Kräfte ordnen, messen und einschätzen

a)	Beschreibe den Aufbau eines Federkraftmessers. Mehr anzeigen »
b)	Lies die Kräfte auf den Federkraftmessern ab. Beachte die jeweilige Skaleneinteilung – jeder Federkraftmesser hat genau zehn Farbringe. Welchen dieser Federkraftmesser würdest du zum Messen von Kräften zwischen 0,3 N und 0,6 N auswählen? Begründe.
c)	Ordne die folgenden Kräfte der Größe nach. Beginne mit der kleinsten Kraft. 3,2 kN; 6,4 kN; 0,66 kN; 650 N; 32000 N; 320 k
d)	Ergänze die Tabelle. Wähle dazu aus den angegebenen Werten jeweils einen aus.   Gewichtskraft von einem Liter Wasser   Zugkraft eines Pkw   Hubkraft eines Gewichtheber   Zugkraft einer Lokomotive   Gewichtskraft einer Tafel Schokolade     Kräfte zur Auswahl: 200 kN; 1 N; 10 N; 5 kN; 1000 N; 2,5 kN

Kräfte ordnen, messen und einschätzen

Didaktisch - methodische Hinweise

Diese Aufgabe dient der Überprüfung folgender Kompetenzen:

Die Schülerinnen und Schüler können

• den Aufbau einfacher Geräte beschreiben,
• einen geeigneten Federkraftmesser auswählen und anwenden,

die Größe von Kräfte im Alltag angeben.

Hinweise zum Erwartungshorizont

	a)	Beschreibung in vollständigen Sätzen. Dabei eingehen auf Feder, Gehäuse und Nullpunktein-stellung
	b)	F1 = 1 N; F2 = 6 N; F3 = 0,4 N; F4 = 4 N Entscheidung für Federkraftmesser 3, Begründung mit der Ablesegenauigkeit
	c)	650 N; 0,66 kN; 3,2 kN; 6,4 kN; 32000 N; 320 kN
	d)	Gewichtskraft von einem Liter Wasser 10 N Zugkraft eines Pkw 2,5 kN Hubkraft eines Gewichtheber 1000 N Zugkraft einer Lokomotive 200 kN Gewichtskraft einer Tafel Schokolade 1 N

Der Sandtransport

Ein LKW soll 12 Kubikmeter Sand auf eine Baustelle transportieren. Dieser LKW hat ein Fassungsvermögen von drei Kubikmeter und darf mit einer Nutzlast von 2280 Kilogramm beladen werden. Mehr anzeigen »

 

Ermittle, wie viel Mal dieser LKW fahren muss.

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Der Sandtransport

 

Didaktisch - methodische Hinweise

Diese Aufgabe dient der Überprüfung folgender Kompetenzen:

Die Schülerinnen und Schüler können

-          aus dem Tafelwerk die Dichte von Stoffen ermitteln,

die Masse aus Dichte und Volumen berechnen.

 

Hinweise zum Erwartungshorizont

Möglicher Lösungsweg:

	Ermittlung der Dichte von Sand aus Tafelwerk (1,58t/m3 ≤ ρSand ≤ 1,65t/m3) Damit dürfen keine drei Kubikmeter Sand bei einer Fahrt geladen werden.
	Ermittlung der Gesamtmasse: m = 18 720 kg (für die größere Dichte)
	Ermittlung der Anzahl der Fahrten: n = 8,2 , also 9

 

	L	M	S
F
E
K
B

Tragfähigkeit von Schiffen

In einem Modellversuch soll die Tragfähigkeit von Schiffen getestet werden. Dazu wird ein würfelförmiges „Boot“ in einen quadratischen „See“ gesetzt und schrittweise mit Massestücken beladen. Das Boot hat eine Kantenlange von a = 5 cm und eine Masse von mBoot = 25 g. Der See hat eine Ausdehnung von 10 cm. Mehr anzeigen » Bei diesem Experiment wurden folgende Messwerte aufgenommen: Masse mL der „Ladung" in g 0 5 10 20 30 50 Eintauchtiefe hT in mm 10 12 15 18 21 31

Tragfähigkeit von Schiffen

Didaktisch - methodische Hinweise

Diese Aufgabe dient der Entwicklung folgender Kompetenzen: Schlussfolgerung:

Die Schülerinnen und Schüler können

- selbstständig Experimente zum Schwimmen und Sinken von Körpern auswerten,

- Diagramme auswerten,

aus dem stabilen Zustand Schwimmen Aussagen über die wirkenden Kräfte ableiten.

