Physik kompetenz- orientiert: Mechanik 8

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Anke Ganzer
Physik kompetenzorientiert:
Mechanik 8
Bergedorfer ® Unterrichtsideen
Anke Ganzer
Physik III –
kompetenzorientierte Aufgaben
9./10. Klasse
Downloadauszug
aus dem Originaltitel:
Optik, Mechanik, Elektrizitätslehre, Atomphysik,
Schwingungen und Wellen
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der vorherigen schriftlichen Zustimmung des Verlages.
Verstöße gegen diese Lizenzbedingungen werden strafrechtlich verfo
verfolgt.
Mechanik 8
Bewegungen – was wir schon wissen
1. Alexander und Nina fahren mit ihren Eltern und ihrem Boot
in den Urlaub. Nina schaut hinten aus dem Fenster und sagt:
„Alles sicher, unser Boot bewegt sich nicht ein bisschen.“
Alexander widerspricht sofort: „Na klar bewegt es sich.“
Was sagst du dazu? Begründe deine Aussage.
2. Welches Beispiel passt nicht in die Reihe? Kreuze an und begründe.
gründe.
Beispiele
Begründung
e ründung
Federung beim
Fahrrad
a) Schaukel
Riesenrad
b) Rolltreppe
Lok auf gerader
Kett
Kettenkarussell
nkarussell
Strecke
c)
Satellit auf einer
Hamsterrad
rrad
Erdumlaufbahn
d) Schaukel
Förderband
Förderba d
Uhrpendel
U rpen
M
Membran eines
Lautsprechers
3. Welches
in die Reihe? Kreuze
Welc s Beispiel passt
asst nicht
n
Kreuze an und begründe.
beg
a) Rak
Raketenstart
Beispiele
piele
Anfahren eines
Autos
Begründung
A
Anhalten
halten eines
eine
Autos
Auto
s
Gl
Gleich schnelle
Fahrt mit dem Zug
b)
Bremsen eines
Fahrrades
Fah
Fahren auf der
Ro
Rolltreppe
c)
Paket auf dem
Förderband
örde
erban
Sat
Satellit auf einer
Flugstart
Erdu
Erdumlaufbahn
d))
Zuge ahrt in
Zugeinfahrt
en Bahnhof
Bah h
den
Überholen eines Anhalten eines
Autos
Autos
4. Fasse zusammen und vervollständige.
Ein Körper bewegt sich, wenn er ______________________________________________
______________. Wir unterscheiden drei Bewegungsarten: die _____________________,
die ________________________ und die _______________________ Bewegung. Wir
unterscheiden drei Bewegungsformen: die _____________________________, die
___________________________ und die __________________________.
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Mechanik 8
Die gleichförmige Bewegung
1. Kreuze wahre Aussagen an.
Bei einer gleichförmigen Bewegung …
legt der Körper in gleichen Zeiten gleiche Wege zurück.
fährt der Körper in der doppelten Zeit doppelt so schnell.
benötigt ein Körper für die Hälfte des Weges die Hälfte der Zeit.
2. Im Miniatur Wunderland in Hamburg wurden für die Fahrt einer Modelleisenbahn
folgende Messwerte aufgenommen.
t in s
s in m
0
0
4
3,2
8
6,1
12
10,0
16
12,8
20
16
a) Zeichne das Weg-ZeitDiagramm.
b) Gib den mathematischen Zusammenhang
zwischen s und t an.
n.
Begründe deine
ine Aussage.
c) Einige
weisen eine
auf.
Einig Messwerte
Messw
ne besonders
beson rs große Messabweichung
Me
Gib einen
dieser Werte an.
e
d) Zeichne in das Diagramm
von a) die Kurve eines langsamer fahrenden Zuges ein.
Diagra
e) Berechne
des Körpers nach 4 s, 12 s und 20 s.
hne die Geschwindigkeit
Geschwin
f) Zeichne das Geschwindigkeit-Zeit-Diagramm.
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Mechanik 8
3. Bei den Europameisterschaften 2010 gewann den 100-Meter-Lauf Verena Sailer mit
einer Zeit von 11,10 s.
Mit welcher Durchschnittsgeschwindigkeit lief sie? Gib in m/s und in km/h an.
4. Thorsten und Jenny fahren mit
einem Ferrari. Ein Teil der
Fahrt ist in nebenstehendem
Diagramm dargestellt.
a) Gib die Höchstgeschwindigkeit des Ferraris in m
und in
s
km/h an.
