 65 n Methode Mathematik anwenden... 66 n Kompetenz Experimente führen zu Erkenntnissen... 67 Das Auge... 68 Offene Aufgaben: Jetzt wird s bunt.................. 70 Farbwahrnehmung... 71 Interessantes Der Regenbogen... 75 n Das ist wichtig/das schafft Überblick... 76 Das kannst du schon... 77 Kennst du dich aus?... 78 Akustische Phänomene Optische Phänomene an Grenzflächen Die mit n gekennzeichneten Seiten beinhalten ergänzende Vertiefungen, Themen und Projekte. Inhaltsverzeichnis 3
Thermische Ausdehnung in Experiment und Modell Energie Bewegung Kraft Thermische Ausdehnung in Experiment und Modell............... 80 Offene Aufgaben: Was sich mit der Temperatur ändert....................................... 82 Temperatur verändert Abmessung.................. 83 Kompetenz Zusammenhänge beschreiben... 84 Vertiefung Ausdehnung beim Erhitzen genau messen.... 85 n Physik und Technik............................. 87 n Wie misst man Temperaturen?... 90 Kompetenz Protokoll eines Versuches.............. 91 Vertiefung Das Gasthermometer... 92 n Interessantes Gebeamte Temperatur................ 93 n Forscherwerkstatt Herstellen einer Fahrenheitskala... 93 n Offene Aufgaben: Am Wasser zeigt s sich............. 94 Teilchenmodell.... 95 Vertiefung Teilchenmodell und Ameisen... 95 n Vertiefung Die Idee von den kleinsten Teilchen... 99 n Physik und Biologie Anomalie des Wassers.......... 100 n Das ist wichtig/das schafft Überblick... 102 Das kannst du schon... 103 Kennst du dich aus?... 104 Energie Bewegung Kraft... 106 Offene Aufgaben: Energie bleibend und doch wandelbar... 108 Innere Energie... 109 Energiekonten und Energieübertragung... 110 Vertiefung Energieübertragung auf dem Herd... 110 n Bewegungsenergie... 112 Physik und Technik Schwungradantrieb... 113 Höhenenergie................................. 114 Physik und Technik Wohin mit der Höhenenergie?... 115 n Energieübertragung und Energiewandler... 116 Kompetenz Energiesprache und Energieübertragungsketten............................. 117 Projekt Modellauto mit Gummiantrieb............. 118 Vertiefung Spannenergie... 119 n Methode Lernen an Stationen... 120 Energie ist messbar und bedeutend... 122 Vertiefung Energiemessgerät für elektrische Geräte... 122 n Physik und Biologie und Chemie................... 123 Energie bleibt erhalten... 124 Offene Aufgaben: Bewegung Ortsänderung in der Zeit... 126 Die Geschwindigkeit... 127 Geschwindigkeit längs einer Geraden... 128 Methode Ausgleichsgerade... 129 Vertiefung Geschwindigkeit und Steigung........... 130 n Interessantes Das t-υ-diagramm zeigt auch den zurückgelegten Weg... 131 n Interessantes Der Bewegungsmesswandler... 133 n Projekt Hausversuch: Geänderte Geschwindigkeit selbst gemessen................................ 133 n Offene Aufgaben: Kraft, Bewegungsänderung, Wechselwirkung............................... 134 Wechselwirkung zwischen Körpern... 135 Die Wirkung von Kräften... 136 Kraftmessung... 138 4 Inhaltsverzeichnis
Körper erfahren Gravitationskräfte.................. 140 Interessantes Gewichtskräfte, nicht überall gleich... 140 n Vertiefung Nachweis der Schwerkraft im Labor....... 141 n Körper haben Masse... 142 Vertiefung Wägesätze... 142 n Der Ortsfaktor................................. 144 Interessantes Wie definiert man Größen?... 144 n Interessantes Gravitationszonen... 145 Zusammenwirken von Kräften auf einer Linie... 146 Die Beschleunigung... 148 Kompetenz Änderungsrate in der Physik... 149 n Masse Ein Maß für Trägheit... 150 Wechselwirkungskräfte zwischen zwei Körpern... 152 Kompetenz Kräfte unterscheiden... 153 Projekt Passive Sicherheit im Straßenverkehr......... 154 n Kräfte und Bewegung... 156 Methode Lernen an Stationen... 156 n Das ist wichtig/das schafft Überblick... 158 Das kannst du schon... 159 Kennst du dich aus?... 160 Projekt Der Nabendynamo als Fahrtenschreiber....... 161 n Atomaufbau und ionisierende Strahlung................................. 162 Offene Aufgaben: Vom Atom zur Kernenergie... 164 Elektrische Ladung............................. 165 Positive und negative Ladung..................... 166 Interessantes Faradaykäfig... 168 n Aufbau der Atome... 170 Vertiefung Der Rutherfordsche Streuversuch... 170 n Vertiefung Kernkräfte... 171 n Interessantes Atommodelle im Laufe der Zeit... 172 n Vertiefung Frei bewegliche Elektronen im Leiter... 173 n Radioaktive Stoffe und Nachweisgeräte für ihre Strahlung.............................. 