Hinweise zum Erwartungshorizont

	a)	Diagramm, Zusammenhang mit „Je…desto“.
	b)	hT (15 g) ≈ 16 mm; mmax < 100 g
	c)	Begründung, z. B.: Die Eintauchtiefen werden ge-ringer, weil die Dichte des Wassers und damit die Austriebskraft größer wird.
		Schlussfolgerung, z. B.: Bei der Beladung von Schiffen ist der Salzgehalt des Fahrwassers zu beachten
	d)	Möglicher Lösungsweg: Es müssen zusätzlich 50 g, also 50 cm3 Wasser verdrängt werden. Daraus ergibt sich bei einer Grundfläche von 100 cm3 ein Anstieg von 0,5 cm.

Fassadenarbeiten 

• Er hat mal schnell und mal langsam gezogen.
• Er hat die Reibung der Rolle nicht berücksichtigt.
• Er hat ungenau gemessen.
• Er hat die Massen der Rolle und des Seils nicht berücksichtigt.

Fassadenarbeiten 

Didaktisch - methodische Hinweise

Diese Aufgabe dient der Entwicklung folgender Kompetenzen:

Die Schülerinnen und Schüler können

• alternative technische Lösungen nach vorgegebenen Kriterien miteinander vergleichen und bewerten,
• die Hubarbeit berechnen,

Ursachen für Messabweichungen erkennen.

Hinweise zum Erwartungshorizont

	a)	Vorteil von A gegenüber B Nachteil von A gegenüber B z. B.: Es ist weniger Kraft zum Hochziehen notwendig. z  B.: Man benötigt nur eine Rolle und ein kürzeres Seil. Entscheidung mit sinnvoller Begründung, z. B.: Wenn oft etwas hochgezogen werden muss, dann ist Lösung A vorteilhaft. Der Bauerarbeiter ermüdet dann nicht so schnell.
	b)	W = m . g . h = 2 KJ
	c)	richtige Lösungen:  Er hat die Reibung nicht berücksichtigt.  Er hat die Massen der Rolle und des Seils nicht berücksichtigt

Wasserräder im Vergleich

Menschen nutzen seit vielen Jahrhunderten die Wasserkraft als Antrieb. Dabei schlug das Wasser entweder von unten (Bild 1) oder von oben (Bild 2) auf das Wasserrad. Mehr anzeigen »
a)      Recherchiere, was mit diesen Wasserrädern angetrieben wurde. b)      Beschreibe für  beide Wasserräder die Energieumwandlungen. c)      Vergleiche beide Wasserräder hinsichtlich          - des Wirkungsgrades,          - der zur Errichtung notwendigen Aufwendungen und             - ihres Verhaltens bei Belastung.

Wasserräder im Vergleich

Didaktisch - methodische Hinweise

Diese Aufgabe dient der Entwicklung folgender Kompetenzen:

Die Schülerinnen und Schüler können

• unter Anleitung Recherchen zu technischen Anwendungen durchführen,
• Bewegungsvorgänge in Natur und Technik energetisch beschreiben,
• Energiebilanzen aufstellen und Wirkungsgrade berechnen,
• alternative technische Lösungen nach vorgegebenen Kriterien vergleichen.

Hinweise zum Erwartungshorizont

	a)	Wasserräder trieben z. B. an: Mühlen, Sägen, Hämmer, Walkanlagen, Pumpen
	b)	unterschlächtiges Wasserrad: Ein Teil der kinetische Energie des Wassers wird in kinetische Energie des Rades umgewandelt. oberschlächtiges Wasserrad: Die potentielle Energie und ein Teil der kinetische Energie des Wassers wird in kinetische Energie des Rades umgewandelt.
	c)	Vergleich, z. B.:   unterschlächtiges Wasserrad oberschlächtiges Wasserrad Wirkungsgrad h » 0,22 h » 0,70 Aufwand niedrig hoch (Wehr, Zuführung) Verhalten Erhöhung der Antriebkraft bleibt stehen

Speicherung mechanischer Energie

Mechanische Energie kann zum Beispiel in Federn, Schwungrädern oder gehobenen Gewichten gespeichert werden, um dann als Antrieb zu dienen. Mehr anzeigen » a) Beschreibe dazu je ein Beispiel aus den Bereichen Uhren, Spielzeug und Sportgeräte. b) Im Mittelalter wurde der Bratspieß mithilfe eines Steingewichtes angetrieben. Beschreibe, wie diese Anlage funktioniert. Baue und erprobe ein Funktionsmodell dieser Anlage.

