Unterrichtsmaterialien Dynamik: Ganze Werke Seite 2/8
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Physik
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Gesamtwerk
Kraft und Bewegung
Nicht alles, was wir im Alltag als Kraft bezeichnen, ist auch im physikalischen Sinne eine Kraft. Kräfte sind Ursache für Bewegungsänderungen und Verformungen. Wenn ein Ball geworfen oder gefangen wird, ist eine physikalische Kraft im Spiel. Der Ball kommt in Bewegung oder er wird abgebremst. In dieser Einheit erarbeiten sich die Schülerinnen und Schüler die physikalischen Grundlagen und nutzen ihr Wissen, um lebensnah in Versuchen die Welt der Kräfte zu erforschen.
Gesamtwerk
Wärmepumpe
Im März 2023 hat die Bundesregierung angekündigt, den Ausbau von Wärmepumpen massiv erhöhen zu wollen. Ab 2024 sollen pro Jahr mindestens 500.000 neue Wärmepumpen installiert werden, sodass bis zum Jahr 2030 mindestens sechs Millionen Wärmepumpen in Betrieb sind. Doch nach welchem physikalischen Prinzip funktioniert eine Wärmepumpe? Und welche Faktoren beeinflussen den Wirkungsgrad?
Gesamtwerk
Das physikalische Pendel
Ob in Pendeluhren, beim Schaukeln oder im Freizeitpark – Pendelbewegungen tauchen in vielfältiger Weise im Alltag auf. In diesem Unterrichtsmaterial lernen Ihre Schülerinnen und Schüler, wie das Trägheitsmoment von starren Körpern berechnet wird und wie man darauf aufbauend reale Pendelbewegungen beschreiben kann. Dabei werden die Lernenden zunächst anhand von kleinen Versuchen an diesen elementaren physikalischen Begriff herangeführt und berechnen im weiteren Verlauf, unter Einbezug des Satzes von Steiner, das Trägheitsmoment.
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Gesamtwerk
Kooperatives Lernen im Team
Stehen Sie auch vor folgendem Dilemma? Einerseits sollen Sie Ihren Schüler:innen Kompetenzen für die Arbeitswelt der Zukunft u. a. im Hinblick auf Kooperation und Kommunikation vermitteln. Andererseits jedoch haben Sie bisher keine guten Erfahrungen mit Gruppenarbeit gemacht und sie als ineffizient oder für viele als wenig lernförderlich erlebt. Mit dieser Ausgabe möchten wir Sie ermutigen, kooperative Lernformen mit einem klaren Rahmen und systematisch in Ihren Unterricht einzubeziehen und Ihnen zeigen, wie Sie häufige Probleme von Teamarbeit vermeiden können. Mit den Vorschlägen dieser Ausgabe können Ihre Schüler:innen nachhaltig Physik lernen und gleichzeitig ihre Teamfähigkeit trainieren. Die Artikel zum Themenschwerpunkt geben Ihnen Einblicke in zentrale Aspekte kooperativen Lernens im Physikunterricht und zeigen Möglichkeiten, entsprechende Lernformen in Ihren Unterricht zu integrieren. Sie erfahren, wie Sie den Einstieg in kooperatives Lernen gestalten und Stolpersteine vermeiden können. Darüber hinaus bietet Ihnen diese Ausgabe Unterrichtsvorschläge mit unterschiedlichen Methoden zu verschiedenen fachlichen Themen: Forschendes Lernen zum Thema Auftrieb, Lernen aus Fehlern in der Mechanik, Gruppenpuzzle zum Schweredruck, kooperative Formen des Übens in der Elektrizitätslehre. Jenseits des Schwerpunktthemas finden Sie in dieser Ausgabe einen Unterrichtsgang zur quantenmechanischen Wellenfunktion, Ideen zum Einsatz einer Astronomie-App sowie Experimente zum Quantenradierer und zu einem Fallapparat.
