Unterrichtsmaterialien Physik: Ganze Werke Seite 3/6
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Arbeit, Energie und Leistung
Die Schüler lernen, mit den Begriffen Arbeit, Energie und Leistung souverän umzugehen. Vielfältiges alltagsnahes Übungsmaterial steht zur Verfügung, um die Grundlagen der Mechanik zu festigen. Eine Lernerfolgskontrolle rundet die Unterrichtseinheit ab.
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MINT Zirkel - Ausgabe 2, Mai 2021
Wie sich die Sprache der mathematischen Formeln entwickelte, was ihr beachten müsst, wenn ihr Fotos und Bilder für Unterrichtsmaterialien nutzen wollt, wie ein Schulvivarium den Unterricht belebt und vieles Weitere, erfahrt ihr in der neuen Ausgabe des MINT Zirkel. Außerdem dürft ihr euch auf die Arbeitsblätter „Borkenkäfer: Schädling oder Nützling“ und „Globales Erwärmungspotenzial von Baustoffen“ freuen. Schaut doch mal rein!
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Klangwelten
Welche Klänge hören wir heute in der globalisierten Welt und in welchen Klangwelten begegnen sie uns? Welche Rolle spielen diese Klänge innerhalb und außerhalb der Musik? Wie lassen sie sich hören und beschreiben? Wie hören wir Klänge, wie hören wir Musik? Welche Wirkungen haben sie auf uns? Welche Bedeutungen können Klänge der Musik und der Alltagswelt für uns haben und wie verhalten sich diese Bedeutungen zu Bedeutungen, die wir in Stimm- und Sprachlauten von Tieren und Menschen oder in anderen Klängen aus Natur und Alltagswelt erkennen? All diese Fragen behandeln Sie mit Ihren Schülerinnen und Schülern in unseren Unterrichtsmaterialien zu "Klangwelten".
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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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Gravitation
In diesem Beitrag werden den Schülerinnen und Schülern ausgehend von der fantastischen Utopie eines Mondflugs bei Jules Verne die physikalischen Grundlagen des Starts und der Flugbahn eines Projektils nahegebracht, um dann Bahnen von erdnahen Satelliten und Raketen der Apollo-Missionen zu berechnen.
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Die Erde in Opposition?!
Die Erde in Opposition – ist es denn so ungewöhnlich? Nein! Es ist nur eine Frage des Standpunktes. Von den äußeren Planeten sind wir es gewohnt, dass sie in Oppositionsstellung zur Erde gelangen. Die Sonne, die Erde und ein äußerer Planet befinden sich auf einer Geraden, wobei die Erde zwischen Sonne und äußerem Planeten steht.
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Röntgenstrahlung
Wie entsteht Röntgenstrahlung, welche Eigenschaften hat sie und wie lassen sich diese experimentell ermitteln? Fragen dieser Art werden im Rahmen des Physikunterrichts im Grund- wie im Leistungskurs behandelt und haben eine hohe Relevanz für die Abiturprüfung. Dieser Beitrag stellt Materialien zur Verfügung, die für die Wiederholung des Themenbereichs Röntgenstrahlung und die Vorbereitung auf das Abitur bestens geeignet sind.
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Mechanische Schwingungen
Zeitliche Schwingungen spielen eine zentrale Rolle, nicht nur in der Physik und Technik. Sie bilden auch das Fundament, um Wellenausbreitungen (zeitliche und räumliche Schwingungen) verstehen zu können. In dem vorliegenden Unterrichtsmaterial wiederholen die Schülerinnen und Schüler die wichtigsten Begriffe der Schwingungslehre. Es werden die ungedämpften und die gedämpften Schwingungen kurz angesprochen, bevor die Schüler Übungsaufgaben zu diesem Themenbereich bearbeiten.
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Die Reibung beim schiefen Wurf
Diese Unterrichtseinheit behandelt den schiefen Wurf, wie er z. B. beim Ballsport auftritt. Wenn man den Einfluss des Luftwiderstands vernachlässigt, ist die Flugbahn, die ein Körper beim Wurf in einem homogenen Schwerefeld beschreibt, parabelförmig. Der schiefe Wurf stellt dabei den Regelfall dar – waagerechter und senkrechter Wurf sind Ausnahmefälle. In diesem Beitrag wird außerdem noch die Reibung berücksichtigt.
