Tafelbilder für den Physikunterricht

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Tafelbilder für den Physikunterricht – Bestell-Nr. P12 288

Einleitung ... 6

ALLGEMEINES

Physik als Naturwissenschaft 7

Teilgebiete der Physik 7

MECHANIK

Bewegungen 9

Geschwindigkeit 9

Geschwindigkeit im Straßenverkehr 10

Trägheit 10

Die Masse 11

Arbeit 11

Leistung 12

Dichte 12

Die Kraft (1) 13

Die Kraft (2) 13

Die Schwerkraft 14

Kraft und Gegenkraft 14

Reibung 15

Der Druck 15

ELEKTRIK

Was der elektrische Strom bewirkt 23

Einfacher Stromkreis 23

Die elektrische Spannung 24 Die elektrische Stromstärke 24 Der elektrische Widerstand 25 Der elektrische Widerstand R eines Leiters 25

Elektrische Einheiten 26

Leiter und Nichtleiter 26 Serien- und Parallelschaltung 27 Gefahren der Elektrizität 27

Blitze 28

Ionen 28

Maßeinheiten 8

Physikalische Namensgeber 8

Auftrieb im Wasser 16

Schwimmen, Schweben, Sinken 16 Der Druck in Flüssigkeiten 17

Verbundene Gefäße 17

Eigenschaften der Luft 18

Der Luftdruck 18

Auftrieb in Luft 19

Über- und Unterdruck 19

Vom Fliegen 20

Die Entstehung der Maschinen 20

Der Hebel 21

Rollen 21

Schwerpunkt 22

Das Gleichgewicht 22

PTC, NTC 29

Gleich- und Wechselspannung 29 Strom- und Spannungsmessung 30

Ohmsches Gesetz 30

Generatoren 31

Die Stromversorgung 31

Die elektrische Leistung 32 Die elektrische Arbeit 32

Transformator 33

Kondensatoren 33

Die Diode 34

Der Transistor 34

Inhalt

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OPTIK

Ausbreitung des Lichtes 35

Lichtquelle 35

Schatten 36

Reflexionsgesetz 36

Der Hohlspiegel (Konkavspiegel) 37 Der Wölbspiegel (Konvexspiegel) 37

Lichtbrechung 38

Totalreflexion 38

WÄRMELEHRE

Verschiedene Temperaturen 43 Verschiedene Thermometer 43 Temperaturskala nach Celsius 44 Temperatur und Teilchenbewegung 44

Gewinnung von Wärme 45

Schmelzen und Erstarren 45

Brandbekämpfung 46

Die Sonne als Energiequelle 46

Das Wetter 47

Temperatur und Volumen 47

Wärmeenergie 48

MAGNETISMUS

Magnetismus 54

Verschiedene Magnete 54

Anwendung von Magneten 55

Elementarmagnete 55

Der Kompass 56

Linsen 39

Bilder bei Linsen 39

Das Auge 40

Fehlsichtigkeiten des Auges 40

Optische Geräte 41

Licht und Farben 41

Farbmischungen 42

Übertragung von Wärme 48

Wärmeleitung 49

Wärmeströmung 49

Wärmestrahlung 50

Reibung macht Wärme 50

Die Thermosflasche 51

Wasserkreislauf 51

Kältemischungen 52

Anomalie des Wassers 52

Warnzeichen und Verbotsschilder 53

Magnetfeld 56

Elektromagnet 57

Elektromagnetische Induktion 57

Relais 58

Elektromotor 58

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TEILCHENPHYSIK

Körper und Stoffe 59

Aggregatzustände 59

Feststoffe 60

Metalle 60

Flüssigkeiten 61

Gase 61

Anziehungskräfte zwischen Teilchen 62

Oberflächenspannung 62

ASTRONOMIE

Unser Sonnensystem 67

Unsere Planeten 67

Der Mond 68

Tag und Nacht 68

AKUSTIK

Vom Sprechen und Hören 71

Das Hören des Menschen 71

Schallquellen 72

Schallempfänger 72

Arten von Schwingungen 73

Kapillarität 63

Aufbau eines Atoms 63

Zerlegung von

Stoffgemischen/-gemengen 64 Das Periodensystem der Elemente 64

Radioaktivität 65

Drei Arten radioaktiver Strahlung 65 Verwendung radioaktiver Strahlung 66

Sommer und Winter 69

Sonnen- und Mondfinsternis 69

Satelliten 70

Geschichte der Raumfahrt 70

Schwingungen sichtbar machen 73

Das Echo 74

Blitz und Donner – Licht und Schall 74

Musikinstrumente 75

Lärm 75

Inhalt

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Petra Pichlhöfer

WARUM TAFELBILDER?