Gesamtwerk
Protokollieren & Dokumentieren
"Laanngweilig!" "Können wir das einfach abfotografieren?" "Das verstehe ich später sowieso nicht mehr." ... Schreiben ist bei Schüler:innen eher unbeliebt - egal, ob es um das Anfertigen von Versuchsprotokollen geht oder um das Übertragen des Tafelbilds in die eigenen Unterlagen. Obendrein sind die Ergebnisse oft enttäuschend: Die Aufzeichnungen sind lückenhaft, wenig strukturiert sowie sprachlich und fachlich stark verbesserungswürdig. Was tun? Dieses Heft liefert Ihnen erprobte Anregungen und Methoden für zentrale Bereiche des Schreibens im Physikunterricht: Protokolle und Mitschriften. Darüber hinaus stellen die Autor:innen innovative kreative und digitale Formen der Dokumentation vor. So können Sie auf motivierende und differenzierende Weise gleichzeitig die Schreibkompetenz wie auch das Lernen von Physik fördern. Neben Informationen zur Funktion des Protokollierens und Dokumentierens hinsichtlich des Lernens allgemein wie auch des Lernens von Physik bieten die Basisartikel u. a. Orientierung zu Formen der Dokumentation, zu hilfreichen Schreibstrategien sowie zu Perspektiven von Schüler:innen und Eltern auf das Dokumentieren. Ein Blick in die wissenschaftliche Dokumentationsform des Laborbuchs liefert didaktische Impulse für den Unterricht. Der Praxisteil dieser Ausgabe gliedert sich in die vier Kapitel Protokolle, Mitschriften, kreative Dokumentationen sowie digitale Dokumentationen und stellt dazu erprobte Konzepte, Materialien und Anleitungen vor. Neben dem Themenschwerpunkt enthält diese Ausgabe Anregungen für den Einsatz von ChatGPT im naturwissenschaftlichen Unterricht, die Beschreibung eines interessefördernden und kontextorientierten Konzepts für die Elektrizitätslehre, differenzierende Aufgaben zum Thema Energiesparen sowie Freihandversuche zur Interferenz und zur lenzschen Regel.
Verwandte Themen
Gesamtwerk
Grundlagen der Wärmelehre
In diesem Unterrichtsmaterial werden grundlegende Inhalte zur Wärmelehre vermittelt. Gehen Sie mit Ihren Schülerinnen und Schülern der spannenden Frage nach, was Wärme eigentlich ist, und was physikalisch dahintersteckt. Mehrere Gruppenpuzzles und Schülerexperimente führen in didaktisch wertvoller Weise in das Thema ein und binden die Jugendlichen sinnvoll in den Lernprozess ein. Dabei wird sowohl auf die verschiedenen Temperaturskalen als auch auf Ausdehnung bei Temperaturerhöhung, Änderung der thermischen Energie und weitere Effekte der Wärmelehre eingegangen.
Gesamtwerk
Digital Physik unterrichten
Neue Impulse für den digitalen Physikunterricht; Digitale Medien sind als Werkzeuge im Physikunterricht nicht wegzudenken. Dennoch sind viele Einsatzmöglichkeiten und deren Potenziale noch wenig bekannt. Welche Ideen zum digital gestützten Physikunterricht können dabei helfen, den Unterricht zu verändern und zu verbessern? Dieser Band gibt Antworten auf diese Frage. Er stellt physikspezifische Tools zu den großen fachspezifischen Bereichen „Messen“ und „Simulieren“ sowie zu E-Learning-Plattformen, Schülerfeedbacksysteme und Erklärvideos vor. Dabei zeigt er die Grundlagen der Digitalisierung im Physikunterricht systematisch und praxisorientiert auf – unter folgegenden Aspekten: Was sind die Grundideen? Was sind die technischen Funktionsprinzipien? Was sind die physikdidaktischen Ideen? Welche Vorteile verspricht man sich? Welche Ziele können auf welche Weise verfolgt werden? In diesem Kontext wird jeweils auch kurz auf die historische Entwicklung digitaler Werkzeuge eingegangen. Lehrkräfte erhalten differenzierte Impulse für ihren Physikunterricht: Was ist heute möglich? Welche Varianten gibt es? Welche Computerprogramme sind auf dem Markt? Wo findet man Materialien, Software oder Literatur? Das Buch richtet sich insbesondere an Lehramtsstudierende, Referendar:innen, Berufseinsteiger:innen, Lehrkräfte im Fach Physik sowie Aus- und Fortbildner:innen.
