Grundwissen: Natur und Technik (7. Jgst.)

Elektrizitätslehre

A) Lehrplan:

Die Schüler entwickeln eine Modellvorstellung vom elektrischen Stromkreis und lernen ein einfaches Atommodell kennen. Sie können mit den Wirkungen des elektrischen Stroms einfache technische Anwendungen erklären sowie die Gefahren beim Umgang mit Elektrizität besser einschätzen. Dabei wird ihnen auch die Verbindung zur Chemie deutlich. Außerdem erfahren sie, dass in der Technik physikalische Größen und entsprechende Messverfahren benötigt werden.

• elektrischer Stromkreis
  • Bestandteile eines Stromkreises, Schaltsymbole
  • Strom als Bewegung von Ladungen, einfaches Atommodell (Kern, Hülle mit Elektronen, Ion)
  • Überblick über die Wirkungen des elektrischen Stroms
  • Einblick in die Zusammenhänge von elektrischem Strom und chemischen Vorgängen (z. B. Elektrolyse, Batterie)
  • einfache Stromkreise in Technik und Haushalt, Gleich- und Wechselstrom
• Magnetismus
  • Grundlagen, die Erde als Magnet
  • Elektromagnet
• Größen zur Beschreibung des elektrischen Stromkreises
  • Stromstärke, Spannung, Widerstand (ohne Ohm'sches Gesetz); Messung elektr. Größen
  • Gefahren beim Umgang mit Elektrizität, elektrischer Widerstand des menschlichen Körpers

B) Grundwissen:

• I) Einfache Schaltskizzen interpretieren und zugehörige Schaltungen aufbauen können
• II) Das vereinfachte Atommodell kennen
• III) Gleich – und Wechselstrom als Ladungstransport erklären können
• IV) Das Magnetfeld von Stab- und Hufeisenmagnet kennen und das Modell „Elementarmagnete“ auf einfache Problemstellungen anwenden können
• V) Die Wirkungsweise von Glühlampe, Elektromagnet , Klingel , Sicherung und Batterie kennen
• VI) Die Funktionsweise eines Vielfachmessinstruments kennen , dieses ablesen und zur Messung in Reihen- und Parallelschaltung einsetzen können
• VII) Die Begriffe Strom, Spannung und Widerstand trennen und einfache Kennlinien-Diagramme interpretieren können
• VIII) Kenntnis der Gefahren des elektrischen Stroms und Grundkenntnisse über das Stromnetz im Haushalt (z. B. Schukosystem)

Optik

Lichtquellen und Lichtausbreitung

• Verschiedene Lichtquellen werden nach ihrem Funktionsprinzip unterschieden.
• Die Schüler lernen das Strahlenmodell für Licht kennen.
• Schattenbilder(Mondphasen, Mond- und Sonnenfinsternis) können gezeichnet werden.

Reflexion

• Das Reflexionsgesetz am ebenen Spiegel wird experimentell erarbeitet (SV). Lichtwege und Spiegelbilder können konstruiert werden.
• Einblick in die Anwendung gekrümmter Spiegel im Alltag (Scheinwerfer, Sonnenkollektoren)

Brechung

• Das Phänomen der Brechung wird an anschaulichen Beispielen kennen gelernt (LD). Die Schüler nehmen Messtabellen auf, mit denen der Zusammenhang zwischen einfallendem Lichtstrahl und gebrochenem Lichtstrahl dargestellt wird (SV)
• Die Schüler können anhand von Wertetabellen den Lichtweg bei Brechung zeichnen.

Bildentstehung an Linsen

• Die Schüler erfahren, wie Licht mit Hilfe von Sammellinsen gebündelt werden kann.
• Sie bestimmen die Brennweite einer Linse (SV) - Unterscheidung zwischen Sammel- und Zerstreuungslinsen.
• Bilder weit entfernter Gegenstände werden in der Brennebene aufgenommen (LD).
• Die Schüler erkennen, dass sich verschiedene Lichtstrahlen , die von einem Punkt ausgehen, in der Brennebene schneiden.
• Mit Hilfe der Konstruktionsstrahlen können einfache Bilder gezeichnet werden.
• Im Schülerexperiment wird der Zusammenhang zwischen „g“ und „b“ qualitativ untersucht (SV)
• Mit einem Simulationsprogramm werden die Erkenntnisse überprüft.

Optische Instrumente

• An Hand der Lupe erkennen die Schüler die Bedeutung des Sehwinkels und wenden diese Erkenntnis beim Bau eines Fernrohres an (SV).
• Die Schüler lernen die Fehlsichtigkeiten des menschlichen Auges kennen (LD) und verstehen die Funktionsweise der verschiedenen Brillen.

Farbenlehre

• Die Schüler erfahren, wie im Prisma weißes Licht in seine Spektralfarben zerlegt wird (LD) und erkennen den Bezug zum Alltag (Regenbogen). Anhand der Körperfarben erfahren die Schüler den Unterschied zwischen additiver und subtraktiver Farbmischung (SV/HV mit Farbfolien). Sie erfahren die Bedeutung im Alltag (Farbmischung am PC/TV und beim Buchdruck).

Kräfte und Wirkungen

• Verschiedene Kräfte
• Definition der Kraft (Richtung, Betrag, Angriffspunkt)
• Kräftegleichgewicht (Bezug zur Reibungskraft)
• Trägheitsgesetz
• Kraft und Bewegungsänderung (Bremsen, Beschleunigung )(F = m a)
• Bewegung von Körpern (geradlinig, Kreisbewegung, Schwingung)
• Geschwindigkeit Formel, Diagramm, Berechnungen )
• Umrechnung von km/h in m/s und umgekehrt
• Gewichtskraft und Masse G = m g
• G als Ortsfaktor oder Erdbeschleunigung einführen
• Dichte, Volumen (Berechnungen auch mit Formel)
• Kräfteaddition
• Kräftezerlegung (schiefe Ebene)
• Kraft und Verformung (Gesetz von Hooke)