In den Schulen halten moderne Medien verstärkt Einzug. Warum dann also ein Band mit klassischen Tafelbildern? Ganz einfach: Die Tafel ist in den Klassenzimmern noch immer eines der am meisten genutzten Medien. Sie vereint viele Vorteile auf sich:

• Der Lehrer kann die Lerninhalte prägnant und übersichtlich darstellen und so den Lernerfolg fördern.

• Das Tafelbild fokussiert die Blicke der Schüler (und konzentriert) damit das Unterrichtsgeschehen nach vorn zum Lehrer.

• Es kann jederzeit, ohne großen Aufwand und ohne technische Hilfsmittel erstellt werden.

• Das Tafelbild bedient mehrere Lerntypen gleichzeitig. Ein strukturiertes Tafelbild erleichtert visuell dominanten Lerntypen das Verstehen und erhöht die Merkfähigkeit. Die einhergehende Erklärung durch den Lehrer spricht den auditiven Typen an, das anschließende Abschreiben ist vor allem für den motorisch orientierten Lerntypen wichtig.

• Zusätzlich wiederholen die Schüler mit dem Übertragen des Tafelbildes ins Heft nochmals die Lerninhalte.

HINWEISE FÜR DAS ERSTELLEN VON TAFELBILDERN

Für ein strukturiertes Tafelbild empfiehlt es sich, die Mitteltafel zu verwenden. Die Seitentafeln können als „Schmierzettel“ dienen, die jedoch nicht von den Schülern ins Heft übernommen werden.

Lehrerzeichnungen sollten Vorbildwirkung haben, verlangen aber keine fotografische Genauigkeit. Des Weiteren sollten folgende Richtlinien beachtet werden:

• Das Tafelbild nur auf einer zuvor sauber gelöschten Tafel entwickeln.

• Auf ein leserliches Schriftbild achten: nicht zu klein und eher breiter als schmal schreiben.

• Überschrift nicht vergessen.

• Prägnante und einfache Darstellung wählen.

• Die gesamte Tafelfläche nutzen.

• Auf eine übersichtliche Gliederung achten.

• Wichtiges durch z. B. Farbe, Unterstreichen, Schriftgrößen hervorheben.

• Symbole, Pfeile und Skizzen verwenden.

TAFELBILDER FÜR DEN PHYSIKUNTERRICHT

Die im vorliegenden Band 1 enthaltenen aussagekräftigen Tafelbilder setzen sich mit den Phäno- menen, Gesetzmäßigkeiten und Begriffen der Physik auseinander und vermitteln Fachkenntnisse aus klassischen Teilgebieten der Physik.

Sie eignen sich hervorragend für die sinnvolle Gestaltung des Physikunterrichtes und bieten Physik- lehrkräften die perfekte Arbeitserleichterung, denn sie bringen wichtige Lehrplanthemen anschaulich mithilfe didaktischer Reduktion auf den Punkt. So werden auch komplizierte Inhalte von den Schülern verstanden und behalten.

Der Zeitaufwand für die Vorbereitung der Unterrichtsstunden wird durch die gut strukturierten einfach illustrierten Tafelanschriebe deutlich minimiert. Gerade für Berufsanfänger eine große Hilfe, aber auch für erfahrene Lehrkräfte stellt der Band einen großen Fundus an Unterrichtsideen bereit, der jederzeit nach den eigenen didaktischen Bedürfnissen angepasst werden kann.

Alle Tafelbilder sind auch als Kopiervorlage nutzbar und können für die Schüler vervielfältigt werden.

