Unterrichtsmaterialien Physik: Ganze Werke Seite 10/20
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Physik
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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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Gravitationsfeld des Doppelsterns Capella
Capella im Sternbild Fuhrmann ist ein Doppelstern-System. Es wird gebildet von den beiden Komponenten A und B, welche im gegenseitigen Abstand r = 0,74 AE den gemeinsamen Schwerpunkt S annähernd auf Kreisbahnen mit der Periode T = 104 d umlaufen. Anhand dieser Sternkonstellation wiederholen Ihre Schüler in verschiede-nen leistungsdifferenzierten Aufgaben den Schwerpunktsatz, das Gravitationsgesetz, die allgemeine Bewegungsgleichung und die drei Newton’schen Axiome.
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Doppelspaltexperiment Berechnung
Wie du das Interferenzmuster oder die Intensitätsverteilung berechnen kannst und wie du das ganze Experiment interpretieren kannst, zeigen wir dir hier in unserem Beitrag.
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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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Gamification
Das Magazin berichtet über Lern- und Motivationseffekte bei Videospielen, praxiserprobte Vorschläge für den Fremdsprachenunterricht, ein Einsatzszenario für MINT-Lehrkräfte rund um das Thema Tablet-Wärmebildkameras sowie Tipps zu Apps für den Unterricht. Es wird diskutiert, welches Betriebssystem für den Schuleinsatz am sinnvollsten ist und ob SuS programmieren lernen sollten. Zusätzlich präsentieren Medienpädagogen Beispiele, wie Podcasts und YouTube im Unterricht eingesetzt werden können.
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MINT Zirkel - Ausgabe 1, März 2020
Zukunft Elektromobilität, Eine neue Ära der Astrophysik, Dornröschen und die Wahrscheinlichkeitstheorie, Interaktiv lernen mit H5P, Wer zahlt für den Schaden am Messgerät?, Mit psychischer Gesundheit gute Schule entwickeln, Erklärende Naturgeschichte, Quantum Supremacy und der Weg zum universellen Quantencomputer, Können innovative Unterrichtsansätze in den MINT-Fächern die Motivation und Leistung fördern?, Thema Plastikmüll im Unterricht
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Messung der Induktivität einer Spule
Ihre Schüler lernen mit mathematischen Werkzeugen, wie quadratischen Gleichungen und Ableitungsregeln, physikalische Probleme zu lösen. Sie werden dazu angeregt, Neues zu erforschen, naturwissenschaftlich zu argumentieren und Lösungen zu interpretieren. Durch verschiedene Versuche, Mess- und Berechnungsverfahren wird die Induktivität von Spulen erforscht.
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Elektromagnetische Schwingungen und Wellen
Ihre Schüler lernen Analogien zwischen mechanischen und elektromagnetischen Schwingungen kennen und können so einen Einstieg in das Thema der elektromagnetischen Schwingungen und Wellen finden. Den Schülern werden physikalische Zusammenhänge in einfachen Schwingkreisen bewusst. Die Aufgaben fördern den Umgang mit physikalischen Formeln und regen ebenso zu eigenständigen Überlegungen an.
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Goldene Regel der Mechanik
Die Schüler lernen mathematische Modelle und Methoden auf Vorgänge der klassischen Mechanik anzuwenden z. B. bei schiefen Ebenen, festen und losen Rollen, Flaschenzügen und hydraulischen Pressen. Dabei trainieren sie, ihre Ergebnisse zu reflektieren und sie im Sachzusammenhang richtig zu inter-pretieren. Die Schüler begreifen, wie sie Erfahrungen aus dem Alltag mithilfe von physikalischen Gesetzmäßigkeiten auf komplexere technische Anwendungen übertragen können.
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Geometrische Optik
Neben einer ausführlichen fachlichen und didaktischen Einführung bietet Ihnen dieses Heft unterschiedliche Unterrichtskonzepte für den Bereich der geometrischen Optik. Die Unterrichtsanregungen beschäftigen sich u.a. damit warum man eigentlich etwas sehen kann, wie man anhand eines Brechungsphänomens den Operator „Erklären“ im Unterricht einführen kann und wie optische Hebung und Brechung zusammenhängen. Darüber hinaus finden Sie Vorschläge zur Beschäftigung mit dem Lichtstrahl-Modell sowie eine Erweiterung der geometrischen Optik im sichtbaren Bereich auf UV-Strahlung. Neben dem Schwerpunktthema "Geometrische Optik" enthält das Heft auch Ideen für den Einsatz digitaler Medien bei der Auseinandersetzung mit Diagrammen in der Mechanik und der Bestimmung der Schallgeschwindigkeit. In der Versuchskartei finden sie Vorschläge für offenes Experimentieren in der Optik sowie für ein Modellexperiment zum Kapillareffekt bei einer Echse.