100
v in m/s
90
80
70
60
50
40
30
20
10
t in s
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
2
13
14
1
15
b) Nun möchte Jenny wissen,
wie viele Kilometer sie mit der
in einer Viertelstunde
d Höchstgeschwindigkeit
Höchstgeschw
Vierte
elstunde zurückzurü k
legen würden.
c) Schätze,
würde, wenn
tze, wie lange
la ge Jenny
Jen für diese Strecke mit ihrem
hrem Fahrrad
Fah rad benötigen
b
durchschnittlich
mit einer Geschwindigkeit
sie d
urchschnitt
ndigkeit von 15 km/h fährt.
540
(II) 5 h 24 min
(III)
5 h 40 min
(IV)
5 h 15 min
(I) 54
40 min
n
(
(I
Überprüfe durch eine Rechnung
d) Über
ung und vergleiche
verg
gleiche mit
m deiner Schätzung.
5. Ein Auto fährt
fäh in 10 Minuten eine Strecke von 9 km.
b die Durchschnittsgeschwindigkeit des Autos in km/h und m/s an.
a) Gib
b) Während dieser Fahrt hielt das Auto einmal für 2 Minuten an. War seine tatsächliche
Geschwindigkeit
(I) kleiner als die Durchschnittsgeschwindigkeit?
(II) größer als die Durchschnittsgeschwindigkeit?
(III) gleich der Durchschnittsgeschwindigkeit?
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Mechanik 8
Die Kreisbewegung
1. Für Kreisbewegungen verwendet man folgende Gleichung v = 2 · Tπ · r. Benenne die
einzelnen Größen der Gleichung und stelle nach r und T um.
2. Ein Spielzeugrennwagen durchfährt auf einer Autorennbahn einen Schienenkreis
Sc
mit einem Radius von 0,7 m in 15 Sekunden.
Berechne für den Rennwagen die Geschwindigkeit in
m
s
und
km
.
h
3. Veröffentlichte Nachricht
hricht in einer
e ner regionalen
re
Zeitung.
01.05.2010 / Kettenkarussell
tenkaruss l
Welthöchstes
Welt
höchstes Karussell im
m Wie
Wienerr Prater erö
eröffnet
öffne
Tause
Tausende
begeisterte Zuschauerr waren bei der Jungfernfahrt
Praterturms
des 117 Meter hohen Pr
ms dabei. Das
Da Karussell bietet
24 Personen Platz,, hat einen
von 36 Metern und
ein Durchmesser
rchm
dreht sich mit
einer
Maximalgeschwindigkeit
von 75 km/h.
it ein
ner M
sc
Die Besucher
ucher haben aus cca. 90 Metern einen beeindruckenden
Blick
auff Wien. Sie so
sollten
ick au
llte jedoch schwindelfrei sein.
lang benötigt eine Gondel mit Maximalgeschwindigkeit für einen Umlauf?
a) Wie lange
b) Wie viele Umläufe hat ein Gast, wenn er 3 Minuten mit der Geschwindigkeit fährt?
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Mechanik 8
Lernzielkontrolle
1. Vervollständige.
Ein Körper bewegt sich, wenn er seinen Ort
_______________________________________.
Der Junge auf dem Bild befindet sich in Ruhe ___________________________________.
Das Anfahren eines Zuges ist es eine _____________________________ Bewegung.
Eine Rolltreppe bewegt sich stets ________________________.
2. Jonas und Alina fahren mit dem ICE. Seit 10 Minuten wird angezeigt,
gezeigt, dass der ICE
km
225 h fährt.
a) Alina behauptet, sie haben also 22,5 Kilometer zurückgelegt.
ckgelegt. Was
W sagst
sag du dazu?
b) Insgesamt fahren Jonas und
ICE bei dieser
d Alina 1 Stunde
S unde mit
i dem
d
er Geschwindigkeit.
Geschwind gkeit.
Wie viel Kilometer sind sie in
n dieser Zeit gefahren?
gef
c) Wie lange
wenn
ge würden
würden sie für diese
die Strecke mit dem Fahrrad
Fahrra
ad benötigen,
benö
we sie durchkm
schnittlich
ttlich 12,5 h fahr
fahren?
3. Im Jahre 2006 wurde
wurde der europäische Wettersatellit MetOp-A mit
einer
er Sojus-Rakete
Sojus-Rakete in eine
ei erdnahe polare Umlaufbahn befördert.