Viel Erfolg mit den Tafelbildern wünschen das Team des Kohl-Verlages und

Vorwort

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Tafelbilder für den Physikunterricht – Bestell-Nr. P12 288Tafelbilder für den Physikunterricht – Bestell-Nr. P12 288

Allgemeines Allgemeines

Physik als Naturwissenschaft

Teilgebiete der Physik Die Physik beschäftigt sich mit Vorgängen in der Natur, sie ist eine Naturwissenschaft, ebenso wie Biologie und Chemie:

Physik

Lehre von den unbelebten Dingen in

der Natur

Biologie

Lehre von den Lebewesen

Beispiele aus der Physik:

Bewegungen, Blitze, Regenbogen, Geräusche und Töne, elektrischer Strom,

Fließen von Wasser, Magnete usw.

Chemie

Lehre von den Naturvorgängen

mit stofflichen Veränderungen

Physik Magnetismus

Lehre von magnetischen Erscheinungen

Elektrik

Lehre von Kräften und Bewegungen Astronomie

Lehre von den Sternen

Optik

Lehre vom Sehen (vom Sichtbarmachen)

Mechanik

Lehre von Kräften und Bewegungen

Wärmelehre Lehre von verschie- denen Temperaturen

Teilchenphysik Lehre vom Aufbau der Materie

Akustik Lehre vom Schall

Magnete Kompass Generator

RegenbogenAuge Licht Spiegel Fotoapparat

Thermometer EisDampf Hitze

Atome Teilchen Radioaktivität Strahlung

Kräfte Bewegungen Arbeit Werkzeuge

OhrTöne Geräusche Musikinstrumente Planeten

SonneMond All

Strom elektrischer Leiter Elektromotor Gefahren des Stromes

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Bewegungen

Geschwindigkeit Wenn ein Körper in der gleichen Zeit immer den gleichen Weg zurücklegt, nennt man es:

gleichförmige Bewegung

Unter Geschwindigkeit versteht man einen zurückgelegten Weg pro Zeit:

Als Formelzeichen benutzt man v: velocity (Geschwindigkeit)

s: space (Weg)

t: time (Zeit)

Die Maßeinheit ist 1 m/s oder 1 km/h. 1 m/s = 3,6 km/h Beispiele für Geschwindigkeiten:

Fußgänger: 5 km/h – 1,4 m/s Flugzeug: 900 km/h – 250 m/s Radfahrer: 18 km/h – 5 m/s Schall: 340 m/s

Auto (Ort): 50 km/h – 14 m/s Licht: 300 000 000 m/s Im Auto z. B. wird die Geschwindigkeit mit dem Tachometer gemessen.

Wird ein Körper schneller, nennt man es:

→ beschleunigte Bewegung Wird ein Körper langsamer, nennt man es:

→ verzögerte Bewegung

Mechanik Mechanik

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

→ → → → →

Geschwindigkeit = Weg

Zeit v = s

t

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Die Masse

Arbeit Die Masse eines Körpers ist die Ursache für die Trägheit und die Schwerkraft. Als Formelzeichen benutzt man m.

Eine Arbeit wird verrichtet, wenn längs eines Wegstücks eine Kraft auf einen Körper einwirkt:

Die Maßeinheit ist 1 Joule = 1 Newton · 1 Meter = 1 Newtonmeter.

(1 J = 1 N x 1 m = 1 Nm) Arbeit wird zum Beispiel verrichtet beim:

Heben eines Körpers Beschleunigen eines Körpers

Spannen einer Feder Verschieben eines Körpers auf einer rauen

Fläche. (Reibung)

Mechanik Mechanik

Arbeit = Kraft · Weg W = F · s Die Waage ist im Gleichgewicht.

Der Apfel wiegt 250 g.

Man vergleicht beim Wägen Massen miteinander.

Die Einheit der Masse ist 1 Kilogramm (kg). 1 kg = 1000 g = 1000 Gramm

1000 kg = 1 t = 1 Tonne

0,001 g = 1 mg = 1 Milligramm

Beispiele für Massen:

Mensch: 70 kg Wasserstoffatom: 0,0000000000000000000017 mg Auto: 1000 kg Erde: 6000000000000000000000 t Zur Bestimmung der Masse eines Körpers verwendet man eine Waage.