Gesamtwerk
Waagerechter, senkrechter und schräger Wurf
Ob beim Kugelstoßen, beim Fußball oder beim freien Fall – Würfe spielen in vielen alltäglichen Bewegungsabläufen eine zentrale Rolle. In diesem Unterrichtsmaterial untersuchen die Schülerinnen und Schüler die physikalischen Aspekte eines Wurfes sowie die Unterschiede zwischen dem waagerechten, senkrechten und schiefen Wurf anhand verschiedener alltagsbezogener Problemstellungen. Nach den reichhaltigen Übungsaufgaben stehen den Jugendlichen am Ende der Einheit ausführliche Lösungen mit einzelnen Erklärungsschritten zur Verfügung, wodurch auch anspruchsvolle Aufgaben detailliert verstanden und nachgerechnet werden können.
Gesamtwerk
Dynamische Untersuchungen
Ob Menschen, Tiere, Autos oder Flugzeuge – Objekte jeglicher Art sind ständig in Bewegung. In diesem Beitrag tauchen Sie mit Ihren Schülerinnen und Schülern in das trivial erscheinende Gebiet der Bewegung ein. Gleichförmig geradlinige Bewegungen werden anhand von Grundlagen, geschichtlichen Überlegungen und konkreten Beispielen aufgearbeitet. Dabei stehen den Jugendlichen am Ende der Einheit reichhaltige Aufgaben zur Verfügung, anhand derer sie das erworbene Wissen anwenden können.
Gesamtwerk
Erdbeobachtung
Sentinel, englisch für Wächter, heißen die Erdbeobachtungssatelliten des europäischen Copernicus-Programmes. Diese bilden jedoch nur einen kleinen Teil des gesamten „Verkehrs“ auf den unterschiedlichen Orbits. Tausende Satelliten kreisen heute auf ihren Bahnen um die Erde und senden uns kontinuierlich Daten aus dem All über den Zustand unseres Heimatplaneten. Unsere Erde verändert sich permanent. Wie empfindlich das Gleichgewicht auf unserem Planeten ist und wie die Menschheit dieses Gleichgewicht stören kann, können wir mit Hilfe von Erdbeobachtungsdaten aus dem All erfahren.
Gesamtwerk
Der Mechanik auf der Spur
Radfahren kann doch jeder! – doch wie funktioniert es eigentlich? Führen Sie Ihren Klassenausflug durch die Welt der Physik des Radfahrens fort und bringen Sie Ihren Schülerinnen und Schülern auch den zweiten Teil dieser Thematik näher. Die Lernenden gehen dabei unter anderem der Frage nach, welche Kräfte und Widerstände beim Radfahren auftreten. Außerdem wird die Kraftübertragung bei entsprechender Schaltung untersucht. Durch die Bearbeitung von umfangreichen Übungsaufgaben bewegen sich die Jugendlichen trittsicher und erreichen nicht nur das Ausflugs- sondern auch das Lernziel im Bereich der Mechanik.
Gesamtwerk
Mechanisch unterwegs
Radfahren kann doch jeder! – Doch wie funktioniert es eigentlich? Schwingen Sie sich aufs Rad und meistern Sie mit ihren Schülerinnen und Schülern die Tour durch die vielfältige Landschaft der Mechanik. Bringen Sie den Lernenden näher, warum und auf welche Art und Weise dieses alltägliche Gerät funktioniert. Im Zuge des Beitrags begegnen den Schülerinnen und Schülern intuitive und eingängliche Praxisbeispiele für Zentripetal-, Zentrifugal- und Reibungskräfte. Außerdem setzen die Jugendlichen im Laufe der Einheit mechanisch zentrale Begriffe wie Drehimpuls und Drehmoment in einen für das Radfahren relevanten Kontext. Durch zahlreiche zum Thema passende Übungsaufgaben lassen Sie die Lernenden kräftig in die Pedale treten, um sicher ans Ziel zu kommen.
