Physik Aufgaben Zum Jahrgangsstufentest 7. Klasse Elektrizitätslehre

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Physik Aufgaben zum Jahrgangsstufentest Elektrizitätslehre 7. Klasse Aus den folgenden Aufgaben wird der Jahrgangsstufentest zusammen mit Aufgaben aus der Mechanik erstellt. A. Atomvorstellung; elektrische Aufladung 1. Der britische Physiker Joseph John Thomson entwickelte 1903 ein Modell vom Aufbau der Atome, das als "Rosinenkuchenmodell" bekannt wurde. Recherchiere über dieses Modell und vergleiche es mit der Vorstellung, die du im Unterricht kennen gelernt hast. Stelle diese beiden Modelle auf einem kleinen Plakat gegenüber. a) Erkläre in einem dieser Modelle, wie es zur Aufladung kommt, wenn du mit deinen Füßen über einen Teppich schleifst; was einen elektrischen Leiter ausmacht. 2. Wenn du die Karosserie eines Autos berührst, bekommst du manchmal einen "elektrischen Schlag". Dabei springt ein kleiner Blitz von deiner Fingerspitze auf die Karosserie über – ähnlich wie bei einem Gewitter "suchen" sich auch diese Blitze in der Regel eine Spitze. Überlege, wie du dieses unangenehme Phänomen umgehen kannst. 3. Bevor man Arbeiten im Inneren eines geöffneten Computers durchführt, sollte man einen nicht lackierten metallischen Gegenstand (z. B. ein Heizungsrohr) berühren. Begründe diese Empfehlung. B. Elektrische Stromkreise 1 1. Grundschaltungen Bild 1 Bild 2 Bild 3 Gib an, wie jeweils die Schalter stehen müssen, damit die Lampe leuchtet. Überprüfe deine Ergebnisse möglichst auch anhand von Experimenten. 2. Du sollst für eine Garage eine Alarmanlage planen. Eine elektrische Sirene soll zu hören sein, wenn ein Feuer in der Garage ausbricht oder wenn die Tür der Garage geöffnet wird. Schalter 1 wird geschlossen, wenn ein Rauchmelder anspricht, Schalter 2 wird geschlossen, wenn ein Sensor meldet, dass die Türe geöffnet wird. Schalter 3 soll die gesamte Alarmanlage deaktivieren (Variante 1) bzw. nur den Tür-Öffnungsschalter deaktivieren (Variante 2). Plane für jede dieser beiden Varianten eine geeignete elektrische Schaltung. Zeichne dazu jeweils einen Schaltplan, der eine Spannungsquelle, die Sirene sowie die Schalter 1, 2 und 3 enthält. Physik Aufgaben zum Jahrgangsstufentest Elektrizitätslehre 7. Klasse 3. Du stehst im Keller vor drei Lichtschaltern. Einer von ihnen ist der Schalter für eine Lampe auf dem Dachboden. Finde eine Möglichkeit, den richtigen Schalter herauszufinden, bei der du nur ein einziges Mal auf den Dachboden laufen musst. 4. Bei einem Schülerexperiment hat jede Gruppe die Aufgabe, mindestens drei verschiedene Schaltungen zu entwerfen und aufzubauen. Dabei müssen außer der Spannungsquelle noch mindestens drei weitere Bauteile enthalten sein. Jede Arbeitsgruppe erhält eine Spannungsquelle, zwei gleiche Glühlampen, zwei Schalter und Verbindungskabel. Jenny und Jens haben sich für die folgenden Schaltungen entschieden. Baue die Schaltungen nacheinander auf und notiere jeweils die Beobachtungsergebnisse für jede Schalterstellung. C. Elektrische Größen 1. In eine Taschenlampe müssen zwei 1,5 V-Batterien eingelegt werden. Untersuche, wie sie eingelegt werden und erkläre, wieso zwei Batterien benötigt werden. Ein Spielzeug braucht vier 1,5 V-Batterien. Du hast eine von ihnen falsch herum eingelegt. Was ist der Grund dafür, dass das Spielzeug so nicht funktioniert? 2. 3. Das Birnchen einer Taschenlampe trägt die Aufschrift 6,0 V / 300 mA. Wie groß ist sein elektrischer Widerstand während des Betriebs? 4. Eine Glühlampe mit der Beschriftung 6,0 V / 100 mA wird in der folgenden Schaltung betrieben. Was ist zu beobachten? Nimm näherungsweise an, dass der Widerstand des Lämpchens unverändert ist. Physik Aufgaben zum Jahrgangsstufentest Elektrizitätslehre 7. Klasse D. 1. Elektrische Stromkreise 2 Messanordnung Die Abbildung zeigt den Schaltplan eines einfachen Stromkreises. 