Last Minute: Physik 9. Klasse

Elektrizitätslehre

Magnetische Kräfte – Einstieg . . . 1

Magnetische Kräfte I . . . 2

Magnetische Kräfte II . . . 3

Magnetische Kräfte III . . . 4

Elektrostatik – Einstieg . . . 5

Elektrostatik I . . . 6

Elektrostatik II . . . 7

Elektrostatik III . . . 8

Spannung, Stromstärke und Widerstand – Einstieg . . . 9

Spannung, Stromstärke und Widerstand I . . . . 10

Spannung, Stromstärke und Widerstand II . . . 11

Spannung, Stromstärke und Widerstand III . . . 12

Ersatzwiderstand – Einstieg . . . 13

Ersatzwiderstand I . . . 14

Ersatzwiderstand II . . . 15

Ersatzwiderstand III . . . 16

Grundlagen Elektromagnetismus – Einstieg . . 17

Grundlagen Elektromagnetismus I . . . 18

Grundlagen Elektromagnetismus II . . . 19

Grundlagen Elektromagnetismus III . . . 20

Anwendungen Elektromagnetismus – Einstieg . . . 21

Anwendungen Elektromagnetismus I . . . 22

Anwendungen Elektromagnetismus II . . . 23

Anwendungen Elektromagnetismus III . . . 24

Induktion – Einstieg . . . 25

Induktion I . . . 26

Induktion II . . . 27

Induktion III . . . 28

Mechanik

Mehrere Kräfte auf einmal – Einstieg . . . 29

Mehrere Kräfte auf einmal I . . . 30

Mehrere Kräfte auf einmal II . . . 31

Mehrere Kräfte auf einmal III . . . 32

Kraftwandler – Einstieg . . . 33

Kraftwandler I . . . 34

Kraftwandler II . . . 35

Kraftwandler III . . . 36

Druck – Einstieg . . . 37

Druck I . . . 38

Druck II . . . 39

Druck III . . . 40

Anwendungen Druck – Einstieg . . . 41

Anwendungen Druck I . . . 42

Anwendungen Druck II . . . 43

Anwendungen Druck III . . . 44

Lösungen. . . 45

Abbildungsverzeichnis. . . 67

Zu dieser Mappe

Die vorliegenden Kopiervorlagen bieten sich für eine schnelle Unterrichtsvorbereitung an: Sie er- möglichen eine schnelle Auswahl der Lehrplan- themen und sind ohne lange Vorbereitungszeit ein- setzbar. Zu jedem Themenaspekt gibt es eine Ein- stiegsseite und drei Arbeitsblätter mit je einer Differenzierungsstufe. Für eine selbstständige Lö-

Sie geben je nach Leistungsstand individuell vor, welche Aufgaben gelöst werden sollen.

Einstiegsseite

Niveaustufe 1 (leicht)

Inhalt

VORSC

HAU

1 © Persen Verlag

M ag n et is ch e K rä ft e – E in st ie g

Magnetische Kräfte

N: Nordpol; S: Südpol Wirkt die magnetische Kraft in

den vier Versuchen abstoßend oder anziehend?

N S

S N

N S

N S

N S

S N

S N

S N

Versuch 1

Versuch 2

Versuch 4 Versuch 3

VORSC

HAU

Magnetische Kräfte I

1

Beantworte die Fragen.

a) Wann stoßen sich zwei Magnete ab? (Benutze die Begriffe Nord- und Südpol.)

b) Wann ziehen sich zwei Magnete an? (Benutze die Begriffe Nord- und Südpol.)

2

Fülle die Lücken aus und verwende dazu folgende Begriffe: größten, Formen, zwei neue, Scheiben, Stab, Nordpol, Südpol, Hufeisen, Kobalt, gleichnamige, Eisen, ungleichnamige, Ring, Nickel.

Es gibt verschiedene Formen von Magneten: magnete, magnete, -

magnete oder magnete. Ein Magnet zieht Gegenstände an, die , oder

enthalten. Ein Magnet besitzt einen und einen . Dort ist die

magnetische Wirkung am . Treffen Pole aufeinander, so stoßen

sich diese ab. Pole hingegen ziehen sich an. Teilt man einen Magneten, so entstehen Magnete mit je einem neuen Süd- und Nordpol.

3

Wie lässt sich der Wirkungsbereich um einen Magneten darstellen?

4

Ein Kompass nutzt die magnetische Wirkung einer Eisennadel auf das Magnetfeld der Erde. Warum besteht das Gehäuse des Kompasses meist aus Kunststoff? Welche Materialien wären noch denkbar?

