Arbeitsblätter für Physik: Beschleunigung
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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.
Mit diesem Material untersuchen die SuS grundlegende mechanische Prinzipien wie z.B. den freien Fall, die Radialbeschleunigung oder die Schwingungen von Pendeln. Dazu verwenden sie neben ihren Smartphones zwei Apps zur Messung ihrer Daten. Didaktische Erläuterungen und Lösungen für die Lehrkraft sind im Anhang enthalten.
Die Kinematik behandelt Bewegungen, wie wir sie jeden Tag beispielsweise in unserem Alltag sehen. Zudem kann man hier leicht selbst messen und diverse computerbasierte Messmethoden kennenlernen. Dennoch wird die Kinematik von den Schülerinnen und Schülern häufig als schwierig, uninteressant und abschreckend empfunden. Darüber hinaus haben sich auch schon Physiklehrkräfte über das Thema „einfache lineare Bewegungen“ beklagt (vgl. [1], S. 27). Dieser Beitrag beleuchtet ausführlicher drei Gründe, welche die Kinematik aus unserer Sicht didaktisch so problematisch machen, und zieht daraus Schlüsse für den Unterricht
Das vorliegende Material ermöglicht den Schülerinnen und Schülern die Durchführung von verschiedenen Experimenten rund um das Thema 'Konstante Beschleunigung'. Inhaltlich liegt der Fokus dabei auf dem freien Fall, auf dem Start eines Modellflugzeugs mit einem Gummiband, auf der Beschleunigung im Straßenverkehr sowie auf der Kraft. Zu jedem Experiment werden Hilfen zur Verfügung gestellt.
Für die Schule muss immer elementarisiert, also auch vereinfacht werden. Dabei ist es durchaus strittig, wie stark man vereinfachen kann und wann es noch fachgerecht ist. Um sich klar zu werden, was genau man vereinfacht, skizzieren wir zu Beginn die fachliche Sicht der Hochschulphysik.
Die SuS lesen einen Informationstext zum Thema Geschwindigkeit und bearbeiten anschließend Rechenaufgaben dazu. Außerdem führen die Lernenden einen Versuch durch zum Thema Kraft und Beschleunigung. Zuletzt lernen sie das dynamische Grundgesetz kennen.
Der Cartoon „Rollende Kugel“ kann als Nagelprobe dafür dienen, inwieweit die Schülerinnen und Schüler ein angemessenes Verständnis der kinematischen Grundgrößen entwickelt haben. Der Cartoon „Rutschender Schlitten“ betont den Aspekt der Reibung. Mit Absicht wird die Qualität des Schnees nicht spezifiziert, denn je nach Grad der Vereisung ändert sich die Beschleunigung. Somit wird die Reibung zu einer Bedingung, die in eine vollständige Argumentation einbezogen werden muss.
Mithilfe der vorliegenden Materialien erweitern die Schülerinnen und Schüler ihr Wissen zur den Newtonschen Gesetzen. Sie befassen sich dabei selbstständig mit dem Trägheitsgesetz, mit dem Grundgesetz der Dynamik sowie mit dem Wechselwirkungsgesetz.
Die Funktionsweise der Sensoren sollte im Vorfeld unbedingt thematisiert werden. Die Arbeit mit bewegten Bezugssystemen und den in ihnen wirkenden Trägheitskräften fällt den SuS nicht leicht: Es ist nicht intuitiv einzusehen, warum das Smartphone eine Beschleunigung misst, wenn es in Ruhe ist, während keine Beschleunigung registriert wird, wenn es frei fällt.
Der Autor greift in diesem Beitrag vier scheinbar verschiedene Arten zur Erfassung von Beschleunigungen mittels Sensoren auf, denen jedoch das gleiche physikalische Prinzip zugrunde liegt. Ein Modellversuch mit einem Beschleunigungsmesser wird beschrieben.
Mithilfe des vorliegenden Materials befassen sich die Schülerinnen und Schüler intensiv mit der beschleunigten Bewegung sowie mit der Arbeit mit Berechnungen und Diagrammen. Das Material ist zweifach differenziert.