Unterrichtsmaterialien Physik: Ganze Werke
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Physik
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RAABE
Gesamtwerk
Grundlegendes Wissen der Kinematik
In dieser Einheit erarbeiten Ihre Lernenden die grundlegenden Konzepte der Kinematik. Begleiten Sie Ihre Klasse auf dem Weg zu einem fundierten naturwissenschaftlichen Verständnis der geradlinigen, gleichförmigen Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit. Unterstützen Sie den Lernprozess durch alltagsnahe Aufgabenstellungen und eine abschließende Lernerfolgskontrolle.
Gesamtwerk
Das physikalische Prinzip des Auftriebs
U-Boote können sinken, während Schiffe schwimmen: Viele technische Errungenschaften der Menschheit basieren auf dem Wissen des Auftriebs. Durch dieses physikalische Prinzip können wir mit Flugzeugen um die Welt fliegen, den Meeresgrund erforschen oder Waren mit Schiffen über den Globus transportieren. Doch wie entsteht der Auftrieb bei diesen Objekten? Gibt es ein physikalisches Gesetz? Die Antwort finden Ihre Lernenden in diesem Beitrag.
Gesamtwerk
Schwingungsdiagramme
Kommunikation ist alles – auch in der Physik. Die vorliegenden Aufgaben trainieren sowohl die Kommunikationskompetenz als auch die Medienkompetenz Ihrer Lernenden. Sie lernen Diagramme von mechanischen Schwingungen mithilfe der charakteristischen Größen zu beschreiben und interpretieren. Sie recherchieren Rechenwege und Definitionen und beurteilen Erklärungen und Quellen im Internet, wie zum Beispiel Antworten von KI-Systemen wie ChatGPT. Ihre Erkenntnisse bereiten sie unter Verwendung von angemessener Fachsprache auf.
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Gesamtwerk
Atome und Elektronen
Die Entwicklung der Atommodelle und der Modelle des Elektrons ist ein beeindruckender Einblick in die Geschichte für die Entdeckungen und das Verständnis des Aufbaus der Elemente und der Materie. Es begann mit philosophischen Ideen und endete mit Modellen der Quantenphysik, deren Beschreibung anspruchsvolle mathematische Methoden erfordern. Mit diesem Material spannen Sie den Bogen von der Philosophie von Demokrit bis zu den Regeln der Quantenwelt von Pauli, Schrödinger und Heisenberg. Dabei bietet das Material abwechslungsreiche Aufgaben, von denen viele zum gegenseiti-gen Austausch in Partnerarbeit und zur Stärkung der Kommunikationskompetenz Ihrer Klasse geeignet sind.
Gesamtwerk
Bombenzyklon
Wichtige Inhalte der Physik an Alltagsphänomene zu knüpfen, motiviert Lernende und hilft, physikalisches Wissen und Kompetenzen langfristig zu verankern. Wetter und Klima sind dabei zwei Themen, die nicht nur alltägliche Erscheinungen, sondern auch hinsichtlich des anthropogen verursachten Klimawandels von wesentlicher gesellschaftlicher Relevanz sind. Ein wichtiger Baustein beim Verständnis von Wetter- bzw. Klimaerscheinungen ist der Druck, hier Luftdruck. Als motivierender Einstieg dient das Wetterphänomen des „Bombenzyklons“. Wie entsteht ein Bombenzyklon? Wie kommt es zu dem starken Druckabfall? Und was ist überhaupt Druck?
Verwandte Themen
Gesamtwerk
Von der Kreisbewegung zur Schwingung
In dieser Einheit wiederholen die Lernenden die Grundbegriffe und Formeln zu den beiden wichtigen Themengebieten „Kreisbewegungen“ und „Schwingungen“. Sie finden eine Formel für die Zentripetalkraft und vergleichen Einflussgrößen von Kreisbewegungen und ungedämpften, harmonischen Schwingungen. Mithilfe anschaulicher Animationen lernen die Schülerinnen und Schüler, Schwingungen mathematisch zu beschreiben und sie interpretieren Diagramme unterschiedlicher schwingungsfähiger Systeme.
Gesamtwerk
Brennstoffzelle
Die Brennstoffzelle gilt als klimafreundliche Technologie. Sie hat das Potential, eine wichtige Rolle im Bereich Verkehr, Heizen und Stromversorgung einzunehmen. Doch wie funktionieren Brennstoffzellen? Wie wird Wasserstoff erzeugt und gespeichert? Und wie entsteht aus Wasserstoff elektrischer Strom? In dieser Einheit erlernen die Schülerinnen und Schüler die theoretischen Grundlagen des Baus der Brennstoffzelle. Darüber hinaus werden sie selbst aktiv beim Bau einer Brennstoffzelle und führen eigene Experimente durch.
