3

Inhaltsverzeichnis

10 Experimente – aber sicher

6 Optik – Licht und Sehen

14 Lichtquellen16 Impulseseite18 Werkstatt: Versuche mit Licht19 Die Ausbreitung des Lichts20 Licht und Schatten22 Licht und Schatten im Weltraum24 Reflexion und Absorption25 Sicherheit im Straßenverkehr26 Werkstatt: Bilder mit der Lochkamera27 Wie funktioniert die Lochkamera?27 Zeitpunkt: Lichtbilder28 Spiegelbilder29 Das Reflexionsgesetz29 Werkstatt: Die Reflexion am Spiegel30 Sonderbare Spiegel31 Hohlspiegel32 Werkstatt: Versuche zur Lichtbrechung33 Die Brechung des Lichts34 Gefangene Lichtstrahlen35 Totalreflexionen36 Optische Linsen38 Bilder durch Sammellinsen40 Wie wir sehen41 Besser sehen42 Werkstatt: Versuche mit der Lupe43 Optische Geräte – die Lupe44 Optische Geräte – das Mikroskop45 Die Kamera – ein technisches Auge46 Die Zerlegung des weißen Lichts48 Unsichtbares Licht – Infrarot und Ultraviolett50 Brennpunkt: Wie entsteht ein Regenbogen?51 Farbaddition: Das Mischen farbiger Lichter52 Farbige Körper53 Werkstatt: Farben, bunt gemischt54 Schlusspunkt56 Aufgaben

4

Inhaltsverzeichnis

60

50

40

30

20

10

00

10

20

30

40

ºC

ºC

58 Warm oder kalt?

60 Der Temperatursinn61 Temperatur und Thermometer62 Werkstatt: Das Thermometer bekommt eine Skala63 Werkstatt: Temperaturen messen und berechnen64 Impulse: Wärmeübertragung66 Wärmeströmung und Wärmeleitung67 Werkstatt: Wärme wird geleitet68 Die Wärmestrahlung69 Werkstatt: Sonnenkollektoren70 Wärmedämmung – der Wärmetransport wird verringert71 Werkstatt: Wir bauen ein Modellhaus72 Die Ausdehnung fester Körper73 Brennpunkt: Das Bimetall74 Werkstatt: Ausdehnung von Körpern75 Brennpunkt: Unterschiedliche Wüstenarten76 Die Ausdehnung von Flüssigkeiten77 Brennpunkt: Sprinkleranlagen – automatische Feuerlöscher78 Die Anomalie des Wassers – Wasser bildet einen Ausnahme79 Brennpunkt: Der Garten im Winter80 Die Ausdehnung von Gasen81 Zeitpunkt: OTTO VON GUERICKE – Physiker und Ratsherr82 Bewegung durch Luft82 Werkstatt: Bauanleitung für eine „Flügelscheibe“83 Brennpunkt: Winde, Luft- und Wassermassen84 Lexikon: Die Messgeräte der Wetterstation85 Werkstatt: Wetterbeobachtung und -aufzeichnung86 Wetterbericht und Wetterkarte88 Schlusspunkt89 Aufgaben

90 Wärme – eine Energieform

92 Temperatur und Energie93 Zeitpunkt: Wärme durch einen „Wärmestoff“94 Teilchenmodell und innere Energie95 Formen der Energieübertragung96 Die spezifische Wärmekapazität98 Der Heizwert der Brennstoffe99 Brennpunkt: Energie für den menschlichen Körper100 Schmelzen, Verdampfen, Kondensieren101 Schmelzenergie und Erstarrungsenergie102 Verdampfungsenergie und Kondensationsenergie103 Brennpunkt: Der Föhn – ein warmer und trockener Fallwind104 Siedetemperatur und Druck105 Geysire – „explodierendes“ Wasser aus der Tiefe106 Verdunstung und Verdunstungskühlung107 Brennpunkt: Der Kühlschrank108 Primärenergie, Sekundärenergie, Nutzenergie110 Wärmekraftwerk112 Regenerative Energien – Wasser- und Windkraft113 Regenerative Energien – Solar- und Brennstoffzellen114 Zeitpunkt: Die Geschichte der Wärmekraftmaschine116 Von der Dampfmaschine zum Verbrennungsmotor117 Der Viertakt-Ottomotor – ein Verbrennungsmotor118 Zweitakt-Ottomotor und Wankelmotor119 Der Dieselmotor

5

Inhaltsverzeichnis

120 Brennpunkt: Auto und Umwelt121 Solarmobile und Wasserstoffantrieb122 Schlusspunkt123 Aufgaben

124 Kräfte, Arbeit, Leistung und Energie

126 Kräfte und ihre Wirkung128 Werkstatt: Wir bauen einen Kraftmesser129 Kräfte messen130 Zusammenwirken zweier Kräfte131 Das Kräfteparallelogramm132 Kraft und Gegenkraft132 Werkstatt: Kräfte im Doppelpack133 Reibungskräfte134 Weshalb fallen Körper nach unten?135 SIR ISAAC NEWTON