Speicherung mechanischer Energie

Didaktisch-methodische Hinweise

Diese Aufgabe dient der Entwicklung folgender Kompetenzen:

Die Schülerinnen und Schüler können

• Bewegungsvorgänge in Natur und Technik energetisch beschreiben,
• selbstständig Experimente nach detaillierter schriftlicher Anleitung durchführen und auswerten.

Hinweise zum Erwartungshorizont

	a) Beispiele beschreiben
	b) Beschreibung der Funktionsweise
	Bau und Erprobung des Funktionsmodells bei Beachtung einer kleinen, konstanten Drehzahl am Spieß

Die Pfahlramme

Pfähle werden zur Befestigung des Ufers bei Kanälen, oder des Untergrundes von Häusern in den Boden gerammt. Dazu benutzt man früher, aber auch noch heute Pfahlrammen. Mehr anzeigen » Rechts ist eine Pfahlramme aus dem 16. Jahrhundert abgebildet.
a)	Beschreibe die Vorgänge bei dieser Ramme.
b)	Um die Wirkung der Ramme zu verbessern, überlegen die Konstrukteure, was besser ist: das Fallgewicht (den Rammbär) doppelt so groß zu machen oder die Ramme doppelt so hoch zu bauen. Untersuche diese Frage.
c)	Schau dir das Bild genau an. Entwickle einen Vorschlag, wie die Arbeiter sich ihre Arbeit erleichtern könnten.

Der Rammbär

Didaktisch-methodische Hinweise

Diese Aufgabe dient der Entwicklung folgender Kompetenzen:

Die Schülerinnen und Schüler können

• Bewegungsvorgänge in Natur und Technik energetisch beschreiben,
• potentielle und kinetische Energien berechnen,

die Anwendung kraftumformender Einrichtungen beschreiben 

Hinweise zum Erwartungshorizont

	a)	Beschreibung unter Verwendung der Begriffe Hubarbeit, potentielle Energie, kinetische Energie und Verformungsarbeit
	b)	Untersuchung, z. B. mit der Gleichung für die Hubarbeit und dem Energieerhaltungssatz
	c)	Vorschlag, z. B. Benutzung eines Flaschenzuges

Untersuchung kraftumformender Einrichtungen

Im Alltag werden verschiedene kraftumformende Einrichtungen eingesetzt. Für alle diese Einrichtungen gilt die „Goldene Regel der Mechanik". Mehr anzeigen »
a)	Formuliere diese Regel.
b)	Erläutere, was du unter dem Wirkungsgrad einer kraftumformenden Einrichtung verstehst.
c)	Bestimme experimentell den Wirkungsgrad einer der folgenden kraftumformenden Einrichtungen für eine bestimmte Last: geneigte Ebene lose Rolle Flaschenzug Wiederhole dein Experiment für eine größere Last. Vergleiche die Ergebnisse beider Experimente miteinander und ziehe eine Schlussfolgerung.

Untersuchung kraftumformender Einrichtungen

Didaktisch - methodische Hinweise

Diese Aufgabe dient der Entwicklung folgender Kompetenzen:

Die Schülerinnen und Schüler können

• die „Goldene Regel der Mechanik" formulieren,
• den Wirkungsgrad auf kraftumformende Einrichtungen anwenden,

selbstständig Experimente nach detaillierte schriftlicher Anleitung zur Überprüfung der Goldenen Regel der Mechanik durchführen und auswerten

Hinweise zum Erwartungshorizont

	a)	Goldene Regel der Mechanik
	b)	Erläuterung, z. B. das Verhältnis von theoretisch und real aufzuwendender Kraft (Arbeit)
	c)	Planung, Aufbau der Einrichtung, Aufnahme der Messwerte und Berechnung des Wirkungsgrades Schlussfolgerung, z. B.: Bei der geneigte Ebene ist der Wirkungsgrad konstant. Bei der losen Rolle und beim Flaschenzug vergrößert sich der Wirkungsgrad mit der Last.