174 Interessantes Die Entdeckung der Radioaktivität... 174 n Strahlung radioaktiver Stoffe... 176 Halbwertszeit................................. 178 Vertiefung Zum Zerfall radioaktiver Kerne... 178 n Nuklidkarte und Zerfallsreihen.... 180 Interessantes Röntgenstrahlung... 181 n Kernspaltung, Kernenergie....................... 182 Vertiefung Plutonium... 184 n Vertiefung Beispiele für Unfälle in Kernkraftwerken... 185 n Offene Aufgaben: Strahlendiagnostik und Strahlentherapie... 186 Strahlenexposition.............................. 187 Strahlenschäden... 188 Strahlenschutz... 190 Methode Selbstständig beurteilen... 190 n Projekt Radium als Allheilmittel... 191 n Strahlennutzen.... 192 Methode Selbstständig bewerten.................. 193 n Das ist wichtig/das schafft Überblick... 194 Das kannst du schon... 195 Kennst du dich aus?... 196 Projekt Radioaktivität von Lebensmitteln... 197 n Atomaufbau und ionisierende Strahlung Inhaltsverzeichnis 5
Spannung und Induktion Kosmos und Forschung Wärmetransport und ihre Beeinflussung Spannung und Induktion... 198 Offene Aufgaben: Elektrizität ist überall spannend...... 200 Elektrisches Potenzial und Spannung............... 201 Kompetenz Mit Modellen veranschaulichen... 205 Praktikum Spannungen in Reihen- und Parallelschaltungen............................. 210 n Interessantes Alessandro Volta Erfinder der Batterie... 211 n Projekt Fruchtbatterie.......................... 211 n Offene Aufgaben: Elektrische Energie für zu Hause... 212 Elektrische Leistung und Energie................... 213 Vertiefung Mit Ressourcen verantwortungsvoll umgehen... 215 n Offene Aufgaben: Kraftwerke...................... 216 Bereitstellung elektrischer Energie.................. 217 Projekt Vergleichen und Bewerten von Methoden zur Bereitsstellung elektrischer Energie... 220 n Offene Aufgaben: Bewegung erzeugt Spannung... 222 Der Generator und seine Funktionsweise Induktion... 223 Vertiefung Wechselspannung sichtbar gemacht....... 228 n Das ist wichtig/das schafft Überblick... 230 Das kannst du schon... 231 Kennst du dich aus?... 232 Kosmos und Forschung.................. 234 Offene Aufgaben: Forschung aktuell................. 236 Wissenschaft in den Medien...................... 237 Erkenntnisse gewinnen... 238 Informieren und recherchieren... 240 Eine Präsentation planen und vorstellen............. 242 Projekt Modellexperimente Sonne, Mond und Erde... 244 n Populärwissenschaftliche Informationen beurteilen..... 246 Wärmetransport und ihre Beeinflussung... 250 Offene Aufgaben: Wasser kühlt und wärmt... 252 Wärme erhöht die innere Energie eines Körpers... 253 Praktikum Spez. Wärmekapazität................. 256 n Interessantes Maritimes und kontinentales Klima... 257 n Vertiefung Nachgedacht... 259 n Methode Praktikum und Kugellager... 260 n Methode Kurzvorträge mit Experimenten... 265 n Interessantes Das Wetter... 266 n Offene Aufgaben: Energieeffizienz bei Häusern... 268 Energie strömt................................. 269 Vertiefung Innere Energie und Wärmestrom... 269 n Vertiefung Peltier-Element....................... 270 n Vertiefung U-Wert............................. 272 n Draußen wärmt drinnen die Wärmepumpe.......... 274 Vertiefung Kühlschrank genauer betrachtet.......... 274 n Interessantes Interview mit einem Energieberater... 276 n Wärmekraftmaschine... 278 Interessantes Zum Stirlingmotor und zum Verbrennungsmotor........................................ 280 n Das ist wichtig/das schafft Überblick... 282 Das kannst du schon... 283 Kennst du dich aus?... 284 6 Inhaltsverzeichnis
Gesetzmäßigkeiten im elektrischen Stromkreis... 286 Offene Aufgaben: Strom kann gefährlich sein... 288 Elektrische Stromstärke und ihre Messung... 289 Interessantes Festlegung der Einheit Stromstärke...... 293 n Widerstand, Spannung, Stromstärke... 296 Praktikum Salzkonzentration bestimmen... 298 n Elektrische Bauteile und ihre Kennlinien............. 300 Vertiefung Gefahren durch den elektrischen Strom... 301 n Praktikum Spannung und Stromstärke: U-I-Kennlinien................................. 302 n Vertiefung Besondere Widerstände... 304 n Regeln für die Reihenschaltung... 306 Projekt Spannungsteiler... 308 n Offene Aufgaben: Elektroinstallation im Haus........... 310 Verzweigte Stromkreise.......................... 311 Vertiefung Kombinierte Reihen- und Parallelschaltung............................... 