5

Manchmal zeigt der Kompass in Gebäuden nicht die richtige Himmelsrichtung an. Warum?

N S

S N

N S

N S

N

S

S N

S N

S N

Versuch 1

Versuch 2

Versuch 4 Versuch 3

VORSC

HAU

Magnetische Kräfte II

1

Formuliere einen Merksatz mit den Begriffen „gleichnamige Pole“ und „ungleichnamige Pole“.

2

In Betrieben, die Abfälle sortieren, werden Magnete eingesetzt, um bestimmte Stoffe aus einem Gemisch von Abfällen heraus zu sortieren. Welche Stoffe sind das?

3

An welcher Stelle eines Magneten ist die magnetische Kraft am größten und an welcher Stelle ist die magnetische Kraft am geringsten?

4

Beschreibe einen Versuch, der die magnetischen Feldlinien eines Stabmagneten veranschaulichen kann. Zeichne.

5

Recherchiere den Einsatz von Magneten für die Navigation früher und heute.

6

Welche Magnetformen gibt es neben Dauermagneten noch? Welchen Vorteil haben diese Magnete?

VORSC

HAU

Magnetische Kräfte III

1

Das Bild zeigt die magnetischen Feldlinien eines Stabmagne- ten. Beantworte die Fragen.

a) Stelle dir einen frei beweglichen Nordpol an der Stelle (x) im Bild vor. Wohin und auf welcher Bahn würde sich dieser Nordpol bewegen?

b) Kann man das Magnetfeld der Erde mit dem Magnetfeld eines Stabmagneten wie im Bild vergleichen?

2

Vor dir liegen zwei Eisennägel. Nur einer der beiden Nägel ist magnetisch. Welcher?

3

Wodurch lässt sich ein Eisennagel entmagnetisieren?

4

„Unsere Erde ist ein riesiger Magnet.“

Zeichne und erläutere diesen Satz.

N S

VORSC

HAU

Elektrostatik I

1

Fülle die Lücken aus. Verwende dazu folgende Begriffe: elektrisch neutralen, stoßen sie sich ab, Coulomb-Kraft, Reibung, elektrisch positiv, elektrisch negativ, ziehen sich an.

Zwei Gegenstände können sich durch elektrisch aufladen. Ein Körper ist dann und der andere geladen. Ist die Anzahl der positiven und negativen Ladungen in einem Körper gleich, so spricht man von einem

Körper. Sind zwei Körper gleich geladen, so . Ungleich geladene Körper hingegen . Die Kraft, die zwischen den Ladungen wirkt, heißt

.

2

Anziehung oder Abstoßung? Zeichne Pfeile ein.

+ + – – + –

3

Reibt man einen Plastikkamm an einem Stück Stoff und hält den Kamm dann über kleine Papier- schnipsel oder Styroporkügelchchen, so …

Vervollständige den Satz und erläutere ihn kurz.

4

Kreuze die wahre(n) Aussage(n) an.

⎕

Herrscht bei einem Körper ein Elektronenmangel, so ist er elektrisch positiv geladen.

⎕

Ob ein Körper elektrisch positiv oder negativ geladen ist, erkennt man nur in der Nähe eines anderen geladenen Körpers.

⎕

Mit einem Elektroskop können nur elektrisch negative Ladungen nachgewiesen werden.

VORSC

HAU

Ersatzwiderstand I

1

Berechne den Ersatzwiderstand für die Reihenschaltungen.

+ –

R1 R2

+ –

RG

R1 R2 RG

15 Ω 15 Ω Ω

7 Ω 8,5 Ω Ω

300 mΩ 500 mΩ Ω

589 kΩ 499 kΩ MΩ

0,15 MΩ 150 kΩ kΩ

2

Berechne den Ersatzwiderstand für die Parallelschaltungen.

R1

R2

+ –

RG

R₁ R₂ R_G

15 Ω 15 Ω Ω

7,5 Ω 5 Ω Ω

300 mΩ 500 mΩ mΩ

750 kΩ 250 kΩ kΩ

0,15 MΩ 150 kΩ kΩ

3

Berechne die fehlenden Werte für eine Reihenschaltung von zwei Widerständen.

R1 R2 Gesamt (UG , RG , IG)

U 120

R 60 50

I

4

Berechne die fehlenden Werte für eine Parallelschaltung von zwei Widerständen.

R1 R2 Gesamt (UG , RG , IG) U

R 40 40

I 2,5

5

Zeichne den Schaltplan einer Reihen- schaltung aus zwei Widerständen mit R1 = 100 Ω und R2 = 200 Ω. Die Spannung beträgt U = 10 V. Berechne die Strom- stärke.

