Allgemeine Methoden

Methode: Ein Heft führen 8
Methode: Arbeiten mit Texten 9
Methode: Gesprächsrunde 10
Methode: Einen Kurzvortrag halten 11


Licht

1 Lichtquellen 12
1.1 Natürliche - künstliche Lichtquellen 13
1.2 Was geschieht in Lichtquellen? 14
1.3 Aus Licht wird Energie anderer Form 15
Methode: Einen Versuch planen, durchführen und protokollieren 16
Methode: Gruppen- und Partnerarbeit beim Experimentieren 17
1.4 Absorption von Licht 18
Streifzug durch die Geschichte: Licht durch Verbrennung und Elektrizität 19

2 Licht trifft auf Körper 20
2.1 Lichtausbreitung 20
Streifzug durch die Welt der Vorstellungen: Der Lichtstrahl - ein Modell 21
2.2 Licht und Schatten 22
2.3 Schatten im Weltraum 24

3 Fotografie 26
3.1 Löcher erzeugen Bilder 26
3.2 Bilder aufzeichnen ist keine Zauberei 27
Methode: Gemeinsames Lernen in Projekten 28
Projekt: Bau einer Lochkamera 30
Praktikum: Bilder aus der Keksdose 31

4 Streuung und Reflexion 32
4.1 Gegenstände werden beleuchtet 32
4.2 Durchsichtig - undurchsichtig 33
Pinnwand: Sehen und gesehen werden 33
4.3 Sehen bei Dämmerung und Nebel 34
4.4 Licht wird an ebenen Flächen reflektiert 35
Streifzug durch die Mikroweit: Woraus besteht Licht? 36
Streifzug durch die Geschichte: Wie schnell ist Licht? 36
4.5 Spiegelbilder 37
4.6 Licht fällt auf einen Hohlspiegel 38
Pinnwand: Hohlspiegelbilder 39
Pinnwand: Parabolspiegel - die besseren Hohlspiegel 40
Streifzug durch die Technik: Autoscheinwerfer 41

5 Brechung 42
5.1 Licht wird gebrochen 42
5.2 Der umgekehrte Übergang 43
5.3 Eine besondere Reflexion 44
Streifzug durch die Technik: Glasfasertechnik 45
5.4 Lichtverlauf beim Prisma 46
Pinnwand: Lichterscheinungen in der Atmosphäre 47
Auf einen Blick 48

Prüfe dein Wissen 49


Bilder und Farben

1 Licht brechendes Glas mit verschiedenen Formen 50
1.1 Das Brennglas 51
1.2 Linsen erzeugen Bilder 52
1.3 Lupe und Tageslichtprojektor 53
Pinnwand: Bildentstehung an der Sammellinse 54
1.4 Zerstreuungslinsen 56
Streifzug durch die Technik: Herstellung von Linsen 57
Streifzug durch die Mathematik: Linsenkombinationen 57

2 Optische Geräte 58
2.1 Fernrohre 58
2.2 Das Mikroskop 59
Streifzug durch die Technik: Projektoren 60
2.3 Die Kamera 61

3 Menschliches Sehen 62
3.1 Das Auge 62
3.2 Korrektur von Sehfehlern 63
Streifzug durch die Biologie: Das Auge ist kein Fotoapparat 64
Pinnwand: Optische Täuschungen 65
Projekt: Bau von optischen Geräten 66

4 Farben 68
4.1 Ein Prisma erzeugt Farben 68
Pinnwand: Infrarot- Ultraviolett 69
5 Farbmischungen 70
5.1 Farbsubtraktion 70
5.2 Farbaddition 71
Auf einen Blick 72

Prüfe dein Wissen 73


Schall

1 Schall und Schallquellen 74
1.1 Vom Ton zum Knall 75
1.2 Ein Ton kann hoch und laut sein 76
1.3 Schall - sichtbar gemacht 77

