Arbeitsblätter für Physik: Archimedisches Prinzip
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In dem vorliegenden Unterrichtsmaterial wiederholen die Schülerinnen und Schüler kurz die Massendichte und die Auftriebskraft. Danach bearbeiten die Lernenden Übungsaufgaben zu diesem Themenbereich. Dabei lernen sie auch das Galilei’sche Thermometer, das Aräometer und die Mohr’sche Waage kennen.
Anhand der vorliegenden Materialien setzen sich die Schülerinnen und Schüler mit den Kräften beim Schwimmen und Schweben auseinander. Dabei befassen sie sich u.a. mit der Dichte, mit dem Prinzip von Archimedes sowie mit dem Druck und seiner Wirkung.
So wird Ihr Physikunterricht ganz aktuell: Nutzen Sie doch den 175. Geburtstag von Graf von Zeppelin, um mit Ihren Schülern im Unterricht die physikalischen Eigenschaften von Luftschiffen zu besprechen! Ihre Schüler lernen, was es mit dem aerostatischen Auftrieb auf sich hat und wissen danach, warum Ballons und Luftschiffe in der Luft aufsteigen und schweben können. Außerdem erfahren Sie etwas zur Trimmung des Zeppelins. Zum Abschluss vergleichen Ihre Schüler noch in technischer Hinsicht den LZ 1 mit dem LZ 129 und lernen dabei, wie schnell sich die Zeppeline in wenigen Jahren weiterentwickelt haben. Die Lösungen sind enthalten.
Neben der Technik, mit deren Hilfe die Reise in den Weltraum überhaupt erst möglich wird, spielt in diesem Heft das Thema Schwerelosigkeit eine zentrale Rolle. Sie hat Auswirkungen auf nahezu alle alltäglichen Abläufe und erlaubt wissenschaftliche Untersuchungen, wie sie auf der Erde gar nicht möglich sind – und zwar in ganz unterschiedlichen Disziplinen: Allem voran betrifft das die Physik, aber auch biologische Fragestellungen, Abläufe im menschlichen Körper und viele andere Forschungsbereiche. So lernen die Schülerinnen und Schüler technische und naturwissenschaftliche Themengebiete kennen, die mit den entsprechenden Unterrichtsfächern korrespondieren. Zugleich wenden sie durch eigenes Konstruieren und Experimentieren, Messen und Rechnen die entsprechenden Methoden an. Und sie verstehen auch: Raumfahrt ist nicht nur faszinierend, sondern dient vor allem einer Vielzahl von Anwendungen, die uns auf der Erde nutzen.
Möglicherweise erscheint es vielen Physiklehrkräften einfach zu erklären – schließlich weiß man fachlich ja, wovon man spricht. Und was einem selbst klar ist, wird man wohl auch klar darstellen können, oder? Und was klar dargestellt ist, kann doch auch jeder verstehen.. Natürlich muss einem ein Sachverhalt selbst klar sein, um ihn erklären zu können. Das ist allerdings nur die Voraussetzung zum Erklären, nicht mehr.
Die SuS bearbeiten interdisziplinäre Übungsaufgaben für Extremwertaufgaben. Ferner lernen sie das Fermat'sche Prinzip kennen und wenden es an. Auch erkennen die SuS, dass es bei einer optischen Abbildung stets viele Lichtwege mit gleichen Laufzeiten gibt. Lösungen sind enthalten.
Optische Phänomene sind faszinierend. Der Gesichtssinn ist für den Menschen essenziell. Schon immer hat der Mensch daher versucht, Licht und Sehen zu verstehen, auch zunehmend auf wissenschaftlicher Basis. Dabei interpretierte man im Laufe der Zeit „verstehen“ und „erklären“ als ein Zurückführen auf anerkannte Grundlagen, in den Naturwissenschaften war das irgendwann letztlich ein physikalisches Modell.
1 Die glühende Gurke; 2 Der glühende Bleistift; 3 Die Zauberröhre; 4 Die geneigte Ebene; 5 Schwebender Luftballon; 6 Wasser im Glas; 7 Ei in Flasche; 8 Ein verblüffendes Federexperiment
Mithilfe des vorliegenden Materials erweitern und vertiefen die Schülerinnen und Schüler ihr Wissen zum Auftrieb durch Gase. Das Material 1 behandelt dabei das Thema 'Ein Ballon aus Stoff und Papier'. Mit dem Material 2 befassen sich die Schülerinnen und Schüler mit dem archimedischen Prinzip.
Die folgenden drei Beispiele zeigen spezifische Einsatzmöglichkeiten ausgewählter dynamischer Repräsentationen zum Thema Auftriebskraft, die aber weder einen kompletten Unterrichtsgang darstellen noch als Ersatz für Realexperimente angesehen werden sollen. Nach den Beobachtungen und Erfahrungen der Autorin beim Einsatz dieser digitalen Lernobjekte konnten damit sowohl die Lernmotivation der SuS als auch die Qualität der tatsächlich stattfindenden Lernprozesse im Hinblick auf ein Konzeptverständnis positiv beeinflusst werden.
In M 2 wird die experimentell erarbeitete Formel für die Auftriebskraft als gleichwertig zum archimedischen Prinzip erkannt. Drei weitere Experimente festigen die erarbeiteten Grundlagen, u.a. wird ein kartesianischer Taucher gebastelt.
In M 5 werden die erarbeiteten Ergebnisse auf die Luft übertragen.
Etliche Elemente fiktionaler Medien sind in Grenzbereichen zwischen Fiktion und Realem angesiedelt, was sie für eine nähere Untersuchung im Physikunterricht besonders interessant macht. Das Thema Unsichtbarkeit kann hier exemplarisch zeigen, wie sich verschiedene Ideen und Medien verbinden lassen, und dazu anregen, sich selbst Gedanken über das Problem der Unsichtbarkeit zu machen.