Hochsprung und Stabhochsprung

Sowohl beim Hochsprung als auch beim Stabhochsprung wurde der Weltrekord der Männer in den letzten 15 Jahren nicht verbessert: Hochsprung: 2,45 m erzielt 1993 von Javier Sotomayor Stabhochsprung: 6,14 m erzielt 1994 von Sergej Bubka Mehr anzeigen »
Das spricht dafür, dass die physikalisch mögliche Höhe erreicht wurde.
a)	Beschreibe die bei beiden Sprüngen auftretenden Energieumwandlungen.
b)	Berechne die aus physikalischer Sicht größte erreichbare Höhe und vergleiche diese mit den Weltrekorden. Erkläre das Ergebnis deines Vergleiches.

Hochsprung und Stabhochsprung

Didaktisch - methodische Hinweise

Diese Aufgabe dient der Entwicklung folgender Kompetenzen:

Die Schülerinnen und Schüler können

• Bewegungsvorgänge in Natur und Technik energetisch beschreiben,
• potentielle und kinetische Energien berechnen,
• Vorteile und Probleme von Idealisierungen und Vereinfachungen bei energetischen Betrachtungen aufzeigen.

Hinweise zum Erwartungshorizont

	a)	Beschreibung beider Sprünge als Umwandlung von kinetischer in potentielle Energie.
	b)	Aus m/2v2 = mgh folgt mit v=10m/s eine Sprunghöhe von h ≈ 5,2 m
		Vergleich und Erklärung, z. B.:
		Hochsprung:	Nur ein Teil der kinetischen Energie kann genutzt werden, deshalb ist die er-reichte Sprunghöhe wesentlich kleiner als die berechnete.
		Stabhochsprung:	Die erreichte Sprunghöhe liegt über der berechneten, da sich die Sprunghöhe auf den Massenmittelpunkt des Springers (ungefähr Bauchnabel) bezieht. Der Stab dient als Zwischenspeicher der Energie. Deshalb kann die kinetische Energie viel besser genutzt werden.

Gefahrenquelle - gespeicherte Energie

Versandhäuser, aber auch viele Produktionsbetriebe lagern Matetrialien oder Waren in Hochregallagern. Mehr anzeigen »
a)	Nenne Vor- und Nachteile dieser Lagerhaltung.
b)	Beschreibe Gefahren, die bei dieser Lagerhaltung auftreten können und erläutere, wie diese vermieden werden könnten.
c)	Stelle in einer Übersicht Geräte, die gespeicherte mechanische Energie nutzen, und damit verbundene mögliche Gefahren zusammen.

Gefahrenquelle - gespeicherte Energie

Didaktisch - methodische Hinweise

Diese Aufgabe dient der Entwicklung folgender Kompetenzen:

Die Schülerinnen und Schüler können

• alternative technische Lösungen nach vorgegebenen Kriterien bewerten,
• Schutz- und Sicherheitsmaßnahmen im Alltag unter Nutzung physikalischen Wissens bewerten,

Hinweise zum Erwartungshorizont

	a)	Vorteile, z. B.: geringer Platzbedarf, schnelle Zugriffszeit Nachteile, z. B.: Spezialtechnik und -arbeitskräfte, Errichtung teuer
	b)	Gefahren (Gefahrenabwehr), z. B.: Herunterstürzen der Ware (sichere Positionierung), Einsturz des Regals (Beachtung der Belastungsgrenze und der Standsicherheit)
	c)	Übersicht, z. B.: Gerät Gefahr Uhr mit Gewichtsantrieb (Turmuhr) Herabfallen der Gewichte Motor mit Schwungrad Lösen aus der Lagerung gespannter Bogen Zerreißen der Sehne

Salzsieden

Im Mittelalter wurde Salz u. a. auf folgende Weise gewonnen: Eine Salzlösung wurde aus der Tiefe an die Erdoberfläche gepumpt. Mehr anzeigen » Danach wurde diese Lösung solange gesiedet, bis das gesamte Wasser verdampft war. Zur Erzeugung der notwendigen Wärme benutzte man in der Regel die Wälder der Umgebung als Brennholz.   Ermittle, wie viel Kilogramm Holz verbrannt werden mussten, um ein Kilogramm Salz zu gewinnen.   Hinweise Du kannst von folgenden Annahmen ausgehen: In einem Liter Wasser sind ca. 100 Gramm Salz gelöst. Beim Verbrennen von einem Kilogramm Holz wird eine Energie von 15 MJ frei.

