Unterrichtsmaterialien Atom: Ganze Werke Seite 2/5
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Physik
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Der Rutherford'sche Streuversuch
Mit dieser Unterrichtseinheit zum Rutherford'schen Streuversuch wird ein klassischer Unterrichtsinhalt des Chemie- und Physikunterrichts der Sekundarstufe I praktisch durchgeführt. Während es bereits einige gute Animationen und auch Filme zu diesem Versuch gibt, fehlte bisher eine Möglichkeit, Schülerinnen und Schüler das Experiment selbstständig erfahrbar zu machen und ihnen so im Rahmen des naturwissenschaftlichen Erkenntnisweges ein Werkzeug an die Hand zu geben, eigene Überlegungen zur Erweiterung ihrer Atomvorstellung anzustellen.
Gesamtwerk
Die Kernphysik
Woraus besteht die Materie im Universum und welche Kräfte wirken zwischen den Bestandteilen? Die moderne Physik geht der Ursache auf den Grund und findet immer neue Elementarteilchen, welche die Grundstruktur von allem, was wir kennen, darstellen. Wir richten unseren Blick auf das Kleinste im Universum – die Elementarteilchen im Bereich der Kernphysik.
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Quantenphysik
Um die Quantenphysik und darauf aufbauende Eigenschaften richtig verstehen und herleiten zu können, sind Eine-Ladung-Systeme wie Wasserstoff und einfach ionisiertes Helium von enormer Bedeutung. In diesem Beitrag lernen Ihre Schülerinnen und Schüler diese und weitere Systeme sowie damit einhergehend wichtige Formeln der Quantenphysik kennen. Das erlangte Verst├ñndnis wird anhand von entsprechenden Übungaufgaben gefestigt. Des Weiteren werden Darstellung und Anwendung von Energieschemata eingeführt und wichtige physikalische Rückschlüsse aus dem Spektrum des Wasserstoffs gezogen.
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Materiewellen
Materiewellen gehören zu den faszinierendsten Phänomenen der modernen Physik. Dieser Beitrag thematisiert verschiedene Experimente, welche die Hypothese des theoretischen Physikers Louis de Broglie eindrucksvoll bestätigen. Neben dem Doppelspaltversuch von Jönsson, der inzwischen Eingang in die Oberstufen-Lehrpläne gefunden hat, werden weniger bekannte, aber hochinteressante Beugungsversuche mit langsamen Neutronen vorgestellt. Somit ergeben sich für den Unterricht im Grund- und Leistungskurs vielfältige Möglichkeiten, das Thema kontextorientiert und differenziert zu bearbeiten.
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Physik der flitzenden Teilchen
Große Teilchenbeschleuniger wie der LHC am CERN faszinieren durch ihre gigantischen Ausmaße und die verheißungsvolle Forschung, die an ihnen betrieben wird. Auf der Suche nach neuen Elementarteilchen, aber auch für Materialforschung und Medizin werden schnelle Teilchen benötigt. Neben dem Zyklotron behandelt dieser Beitrag das Synchrotron sowie die Anwendung in Forschung und Technik.
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Atommodelle
Atome sind winzige Teilchen − diese Vermutung hatte schon der griechische Philosoph Demokrit (450 v. Chr.). Deshalb gab er diesen Teilchen den griechischen Namen „atomos“ − das Unteilbare. Seine „Atomvorstellung“ hielt sich bis in das 18. Jahrhundert − erst dann wurden seine Gedanken wieder aufgegriffen und mit dem „Dalton’schen Atommodell“ erstmals modifiziert. Es sollten aber noch fast 200 Jahre vergehen, bis mit den ab den 1920er-Jahren gewonnenen Erkenntnissen der modernen Quantenphysik das heutige „Quantenphysikalische Atommodell“ entstehen konnte.
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Energie aus dem Atom
Wie funktioniert die Energiegewinnung bei einer Kernspaltung? Und können wir bei der Energieerzeugung durch Kernfusion, bei der nach dem Vorbild der Sonne Atome miteinander verschmolzen werden, den Herausforderungen des Klimawandels begegnen? Ihre Schülerinnen und Schüler wiederholen auf spielerische Weise wichtige Grundbegriffe zur Atom- und Kernphysik und setzen sich mit den Themen Kernspaltung und Kernfusion auseinander.