Gesamtwerk
Stationenlernen: Der Luftwiderstand bei Velomobilen
Im Zuge der Verkehrswende aufgrund von Klimawandel und steigender Rohölpreise sind alternative Fortbewegungsmittel immer wichtiger. Neben dem klassischen Fahrrad stellt auch das Velomobil eine Alternative für die persönliche Fortbewegung dar. Durch ihre äußere stromlinienförmige Karosserie weisen sie einen wesentlich geringeren Luftwiderstand im Vergleich zu Fahrrädern und Liegerädern auf und können so die Antriebsenergie wesentlich effizienter in die Fortbewegung umsetzen. Erarbeiten Sie mit Ihrer Klasse in Stationen den Zusammenhang zwischen Luftwiderstand und dem Strömungswiderstandskoeffizient (cw-Wert) anhand des Velomobils.
Gesamtwerk
Physik & Technik
Das Motto „Vom Wissen zum nachhaltigen Handeln“ des BundesUmweltWettbewerbes könnte auch das Motto dieses Heftes sein, so praxisorientiert und gleichzeitig physiknah sind die Beispiele. Schülerinnen und Schüler haben bei allen hier vorgestellten Unterrichtsgängen und -ideen die Möglichkeit, die Welt zu erforschen – aber auch die Möglichkeit, mit Physik und Technik die Zukunft selbst zu gestalten. Das ist ein wesentlicher Schritt für den modernen Physikunterricht. Denn der Physikunterricht sollte ein Ort sein, an dem die jungen Menschen sachliche Hintergründe ihrer Sorgen erkennen, ihre Handlungsspielräume erweitern und gestärkt hervorgehen können. Und die eigenen Handlungsspielräume lernt man in der Kombination von Physik und Technik am besten kennen. Der Themenschwerpunkt des Heftes gliedert sich in vier Kapitel: Technische Geräte als Unterrichtsgegenstand; Technikeinsatz im Physikunterricht; Technik & Umwelt; Technik & Weltraum. Einige Beispiele aus dem vielfältigen Themenspektrum der Unterrichtsideen sind: Synchronmotor des Elektroautos - mit Augmented Reality besser verstehen; Magnetresonanztomographie; Videoanalyse des Drohnenfluges; Robotor-Modellexperimente zu nachhaltiger Landwirtschaft; Technische Aspekte der Marsrover. Neben dem Schwerpunktthema gibt es auch Beiträge zur Elektronenbeugung und zur Differenzierung sowie die Versuchskartei mit Experimente zu Luft- und Glaslinsen unter Wasser und zur freien Konvektion von Flüssigkeiten.
Gesamtwerk
Magnetfelder im Detail
Schon vor gut 200 Jahren entdeckte der Physiker H. C. Oersted, dass vom Strom durchflossene Leiter beliebiger Gestalt in ihrem Umfeld ein Magnetfeld erzeugen. Er stellte allerdings auch fest, dass jedes Magnetfeld eine unterschiedliche Stärke bzw. verschiedene magnetische Flussdichten besitzt. In dem vorliegenden Beitrag werden zunächst wichtige Begriffe wie die Stärke eines Magnetfeldes und die magnetische Flussdichte wiederholt und darauf aufbauend erklärt, wie diese Größen auf Grundlage der Arbeiten von Laplace, Biot und Savart berechnet werden können. Dabei stehen den Jugendlichen am Ende der Einheit reichhaltige Aufgaben zur Verfügung, anhand derer Sie das erworbene Wissen anwenden können.