Der
er Satellit
Sate fliegt in einer kreisförmigen Umlaufbahn in einer Höhe
von 820 Kilometer
in rund 110 Minuten einmal um die Erde.
Kilo
Wie groß
roß ist seine Geschwindigkeit? (Der Erdradius beträgt rund
6 370 km.)
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Mechanik 8
4. Daniela geht zur Schule und trifft
nach 5 Sekunden ihre Freundin
Isabell. Gemeinsam gehen sie weiter.
a) Vergleiche die Geschwindigkeiten,
als Daniela allein und als sie später
mit ihrer Freundin ging.
16
s in m
14
12
10
8
6
4
2
t in s
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
b) Begründe deine Aussage.
c) Berechne die Durchschnittsgeschwindigkeit
in den im Diagramm dargestellten
indig
15 Sekunden.
5. Ein Ko
Koffer
fer wird auf
au einem
eine Förderband in 30 Sekunden
Sekunden 15 m weit
w transportiert.
lange dauert
dau der Transport
ort für 1 m?
?
a) Wie lange
V
die Bewegung
egung die Messwerttabelle.
M
b) Vervollständige
für diese
t in s
s in m
0
0
3
15
10
18
c) Zeichne das Weg-Zeit-Diagramm.
Weg-Z
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Lösungen/Physik – Mechanik 8
Bewegungen – was wir schon wissen
1.
Jede Bewegung ist relativ gegenüber einem Bezugskörper. Nina und Alexander haben unterschiedliche Bezugskörper,
sodass es zu unterschiedlichen Aussagen kommt. Das Boot befindet sich in Ruhe gegenüber dem Auto der Eltern. Es
bewegt sich gegenüber der Straße oder den Bäumen.
2.
Beispiele
Begründung
a)
Schaukel
Riesenrad
Federung beim Fahrrad
Kreisbewegung statt Schwingung
b)
Rolltreppe
Lok auf gerader Strecke
Kettenkarussell
Kreisbewegung statt geradliniger Bewegung
c)
Satellit auf einer
Erdumlaufbahn
Hamsterrad
Uhrpendel
Schwingung statt Kreisbewegung
d)
Schaukel
Förderband
Membran eines
Lautsprechers
geradlinige Bewegung statt Schwingung
3.
4.
S. 1
Beispiele
Begründung
a)
Raketenstart
Anfahren eines Autos
Anhalten eines Autos
it wird kleiner, verzögerte
Geschwindigkeit
Bewegung statt beschle
beschleunigter Bewegung
b)
Bremsen eines
Fahrrades
Fahren auf der Rolltreppe
Gleich schnelle Fahrt mit
dem Zug
digkeit wird klei
Geschwindigkeit
kleiner, verzögerte
Bewegu g statt gleichförm
Bewegung
gleichförmiger Bewegung
c)
Paket auf dem
Förderband
Satellit auf einer Erdumlaufbahn
Flugzeugstart
Geschwind gkeit wird größer, beschleunigte
Geschwindigkeit
s tt gleichförmiger
l
Bewegung statt
Bewegung
c)
Paket auf dem
Förderband
Satellit auf einer Erdumlaufbahn
zeugst t
Flugzeugstart
Berücksi
ng d
Bei Berücksichtigung
der Änderung
der Richde Geschwindigkeit ist die Bewegun
tung der
Bewegung
te Bewegu
des Satelliten eine beschleunigte
Bewegung,
dann passt das Paket auf dem Förderban
Förderband
gt.
nicht, da es sich gleichförmig bew
bewegt.
d)
Zugeinfahrt in
den Bahnhof
es A
utos
Überholen eines
Autos
nhalte eines Autos
Anhalten
unigte
Geschwindigkeit wird größer, besch
beschleunigte
Bew
zögerte Bewegun
Bewegung statt ve
verzögerte
Bewegung
Ein Körper bewegt sich, wenn
n er seinen O
Ort gegen
gegenüber einem Bezugskörper än
ändert.
dert Wir untersche
unterscheiden
eiden d
drei Bewegungsarten: die gleichförmige,
Wir untersc
unterscheiden
Bewegungsformen:
die
ge, die beschleunigte und
d die verzögerte Bewegung. W
heiden drei B
ew
Kreisbewegung,
geradlinige
g, die ge
radlinige Bewegung und die Schwingung.
Die gleichf
gleichförmige
örmige Bewe
Bewegung
S. 2
1.
… legt der Körper
örper in g
gleichen Zeiten gleiche
he Wege zzurück.
k.