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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. Wodurch kommen die Effekte zustande, die die Kondensatoren in der Elektronik bewirken? Was sind die physikalischen Grundlagen?
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Teilchenstrahlen in Gasen
Eine Nebelkammer ist meist mit einem übersättigten Luft-Alkohol-Gemisch gefüllt. Wenn ein energiereiches, geladenes Teilchen das Gas durchquert, erzeugt es durch Stoßionisation zahlreiche Ionen, die einzeln als Kondensationskerne für die Bildung feinster Tröpfchen verantwortlich sind. In ihrer Gesamtheit bilden sie eine sichtbare Spur, einen Kondensstreifen.
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MINT Zirkel - Ausgabe 4, Dezember 2019
Gibt es Menschenrassen? Wie entstehen Staus? Kann kritisches Denken unterrichtet werden? Wie sieht die Arbeitswelt 4.0 aus für MINT-Absolventinnen und -Absolventen? Woran können sich Schülerinnen und Schüler orientieren? Nachdenkliches, Spannendes und Wissenswertes zum Advent 2019 aus der MINT-Welt
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Springen wie auf dem Mond
Astronauten sollen auf der Erde trainieren, wie man sich auf der Mond- oder Marsober-fläche unter stark veränderten Schwerkraftbedingungen bewegt. In den 1960er-Jahren entwickelte die NASA zu diesem Zweck eine Mechanik, die es erlaubt, die Sprünge der Astronauten zu simulieren. Ihre Schüler diskutieren drei Vorschläge für eine solche Mechanik unter physikalischen Gesichtspunkten. Sie berechnen die relevanten Größen und beurteilen die Modelle. Eine Computersimulation veranschaulicht darüber hinaus die Dynamik dieser Konstruktionen.
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Quantencomputer
Die Schüler lernen die Möglichkeiten der Quantenphysik in einer technischen Anwen-dung kennen. Sie verstehen, welche Perspektiven diese neue Technologie für uns in der Zukunft bereithalten könnte, und erkennen, wieso die Zeit noch nicht ganz reif dafür ist. Die Schüler werden dazu aufgefordert, ihre Vorstellungen über die Realität nach der klassischen Physik zu hinterfragen, und begeben sich in die unglaubliche, gar unbegreif-liche Welt der Quantenphysik.
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Dunkle Materie
Die dunkle Materie stellt eines der großen Rätsel der modernen Astrophysik dar. Dieser Beitrag beschreibt, wie Sie sich diesem spannenden Thema in Klasse 10/11 nähern. Drei Computersimulationen bieten einen besonders handlungsorientierten und anschaulichen Zugang zu den grundlegenden Ideen dieser Theorie.
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Drehmoment Klausuraufgabe
Die nachfolgende Aufgabe bereitet dich bestens für das Thema Drehmoment in deiner Klausur vor: Gehen wir einmal davon aus, du bist Archäologe und gerade auf der Suche nach einem wertvollen Schatz. Du hast die Information erhalten, dass der Schatz in einem Schacht versteckt ist. Der Eingang ist dabei mit einem großen Stein geschützt. Dieser hat eine Würfelform mit der Kantenlänge . Als du den Stein findest, befestigst du an der rechten oberen Kante ein Seil und versuchst damit den Stein zu kippen. Mit welcher Kraft musst du mindestens am Seil ziehen, um den Stein kippen zu können? Unter welchem Winkel ist die Kraft minimal? Du kannst bei dieser Aufgabe davon ausgehen, dass der Stein eine Seitenlänge von m und eine Masse von kg hat. Zusätzlich sei die Dichte des Steins homogen, das heißt der Schwerpunkt des Steins ist im Zentrum und die Erdbeschleunigung g ist gegeben mit . Im Video zeigen wir dir das korrekte Ergebnis sowie alle zur Lösung der Aufgabe benötigten Rechenschritte und Überlegungen!
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Drehmoment Übungsaufgabe
Nun schauen wir uns eine Übungsaufgabe an, um das Drehmoment in einem praktischen Beispiel zu verstehen: Stell dir vor, du bist gerade dabei, mit einem Bekannten dein Haus zu renovieren. Als Außenbeleuchtung möchtest du über der Balkontüre im zweiten Stock noch eine Lampe montieren. Da der Balkon auch noch nicht fertig ist, kommst du auf die Idee, ein Brett zur Balkontüre hinauszulegen. Du hast dafür nur ein Brett mit einer Länge von 5 Meter zur Verfügung. Es rage dabei 3 Meter über die Balkontüre ins Freie hinaus. Damit es nicht kippt, stellt sich dein Bekannter mit einem Gewicht von 90 Kilogramm im Innenraum auf das Brett. Jetzt stellt sich die Frage: Kannst du mit einem Gewicht von 75 Kilogramm auf das Brett hinauslaufen, ohne dass es kippt? Das Gewicht des Bretts kannst du dabei vernachlässigen. Die einzelnen Schritte zur Berechnung der Aufgabe mit allen Hinweisen und Kniffen findest du im Video!