Gesamtwerk
Vertikaler Wurf mit Reibung
Was hoch fliegt, kommt auch wieder runter - eine der einfachsten Anwendungen der Physik. Doch gerade im erdnahen Bereich kommt auch der Faktor der Reibung mit der Atmosphäre ins Spiel. In diesem Material untersuchen die Schülerinnen und Schüler, wie sich Weg, Geschwindigkeit und Zeit eines kleinen Körpers verhalten, der senkrecht nach oben geworfen wird und vergleichen, welche Unterschiede sich durch die Berücksichtigung der Luftreibung ergeben.
Gesamtwerk
Elektrische Schaltungen in Serie, parallel und kombiniert
Kenntnisse über grundlegende elektrische Schaltungen, wie Serienschaltung und Parallelschaltung, sowie Kombinationen dieser Schaltungen sind in der ganzen Elektrotechnik von fundamentaler Bedeutung. Dabei kommt es darauf an, aus der Kenntnis von Widerstandswerten und gemessenen Spannungen bzw. Stromstärken andere berechnen zu können und damit einen kompletten Überblick über die vorliegende Schaltung zu erhalten. Gegebenenfalls muss man Widerstandswerte entsprechend anpassen, um gewünschte Stromstärken oder Spannungen an bestimmten Bauteilen der Schaltung zu bekommen.
Gesamtwerk
Was sind Farben
Die Wahrnehmung von Farben bot uns früher und bietet uns heute wichtige Informationen. Diese Informationen reichen vom Erkennen reifer Früchte anhand roter oder gelber Farbe, der Warnung vor Gefahren durch auffällige Zeichen bis zur Codierung einer Größe durch unterschiedliche Farben, z. B. wenn die Geländehöhen auf Landkarten verschiedenfarbig dargestellt werden. In diesem Beitrag wird das Farbensehen und Farbenerzeugen, z. B. auf Bildschirmen oder im Vierfarbdruck, qualitativ anhand einfacher Modelle erklärt. Leicht durchführbare Versuche sollen das Phänomen der Farbwahrnehmung veranschaulichen. Als Anwendung des Gelernten werden noch Methoden für Geheimschriften und 3D-Bilder vorgestellt.
Gesamtwerk
Aufbau und Funktionsweise einer Röntgenanlage
Am 8. November 1895 entdeckte der Physiker Wilhelm Conrad Röntgen in Würzburg durch Zufall die unsichtbaren X-Strahlen, wie er sie nannte. Er erhielt für seine Entdeckung den 1901 erstmals verliehenen Nobelpreis für Physik. Die später als Röntgenstrahlen bezeichneten Strahlen revolutionierten die medizinische Diagnostik und Therapie.
Gesamtwerk
Fotovoltaik und Solarthermie
Der Begriff "Energiewende" ist zurzeit in aller Munde. Dabei geht es nicht nur darum, einer drohenden Energiekrise entgegenzuwirken, sondern auch, die Schülerinnen und Schüler für eine kritische Auseinandersetzung mit der Energiegewinnung aus konventionellen und regenerativen Energiequellen zu sensibilisieren. Nur exaktes Wissen über Fakten und Zusammenhänge kann es den Jugendlichen ermöglichen, kompetent zu argumentieren und sich entsprechend bei eigenen zukünftigen Entscheidungen zu orientieren.
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
Lotus- und Salvinia-Effekt in Natur und Technik
Die Blätter der Lotusblume weisen eine besondere Oberfläche auf, die das Wasser tropfenweise abperlen lässt, selbst im strömenden Regen. Beim Salvinia-Effekt, benannt nach einer Pflanzenart aus der Gattung der Schwimmfarne, bildet sich auf der Oberfläche eines untergetauchten Farns ein dünner Luftfilm, der die Pflanze über einen längeren Zeitraum trocken hält. Den Lotus- und Salvinia-Effekt machen sich bestimmte Pflanzen zunutze, aber auch Tiere wie zum Beispiel Geckos. Was versteht man genau unter dem Lotus- und dem Salvinia-Effekt? Und wie lässt er sich in der Technik nutzen?
Gesamtwerk
Wärme, Temperatur und Energieübertragung
Was ist Wärme physikalisch betrachtet? Und welche Formen und Auswirkungen der Wärmeübertragung gibt es? Verschiedene Gruppenpuzzles und einfache Experimente führen motivierend in das Thema ein. Dabei wird sowohl auf die verschiedenen Temperaturskalen als auch auf Ausdehnung bei Temperaturerhöhung, Änderung der thermischen Energie und weitere Effekte der Wärmelehre eingegangen.
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