1.1 Im Stromkreis befindet sich ein Messgerät. Welche physikalische Größe wird damit gemessen? 1.2 Ändert sich die Anzeige des Messgeräts, wenn es sich an einer beliebigen anderen Stelle im Stromkreis befindet? Begründe deine Antwort! 1.3 Nun soll die Spannung, die an der Glühlampe anliegt, gemessen werden. Zeichne den Spannungsmesser in den Schaltplan ein. 1.4 Wie groß ist der Widerstand der Glühlampe, wenn die Stromstärke 0,68 A und die Spannung an der Glühlampe 6,0 V beträgt? Gib vor der Berechnung den allgemeinen Ansatz an! Runde sinnvoll! 2. Menschlicher Stromkreis Der Widerstand für den Stromweg Hand-Hand bzw. Hand-Fuß und Fuß-Fuß im menschlichen Körper betragt jeweils 1200 Ω. Eine Stromstärke von 0,010 A ist bereits deutlich wahrnehmbar. Bei welcher Spannung zwischen den beiden Händen tritt diese Stromstärke auf? 3. Autobeleuchtung 1 Beim Auto leuchten Rücklicht und Scheinwerfer verschieden hell, obwohl beide mit 12 V betrieben werden. Was kannst du über die Widerstände der Lampen aussagen? 4. Autobeleuchtung 2 Bei einem Auto wird die Innenbeleuchtung eingeschaltet, sobald eine der vier Türen geöffnet ist. Skizziere ein mögliches Schaltschema. 5. Barbara will von zwei Türen aus die elektrische Zimmerbeleuchtung beliebig ein- und ausschalten können (unabhängig von der jeweils anderen Schalterstellung). Sie zeichnet für den Elektriker folgenden Schaltplan: a) Was wird der Elektriker daran auszusetzen haben? b) Zeichne einen neuen Plan, der Barbaras Wünsche erfüllt. Physik 6. Aufgaben zum Jahrgangsstufentest Elektrizitätslehre 7. Klasse In dem folgenden Stromkreis befinden sich vier baugleiche Lämpchen, eine Stromquelle und ein Schalter. a) Welche Lämpchen leuchten, wenn der Schalter S geöffnet ist? Vergleiche die Helligkeit der Lämpchen untereinander und gib hierfür eine Begründung. b) Nun wird der Schalter geschlossen. Beantworte die Frage von Teilaufgabe a) auch für diesen Fall. 7. Schaltplan Das nebenstehende Bild zeigt gegenständlich einen einfachen Stromkreis. Zeichne unter Verwendung der üblichen Symbole das Schaltbild dieses Stromkreises. E. 1. Basisgröße Stromstärke Was beinhaltet die Angabe des Symbols "I" für die elektrische Stromstärke? Was gehört zur vollständigen Angabe der Stromstärke? 2. Rechne in die in Klammern angegebene Einheit um: 0,235 A (mA) 12 mA (A) 300 μA (A) 3. Was bedeutet die Aussage: "Die Stromstärke ist eine physikalische Basisgröße"? Was muss bei der Festlegung einer physikalischen Basisgröße festgelegt werden? 4. Man hat mehrere Stromanzeigegeräte, deren Skala noch leer ist. Wie kann man bei ihnen Skalenstriche für gleiche Stromstärke festlegen? Physik F. 1. Aufgaben zum Jahrgangsstufentest Elektrizitätslehre 7. Klasse Gemischtes Unten ist das aus dem Unterricht bekannte Modell zweier verschiedener elektrischer Leiter gezeichnet. a) Beschrifte die markierten Teilchen! An beide Leiter wird die gleiche Spannung angelegt. In welchem Leiter ist die Stromstärke größer? Begründe stichpunktartig, aber vollständig! 2. „Strom geht nicht verloren!“ Zeichne den Versuchsaufbau zu einem Versuch, mit dem man diese Behauptung beweisen kann! 3. Vervollständige die folgenden Tabellen: Bei Lampen bedeutet 0 "leuchtet nicht" bzw. 1 "leuchtet", bei Schaltern bedeutet 0 "offen" bzw. 1 "geschlossen". S1 0 1 0 S2 0 0 1 L1 L2 L3 Physik Aufgaben zum Jahrgangsstufentest Elektrizitätslehre 1 7. Klasse S1 1 1 S2 1 1 S3 1 0 S4 0 1 L1 L2 1 L3 0 G. Elektrische Grundgrößen 1. Stromstärke 1.1 Berechne, wie viele Elektronen innerhalb eines Messzeitraums von 10s die Messstelle passieren, wenn die Stromstärke I = 3 A beträgt! 1.2 Es werden an der Messstelle 600 Trillionen Elektronen registriert. Ermittle rechnerisch, wie groß die Stromstärke ist, wenn der Zählvorgang 5 Sekunden andauert! 