VORSC

HAU

Ersatzwiderstand II

1

Berechne den Ersatzwiderstand für die Parallelschaltungen.

R2

R3

+ –

RG

R1

+ –

R1 R2 R3 RG

15 Ω 15 Ω 15 Ω Ω

7,5 Ω 5 Ω 5 Ω Ω

200 mΩ 400 mΩ 200 mΩ mΩ

0,1 kΩ 0,25 kΩ 0,5 kΩ Ω

12 000 Ω 12 kΩ 0,024 MΩ kΩ

2

Berechne die fehlenden Werte für eine Reihenschaltung von drei Widerständen.

R1 R2 R3 Gesamt (UG , RG , IG)

U

R 8,4 6,3 3,5

I 5,8

Tipps: Für Widerstände R₁ und R₂ in einer Parallelschaltung gilt:

(mit U₁, U₂: Spannungsabfall an R₁ bzw. R₂; I₁, I₂: Stromstärke durch R₁ bzw. R₂ und U_G: Gesamtspannung und R_G der Gesamt- widerstand sowie I_G der Gesamtstrom)

⏺ IG = I1 + I2 Die Teilströme addieren sich zum Gesamtstrom.

⏺ 1

R_G = 1 R₁ + 1

R₂ Die Kehrwerte der Widerstände addieren sich.

⏺ U_G = U₂ = U₁ Die elektrische Stromstärke ist überall gleich groß.

⏺ Die Gleichungen gelten für beliebig viele Widerstände in Parallelschaltungen.

3

Berechne die fehlenden Werte für eine Parallelschaltung von drei Widerständen.

R₁ R₂ R₃ Gesamt (U_G , R_G , I_G)

U 100

R 40 40 5

I

4

Berechne die fehlenden Werte für eine Reihenschaltung von vier Widerständen.

R1 R2 R3 R4 Gesamt (UG , RG , IG)

U 3,25

R 78 112 65 15

I

R1

R2

R1 R2 R3 R4

VORSC

HAU

Mehrere Kräfte auf einmal I

1

Ordne zu. Verbinde mit einem Pfeil.

Ein Kind besiegt ein anderes beim Tauziehen. Kräfteparallelogramm Vier Schlittenhunde ziehen einen Schlitten. Kräfteaddition

Ein Schiff wird von zwei Schleppern gezogen. Kräftesubtraktion

2

Bestimme die Ersatzkraft F. 1 cm entspricht 1 N.

4

Zeichne Kraftpfeile, die ein Tauziehen von fünf Kindern veranschaulichen. Moritz und Ben ziehen gegen Lina, Ida und Hanna. Die Mädchen gewinnen.

Schiff

Schlepper 2

Schlepper 1

3

Wie groß ist die Ersatzkraft? 1 cm entspricht 1 000 N.

VORSC

HAU

Mehrere Kräfte auf einmal III

1

Ein Hundehalter geht mit seinen beiden Hunden spazieren. Die Hunde laufen jedoch in unter- schiedliche Richtungen. Der Winkel zwischen den beiden beträgt 70°. Ein Hund zieht mit 80 N, der andere mit 55 N an den Leinen. Bestimme die Ersatzkraft F zeichnerisch.

2

Der Winkel zwischen den beiden ziehenden Hunden wird kleiner. Wie beeinflusst dies die Ersatz- kraft F?

3

Zeichne den resultierenden Kraftvektor und beschrifte ausführlich.

F

₃

F

₁

F

₂

4

Zwei Bauarbeiter tragen gemeinsam einen schweren Korb (m= 70 kg) auf der Baustelle. Der Winkel zwischen den Armen beträgt 60°. Welche Last wirkt an den beiden

Armen. Löse zeichnerisch.

VORSC

HAU

37 © Persen Verlag

D ru ck – E in st ie g

0 Pa

2 Pa

6 Pa 4 Pa 8 Pa

Druckmessgerät (Manometer)

Es gilt:

100 Pa = 1 hPa = 1 mbar 100 000 Pa = 100 mbar = 1 bar

VORSC

HAU

Druck III

1

Beim Tanzen tritt zunächst der Herr seiner Tanzpartnerin auf die Füße. Doch die Dame winkt ab und meint: „Ist nicht schlimm. Tat doch gar nicht weh.“ Nach ein paar Minuten erwischt jedoch die Dame ihren Tanzpartner mit ihren Stöckelschuhen. „Autsch“, flüstert da der Herr. Warum war der Schmerz hier vermutlich größer?

2

Auf einen Drucktopf herrscht ein Überdruck von 1 000 hPa. Der Deckel hat eine Fläche von 5 dm².

Welche Kraft wirkt von innen gegen den Deckel?