315 n Vertiefung Schutzmaßnahmen... 316 n Elektrische Leistung... 318 Das ist wichtig/das schafft Überblick... 322 Das kannst du schon... 323 Kennst du dich aus?... 324 Projekt Standlicht mit Energiespeicher... 325 n Projekt Spezifischer Widerstand... 325 n Maschinen und ihr Wirkungsgrad... 326 Offene Aufgaben: Effizienz bei Maschinen... 329 Mechanische und elektrische Maschinen............. 303 Wirkungsgrad elektrischer Geräte... 330 Praktikum Wasser energiesparend erhitzen.......... 331 n Kompetenz Daten in Tabellen darstellen... 331 Ein Maß für mechanisch übertragene Energie... 332 Vertiefung Energieübertragung beim Kran........... 332 n Vertiefung Arbeit und innere Energie... 333 n Der Flaschenzug und sein Wirkungsgrad... 334 Praktikum Arbeit an der schiefen Ebene... 337 n Wirkungsgrad von Motor und Generator... 338 Kompetenz Technische Geräte verstehen... 339 Vertiefung Wirkungsgrad von Elektromotoren... 340 n Physik und Technik Pumpspeicherwerk... 341 n Vertiefung Merkt man an Generatoren, dass ein Verbraucher angeschlossen ist..................... 342 n Vertiefung Ein Generator ohne Schleifkontakte... 342 n Praktikum Der Wirkungsgrad eines Nabendynamos... 343 n Interessantes Damals und heute... 343 n Mechanische und elektrische Energie aus Wärme... 344 Kompetenz Wirkungsgrad bewerten............... 346 Vertiefung Der Wirkungsgrad eines Stirlingmotors... 348 n Das ist wichtig/das schafft Überblick... 350 Das kannst du schon... 351 Kennst du dich aus?... 352 Projekt Wirkungsgrad eines Demonstrations- Stirlingsmotors... 353 n Gesetzmäßigkeiten im elektrischen Stromkreis Maschinen und ihr Wirkungsgrad Inhaltsverzeichnis 7
Sensoren im Alltag Praxis und Forschung Sensoren im Alltag....................... 354 Offene Aufgaben: Sensoren messen... 356 Sensorik... 357 Interessantes Chappe scher Telegraf... 357 n Vertiefung Elektrische Signalübertragung und elektromagnetische Wellen... 358 n Interessantes Gefühlte Temperatur... 359 n Interessantes Kräfte mit einem Sensor messen... 360 n Offene Aufgaben: Sensoren in der Medizin... 362 Körpertemperatur bestimmen... 363 Projekt Einen NTC-Widerstand als Sensor nutzen... 364 n Interessantes Temperatur messen ohne Berührung... 365 n Kreislauf untersuchen........................... 366 Projekt Pulsmessung selbst gemacht... 367 n Offene Aufgaben: Minilabor Smartphone... 368 Sensoren im Smartphone......................... 369 Vertiefung Der Touchscreen... 370 n Untersuchen akustischer Phänomene... 372 Vertiefung Das Mikrofon und der Lautsprecher... 372 n Forscherwerkstatt Den Ton sichtbar machen......... 373 Vertiefung Die Mathematik eines Tones... 374 n Vertiefung Die Mathematik zweier Töne.... 375 n Forscherwerkstatt Der Klang macht die Musik... 376 n Projekt Das Wasserglas-Glockenspiel............... 377 n Untersuchung optischer Phänomene... 378 Interessantes Dem Licht auf der Spur.............. 378 n Vertiefung CCD-Sensor......................... 379 n Untersuchung von Bewegung... 380 Vertiefung Der Beschleunigungssensor............. 380 n Forscherwerkstatt Untersuchung von Ball- Geschwindigkeiten beim Sport... 381 n Forscherwerkstatt Im freien Fall... 382 n Forscherwerkstatt Das Federpendel... 383 n Praxis und Forschung... 384 Offene Aufgaben: Tauchen; Schweben, Schwimmen..... 386 Experimente planen, durchführen, dokumentieren, auswerten... 387 Druck und Auftrieb............................. 390 Forscherwerkstatt Phänomen Auftrieb.............. 394 Experimente zu Druck und Auftrieb... 396 Methode Lernen an Stationen... 396 n Vertiefung Die Dichte.......................... 397 n Praktikum Bestimmung der Dichte... 397 n Projekt Aräometer wie viel Zucker ist im Getränk?... 398 n Projekt Das Gesetz von Amonton... 399 n Experimente zur Optik... 400 Methode Lernen an Stationen... 400 n Praktikum Sammellinse, Lupe, Mikroskop, Fernrohr... 402 n Projekt Gekrümmte Spiegel...................... 404 n Experimente zur Elektrik... 406 Projekt Selbst gebautes Elektroskop... 406 n Projekt Bau eines Elektromotors... 408 n Projekt Experimente mit Solarzellen............... 409 n Projekt Gleichrichtung von Wechselstrom........... 410 n Projekt Fet als Verstärker, Sensor und Schalter... 410 n Interessantes Funktionsweise eines Feldeffekttransistors.. 410 n Anhang..................................... 412 Stichwortverzeichnis... 419 423 Bildquellenverzeichnis... 424 425 8 Inhaltsverzeichnis