Hälfte der Ze
Zeit.
… benötigt ein Körper für die Hälfte des Weges
eges die Hälft
2..
Volllinie und d) gestrichelte Linie
a) Volll
18
s in m
16
14
12
10
8
6
4
2
0
–2
0
4
8
12
16
t in s 20
b) Der Weg s ist der Zeit t proportional: s ~ t. Der Graph ist eine ansteigende Gerade, die durch den Koordinatenursprung verläuft.
c)
Messabweichung bei 8 s (6,1 m) und 12 s (10,0 m)
e)
v = st ; v =
3,2 m
;
4s
v = st ; v =
10 m
;
12 s
v = 0,83 ms
v = st ; v =
16 m
;
20 s
v = 0,8 ms
v = 0,8 ms
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Lösungen/Physik – Mechanik 8
f)
1,20
v in m/s
0,80
0,40
0
4
8
3.
m
v = st ; v = 100
; v = 9 ms = 32,4 km
11,1 s
h
4.
a) v = 90 ms = 324 km
h
12
16
t in s
20
b) s = 81 km
c)
geschätzt: (II)
d) t = sv ; t =
5.
81 km
;
km
15
h
t = 5,4 h = 5 h 24 min
(II) stimmt mit der rechnerischen Lösung überein.
erein.
= 15 ms
a) 10 min ≙ 9 km; 60 min ≙ 54 km ; v = 54 km
h
b) (II) größer als die Durchschnittsgeschwindigkeit
Die Kreisbewegung
1.
S. 4
v – Geschwindigkeit; r – Radius; T – Umlaufzeit
T=
2·π·r
;
v
r=
v·T
2·π
2.
v=
2·π·r
;
T
m
v = 2 · π15· 0,7
; v = 0,29 ms = 1,06
06 km
s
h
3.
a) T =
2·π·r
;
v
T=
2 · π · 18 m
;
m
20,83
s
b) Anzahl der Umläufe
ufe =
T = 5,43 s
180 s
5,43 s
= 33,16
st erlebt rund 33
3 Umläu
Ein Gast
Umläufe in 3 Minuten.
Lernzielkontrolle
Lernzielkon
trolle
S. 5
1.
Ein Körper bewegt sich, wenn er seinen Ortt gegenüber einem
nem Bezugsk
Bezugskörper ändert. Der Junge auf dem Bild befindet sich
in Ruhe gegenüber
dem Mädchen. Das Anfahren
Autoscooters
ist es eine beschleunigte Bewegung. Eine Rollg
ahren eines Au
oscoo
treppe bewegt sich stets gleichförmig.
2.
a) Alinas Behauptung istt falsch. v = 225 km
; 60 m
min ≙ 225 km ; 10 min ≙ 37,5 km
h
ie in e
ner Stu
b) 225 km haben sie
einer
Stunde zurückgelegt.
225 km
;
km
12,5
2,5
h
c)
t = sv ; t =
3.
v=
2·π·r
;
T
4.
a) Die
e Geschwin
Geschwindigkeit wird geringer.
v=
t = 18 h
2 · π · 7 190 km
;
1,83
,83 h
v = 24 686 km
= 6 857 ms
h
b) Derr Ans
Anstieg der Geraden ist kleiner.
c)
5.
v = st ; v =
14 m
;
15 s
v = 0,93 ms = 3,35
km
h
a) 2 s
b)
t in s
0
3
15
20
36
s in m
0
1,5
7,5
10
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Lösungen/Physik – Mechanik 8
c)
20
s in m
18
16
14
12
10
8
6
4
2
t in s
0
0
5
10
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15
20
25
30
35
40
9
®
Bergedorfer
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Ganzes sowie in seinen TTeilen unterliegt dem deutschen Urheberrecht. Der Erwerber des Werkes ist berechgt,
das Werkk als Ganzes
Ganze oder
der in seinen Teilen für den eigenen Gebrauch und den Einsatz im Unterricht zu nutzen. Die Nutzung ist
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Illustrationen: Miniatur Wunderland (S. 2): © Dannebrog Spy, Wikimedia Commons, lizenziert unter Creative Commons BY-SA-2.5.us,
URL: http://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5/legalcode; Praterturm (S. 4) © Peter Gugerell Sojus-Rakete (S. 5) © NASA/Bill Ingalls;
Autoscooter (S. 5): Roman Lechner
Satz: Satzpunkt Ursula Ewert GmbH, Bayreuth
Bestellnr.: 23275DA2
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