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Navigation – Wie wir uns mit und ohne Satelliten in der Welt zurecht finden
Navigation – Wie wir uns mit und ohne Satelliten in der Welt zurecht finden
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Fragen
Fragen
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Der lineare Potenzialtopf
Sobald der Aufenthaltsbereich eines Elektrons räumlich begrenzt wird, kann dieses nur noch ganz bestimmte Geschwindigkeiten annehmen – die Energie des Elektrons ist gequantelt. Mithilfe des einfachen Modells des linearen Potenzialtopfes nähern sich Ihre Schüler diesem erstaunlichen Phänomen, das weitreichende Konsequenzen für die Physik der kleinsten Teilchen hat.
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Hochenergetische Strahlung
Hochenergetische Strahlung spielt in der Natur und Technik eine große Rolle. Um die Wirkung von kosmischer Strahlung bzw. medizinisch genutzter hochenergetischer Strahlung zu erklären, werden Kenntnisse aus verschiedenen Teilgebieten der Physik benötigt. Hier werden zwei Klausuren auf Abiturniveau vorgestellt, die Aufgaben aus den Themenbereichen Radioaktivität, Teilchenphysik, Relativitätstheorie und Elektrodynamik am Kontext kosmischer Strahlung bzw. Strahlentherapie beinhalten.
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Eine Einführung in die Atomphysik
Aufbauend auf der historischen Entwicklung des Atombegriffs werden die grundlegenden Versuche zur Abschätzung der Größenordnungen des Atoms vorgestellt. Ausgehend von diesen Versuchen wird die Entwicklung der Atomvorstellung präsentiert bis hin zum modernen Atommodell. Der erarbeitete Stoff wird durch eine Reihe von Aufgaben gefestigt und im Anschluss durch ein Beispiel einer Lernerfolgskontrolle überprüft.
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Technische Kommunikation – mit Satellitentechnik auf der Erde und im Weltraum kommunizieren
Technische Kommunikation – mit Satellitentechnik auf der Erde und im Weltraum kommunizieren
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Ein Spaziergang durch die Kernphysik – Atommodelle und Kernreaktionen
The Large Hadron Collider (LHC) ist der größte und leistungsstärkste Teilchenbeschleuniger der Welt. Er besteht aus einem 27 Kilometer langen Ring aus sehr guten Magneten und einer hohen Zahl von Beschleunigungsstrukturen, um die Teilchen auf Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen. In diesem Beitrag setzen sich Ihre Schüler mit Atommodellen, Zerfallsprozessen, Radioaktivität, Kernspaltung und Kernfusion auseinander und erwerben so die Grundlagen, um zu verstehen, welche Prozesse im Teilchenbeschleuniger ablaufen (die ggf. Teil eines weiteren Beitrags sind).
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Mondrover Lunochod
Ende 1970, nicht lange nach der Mondlandung der amerikanischen Astronauten, brachte die damalige Sowjetunion ein fahrbares Labor auf den Mond. Der ferngesteuerte Rover mit dem Namen Lunochod lieferte wichtige wissenschaftliche Erkenntnisse über den Mond, indem er das Mondgestein mithilfe der Röntgenfluoreszenzmethode analysierte. Als Wärmequelle für die empfindlichen Geräte im Rover diente eine Radionuklid-Heizung, die das Isotop Polonium-210 enthielt. Diese Themen bieten beste Möglichkeiten, Unterrichtsinhalte für die Abiturvorbereitungen zu vertiefen.
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Elektrische Felder und Kondensatoren
Kondensatoren findet man in vielen elektronischen Schaltungen. Dort speichern sie kleine Mengen Energie, sorgen für zeitlich verzögerte Signalweiterleitung, bestimmen die Frequenz von Schwingkreisen und filtern Gleichspannungsanteile aus überlagerten Gleich- und Wechselspannungen heraus. Rundfunk, Fernsehen, Mobilfunk, Computer, das Internet und vieles andere wären ohne Kondensatoren nicht möglich. Im ersten Teil dieses Beitrags wurden die physikalischen Grundlagen erläutert. Dieser zweite Teil widmet sich nun der technischen Anwendung.
