7. Klasse: Natur und Technik (Physik)

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Grundwissen Physik
Jahrgangsstufe 7
Lichtstrahlen und Bildentstehung Licht breitet sich geradlinig aus, so­
lange es nicht daran gehindert wird. Die geradlinige Lichtausbreitung wird
in Zeichnungen durch „Strahlen“, wie sie aus der Geometrie bekannt sind,
modellhaft dargestellt. ↑1 Durch Strahlenkonstruktion lässt sich die Bild­
entstehung bei Spiegeln und Sammellinsen erklären.
Lichtbündel
Lichtstrahl
1 Geradlinige Lichtausbreitung im
Modell
Spiegel reflektieren Licht. Der Einfallswinkel α ist stets so groß wie der
Reflexionswinkel β: α = β. ↑2 Einfallender Lichtstrahl, Einfallslot und
reflektierter Lichtstrahl liegen in ein und derselben Ebene.
Das Spiegelbild eines Gegenstands sieht man genauso weit hinter dem
(ebenen) Spiegel, wie der Gegenstand selbst davorsteht. ↑3 Das Spiegel­
bild ist ein Scheinbild (virtuelles Bild): Das Licht scheint von einem (nicht
vorhandenen) Gegenstand hinter dem Spiegel zu kommen.
einfallender
Strahl
Lot
α
reflektierter
Strahl
Spiegel
β
Spiegel
Einfallswinkel
Reflexionswinkel
2 Reflexionsgesetz
Luft
Wenn Licht schräg durch eine Grenzfläche zwischen Luft und Glas (Luft
und Wasser, Wasser und Glas …) hindurchtritt, erfährt es eine Richtungs­
änderung. ↑4 Diese Erscheinung nennt man Brechung. Nur bei senkrech­
tem Einfall wird das Licht nicht abgelenkt.
Bei Sammellinsen sorgt die Brechung dafür, dass alle Lichtstrahlen, die
von einem Gegenstandspunkt ausgehen und durch die Linse treten, sich
nach der Linse auch in einem Bildpunkt wiedertreffen. ↑5 (Voraussetzung:
Der Abstand Gegenstand – Linse ist größer als die Brennweite.) Das Bild
des Gegenstands steht auf dem Kopf und ist seitenverkehrt.
Die Bildpunkte kann man mithilfe von ausgewählten Lichtstrahlen in
einem Modell geometrisch „konstruieren“. ↑6
α
Glas
β
4 Brechung
Der Lichtweg ist umkehrbar.
Gegenstand
3 Spiegelbild
Sammellinse
Bild
1
2
3
F1
F2
f
Gegenstandsebene
Brennebene
Mittelebene
f
Brennebene
Bildebene
5 Bildentstehung bei der Sammellinse: Jeder Gegenstands­
punkt wird auf einen Bildpunkt abgebildet.
9783464853184 Inhalt_S218 218
1 Vor der Linse: parallel zur optischen Achse
Nach der Linse: durch den Brennpunkt F1
2 Geradlinig durch die Linsenmitte
3 Vor der Linse: durch den Brennpunkt F2
Nach der Linse: parallel zur optischen Achse
6 Geometrische Bildkonstruktion: Der Bildpunkt ergibt
sich als Schnittpunkt der gebrochenen Lichtstrahlen.
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Jahrgangsstufe 7
Atommodell und elektrischer Strom Elektrisch geladene Teilchen sind
Bestandteile aller Körper. ↑7 Beim engen Kontakt (z. B. durch Reiben) zweier Körper können Elektronen von einem Körper auf den anderen übergehen. Die Ladungen werden
also nicht erzeugt, sondern nur getrennt. ↑8 ↑9 Wenn elektrische Ladung transportiert wird, spricht man von elektrischem
Strom. ↑10 Atom
Papier
8 Enger Kontakt
Atomhülle
Atomkern
Elektron
7 Kern-Hülle-Modell des Atoms
zum Pluspol der
elektrischen Energiequelle
Elektron
Kunststoff
9 Ladungstrennung
Stromstärke, Spannung, Widerstand Die elektrische Stromstärke gibt
an, wie groß ein elektrischer Strom ist. Die Stromstärke I an einer beliebigen Stelle eines Drahts ist gleich dem Quotienten aus der Ladung Q, die
in einer bestimmten Zeitspanne Δt durch den Drahtquerschnitt an der Stelle hindurchströmt, und dieser Zeitspanne: Q
I = __
​    ​ .
Δt
Die Stromstärke beträgt 1 Ampere (1 A), wenn in einer Sekunde durch den
Querschnitt eine Ladung von 1 Coulomb (1 C) hindurchtritt. Im Modell
können wir die unterschiedlich großen Ladungen, die bei verschiedenen
Stromstärken in gleicher Zeit durch einen Drahtquerschnitt strömen, mithilfe der Elektronen darstellen. ↑11
Stromstärkemessung: Man baut Strommessgeräte in den Stromkreis
ein. Die Stromstärke ist im ganzen Stromkreis gleich groß. ↑12 10 Elektrischer Strom im Metall
Viele Elektronen strömen in 1 s
durch den Drahtquerschnitt.
Draht
Wenige Elektronen strömen in 1 s
durch den Drahtquerschnitt.