Salzsieden

Didaktisch - methodische Hinweise

Diese Aufgabe dient der Überprüfung folgender Kompetenzen: Die Schülerinnen und Schüler können

- die von einem Stoff aufgenommene bzw. abgegebene Wärme berechnen.

Hinweise zum Erwartungshorizont

Mögliche Schrittfolge: Es müssen 10 Liter Wasser verdampft werden, um ein Kilogramm Salz zu gewinnen. Dazu ist das Wasser von 10 °C auf 100 °C zu erhitzen und anschließend zu verdampfen. QErhitzen = m · c · Δθ  = 3780 kJ und QVerdampfen = qv · m  = 22 560 kJ (Beide Temperaturen sind Schätzwerte: Die Anfangstemperatur der Sole hängt von der geologischen Situation ab. Die Siedetemperatur der Sole liegt bei maximaler Salzkonzentration ca. bei 105 °C) Es wird also insgesamt eine Wärmemenge von Q » 27 MJ benötigt. Damit braucht man bei einem Wirkungsgrad von 20 % eine Holzmenge von ca. 9 kg. Die Annahmen sollten mit den Schülerinnen und Schülern auch hinsichtlich des Endergebnisses diskutiert werden.

Untersuchungen von Materialien zur Wärmedämmung 

Um zu untersuchen, unter welchen Bedingungen die Wärmeleitung besonders gut vermindert wird, wird folgendes Experiment durchgeführt:   In ein Gefäß wird eine Trennwand eingebracht. Dann werden die eine Hälfte mit heißen und die andere Hälfte mit kalten Metallkugeln gefüllt.  Mehr anzeigen » Anschließend wird die Zeit gemessen, die vergeht bis sich in beiden Beckenhälften annähernd die gleiche Temperatur eingestellt hat.   Die Ergebnisse sind in folgender Tabelle festgehalten:

Trennwand Material Holz Holz Holz Kork Kork Kork Dicke 1 cm 2 cm 1 cm 1 cm 2 cm 1 cm Fläche 10 cm2 10 cm2 5 cm2 10 cm2 10 cm2 5 cm2 Zeit zum Temperaturausgleich 3,5 min 7 min 7 min 14 min 28 min 28 min Formuliere aus dieser Tabelle drei Schlussfolgerungen hinsichtlich der Wärmedämmung.

Untersuchungen von Materialien zur Wärmedämmung

Didaktisch - methodische Hinweise

Diese Aufgabe dient der Überprüfung folgender Kompetenzen:

Die Schülerinnen und Schüler können

• selbstständig Experimente auswerten,

Texte (Tabellen) aus unterschiedlichen Quellen erschließen.

Hinweise zum Erwartungshorizont

Schlussfolgerungen, z. B.: Kork dämmt die Wärme besser als Holz. Je dicker die Dämmschicht, umso besser ist die Dämmung. Je kleiner die zu dämmende Fläche, umso besser ist die Dämmung.

Die Flasche Mineralwasser

Jaqueline hat eine Flasche Mineralwasser aus dem Kühlschrank genommen. Als sie sich eine Minute später ein Glas eingießen will, hat sie etwas Interessantes entdeckt. Sie hat alles noch einmal wiederholt und fotografiert. Mehr anzeigen »

 

a) Beschreibe deine Beobachtung.

b) Erkläre, wie diese Erscheinung entsteht. 

 

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Überschrift

 

Didaktisch - methodische Hinweise

Diese Aufgabe dient der Überprüfung folgender Kompetenzen:

Die Schülerinnen und Schüler können

• Ergebnisse von Beobachtungen darstellen,

Aggregatszustandsänderungen (Wetterphänomene) erklären.

 

Hinweise zum Erwartungshorizont

 

	a)	Beschreibung der Beobachtung, z. B.: Nach kurzer Zeit hat sich auf der Außenseite der Flasche ein Niederschlag gebildet.
	b)	Begründung, z. B.: Durch die kalte Wasser kühlt sich auch die Luft an der Flaschenoberfläche ab. Dadurch steigt dort die relative Luftfeuchtigkeit über 100 %. Ein Teil des Wassers kondensiert und setzt sich auf der Oberfläche ab.