2 Schallausbreitung 78
2.1 Schall in Luft 78
2.2 Wasser und feste Stoffe leiten Schall 79
2.3 Schall trifft auf Körper 80
Streifzug durch die Biologie: Vom Hören und Sprechen 81
Streifzug durch die Musik: Musikinstrumente 82
Pinnwand: Ultraschall in der Anwendung 83
Pinnwand: Vor Schall schützen 84
Streifzug durch die Musik: Schall beeinflusst den Menschen 85
Projekt: Selbstbau von Musikinstrumenten 86
Auf einen Blick 87

Prüfe dein Wissen 87


Temperatur und Wärme

1 Heiß und kalt 88
1.1 Empfinden von Temperaturen 89
1.2 Messen von Temperaturen 90
Praktikum: Thermometer- selbst gebaut 91
1.3 Die Celsius-Skala 92
1.4 Messwerte anschaulich darstellen 93
Streifzug durch die Geschichte: Thermometer und ihre Skalen 94
1.5 Die Kelvin-Skala 95
Streifzug durch die Geschichte: Lord Kelvin 95
Methode: Fachbegriffe nachschlagen 96
Methode: Internetrecherche 97

2 Ausdehnung durch Wärme 98
2.1 Volumenänderung bei Flüssigkeiten 98
Pinnwand: Verschiedene Thermometer 99
Methode: Erstellen eines Versuchsprotokolls 100
Methode: Tabellen lesen und Diagramme zeichnen 101
2.2 Wasser verhält sich anders 102
Pinnwand: Auswirkungen der Anomalie 103

3 Erwärmen fester Gegenstände 104
3.1 Gegenstände dehnen sich aus 104
3.2 Messen der Ausdehnung 105
Streifzug durch die Mathematik: Längenänderung fester Stoffe 106
3.3 Zwei Metalle werden erwärmt 107
Pinnwand: Längenausdehnung in der Technik 108
Projekt: Feuermelder 109

4 Volumenänderung bei Gasen 110
4.1 Ausdehnung beim Erwärmen 110
Praktikum: Fahren mit erwärmter Luft 111

5 Fest, flüssig, gasförmig 112
5.1 Wasser begegnet uns in drei Aggregatzuständen 112
5.2 Schmelzen und Erstarren 113
5.3 Verdampfen und Kondensieren 114
Streifzug durch die Mikroweit: Die Aggregatzustände lassen sich mit dem Teilchenmodell erklären 115

6 Wärmeausbreitung 116
6.1 Die Arten des Wärmetransportes 116
6.2 Wärmemitführung 117
6.3 Wärmeleitung 118
Streifzug durch die Mikroweit: Brownsche Molekularbewegung 119
6.4 Wärmestrahlung 120
6.5 Wärme im Teilchenmodell 121
6.6 Wärme wird gespeichert 122
6.7 Wärme wird verzögert abgegeben 123
6.8 Wärmedämmung bei Häusern 124
Praktikum: Schlechte oder gute Wärmedämmung? 125
6.9 Der Sonnenkollektor 126
Praktikum: Bau eines Sonnenkollektors 127
Projekt: Wärmedämmung 128
6.10 Der Kühlschrank 130
6.11 Einsatz von Wärmepumpen 131
Auf einen Blick 132

Prüfe dein Wissen 133


Kräfte

1 Kräfte bewegen und verformen 134
1,1 Keine Bewegung ohne Kraft 135
1.2 Die Geschwindigkeit 136
1.3 Die gleichförmige Bewegung 137
Streifzug durch die Geschichte: Was haben Knoten mit Geschwindigkeit zu tun? 137

2 Verformungen 138
2.1 Elastische und plastische Körper 138
Streifzug durch die Technik: Crash-Tests 139
2.2 Der Kraftmesser 140
Praktikum: Kraftmesser - selbst gebaut 141
Methode: Umgang mit Wertetabellen und Grafen 142
Methode: Diagramme mit dem Computer erstellen 143
2.3 Die Dehnung hängt nicht nur von der Kraft ab 144
Streifzug durch die Technik: Materialprüfung 145