136 Von Gewichtskräften und Massen137 Brennpunkt: Kräfte in der Natur138 Seil und Rolle140 Der Flaschenzug141 Der Hebel142 Das Gleichgewicht an der Wippe144 Die Dichte – eine messbare Stoffeigenschaft145 Werkstatt: Wir bestimmen die Dichte146 Der Druck in Flüssigkeiten und Gasen148 Der Schweredruck in Flüssigkeiten149 Werkstatt: Wasser unter Druck150 Der Auftrieb151 Brennpunkt: Sinken – Steigen – Schweben152 Physikalische Arbeit154 Andere Formen physikalischer Arbeit155 Kann man Arbeit vermeiden?156 Die mechanische Leistung157 Strategie: Mit kleinen Kärtchen zum großen Lernerfolg158 Energie – wozu?159 Sonnenenergie160 Energie kommt in verschiedenen Formen vor162 Energieumwandlung – Energieerhaltung164 Der Wirkungsgrad165 Strategie: Texte kritisch lesen166 Schlusspunkt168 Aufgaben

6

Inhaltsverzeichnis

170 Körper und Bewegung

172 Bewegungen174 Die Geschwindigkeit176 Strategie: Hilfen beim Lösen physikalischer Aufgaben178 Brennpunkt: Geschwindigkeit in Natur und Technik180 Diagramme182 Impulse: Geschwindigkeiten184 Die beschleunigte Bewegung186 Freier Fall188 Werkstatt: Die Kugel rollt188 Brennpunkt: Der beschleunigte Mensch189 Diagramme mit dem Computer190 Die verzögerte Bewegung191 Brennpunkt: Sicherheitsabstand beim Auto fahren192 Anhalte- und Bremsweg194 Trägheit195 Lexikon: Sicherheitssysteme196 Das Newton‘sche Grundgesetz198 Bewegung und Energie199 Schlusspunkt200 Aufgaben

202 Schwingungen und Wellen

204 Werkstatt: Schwingungen als Ursache des Schalls205 Die Ursache des Schalls206 Schallarten207 Werkstatt: Stimmgabeln208 Werkstatt: Schallstärke – Lautstärke209 Schallstärke – Lautstärke210 Lärm schadet dem Gehör211 Werkstatt: Musikinstrumente selbst gebaut212 Schallausbreitung – Schallträger213 Werkstatt: Wir bauen ein Fadentelefon214 Schallgeschwindigkeit214 Werkstatt: Wir messen die Schallgeschwindigkeit215 Brennpunkt: Wettlauf zwischen Schall und Licht216 Wie wir hören217 Werkstatt: Unser Ohr218 Strategie: Erstellen einer Computer-Präsentation220 Ultraschall und Infraschall221 Brennpunkt: Ultraschall – Infraschall222 Brennpunkt: Schall in Natur und Technik223 Brennpunkt: Stereophonie, Quadrophonie und Dolby ® Surround224 Resonanz225 Werkstatt: Schwingungen226 Schwingungen und ihre Kenngrößen228 Schwingungen und Energieumwandlung229 Strategie: Von der Beobachtung zum Gesetz230 Wellen232 Darstellung von Wellen234 Brennpunkt: Tsunami236 Schlusspunkt238 Aufgaben

7

Inhaltsverzeichnis

240 Ruhende und fließende elektrische Ladungen

242 Körper werden elektrisch geladen243 Werkstatt: Sehen – Hören – Fühlen244 Werkstatt: Kräfte zwischen geladenen Körpern245 Unterschiedlich geladene Körper246 Woher kommen die Ladungen?248 Brennpunkt: Elektrizität zwischen Himmel und Erde249 Elektroskop250 Der elektrische Stromkreis250 Werkstatt: Elektrische Stromkreise251 Was ist elektrischer Strom?252 Schaltplan und Schaltzeichen253 Reihen- und Parallelschaltung von Lampen254 Leiter und Nichtleiter255 Strategie: Neues finden mit Experimenten256 Stromkreis mit nur einem Draht257 Strategie: Zu jedem Versuch ein Protokoll258 Schalter259 Strategie: Wie erstelle ich ein Plakat?260 Elektrische Geräte sind Energiewandler261 Sicherheitsmaßnahmen beim Umgang mit dem elektrischen Strom262 Strategie: Ein Arbeitsblatt für die Klasse264 Die Stromstärke265 Messung der elekrischen Stromstärke266 Wirkungen des elektrischen Stroms267 Werkstatt: Ein Hitzdrahtamperemeter268 Die elektrische Spannung270 Spannungsquellen271 Werkstatt: Eine selbstgebaute Batterie271 ALESSANDRO VOLTA – Erfinder der Batterie272 Wird Strom verbraucht?273 Strategie: Mit Puzzeln lernen274 Der elektrische Widerstand276 Berechnung von Spannung, Stromstärke und Widerstandswert277 GEORG SIMON OHM