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Beschleunigte Bewegungen
Beschleunigte Bewegungen sind im Lehrplan Mechanik der Einführungsphase in die gymnasiale Oberstufe Pflichtthema. Aufbauend auf den geradlinig-gleichförmigen Bewegungen, also solchen ohne Krafteinwirkung, soll den Schülern auch das Weg-Zeit-Gesetz der beschleunigten Bewegung in „Fleisch und Blut“ übergehen. Dazu liefert dieser Beitrag vielfaltige Übungsaufgaben. Eine Lernerfolgskontrolle rundet die Unterrichtseinheit ab.
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MINT Zirkel - Ausgabe 1, Januar 2021
Wer sich einmal gefragt hat, wie die Erforschung der Viren begann, ein Abschleppdienst im All aussehen könnte und wie man erfolgreich einen MINT-Cup in der Schule organisiert und umsetzt wird in der aktuellen Ausgabe fündig. Diese und weitere spannende Artikel erwarten euch. Zusätzlich dürft ihr euch auch über ein kleines KI-Rätsel und zwei Arbeitsblätter zur Ergänzung der Artikel „Verwendung digitaler Modelle im naturwissenschaftlichen Unterricht“ und „MINT-Cup organisieren und umsetzen“ freuen. Probiert es doch mal aus!
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Die Trojaner
Die Schüler lernen mithilfe des sog. kreisförmig eingeschränkten Dreikörperproblems und des Hebelgesetzes Fakten über das System Sonne-Jupiter und Saturn, also über den Schwerpunkt des Systems, kennen. Ferner bekommen sie Kenntnisse über Asteroiden, insbesondere über die sog. Trojaner mit Bahnbestimmungselementen. Dabei spielt das 3. Gesetz von Kepler eine besondere Rolle, gelingt es doch damit z. B. die Masse eines Trojaners zu bestimmen. Tiefergehend geht es dann um die exakte Lösung des Dreikörperproblems – unter der oben genannten Bedingung – nach Lagrange. Hier im Beitrag beschränken wir uns auf die Lagrangepunkte L4 und L5 .
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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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Die elastische Schraubenfeder
Die Schüler lernen den vielfältigen Einsatz von Schraubenfedern in der Praxis kennen. Dieser erlaubt verschiedene physikalische Sichtweisen, wie z. B. die Wirkungsweise in Form von Diagrammen aufzuzeigen, Berechnungen hinsichtlich ihrer Dehnbarkeit zuzulassen, aber auch Betrachtungen über damit verbundene Energieumwandlungen anzustellen. Schraubenfedern lassen sich miteinander kombinieren und können auch als schwingungsfähige Elemente dargestellt und behandelt werden.
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Die Gesetze von Kepler
Damit Ihre Schüler die Leistung Johannes Keplers verstehen, machen sie zuerst ein Ausflug in das bestehende Weltbild zu Kepler‘s Zeit und in die Zeit zuvor. Anschließend gewinnen sie einen Einblick in Kepler‘s Leben und Wirken, das seinen Höhepunkt in der Formulierung und Niederschrift der drei Gesetze findet, die bis heute eine wichtige Basis für astronomische Berechnungen darstellen. Den Umgang mit diesen Gesetzen vertiefen Ihre Schüler durch eine Reihe von Aufgaben, bevor sie ihr erworbenes Wissen noch anhand einer Lernerfolgskontrolle testen können.
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Raketenbau und Kaleidoskop
Mit den in diesem Beitrag vorgestellten Experimenten fördern Sie das Staunen über physikalische Phänomene. Ihre Schüler entdecken selbst physikalische Gesetzmäßigkeiten, indem sie z. B. eine Dosenrakete bauen. Sie lernen optische Geräte (Kaleidoskop und Periskop) kennen und führen Versuche mit Luft durch. So begeistern Sie die Lernenden, und die Erkenntnisse bleiben nachhaltig im Gedächtnis haften.