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Naturphilosophie
Naturphilosophie - von der Antike bis in die Gegenwart. Was ist Natur oder was könnte sie sein? Diese und weitere Fragen sind grundlegend für Naturdenken und -handeln. Das Lehr- und Studienbuch bietet eine historisch-systematische und zugleich praxisbezogene Einführung in die Naturphilosophie mit ihren wichtigsten Begriffen, Strömungen und Diskursen. Es nimmt den pluralen Charakter der Wahrnehmung von Natur in den philosophischen Blick und ist auch zum Selbststudium bestens geeignet.
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Physik auf der Bühne
Verschiedene Arten von Inszenierungen spielten und spielen in der Physik wie auch beim Nachdenken über Physik eine Rolle: Forschende präsentieren ihre Ergebnisse vor Kolleginnen und Kollegen, Faradays "Weihnachtsvorlesungen" werden immer wieder nachgeahmt, Science-Slams füllen große Säle und Brechts "Galileo" ist heute noch aktuell. All diese Zugänge sowie die damit verknüpften, unterschiedlichen szenischen Formate bergen auch Potenziale für den Physikunterricht, insbesondere bei der Thematisierung von Nature-of-Science-Aspekten und für Lernende, die sonst nur schwer einen Zugang zur Physik finden. Dieses Heft stellt Ihnen verschiedene Methoden vor. Manche lassen sich als methodische Elemente gut in den üblichen Physikunterricht einbinden, andere zielen auf längere, auch fächerübergreifende Projektarbeit. So bietet Ihnen dieses Heft vielfältige Anregungen, Ihren Physikunterricht "dramatischer" zu gestalten. Die Beiträge des Heftes bieten neben Hintergrundinformationen und einem Überblick zum Thema u.a. kurze Skizzen und Ideen für den Unterricht, beispielsweise: zur Repräsentation physikalischer Konzepte in Form von Standbildern oder animierten Diagrammen; für das StoryTelling im Physikunterricht zu physikhistorischen Themen; zur Nutzung von Social-Media-Diskussionen zu physikalischen Themen als Ausgangspunkt für Aufgabenstellungen; stellen aber auch komplexere Methoden vor wie z.B.: die Erstellung von einfachen Animationen zur Präsentation fachlicher Inhalte; die durch eine Geschichte geführte Visualisierung naturwissenschaftlicher Sachverhalte durch eine besondere Form des Posters; die Erarbeitung und Inszenierung eines physiknahen Bühnenstücks wie Brechts "Galileo" in einem längerfristigen Projekt. Darüber hinaus bietet das Heft Anregungen für die Präsentationen von Forschungsergebnissen am Beispiel von "jugend forscht" und Tipps zur Vorbereitung und Gestaltung schulischer Science-Slams. Ein Blick hinter die Kulissen des Wiener "portraittheaters" zeigt, wie Aspekte von Naturwissenschaften professionell auf die Bühne gebracht werden. Jenseits der "Physik auf der Bühne" finden sich im Heft auch Ideen zur einfachen Klassifizierung der Orbitale des H-Atoms sowie Vorschläge für Modellversuche zum Treibhauseffekt.
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Sensoren und Transistoren praxisnah
Sensoren und Transistoren sind in allen elektronischen Geräten unseres Alltags in großer Zahl verbaut. Sie befinden sich oft kaum sichtbar an Geräteoberflächen oder unsichtbar im Inneren von Wetterstationen, Smartphones etc. und nehmen Veränderungen der Umwelt auf. Diese werden wie bei einem Thermometer unmittelbar auf einem Display dargestellt oder wie bei Helligkeitssensoren in Smartphones automatisch verarbeitet. In dieser Unterrichtseinheit werden die physikalischen und methodischen Grundlagen zu Sensoren und Transistoren vermittelt, mithilfe von Experimenten vertieft und ein Hinterfragen der Funktionsweise von technischen Alltagsgegenständen angeregt.