 

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Eine Kerze als Wärmequelle 

Wenn in gemütlicher Runde Tee getrunken wird, dann wird oft unter die Kanne ein angezündetes Teelicht gestellt, damit der Tee heiß bleibt.  Mehr anzeigen »   a)      Ermittle experimentell den Heizwert von Kerzenwachs. b)      Beschreibe mögliche Ursachen für Messabweichungen.   Hinweise: Unter dem Heizwert H versteht man das Verhältnis von abgegebener Wärme pro Kilogramm Brennstoff. Benutze folgende Gleichung: H = Q/Δm mit Q = mWasser · cWasser · Δθ. Dabei bedeutet Δm die Differenz der Kerzenmasse vor und nach dem Brennen. Vergleiche den von dir ermittelten Wert mit den Heizwerten anderer Brennstoffe

Überschrift

Didaktisch - methodische Hinweise

Diese Aufgabe dient der Überprüfung folgender Kompetenzen:

Die Schülerinnen und Schüler können

• die von einem Stoff aufgenommene bzw. abgegebene Wärme berechnen,
• die Massen von Körpern messen,
• die Temperaturveränderungen von Körpern messen.

Hinweise zum Erwartungshorizont

	a)	Planung und Durchführung des Experiments zur Ermittlung der Größen Δθ, Δm und  mWasser. Berechnung von H.  (Orientierungswert: H≈27 MJ/kg )
	b)	Mögliche Ursache für die Ermittlung eines zu kleinen Wertes: Wärmeabgabe an die Umgebung der Kerze und des Becherglases Erwärmung des Becherglases

Nebel

Im Herbst tritt manchmal so starker Nebel auf. dass man kaum noch erkennen kann, wo die Straße verläuft.

a) Erkläre die Entstehung von Nebel insbesondere in der Nähe von Gewässern. Mehr anzeigen »

b) Beschreibe, wie du dich bei Nebel im Straßenverkehr verhalten würdest. Begründe dein Verhalten auch physikalisch. 

 

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Nebel im Herbst

 

Didaktisch - methodische Hinweise

Diese Aufgabe dient der Entwicklung folgender Kompetenzen:

Die Schülerinnen und Schüler können

• Wetterphänomene physikalisch erklären,
• Sicherheitsmaßnahmen im Alltag unter Nutzung physikalischen Wissens bewerten.

 

Hinweise zum Erwartungshorizont

 

	a)	Erklärung: folgerichtige Darstellung der physikalischen Veränderungen (Ursache-Wirkungs-Beziehungen) unter Benutzung der Fachbegriffe
	b)	Beschreibung eines möglichen Verhaltens  und Begründung, z. B.: helle Kleidung, besondere Aufmerksamkeit, gut ausgeleuchtete Überwege benutzen, größere Abstände beachten, langsamer fahren (Fahrrad)

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Raureif - eine winterliche Pracht

Nach kalten Winternächten kann man manchmal an Sträuchern und Bäumen, Verkehrsschildern und Strommasten eine wunderschöne weiße Pracht beobachten - Raureif. Mehr anzeigen »
a)	Beschreibe mithilfe des Bildes das Aussehen von Raureif genau. Vergleiche dieses Erscheinungsbild mit Eis.
b)	Erkläre das Entstehen von Raureif und Eis.
c)	Nenne weitere Naturerscheinungen, die auf ähnliche Weise, wie Raureif entstehen.

Raureif - eine winterliche Pracht

Didaktisch - methodische Hinweise

Diese Aufgabe dient der Entwicklung folgender Kompetenzen:

Die Schülerinnen und Schüler können

• ihre Beobachtungen beschreiben,
• Wetterphänomene physikalisch erklären,
• natürliche Phänomene aus ihrer Erfahrungswelt benennen.

Hinweise zum Erwartungshorizont

	a)	Beschreibung des Phänomens unter Einbeziehung der charakteristischen Merkmale der Form und der Farbe (weiß bzw. durchsichtig)
	b)	Erklärungen unter Einbeziehung der verschiedenen Übergänge (flüssig – fest bzw. gasförmig – fest)
	c)	Eisblumen, Schneekristalle, Bildung von Kristallstrukturen in Lösungen (Chemie)

Trockeneis

Bei Bühnenshows wird manchmal Nebel mithilfe von Trockeneis erzeugt. Trockeneis wird auf folgende Weise hergestellt: Kohlenstoffdioxid wird unter großem Druck verflüssigt (1).  Mehr anzeigen » Wird jetzt der Druck plötzlich verringert, dann verdampft ein Teil der Flüssigkeit (2). Die dazu notwendige Wärme wird dem Rest entzogen. Er gefriert (3). Bei einer Temperatur über -78,5 °C geht das Trockeneis sofort vom festen in den gasförmigen Zustand über (4). Dadurch kühlt sich die Luft der unmittelbaren Umgebung so sehr ab, dass sich ein dichter Nebel bildet (5). Ergänze die fehlenden Begriffe im folgenden Schema und ordne Ziffern der beschriebenen Vorgänge in die Kreise ein.