3 Körper sind schwer und träge 146
3.1 Gewichtskraft 146
3.2 Gewichtskraft und Masse 147
3.3 Die träge Masse 148
Streifzug durch die Technik: Rückhaltesysteme 149
3.4 Bewegungsänderung durch Reibung 150
3.5 Reibung ist eine Kraft 151
Pinnwand: Kraft ist eine gerichtete Größe 152
Pinnwand: Addition und Subtraktion von Kräften 153
Pinnwand: Kräfteparallelogramme 154
Streifzug durch die Architektur: Kräftezerlegung 155

4 Kräfte in Wechselwirkung 156
4.1 Kraft und Gegenkraft 156
4.2 Der Rückstoß 157

5 Körper werden vermessen 158
5.1 Jeder Körper hat ein Volumen 158
Streifzug durch die Mathematik: Eine Formel für das Volumen 158
5.2 Ist Holz schwerer als Eisen? 160
Streifzug durch die Küche: Messbecher 161

6 Einfache Maschinen 162
6.1 Feste und lose Rollen 162
6.2 Der Flaschenzug 163
Methode: Ein Informationsplakat entsteht 164
Methode: Eine Folie handschriftlich erstellen 1 65
6.3 Zweiseitiger Hebel und Hebelgesetz 166
6.4 Der einseitige Hebel 167
6.5 Die schiefe Ebene 168
Pinnwand: Anwendungen der schiefen Ebene 169
6.6 Goldene Regel der Mechanik 170
Pinnwand: Anwendung zur goldenen Regel der Mechanik 171
Projekt: Hebel und Rollen in der Technik und in der Natur 172

7 Arbeit und Energie 174
7.1 Nichts als Arbeit! 174
7.2 Arbeit ist Energieverschiebung 175
7.3 Formen mechanischer Energie 176
7.4 Umgewandelte Energien lassen Artisten fliegen 177
Streifzug durch den Freizeitsport: Bungee-Springen 178
Streifzug durch den Leistungssport: Schwimmtraining 178
Praktikum: Bau eines Indoor Flyer's 179
7.5 Energieentwertung 180
7.6 Energieerhaltung 181
Streifzug durch die Geschichte: Julius Robert von Mayer 181

8 Leistung 182
8.1 Mechanische Leistung 182
Pinnwand: Spitzenleistungen in Technik und Natur 183
Auf einen Blick 184

Prüfe dein Wissen 185


Umgang mit Elektrizität

1 Elektrischer Stromkreis 186
1.1 Woraus bestehen Stromkreise? 187
1.2 Stromkreise - schnell gezeichnet 188
1.3 Elektrizität fließt „im Kreis" 189
1.4 Elektrizität und elektrische Energie 190
1.5 Transport elektrischer Energie 191
1.6 Energie geht nicht verloren 192
Pinnwand: Energieflussdiagramme 193

2 Schaltungen 194
2.1 Reihenschaltung 194
2.2 Parallelschaltung 195
2.3 Hausinstallation 196
2.4 Kurzschluss 197
Projekt: Elektrische Anlagen - selbst gebaut 198

3 Leitfähigkeit 200
3.1 Leiter und Nichtleiter 200
3.2 Leitfähigkeit fester Stoffe 201
3.3 Leitfähigkeit flüssiger Stoffe 202
Praktikum: Bau eines Feuchtigkeitsanzeigers 203
3.4 Leitfähigkeit des Menschen 204
Pinnwand: Richtiger Umgang mit elektrischem Strom 205
3.5 Wie werden Elektrogeräte versorgt? 206

4 Wirkungen des elektrischen Stromes 208
4.1 Heizdrähte 208
Pinnwand: Wärme- unerwünscht oder erwünscht 209
Praktikum: Ein Tauchsieder - selbst gebaut 209
4.2 Heizdrähte werden zu Glühdrähten 210
Streifzug durch die Technik: Die Glühlampe 211
Projekt: Bau von Stromkreisen 212

5 Magnete und ihre Wirkungen 214
5.1 Magnete mit wirkungsvollen Enden 214
5.2 Magnete wirken in den Raum 215
5.3 Jeder Pol bekommt einen Namen 216
5.4 Pole in Wechselwirkung 217
5.5 Die Erde ist ein Magnet 218
Streifzug durch die Geschichte: William Gilbert 218
5.6 Der Kompass weist die Nordrichtung 219