1.3 Begründe mit Hilfe eines im Unterricht durchgeführten Experiments, warum die Bezeichnung „Stromverbrauch“ vom physikalischen Standpunkt aus betrachtet sinnlos ist! Skizziere den dazugehörigen Versuchsaufbau! 2. Widerstand 2.1 Gib die Definition des elektrischen Widerstandes an! 2.2 Wie lautet die Standardeinheit des elektrischen Widerstandes ? 2.3 Ergänze: a) Bei gleicher Spannung ist der Widerstand umso ______________ , je kleiner _________________________________ ist. b) Der Widerstand ist umso ______________, je _______________ die Spannung bei gleicher Stromstärke ist. Physik 3. Aufgaben zum Jahrgangsstufentest Elektrizitätslehre 7. Klasse In untenstehender Schaltung befinden sich zwei Lämpchen L1 und L2 unterschiedlicher Bauart und drei Strommessgeräte. Die Lämpchen leuchten unterschiedlich hell. Das mittlere Strommessgerät zeigt 120 mA an. a) Zeichne die Bewegungsrichtung der Elektronen ein! b) Gib jeweils an, ob das linke und rechte Strommessgerät mehr/weniger oder genau soviel wie das mittlere Strommessgerät anzeigen und begründe deine Antwort! 4. Elektrische Spannung 4.1 Zum Betrieb einer Halogen-Taschenlampe müssen fünf Batterien (Akkus mit je 1,2 V) eingelegt werden. a) Gib an, welche Betriebsspannung vorgesehen ist! b) Bestimme den Spannungswert, den man erhält, wenn irrtümlich zwei Batterien falsch herum einlegt werden! 4.2 Eine Taschenlampe wird mit mehreren Batterien (je 1,2V) betrieben. Die Betriebsspannung der Taschenlampe beträgt 6V. a) Gib an, wie viele Batterien mindestens nötig sind, um diese Betriebsspannung zu erreichen! Wie müssen sie beispielsweise angeordnet werden (Skizze!)? b) Bestimme den Spannungswert, den man erhält, wenn zwei Batterien falsch herum einlegt werden! 5. Spannung, Stromstärke und Widerstand 5.1 Ein MP3-Player wird an eine 1,5 V-Batterie angeschlossen. Dabei fließt ein Strom der Stärke 65 mA. Berechne den Widerstand des MP3 Players! Runde das Ergebnis „auf ganze Ω“! 5.2 Glühlampe im Stromkreis a) Skizziere das Schaltbild, in dem die Spannung und die Stromstärke einer an einer Batterie angeschlossenen Glühbirne gemessen werden! b) Nun wird die Glühbirne ausgetauscht und durch eine Glühbirne mit einem doppelt so großen Widerstand wie die in a) ersetzt. Beschreibe, wie sich die Stromstärke bzw. die Spannung (im Vergleich zu a)) verändert! Physik Aufgaben zum Jahrgangsstufentest Elektrizitätslehre H. Magnetismus 1. Ausrichtung Nord- und Südpol 7. Klasse Male die „weißen“ Magnete richtig aus und gib eine kurze Begründung für deine Lösung an! 2. Ein Stabmagnet wird in der Mitte seines Südpols auseinander gebrochen. Welche Pole befinden sich bei 1 und 2? 3. Dauermagnete – Elektromagnete 3.1 Welche der folgenden Sätze treffen nur auf Dauermagnete (D), welche nur auf Elektromagnete (E) zu und welche gelten für beide Arten von Magneten (B)? Kennzeichne jede Aussage mit dem entsprechenden Buchstaben! a) Sie sind abschaltbar. ______ b) Sie haben einen Nord- und einen Südpol. c) Sie ziehen Eisen, Nickel und Kobalt an. d) Sie lassen sich nicht umpolen. ______ ______ ______ 3.2 Nenne zwei Vorteile, die ein Elektromagnet gegenüber einem Permanentmagneten besitzt! 4. Magnetisierung 4.1 Im Unterricht wurde ein nicht magnetischer Eisenstab magnetisiert. Beschreibe die Vorgehensweise genau und erkläre diese Erscheinung! Physik Aufgaben zum Jahrgangsstufentest Elektrizitätslehre 7. Klasse 4.2 Zwei Stäbe sind äußerlich von völlig gleichem Aussehen. Ein Stab ist ein Magnet, der andere ein nicht magnetischer Eisenstab. Du besitzt einen Magneten und sollst herausfinden, welcher Stab der Magnet ist und welcher der nicht magnetische Eisenstab. Beschreibe und begründe, wie du vorgehst! 4.3 Beschreibe, was beim Magnetisieren eines Stückes Eisendraht innerhalb des Drahtes passiert!