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Freier Fall Klausuraufgabe
Zur optimalen Vorbereitung für deine nächste Prüfung, schauen wir uns nun eine etwas kniffligere Aufgabe an. Diese kann so oder in ähnlicher Weise auch in deiner Klausur auftauchen: Stell dir vor, du bist im Urlaub unterwegs und wanderst über eine sehr hohe Brücke. Du möchtest unbedingt wissen wie hoch diese Brücke ist. Da fällt dir ein, dass du die Höhe der Brücke bestimmen kannst, indem du ein Stein von der Brücke wirfst. Gesagt, getan! Nach 10 Sekunden hörst du den Schall des Aufpralls. Berechne nun die Höhe der Brücke, wenn die Schallgeschwindigkeit ungefähr 340 Meter pro Sekunde beträgt. Den Luftwiderstand kannst du dabei vernachlässigen. Die Lösung der Aufgabe und die einzelnen Berechnungsschritte dazu, findest du detailliert im Video erklärt!
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Freier Fall Übungsaufgabe
Um dein Wissen zur Berechnung des freien Falls zu vertiefen, schauen wir uns eine Übungsaufgabe an. Stell dir dazu folgendes Szenario vor: Eines Tages entscheidest du dich, einen Fallschirmsprung zu machen. Hierfür bietet das Flugunternehmen Sprünge aus 2000 Meter, 4000 Meter, 6000 Meter, 8000 Meter und 10.000 Meter an. Du möchtest bei deinem Sprung unbedingt die Schallmauer durchbrechen und somit einmal schneller sein als der Schall. Der Sprung aus 10.000 Metern ist dir jedoch eigentlich zu teuer, deshalb stellt sich die Frage: Aus welcher Höhe müsstest du, bei Vernachlässigung des Luftwiderstandes, abspringen? Dabei kannst du davon ausgehen, dass du 400 Meter brauchst, bis der Fallschirm geöffnet ist und er dich auf Landegeschwindigkeit verlangsamt hat. Für welchen Sprung müsstest du dich also entscheiden? Wie du die Lösung der Aufgabe Schritt für Schritt berechnest, erklären wir dir ausführlich im Video!
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Aufbruch zum Mond
Am 21. Juli 1969 betraten erstmals Menschen den Mond. Heute ist das Interesse am Mond neu entfacht: Unbemannte Mondmissionen von Nationen wie China, Indien und Israel gut 50 Jahre nach den Mondlandungen der USA haben nun auch Amerikaner und Russen veranlasst, sich dem Mond wieder zuzuwenden. Das Thema Raumfahrt in Richtung Mond ist aktuell wie selten zuvor. Die motivierende Kraft, die dem Ganzen innewohnt, sollte im Physikunterricht genutzt werden.
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Die Ursachen des aktuellen Klimawandels
Sintflutartige Überschwemmungen, Erdrutsche, Sturmkatastrophen und Sturmfluten an den Küsten, Hitzewellen in den gemäßigten Breiten und Dürreperioden, winterliche Niederschläge, die z. B. im Alpenraum zunehmend als Regen statt Schnee fallen – sind dies Folgen oder Vorboten des Klimawandels? Bei jeder Naturkatastrophe werden Klimaforscher mit dieser Frage konfrontiert. Gehen Sie mit Ihren Schülern den Ursachen von Treibhauseffekt und Klimawandel auf den Grund.
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Die Grundlagen des Fliegens
Nach der intensiven Behandlung des Auftriebes als Grundvoraussetzung des Fliegens sowie der Besonderheiten bei Steig- und Gleitflug in Teil 1 erfolgt nun eine genaue Betrachtung der technischen und physikalischen Abläufe bei der Steuerung eines Flugzeuges, insbesondere beim koordinierten Kurvenflug. Zudem werden Grenzfälle des Fliegens ebenso behandelt wie die heutzutage verfügbaren sparsamen und leisen Turbo-Fan-Antriebe.
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Offene Kometenbahn
Der Flächensatz von Johannes Kepler gilt sogar für Satelliten, die ihren Zentralkörper auf einer elliptischen Bahn umlaufen. Wir gehen der Frage nach, ob dieser Satz, auch zweites Kepler'sches Gesetz genannt, auch für parabelförmige Kometenbahnen gilt.
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