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Elektro- und Dieselmotor
Elektromotoren findet man in verschiedenen Größen und zahlreichen Anwendungsfeldern von Spielwaren über Küchengeräte und Werkzeugmaschinen bis hin zu Autos, Zügen und Industrieanlagen. Dieselmotoren findet man überall dort, wo viel Kraft gebraucht wird, in Autos, Bussen, Lastwagen, landwirtschaftlichen Großmaschinen, Lokomotiven und Schiffen. In dieser Unterrichtseinheit werden zunächst die physikalischen und methodischen Grundlagen zu diesen beiden Motorentypen vermittelt. Experimente dienen schließlich der Vertiefung und dem genaueren Hinterfragen der Funktionsweise der technischen Alltagsgegenstände.
Gesamtwerk
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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Optische Speicher und Lichtleiter
Die Unterrichtsreihe zur Optik für den Physikunterricht in der Sekundarstufe I beschäftigt sich mit unterschiedlichen Möglichkeiten der optischen Signalverarbeitung. Sie sensibilisieren Ihre Klasse für Fragestellungen zur Funktionsweise technischer Alltagsgegenstände wie CDs und DVDs. Motivieren Sie Ihre Klasse durch den Schülerversuch dieses Beitrags, sich mit Gesetzmäßigkeiten der Optik auseinander zu setzen. Mit anwendungsbezogenen Fragestellungen begeistern Sie die Lernenden für die MINT-Fächer.
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Bewegungen analysieren
Der Beitrag zur Analyse von Bewegungen im gymnasialen Physikunterricht kommt der Forderung nach Digitalisierung in der Lehre nach. Es werden unterschiedliche Bewegungsformen mithilfe einer kostenlosen Smartphone-App untersucht. Für die Lernenden ist es ausgesprochen motivierend, ihr eigenes Smartphone im Unterricht einzusetzen und dabei verschiedene Sensoren sinnstiftend als Messgerät zu verwenden. Der Beitrag zeigt ebenso Möglichkeiten auf, als digitale Alternative zum Präsenzunterricht viele Experimente auch von zu Hause aus eigenständig durchzuführen.
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Formeln, Größen, Einheiten
Der Praxisbezug der Physik ist enorm. Fast alle Schüler verfügen in diesem Bereich über ein reiches Vorwissen. Gleichzeitig sind in dieser Disziplin physikalische Größen, ihre präzise Definition, die zugeordneten Einheiten sowie Zusammenhänge zwischen den einzelnen Größen von enormer Bedeutung. Mit diesem Beitrag wiederholen Ihre Schüler physikalische Grundlagen selbstständig und in motivierender Weise.
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Der Doppelstern KIC 9832227
Ihre Schüler lernen am Beispiel des engen Doppelsternsystems KIC 9832227 die Physik der Doppelsterne kennen. Sie stellen Berechnungen zu den Zustandsgrößen der beiden Sterne an und untersuchen die Dynamik im System. Viele wichtige Gleichungen der Astrophysik werden in diesem aufregenden Kontext angewandt. Dabei lernen Ihre Schüler auch, dass es in der Astronomie sinnvoll ist, andere Sterne, z. B. die Sonne, als Bezugskörper zu wählen.
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Reflexion und Brechung – Aufgaben
In dem vorliegenden Unterrichtsmaterial wiederholen die Schüler die wichtigsten Begriffe der geometrischen Optik: die Reflexion (einschließlich Totalreflexion) und die Brechung. Der Schwerpunkt liegt jedoch auf der Bearbeitung von Übungsaufgaben zu diesem Themenbereich.
Gesamtwerk
Mit Kräften rechnen – Praxisaufgaben
Der Beitrag führt Ihre Schüler an den abstrakt erscheinenden Begriff der Kraft in verschiedenen Betrachtungssituationen heran. Es werden Beispiele aus den verschiedensten Bereichen der Physik als Auswahl angeboten. Hier können Schüler sich neben einer mehr oder weniger intensiven Wiederholung auch bei verstärktem Interesse z. B. in Form eines Aufbau- oder Zusatzkurses tiefer in das Gebiet einarbeiten. Das letzte Material stellt einen allgemeinen Mix des behandelten Themas dar und eignet sich als Auffrischung zu diesem Thema bzw. als mündliche Prüfung.
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