278 Wovon hängt der Widerstandswert eines Drahtes ab?280 Das Ohm‘sche Gesetz282 Die Stromstärke bei der Parallelschaltung283 Die Stromstärke bei der Reihenschaltung284 Die Spannung bei der Parallelschaltung285 Die Spannung bei der Reihenschaltung286 Der Widerstand bei der Reihenschaltung288 Der Widerstand bei der Parallelschaltung290 Die elektrische Leistung292 Arbeit und elektrische Energie294 Werkstatt: Die elektrische Leistung295 Kurzschluss und Überlast296 Elektrische Leistungsvorgänge in Metallen und Flüssigkeiten298 Der elektrische Leitungsvorgang in Gasen300 Der elektrische Leitungsvorgang im Vakuum302 Schlusspunkt304 Aufgaben

8

Inhaltsverzeichnis

306 Magnetismus und Elektrizität

308 Impulse: Geheimnisvolle Magnete310 Magnet312 Das magnetische Feld313 Werkstatt: Das Magnetfeld wird erkundet314 Die Erde – ein riesiger Magnet316 Strategie: Suchen und Finden im Internet318 Strom und Magnetismus319 Dauermagnete und Elektromagnete320 Magnetfelder um Draht und Spule321 Anwendung von Elektromagneten322 Drehbare Elektromagnete: Elektromotoren323 Lexikon: Elektromotoren324 Ein einfacher Elektromotor325 Zeitpunkt: CHRISTIAN OERSTED und MICHAEL FARADAY

326 Die elektromagnetische Induktion328 Wie lässt sich die Induktionsspannung vergrößern?329 Werkstatt: Induktion im Versuch330 Wechselspannung und Wechselstrom332 Von der Induktion zum Generator333 Werkstatt: Der Mikrogenerator334 Brennpunkt: Generatoren336 Der Transformator338 Der Transformator liefert Spannung nach Bedarf340 Stromstärke beim Transformator342 Anwendungen von Hochstromtransformatoren344 Die Übertragung der elektrischen Energie346 Strategie: Planspiel: Ein Sendemast auf unserer Schule?347 Schlusspunkt348 Aufgaben

350 Steuern und Regeln

352 Der Mensch sammelt Daten354 Analog, digital, binär356 Daten werden übertragen und gewandelt357 Lexikon: Computerbegriffe358 Daten werden gespeichert360 Messen, Steuern, Regeln mithilfe des Bimetalls362 Steuern mit Licht363 Werkstatt: Variable Widerstände im Test363 Brennpunkt: Lichtsensoren in der Natur364 Halbleiter365 Brennpunkt: Silicium – so häufig wie Sand am Meer366 Der Leitungsvorgang in Halbleitern368 Die Halbleiterdiode370 Das Innere einer Diode371 Aus Wechselstrom wird Gleichstrom372 Die Solarzelle – ein Minikraftwerk374 So funktioniert ein Transistor376 Werkstatt: Eigene Versuche mit Transistoren durchführen378 Steuern mit Wärme und Feuchtigkeit379 Daten speichern mit dem Transistor380 Schlusspunkt381 Aufgaben

9

Inhaltsverzeichnis

382 Radioaktivität und Kernenergie

384 Das Atom385 Das Periodensystem der Elemente386 Radioaktivität auf der Spur388 Radioaktivität ist überall389 Werkstatt: Radioaktivität wird gemessen390 Drei Arten von Strahlung391 Elementumwandlungen392 Die Halbwertszeit393 Zerfallsreihe – Altersbestimmung394 Die Aktivität396 Der Nutzen von Radioaktivität397 Äußere und innere Bestrahlung397 Brennpunkt: Bestrahlung von Lebensmitteln398 Strahlenschäden beim Menschen400 Zeitpunkt: Die Entdeckung der Radioaktivität401 Zeitpunkt: Die Kernspaltung wird entdeckt402 Spaltbares Material und Spaltprodukte404 Die Kettenreaktion406 Aufbau und Funktion von Kernkraftwerken408 Sicherheitsvorrichtungen von Kernkraftwerken409 Der Reaktorunfall von Tschernobyl410 Brennpunkt: Entsorgung – Endlagerung – Wiederaufbereitung411 Strategie: Sich mit einem Physikthema näher beschäftigen412 Schlusspunkt413 Aufgaben

414 Anhang

414 Musterlösungen418 Tabellen420 Stichwortverzeichnis423 Bildnachweis