Zum Beispiel eine Balkenwaage:

Als Formelzeichen benutzt man:

W: work (Arbeit) F: force (Kraft) s: space (Weg)

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Die elektrische Spannung

Die elektrische Stromstärke Zwischen dem Pluspol (+) und dem Minuspol (-) einer Batterie z. B. herrscht eine elektrische Spannung U. Diese Spannung ist bei geschlossenem Stromkreis die Ursache für das Fließen von Elektronen.

Die Einheit der Spannung wurde zu Ehren des italienischen Physikers Alessandro Volta mit 1 Volt bezeichnet.

Die Einheit der Stromstärke wurde zu Ehren des französischen Physikers André Marie Ampère mit 1 Ampere bezeichnet.

Beispiele für Spannungen:

• Flachbatterie: 4,5 V • Hochspannungsleitung: 380 kV

• Autoakku: 12 V • Blitz: 100.000 kV

• Steckdose: 230 V

Beispiele für Stromstärken:

• Armbanduhr: 0,001 A (Quarzbatterie) • Kochplatte: 5 A

• Glühlampe: 0,5 A • Blitz: 100.000 A

Spannungen über 24 V können lebensgefährlich sein!

Ströme über 20 mA können lebensgefährlich sein!

0,001 V = 1 mV = 1 Millivolt 1000 V = 1 kV =1 Kilovolt

0,001 A = 1 mA = 1 Milliampere Die elektrische Stromstärke I gibt an, wie viele Elektronen pro Sekunde durch einen Leiter fließen.

Elektrik Elektrik

U (Spannung) wird in Volt (V) gemessen.

I (Stromstärke) wird in Ampere (A) gemessen.

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Der elektrische Widerstand

Der elektrische Widerstand eines Leiters Fließen Elektronen durch einen Leiter, so stellen die Atome des Leiters einen elektrischen Widerstand R (resistor) für die Elektronen dar.

Der Widerstand beeinflusst die Spannung und die Stromstärke.

Die Einheit des Widerstandes wurde zu Ehren des deutschem Physikers Georg Simon Ohm mit 1 Ohm bezeichnet.

1000 Ω = 1 kΩ = 1 Kiloohm 1 m Ω = 1 Milliohm

Der elektrische Widerstand R eines Leiters hängt ab von:

Material Länge Querschnitt Temperatur

Kupfer hat einen sehr kleinen R

→ durch einen Kupferdraht fließt ein großer Strom.

Konstantan hat einen großen Widerstand

→ kleiner Strom.

R wächst mit der Länge des Leiters, da die Elektronen einen längeren Weg haben.

R nimmt ab, wenn der Querschnitt des Leiters größer wird, weil mehr Elektronen hindurch passen.

Bei Leitern aus reinem Metall sinkt R mit sinkender Temperatur, weil sich die Atome im Leiter langsamer bewegen.

Elektrik Elektrik

R (Widerstand) wird in Ohm (Ω) gemessen.

(Großer Widerstand → kleiner Strom, kleiner Widerstand → großer Strom.)

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Elektrische Einheiten

Leiter und Nichtleiter elektrische Größe Formelzeichen Maßeinheit

Stromstärke

Spannung

Widerstand

elektrische Arbeit

elektrische Leistung

I

U

R

W

P

A (Ampere)

V (Volt)

Ω (Ohm)

Ws (Wattsekunde) kWh (Kilowattstunde) W (Watt)

... sind Stoffe, durch die der elektrische Strom fließen kann.

STROMLEITER Beispiele:

• Metalle und Graphit

• Leitungskabel sind meistens aus Kupfer.

• Silber und Aluminium sind ebenfalls sehr gute Leiter.

... sind Stoffe, durch die der

elektrische Strom nicht fließen kann.

ISOLATOREN Beispiele:

• Kunststoff, Porzellan

• Sie schützen den Menschen vor Strom, verhindern Berührung mit stromführenden Teilen.

Elektrik Elektrik

LEITER ...

NICHTLEITER ...

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Das Wetter

Temperatur und Volumen

Wärmelehre Wärmelehre

Wird ein Körper erwärmt, dann bewegen sich seine Teilchen schneller und brauchen mehr Platz. Daher dehnen sich fast alle KörperbeiErwärmungaus. Im Alltag wird diese Ausdehnung berücksichtigt:

Für das Wettergeschehen spielt eine wichtige Rolle:

Das Wettergeschehen spielt sich in der Troposphäre ab. Das ist die Luftschicht der Erde in einer Höhe von 10 bis 15 km. Metereologen sind die Wetterkundler.