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Der Transistor
Der Transistor ist somit ein elektronisches Bauteil, das Ströme verstärkt und damit auch zum Ein- und Ausschalten von elektrischen Strömen geeignet ist. Einzelne diskrete Transistoren spielen in der praktischen Anwendung kaum eine Rolle. Meist findet man eine große Anzahl von Transistoren bei integrierten Schaltungen.
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CERN - der Large Hadron Collider
Mehr als 11 000 Wissenschaftler erforschen heute am CERN, dem weltgrößten Forschungszentrum für Elementarteilchenphysik, die fundamentalen Gesetze des Universums. Der Large Hadron Collider, um den es in diesem Beitrag geht, ist ein großer Teilchenbeschleuniger für z. B. Protonen.
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Robotik
Die Inhalte sollen einen verständlichen, grundlegenden Zugang zur Robotertechnik ermöglichen. Es wird darauf eingegangen, wie sich Robotik-Systeme bewegen, wie sie die Umwelt registrieren und wie sie im Alltag und im Weltall helfen. Dabei wird in fünf Modulen beispielsweise auf die Steuerungs- und Regeltechnik, die Mensch-Maschinen-Schnittstellen sowie die HF-Technik eingegangen. Zu jedem Modul gibt es verschiedene Arbeitsblätter.
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Vom Urknall in die Zukunft - eine kosmologische Zeitreise Stand: Nov. 2018
Die SuS werden in die Geheimnisse der Entstehung des Kosmos und die teilweise nicht leicht zu verstehenden, da theoretischen physikalischen Zusammenhänge eingeführt, indem sie Begriffe wie Singularität, Materie und Antimaterie, Galaxien und Sonnensystem besprechen und Versuche durchführen. Mit dem Material wird ein Blick in die Zukunft, insbesondere unseres Sonnensystems geworfen. Die didaktischen Erläuterungen unterstützen die Lehrkraft bei der Planung, Durchführung und Reflexion des Unterrichts. Lösungen sind im Anhang enthalten.
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Künstliche Strahlenbelastung und die moderne Medizin Stand: Oktober 2018
Atomphysik ist nicht nur im Bereich der Energieversorgung und Waffenentwicklung ein zweischneidiges Schwert. Auch in der Medizin hat die Nutzung radioaktiver Stoffe sowohl zu neuen Belastungen als auch zu neuen Behandlungsmöglichkeiten geführt. Die Schüler mit der Auswirkung ionisierender Strahlung auf das menschliche Gewebe und sie lernen belastende Auswirkungen der modernen Medizin sowie ihre Vorzüge und neuen Behandlungsmethoden kennen. Dabei wenden sie ihr Wissen über Energiedosis, Halbwertszeit und Aktivität in einem spannenden und aktuellen Kontext an.
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Physik 7-10 berufsbezogen
Wozu braucht man denn überhaupt Physik? Diese Frage hören Sie in Ihren Physikunterricht bestimmt auch häufiger von Schülern, die nicht verstehen, wozu sie die Themen des Lehrplans überhaupt im späteren Leben benötigen. Mit diesem Band geben Sie die konkrete Antwort! Physik im Berufsleben Jedes Thema wird in diesem Band anhand von konkreten Beispielen aus dem Berufsleben erklärt, wobei auch Berufe zur Sprache kommen, die auf den ersten Blick keinen Zusammenhang mit Physik haben. So wird den Schülern klar, dass Physik eben doch eine Rolle im Leben spielt. Zahlreiche Arbeitsblätter als Kopiervorlagen Der Band liefert Ihnen außerdem eine Vielzahl an Arbeitsblättern als Kopiervorlagen mit Berufsbeschreibungen und dazu passenden Aufgaben. So lernen die Schülerinnen und Schüler wichtige Inhalte aus dem Fach Physik und tun zusätzlich etwas zur Berufsorientierung.
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