6 Wie lässt sich Magnetismus erklären? 220
6.1 Magnetisieren und Entmagnetisieren 220
6.2 Elementarmagnete 221
Pinnwand: Der Kompass 222
Projekt: Bau eines Kompasses 223

7 Der Elektromagnet 224
7.1 Eine Spule mit Eisenkern 224
7.2 Ein Magnet aus nur einem Draht 225
Streifzug durch die Geschichte: CHRISTIAN OERSTED 225
Praktikum: Magnetkran - selbst gebaut 226
Pinnwand: Anwendungen von Elektromagneten 227

8 Elektromotoren 228
8.1 Der Gleichstrommotor 228
8.2 Der Kommutator 229
8.3 Der Trommelanker 230
Praktikum: Ein Elektromotor - selbst gebaut 231
Auf einen Blick 232

Prüfe dein Wissen 233


Messen in Stromkreisen

1 Elektrische Erscheinungen 234
1.1 Elektrische Ladung 235
1.2 Negative und positive Ladung 236
1.3 Das elektrische Feld 237
1.4 Elektronen sind Ladungsträger 238
1.5 Die elektrische Stromstärke 239

2 Strom, Spannung, Widerstand 240
2.1 Elektrische Lampen in verschiedenen Schaltungen 240
2.2 Die elektrische Spannung 241
2.3 Das Vielfachmessgerät 242
2.4 Messen mit einem Vielfachmessgerät 243
Praktikum: Bau eines Messgerätes 244
Projekt: Anzeigegeräte für Elektrizität 245
2.5 Spannung und Stromstärke hängen zusammen 246
2.6 Der elektrische Widerstand 247
2.7 Eine Formel für den Widerstand 248
Methode: Fehlerbetrachtung 249
Methode: Arbeiten mit einer Lernkartei 250
Streifzug durch die Geschichte: 2000 Jahre Geschichte der Elektrizität 251
Pinnwand: Verschiedene Widerstände 252
Pinnwand: Widerstände in der Technik 253

3 Widerstände in Schaltungen 254
3.1 Widerstände in der Reihenschaltung 254
3.2 Widerstände in der Parallelschaltung 255
3.3 Teilspannungen in Reihenschaltung und Parallelschaltung 256
3.4 Teilstromstärken in Reihenschaltung und Parallelschaltung 257
Streifzug durch die Technik: Messen von Widerständen 258
Streifzug durch die Mathematik: Berechnung von Widerständen 259
Auf einen Blick 260

Prüfe dein Wissen 261


Anhang

Lösungen für „Prüfe dein Wissen" 262

Stichwortverzeichnis 269

Bildquellenverzeichnis 272

Formelsammlung 273


Übersicht

Methoden:
Ein Heft führen 8
Arbeiten mit Texten 9
Gesprächsrunde 10
Einen Kurzvortrag halten 11
Einen Versuch planen, durchführen und protokollieren 16
Gruppen- und Partnerarbeit beim Experimentieren 17
Gemeinsames Lernen in Projekten 28
Fachbegriffe nachschlagen 96
Internetrecherche 97
Erstellen eines Versuchsprotokolls 100
Tabellen lesen und Diagramme zeichnen 101
Umgang mit Wertetabellen und Grafen 142
Diagramme mit dem Computer erstellen 143
Ein Informationsplakat entsteht 164
Eine Folie handschriftlich erstellen 165
Fehlerbetrachtung 249
Arbeiten mit einer Lernkartei 250

Projekte:
Bau einer Lochkamera 30
Bau von optischen Geräten 66
Selbstbau von Musikinstrumenten 86
Feuermelder 109
Wärmedämmung 128
Hebel und Rollen in der Technik und in der Natur 172
Elektrische Anlagen - selbst gebaut 198
Bau von Stromkreisen 212
Bau eines Kompasses 223
Anzeigegeräte für Elektrizität 245