Luftdruck verantwortlich ist die

Niederschlag Bewölkung Temperatur Wind

Luftfeuchtigkeit

Dampfleitungen haben Ausdehnungsschleifen.

Flaschen werden nicht ganz voll

gefüllt. Brücken haben

Rollenlager.

Betonstraßen haben Ausdehnungsfugen.

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(12)

Wärmeenergie

Übertragung von Wärmeenergie

Wärmelehre Wärmelehre

Wärmeenergie wird übertragen durch:

Wärmeleitung Teilchen bleiben am Platz, nur ihre Bewegungsenergie wird

weitergegeben.

Wärmeströmung Es findet ein Transport

von warmen Teilchen statt.

Wärmestrahlung Wärme wird von einem heißen Körper ausgestrahlt, funktioniert

auch im Vakuum (luftleerer Raum).

Die Energie, die in der Bewegung der Teilchen eines Stoffes gespeichert ist, nennt man Wärmeenergie.

Die Einheit der Wärmeenergie ist das Joule (J).

(1 Kilojoule = 1 kJ = 1000 J).

Früher wurde die Einheit Kalorie (cal) verwendet (1 J = 0,239 cal). Heutzutage findet man auf Lebensmittelpackungen häufig noch die Einheit kcal.

Beispiel:

Um 1 g Wasser um 1 °C zu erwärmen, ist die Wärmeenergie von 4 J notwendig.

Verschiedene Stoffe erwärmen sich bei gleicher Wärmezufuhr unterschiedlich schnell (spezifische Wärmekapazität).

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Wärmeleitung

Wärmeströmung

Wärmelehre Wärmelehre

Durch die Erwärmung von Wasser oder Luft entsteht eine Strömung. Es findet ein Transport von warmen Teilchen statt.

Bei der Wärmeleitung breitet sich die Wärme (die Bewegung der Teilchen) durch direkten Kontakt aus, von Molekül zu Molekül.

nehmen Wärme rasch auf

nehmen Wärme langsam auf Beispiele:

Metalle, vor allem Silber,

Kupfer

Beispiele:

PorzellanHolz Kunststoff

Glas Anwendung:

BügeleisenOfen Kochgeschirr

Heizplatte

Anwendung:

Teetasse Essgeschirr

Ofentür Griffe vom Kochgeschirr

In einem Zimmer heizt ein Ofen die Luft auf.

Diese dehnt sich aus, wird leichter und steigt auf.

Wenn die warme Luft wieder abkühlt, sinkt sie zu Boden.

gute Wärmeleiter

schlechte Wärmeleiter

Heizung

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(14)

Anziehungskräfte zwischen Teilchen

Oberflächenspannung

T eilchenphysik T eilchenphysik

Es scheint, als hätte Wasser eine unsichtbare Haut. Das Zusammenhalten der Flüssig- keitsteilchen, die auch einen Tropfen bilden, nennt man Oberflächenspannung. Sie entsteht durch die Kohäsion.

Beispiele:

Seifenblasen Wasserläufer Wassertropfen

Zwischen gleichartigen Teilchen Zwischen verschiedenartigen Teilchen

wirkt die wirkt die

Bildung eines Wassertropfens

Bleistift am Papier Salzkristall

Kreide an der Tafel

Kohäsion Adhäsion

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(15)

Mit einer Stimmgabel kann man Schallwellen auf einer berußten Glasplatte sichtbar machen. Auch das Oszilloskop macht Töne sichtbar.

Arten von Schwingungen

Schwingungen sichtbar machen

Akustik Akustik

Ton regelmäßige Schwingung

Stimmgabel Beispiele:

Amplitude: Schwingungsweite

Je größer die Amplitude, umso lauter ist der Ton.

Die Einheit der Lautstärke ist Dezibel (dB).

Frequenz: Schwingungszahl

Je schneller ein Körper schwingt, umso höher ist der Ton.

Die Einheit der Frequenz ist Hertz (Hz). Geräusch unregelmäßige Schwingungen

Motor

Knall heftiges, kurzes

Geräusch

platzender Luftballon

lauter Ton

tiefer Ton

leiser Ton

hoher Ton