3

Kreuze die wahren Aussagen an.

⎕

Der Luftdruck nimmt mit zunehmender Höhe ab.

⎕

Der Luftdruck nimmt mit zunehmender Höhe zu.

⎕

Der Luftdruck bleibt mit zunehmender Höhe gleich.

⎕

Der Druck nimmt mit zunehmender Fläche (bei gleichbleibender Kraft) ab.

⎕

Der Druck nimmt mit zunehmender Fläche (bei gleichbleibender Kraft) zu.

⎕

Der Druck nimmt mit zunehmender Kraft (bei gleichbleibender Fläche) zu.

⎕

Der Druck nimmt mit zunehmender Kraft (bei gleichbleibender Fläche) ab.

4

Recherchiere, was sich historisch hinter den Magdeburger Halbkugeln verbirgt und erkläre es physikalisch mit Hilfe des Luft- drucks.

VORSC

HAU

56© Persen Verlag

Lö su ng e n

© Persen Verlag 23

Anwendungen Elektromagnetismus II 1Beschrifte die Bestandteile des Elektromotors.

N

S

S N

2 Einen einfachen elektrischen Kran kann man mit einer Batterie, einem Nagel und einem Draht bauen. Skizziere einen Versuchs- aufbau und erläutere diesen kurz.

3 Der einfachste Elektromotor der Welt: Ein zylinderförmiger Magnet wird auf den Kopf einer Schraube oder eines Nagels gesetzt und beides an den Minuspol einer Batterie gehängt. Dann werden der Pluspol und die Seite des Magneten durch einen Draht verbunden.

Fülle die Lücken aus. Verwende dabei folgende Begriffe: Magnet- feld, Öffnen, Kräfte, Drehbewegung, elektrischer Strom, beeinflus- sen, gegenseitig.

Durch das Schließen des Stromkreises fließt ein durch den Magneten, die Schraube bzw. den Nagel und den Draht. Es entsteht ein um den Leiter.

Das Magnetfeld des Leiters und des Magneten sich , sodass durch die dort wirkenden der Nagel bzw. die Schraube mit dem Magneten in eine versetzt wird. Erst durch das des Stromkreises geht die Dreh- bewegung langsam zu Ende.

Man wickelt einen Draht um eine Schraube bzw. einen Nagel und verbindet die Enden des Drahtes mit den Polen der Batterie. Nähert man sich nun einer Büroklammer oder

anderen kleinen Eisenteilen, so werden diese durch die magnetische Wirkung eines stromdurchflossenen Leiters angezogen bzw. angehoben.

elektrischer Strom Magnetfeld beeinflussen gegenseitig Kräfte

Drehbewegung Öffnen

N

S

S N

Kommutator

Rotor Spule

Stator Bürsten Stator

© Persen Verlag 24

Anwendungen Elektromagnetismus III 1Erläutere das Prinzip eines Elektromotors.

2 Wie funktioniert eine elektrische Klingel?

Erläutere anhand der Abbildung.

3 In einem Lautsprecher befindet sich neben einem Dauermagneten auch ein Elektromagnet.

Beschreibe, wie sich diese beiden Magnete beeinflussen und wie dabei Schallwellen entstehen.

Anker mit Klöppel

Kontaktstelle

Schalter

Glocke

Spule (Elektromagnet) Das Prinzip eines Elektromotors beruht auf der Anziehung und Abstoßung zwischen einem festen Magneten (Stator) und einer stromdurchflossenen Spule (Rotor).

Ein Kommutator ändert die Stromrichtung in der Spule.

Schließt man den Schalter, so zieht der Elektromagnet den Anker mit dem Klöppel an, der dann gegen die Glocke schlägt. Gleichzeitig wird an der Kontaktstelle der Stromkreis unter-

brochen. Es fließt kein Strom mehr, die Spule ist nicht mehr magnetisch. Dadurch federt der Klöppel zurück und schließt den Stromkreis wieder. Der Vorgang beginnt von vorne und wiederholt sich ständig, bis man den Schalter bzw. Taster wieder öffnet. Dies ist eine Klingel mit Selbstunterbrechung oder Selbststeuerung.

Von einem Verstärker gelangen elektrische Signale in die Spule eines Lautsprechers.

Diese Signale lassen ein sich ständig änderndes Magnetfeld um die Spule entstehen.

Somit ziehen sich Elektromagnet und Dauermagnet in rascher Folge ständig an bzw.

stoßen sich ab. Dabei wird eine am Elektromagneten angebrachte Membran mitbewegt.

Infolgedessen schwingt die Luft vor der Membran und es entstehen Schallwellen.

VORSC

HAU