Gesamtwerk
Physikdidaktik kompakt
Fachdidaktisches Grundlagenwissen für lernwirksamen Physikunterricht. Fachdidaktisches Grundlagenwissen ist essentiell – für die Vorbereitung, Durchführung und Reflexion von lernwirksamem Physikunterricht. In gebündelter Form fasst Physikdidaktik kompakt die wichtigsten Ergebnisse physikdidaktischer Forschung in drei Bereichen zusammen und verzahnt dabei Theorie und Praxis. Diese Bereiche umfassen: Physikalische Bildung, Lernen von Physik, Gestalten von Physikunterricht. Physikdidaktik kompakt wendet sich an Lehramtsstudierende, Lehrkräfte und Lehreraus- und -weiterbildner. Studierende bekommen die Möglichkeit, kurz und übersichtlich einen Einstieg in die Didaktik der Physik. Junge Lehrkräfte erhalten Gelerntes knapp zusammengefasst als Erinnerungsstütze und zum Nachschlagen; erfahrenen Lehrkräften bietet sich die Gelegenheit, sich rasch mit aktuellen Themen vertraut zu machen. Lehreraus- und weiterbildner können den Band begleitend einsetzen.
Gesamtwerk
Dynamik
Nicht umsonst gilt der Kraftbegriff als einer der schwierigsten Begriffe im Physikunterricht. Das ist vielleicht die schlechte Nachricht. Die gute aber ist, dass nicht nur die Untiefen des Dynamikunterrichts inzwischen gut erforscht sind, sondern auch Mittel und Wege, diese zu umgehen. Im Dynamikunterricht laden wir die Lernenden ein, die ihnen vertraute Welt durch eine physikalische Brille zu sehen. Hierfür bietet dieses Heft verschiedene Unterrichtsideen sowie Experimente und Aufgaben rund um das Thema Dynamik und newtonsche Gesetze. Sie finden in diesem Heft u. a.: Fachdidaktische Aspekte zu Schülervorstellungen und Lernschwierigkeiten in der Dynamik; Vielfältige und erprobte Unterrichtskonzepte für den Dynamikunterricht; Selbstbauexperimente mit Anleitungen; Aufgaben und Versuche zu den newtonschen Gesetzen. Neben dem Themenschwerpunkt finden sich im Heft auch Anregungen für den Einsatz von Sketchnotes im Physikunterricht sowie Experimente zur Verwendung von Videoanalyse und dem Nachweis von Wechselspannung mit einem Nabendynamo.
Gesamtwerk
Kraftwandler
Das Prinzip, durch einfache Maschinen Kraft zu sparen, ist in der Menschheitsgeschichte Jahrtausende alt. Diese Maschinen, die man in der heutigen Physik als Kraftwandler bezeichnet, treten in ganz unterschiedlichen Formen auf, von einfachen Hebeln wie dem Seil, der festen und losen Rolle oder der schiefen Ebene bis zu komplexen hydraulischen Anlagen wie der Hebebühne oder der hydraulischen Presse. All diese interessanten Vorrichtungen sind nach wie vor ein wichtiges Instrument, um mechanische Vorgänge zu vereinfachen, und werden in dem vorliegenden Beitrag behandelt. Anhand von zahlreichen Aufgaben können die Jugendlichen ihr erworbenes Wissen einüben und im Rahmen einer Klassenarbeit bzw. Lernzielkontrolle testen.
Gesamtwerk
Zirkulation der Atmosphäre
Zirkulation der Atmosphäre
Gesamtwerk
Fliegen
Dieses Heft beleuchtet das Thema Fliegen aus verschiedensten Blickwinkeln, z.B. wird die Bedeutung des Wetters für die Luftfahrt unter Berücksichtigung von Luftdruck, Corioliskraft und Wetterfronten erläutert. Aber auch Englisch als Sprache der Luftfahrt und verschiedene Umweltaspekte wie beispielsweise CO2-Emissionen oder Lärm werden behandelt. Diese Handreichung unterstützt den Unterricht in der Oberstufe und vermittelt Lehrkräften als Stoffsammlung die wesentlichen Grundlagen im Umfeld des Fliegens, um ein Projekt oder Projekttage zu organisieren – etwa zur Aerodynamik. Aber nicht nur für das Fach Physik werden Sie viele Anregungen für den Unterricht finden, sondern auch für die Fächer Biologie, Geographie, Englisch, Wirtschaftskunde, Technik oder Chemie. Das Besondere an diesen Materialien ist der fächerübergreifende Aspekt.