Trockeneis

Didaktisch - methodische Hinweise

Diese Aufgabe dient der Entwicklung folgender Kompetenzen:

Die Schülerinnen und Schüler können

• Aggregatszustandsänderungen benennen und Vorgängen zuordnen.

Hinweise zum Erwartungshorizont

	Schema ergänzen und Vorgänge einordnen

Elektrische Ladungen

Elektrisch geladene Kugeln sind an Fäden aufgehängt. Mehr anzeigen »

 

 

a)      Ergänze die fehlenden Ladungen.

b)      Übernimm die Skizzen 1 und 2. Zeichne jeweils die Feldlinien ein.

 

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Elektrische Ladungen

 

Didaktisch - methodische Hinweise

Diese Aufgabe dient der Überprüfung folgender Kompetenzen: Die Schülerinnen und Schüler können

• Beobachtungen auf die Wirkung elektrische Ladungen zurückzuführen,
• Bilder elektrische Felder zeichnen.

 

Hinweise zum Erwartungshorizont

 

	a)
	b)

	L	M	S
F
E
K
B

Kennlinien

In einem Experiment wurden die Kennlinien von zwei elektrischen Bauteilen aufgenommen. Mehr anzeigen »
a)	Interpretiere das Diagramm. Gib dazu an, um was für ein Diagramm es sich handelt und beschreibe den Zusammenhang der elektrischen Größen für beide Kennlinien.
b)	Berechne die elektrischen Widerstände der beiden Bauteile und vergleiche sie.
c)	Erkläre mithilfe des Diagramms, welchen Einfluss die Größe des elektrischen Widerstandes auf den Stromfluss hat.

Kennlinien

Didaktisch - methodische Hinweise

Diese Aufgabe dient der Überprüfung folgender Kompetenzen:

Die Schülerinnen und Schüler können

• den Zusammenhang zwischen Spannung und Stromstärke aus Messwerten beschreiben und interpretieren,
• Werte aus Diagrammen entnehmen und den elektrischen Widerstand berechnen,
• den Einfluss des elektrischen Widerstandes auf den Stromfluss erläutern.

Hinweise zum Erwartungshorizont

	a)	Interpretation, z. B.: Das Diagramm stellt den Zusammenhang zwischen dem fließenden elektrischen Strom und der angelegten Spannung dar. Es gilt für beide Bauteile I ~ U.
	b)	R1 = 200Ω(rot) und R2 = 400Ω(blau)
	c)	Erklärung, z. B.: Es ist ersichtlich, dass bei gleicher Spannung durch den kleineren Widerstand ein größerer Strom fließt.

Energie und Geld sparen

	Auf der Verpackung einer LED-Lampe steht: Mehr anzeigen »   Sockel E27 230 V / 3,5 W warm-weiß genau so hell wie eine 40 W Glühlampe
a)	Was bedeuten die Angaben 230 V und 3,5 W?
b)	Berechne, wie viel Energie die LED-Lampe im Jahr benötigt, wenn sie jeden Tag 5 Stunden leuchtet.
c)	Vergleiche dein Ergebnis von Aufgabe b mit dem Energieverbrauch der Glühlampe. Schätze ein, ob sich der Einsatz der viel teureren LED-Lampe lohnt? Recherchiere dazu fehlende Informationen.

Energie und Geld sparen 

Didaktisch - methodische Hinweise

Diese Aufgabe dient der Überprüfung folgender Kompetenzen:

Die Schülerinnen und Schüler können

• die elektrische Spannung und elektrische Leistung definieren,
• die Arbeit / Energie elektrischer Geräte berechnen,
• den Einsatz elektrischer Geräte unter vorgegebenen Aspekten werten,
• Text aus unterschiedlichen Quellen erschließen.

Im Technikunterricht wird das Bewerten unterschiedlicher technischer Lösungen thematisiert.