11 Große und kleine Stromstärke
Die elektrische Spannung ist ein Maß für die „Stärke“ der elektrischen
Energiequelle, Ladung „anzutreiben“. Je größer die elektrische Spannung
zwischen den Polen einer (regelbaren) elektrischen Energiequelle ist, desto größer ist die Stromstärke, die sich in ein und demselben Stromkreis
einstellt. ↑13
I1
I1 = I2
I2
12 Gleich große Stromstärken
Der Widerstand eines elektrischen Bauteils in einem Stromkreis gibt an,
wie sehr der Ladungstransport durch das Bauteil „behindert“ wird. Je größer der Widerstand ist, desto kleiner ist die Stromstärke, die sich bei ein
und derselben Spannung der Energiequelle einstellt.
Der elektrische Widerstand R eines Bauteils ist gleich dem Quotienten aus
der Spannung U, die am Bauteil anliegt, und der Stromstärke I: R = __
​ U ​ .
I
Die Spannung einer elektrischen Energiequelle beträgt 1 Volt (1 V), wenn
sich bei einem angeschlossenen Bauteil, das einen Widerstand von 1 Ohm
(1 Ω) hat, eine Stromstärke von 1 Ampere (1 A) einstellt.
U1
R
I1
2 U1
R
2 I1
13 Größere Spannung → größere
Stromstärke
9783464853184 Inhalt_S219 219
25.08.2008 12:17:59 Uhr
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Grundwissen Physik
1. Sek.
2. Sek.
3. Sek.
12,5 m
12,5 m
12,5 m
1 Konstante Geschwindigkeit
1. 2.
3.
4 5m 7m
4.
5. Sek.
10 m
11,5 m
2 Veränderliche Geschwindigkeit: Be­
schleunigung
Angriffspunkt
Richtung
Betrag F
→
3 Darstellung der Kraft F
4 Trägheit
m = 102 g
m
a = 9,81 2
s
F = 1,00 N
5 Krafteinheit 1 Newton (1 N)
20 N
20 N
6 Wechselwirkungsgesetz
Erde
Mond
7 Gravitationskräfte
Geschwindigkeit und Beschleunigung Die Geschwindigkeit v gibt an,
wie schnell sich ein Körper während einer Zeitspanne Δt durchschnittlich
bewegt: ↑1
zurückgelegte Strecke
Δs .
Geschwindigkeit = __________________ ; v = ___
Δt
benötigte Zeit
m
Die Einheit der Geschwindigkeit ist 1 __
s . Es gilt:
m = 3,6 ___
m.
km = ___
1 __
km und umgekehrt 1 ___
1 __
h
h
s
3,6 s
Tachometer messen die Momentangeschwindigkeit (Δt sehr klein).
Die Beschleunigung a gibt an, wie schnell sich die Geschwindigkeit eines
Körpers ändert: ↑2
Geschwindigkeitsänderung
Δv.
Beschleunigung = ______________________; a = ___
Δt
benötigte Zeit
m
.
Die Einheit der Beschleunigung ist 1__
2
s
Kräfte Als Kräfte bezeichnet man in der Physik die Ursache dafür, dass
ein Körper schneller oder langsamer wird, seine Bewegungsrichtung än­
dert oder dass er verformt wird. Kräfte unterscheiden sich in Angriffs­
punkt, Betrag (Größe) und Richtung. ↑3
Trägheitssatz: Jeder Körper bleibt im Zustand der Ruhe oder der gerad­
linigen Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit, solange er nicht durch
Kräfte von außen gezwungen wird, den Zustand zu ändern. ↑4
Die Masse gibt an, wie träge ein Körper ist. Ein Körper mit größerer Mas­
se (z. B. ein Lkw) lässt sich schwerer beschleunigen oder abbremsen als
einer mit kleinerer Masse (z. B. ein Pkw).
„Kraft = Masse · Beschleunigung“: Die Kraft F, die einen Körper be­
schleunigt, ist gleich dem Produkt aus der Masse m des Körpers und seiner
Beschleunigung a: F = m · a.
Eine Kraft von 1 N bewirkt bei einem Körper der Masse 1 kg eine
m
m
Beschleunigung von 1 __
: 1 N = 1 kg __
. ↑5
s2
s2
Wechselwirkungsgesetz: Körper üben immer nur wechselseitig Kräfte auf­
einander aus. Die beiden Kräfte, die zwei Körper wechselseitig auf­
einander ausüben, sind gleich groß und entgegengesetzt gerichtet. ↑6 Sie
greifen stets an zwei verschiedenen Körpern an.
Alle Körper ziehen sich aufgrund ihrer Masse gegenseitig an. ↑7 Aller­
dings wird die Gravitationskraft erst bei großen Massen (z. B. von Planeten
oder der Sonne) deutlich feststellbar.
Elektrisch geladene Körper ziehen sich gegenseitig an oder stoßen
einander ab – je nachdem, ob sie gleichnamig oder ungleichnamig geladen
sind. ↑8 Je größer die Ladungen der Körper sind, desto größer ist die elek­
trische Kraft. Gravitationskraft und elektrische Kraft nehmen mit zuneh­
mendem Abstand zwischen den Körpern ab.
Rechnen mit Messwerten Keine Messung ist hundertprozentig genau.
Daher gibt man bei Messwerten nur die Ziffern an, bei denen man davon
ausgeht, dass sie genau sind, sowie die erste ungenaue Ziffer. Beispiel: Der
Messwert 3,46 km hat drei „geltende“ Ziffern, die tatsächliche Länge kann
also auch 3,455 km oder 3,464 km betragen.
Beim Rechnen mit Messwerten wird das Ergebnis auf die kleinste Anzahl
geltender Ziffern gerundet, die man bei den verwendeten Messwerten findet.
8 Elektrische Kräfte
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