Gesamtwerk
Landwind, Seewind und der Golfstrom
Wie entsteht Wind? Am Beispiel der Verhältnisse an der Küste wird die Entstehung von Land- und Seewind als lokales Klimaphänomen erklärt. Die Schülerinnen und Schüler erfahren dabei die Aussagekraft der Gleichung für die Wärmemenge durch zielgerichtete Interpretation der Einflussgrößen wie spezifische Wärmekapazität oder Temperatur. Parallel wird schrittweise das Modell eines geschlossenen Energiekreislaufs eingeführt. Dieses Modell wird auf die Verhältnisse im Golfstrom als globales Phänomen übertragen.
Gesamtwerk
Der Impulserhaltungssatz
Erhaltungssätze spielen in der klassischen und modernen Physik eine wichtige Rolle. Dabei kommt dem Impulserhaltungssatz – neben dem Energieerhaltungssatz – eine besondere Bedeutung zu. Aus diesem Grunde sollten Ihre Schülerinnen und Schüler den Impulserhaltungssatz kennen und anwenden können.
Gesamtwerk
Bionik
Bionische Anwendungen faszinieren: Auf der einen Seite zeigt sich in ihnen die Fähigkeit der Natur, sich an die Bedingungen des jeweiligen Lebensraums anzupassen. Auf der anderen Seite steht die Ingenieurskunst, die aus Vorbildern in der Natur technische Lösungen entwickelt. Bionische Anwendungen umfassen inhaltlich ein großes Spektrum auf, sodass eine curriculare Anbindung meist gut möglich ist. Sie bieten eine hervorragende Anbindung an Alltagsgegenstände und natürliche Vorbilder an und regen die Schülerinnen und Schüler zum Staunen an. Dieses Heft stellt verschiedene Unterrichtsideen mit Materialien zu unterschiedlichen Themen des Physikunterrichts vor. Neben dem Basisartikel, der die Arbeitsweisen der Bionik und ihre Potenziale für den Physikunterricht beleuchtet, bietet das Heft Materialien und Unterrichtskonzepte zu folgenden Themen: Kapillarität und Transport von Wasser; Van-der-Waals-Kräfte und Haftmechanismen; Verdunstung und Kühlung; Wärmetransport und Thermoregulation; thermische Ausdehnung sowie Druckänderung und Brandmelder; Wärmeübertragung und Heiz- sowie Kühlkörper. Neben dem Themenschwerpunkt finden sich im Heft auch Anregungen für einen Konstruktionswettbewerb zu Themen der Mechanik, Aufgaben unter Einbeziehung einer App mit Daten des Flugverkehrs sowie Experimente mit Smartphones zum freien Fall mit Reibung sowie zur Untersuchung der magnetischen Flussdichte einer Spule.
Gesamtwerk
Das elektrische Wechselfeld eines rotierenden Dipols - Übungsaufgaben
Die Schüler lernen den periodisch wiederkehrenden zeitlichen Verlauf des elektrischen Feldstärke-Signals eines rotierenden elektrischen Dipols mit einfachen Hilfsmitteln aus der Vektorgeometrie zu berechnen. Sie gewinnen dabei das Verständnis für die „Form“ dieses Signals und seine Abhängigkeit von charakteristischen Größen des Dipols wie Länge, Ladung und Rotationsgeschwindigkeit.
Gesamtwerk
Haft-, Gleit- und Rollreibung - Übungsaufgaben
Reibung – egal ob Haft-, Gleit- oder Rollreibung – spielt in allen Bereichen des Lebens und der Technik eine wichtige Rolle. Zum Beispiel bremst die Gleitreibung zwischen der Felge und den Bremsklötzen das Fahrrad ab. Manchmal sind Reibungskräfte erwünscht, manchmal sind sie unerwünscht. Anhand von Übungsaufgaben trainieren Ihre Schülerinnen und Schüler das Lösen von Aufgaben mit Haft-, Gleit- und Rollreibung.
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