Hinweise zum Erwartungshorizont

	a)	Definition der Spannung und der Leistung und Anwendung auf Lampe
	b)	ELED = 6,4 kWh
	c)	EGL = 73 kWh Annahme eines Preises für Elektroenergie (Strompreis) von 0,20 €/kWh   Glühlampe LED Lebensdauer 1000 h 10 000 h Anschaffungspreis 1 € 10 € Gesamtkosten 90 € 17 € Einschätzung: Einsatz lohnt sich aus ökonomischen und ökologischen Gründen.

Der Gleichstrommotor

Das Bild zeigt den prinzipiellen Aufbau eines Gleichstrom­motors.
a)	Ergänze in der Abbildung die folgenden Begriffe: Kommutator Feldmagnet Anker Kohlebürsten Beschreibe den Aufbau des Gleichstrommotors.
b)	Erkläre die prinzipielle Wirkungsweise eines Gleich­strommotors. Gehe dabei besonders auf die Funktion des Kommutators (Strom­wenders) ein.
c)	Nenne drei Geräte aus deinem privaten Haushalt, die einen Elektromotor enthalten.

Der Gleichstrommotor

Didaktisch - methodische Hinweise

Diese Aufgabe dient der Überprüfung folgender Kompetenzen:

Die Schülerinnen und Schüler können

• die den Aufbau technischer Geräte beschreiben,
• die prinzipielle Wirkungsweise technischer Geräte erklären.

Hinweise zum Erwartungshorizont

	a)	Beschriftung der Skizze im Uhrzeigersinn: Anker, Kohlebüsten, Feldmagnet, Kommutator Beschreibung in vollständigen Sätzen und unter Verwendung der Fachsprache.
	b)	Erklärung der Wirkungsweise in vollständigen Sätzen, unter Verwendung der Fachsprache und logisch strukturiert.
	c)	Z. B.: Staubsauger, Fön, Waschmaschine, Mixer, CD-Player, Computer, Fotoapparat

Elektrische Schaltungen im Haushalt

Das Bild zeigt den Schaltplan einer Elektroanlage in einem Haushalt. Mehr anzeigen »

 

 

a)	Berechne die Stärke des elektrischen Stromes, der durch die Sicherung fließt, wenn alle Schalter geschlossen sind..
b)	Entscheide, welche der Sicherungen verwendet werden sollte:          5 A,   10 A,   16 A,   20 A,   25 A          Begründe deine Entscheidung.
c)	Berechne die elektrische Leistung des Elektromotors.
d)	Berechne den elektrischen Widerstand der Heizung.

 

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Elektrische Schaltungen im Haushalt

 

Didaktisch - methodische Hinweise

Diese Aufgabe dient der Überprüfung folgender Kompetenzen:

Die Schülerinnen und Schüler können

• Stromstärken in Stromkreisen berechnen,
• Schutz- und Sicherheitsmaßnahmen beim Umgang mit elektrischem Strom begründen,
• die Leistung elektrischer Geräte berechnen,
• den elektrischen Widerstand eines Gerätes berechnen.

 

Hinweise zum Erwartungshorizont

 

	a)	Iges = I1 + I2 + I3 = 12,5 A
	b)	Entscheidung, z. B.: 16 A mit Begründung, z. B. mit Anpassung an verlegte Zuleitungen
	c)	PM = U . I3 = 460 W
	d)	RH = U/I1 = 23Ω

	L	M	S
F
E
K
B

a) In der Abbildung ist ein Blockschaltbild eines Pumpspeicherwerkes dargestellt. Mehr anzeigen »

 

 

    Benenne die nummerierten Blöcke und gib ihre jeweiligen Aufgaben an.

b) Fertige zu fünf Pumpspeicherwerken in Deutschland eine Übersicht an. Diese soll den Standort, die Leistung und den Wirkungsgrad beinhalten. 

 

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Einordnung in den Lehrplan

Diese Aufgabe dient der Überprüfung folgender Kompetenzen:

Die Schülerinnen und Schüler können

• den prinzipiellen Aufbau von Kraftwerken mithilfe von Blockschaltbildern beschreiben,
• Texte aus unterschiedlichen Quellen auf Relevanz prüfen und erschließen. 

 

 

Hinweise zum Erwartungshorizont

 

	a)	(1) oberes Becken; (2) Rohrleitung; (3) unteres Becken; (4) Turbine/Pumpe; (5) Generator; (6) Transformator; (7) Hochspannungsleitung und Angabe der Funktionen (im Satz)
	b)	Beispiele siehe z. B. unter:  http://de.wikipedia.org/wiki/Pumpspeicherkraftwerk#Deutschland

 

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