Unterrichtsmaterialien Physik: Ganze Werke
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Physik
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RAABE
Gesamtwerk
Fahrerassistenzsysteme
Moderne Fahrzeuge enthalten eine Vielzahl sogenannter Fahrerassistenzsysteme. Dies sind automatische Steuerungen z. B. des Scheibenwischers, des Motor-Start/Stopp-Systems oder eines Warnsystems. Doch wie arbeiten Fahrerassistenzsysteme? Und welcher Zusammenhang besteht zwischen den technischen Steuerungen wie den Fahrerassistenzsystemen und der Boole’schen Logik? Die Schülerinnen und Schüler machen sich mit der Theorie zur Boole’schen Algebra und dem Aufbau elektrischen Schaltungen vertraut. In abwechslungsreichen Sozialformen erarbeiten sie sich die Grundlagen und entwickeln Lösungen für technische Herausforderungen.
Gesamtwerk
Optische Dichte und Lichtbrechung
Ein Schwimmbecken sieht immer flacher aus, als es wirklich ist, weil das vom Boden des Beckens kommende Licht an der Oberfläche gebrochen wird. Bei der Brechung des Lichts erfolgt eine Richtungsänderung der Strahlen. Die Ursache für diese Richtungsänderung ist im Gegensatz zur Reflexion der Übergang des Lichts von einem Medium in ein anderes, z. B. von Luft in Glas oder Wasser oder umgekehrt. Bei der Lösung der Aufgaben zur Brechung spielen trigonometrische Betrachtungen (Winkelbeziehungen) beim Übergang des Lichts zwischen optisch unterschiedlichen Medien eine wichtige Rolle.
Gesamtwerk
Einstein auf dem Prüfstand
Zeitdilatation, Massenzunahme, die Äquivalenz von Energie und Masse – die Vorhersagen der Relativitätstheorie scheinen absurd und dem gesunden Menschenverstand zu widersprechen. In den letzten Jahrzehnten wurden daher zahlreiche Experimente durchgeführt, um diese theoretischen Aussagen zu beweisen. Ihre Schülerinnen und Schüler bearbeiten in dieser Einheit einige der Experimente, die sich im Unterricht als didaktisch besonders geeignet erwiesen haben.
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Gesamtwerk
Physik des Radfahrens
In dieser Einheit begegnen ihren Lernenden intuitive und eingängliche Praxisbeispiele für Zentripetal-, Zentrifugal- und Reibungskräfte. Außerdem setzt Ihre Klasse mechanisch zentrale Begriffe wie Drehimpuls und Drehmoment in einen für das Radfahren relevanten Kontext.
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Savonius-Rotor zur Stromerzeugung
Der Savonius-Rotor kann einen wichtigen Beitrag zur Energiewende leisten. Er funktioniert bei geringen Windgeschwindigkeiten. Der Savonius-Rotor ist unkompliziert aufgebaut und kann überall dort montiert werden, wo Luftströmungen entstehen. Die vorliegende Einheit ist ein Upcycling-Projekt. Die Lernenden erweitern ihr Wissen in den Bereichen CO2-Einsparung, Generatorprinzip, Reibung in Lagern, Stromerzeugung durch Energieumwandlung und trainieren ihre Fertigkeiten beim Bau eines Unterrichtsmodells.
Verwandte Themen
Gesamtwerk
Geradlinige Bewegungen
Kennen Sie die Aussagen ""Warum ist da jetzt ein Minus?"" oder ""Aber meine Formel stimmt doch!"" von Ihrer Klasse? Bei vielen Heranwachsenden herrscht ein regelrechtes Formel-Chaos im Kopf. Es wird wild geraten, stur auswendig gelernt und unflexibel angewendet. Doch nun ist endlich Schluss damit. In den Materialien lernen die Jugendlichen, wie und warum die Formeln der gleichförmigen Bewegung und konstant beschleunigten Bewegung zustande kommen und insbesondere auch welche Rolle das frei wählbare Bezugs- und Koordinatensystem dabei spielt. Durch das erworbene tiefere Verständnis gewinnen die Lernenden wieder Spaß an Physik.
Gesamtwerk
EVA
Keine Angst vor der Relativitätstheorie! Mithilfe dieser Materialien erarbeiten sich die Jugendlichen die Prinzipien der speziellen Relativitätstheorie spielerisch einfach. Schritt für Schritt erklären sie sich Einsteins Welt selbst. Sie lernen Einsteins Postulate kennen und werden von verrückten und gleichzeitig genialen Gedankenexperimenten in den Bann gezogen. Mithilfe der ""Lichtuhr"" und mathematischen Werkzeugen erschließen sie sich die Zeitdilatation und Längenkontraktion in Teamarbeit.
Gesamtwerk
Quantenphysik und Materie
Die Quantenmechanik ist der Einstieg in Verständnis und Entwicklung der Quantenphysik. Das Versagen der klassischen Modelle zur Wechselwirkung von Licht mit Materie führt zur Einführung der Lichtquanten und Materiewellen, d. h. des Welle-Teilchen-Dualismus. Mit diesem Material spannen Sie den Bogen von der Einführung der ungewöhnlichen Regeln der Quantenwelt über die Untersuchung von Spektren hin zum Massendefekt bei der Kernfusion von Wasserstoff zu Helium in unserer Sonne. Dabei bietet das Material abwechslungsreiche Aufgaben, von denen viele zum gegenseitigen Austausch in Partnerarbeit und zur Stärkung der Kommunikationskompetenz Ihrer Klasse geeignet sind.
Gesamtwerk
SI-Einheiten und Temperaturskalen
Das Internationale Einheitensystem (Système International d’Unités), kurz SI, bildet eine entscheidende Grundlage für die Messung physikalischer Größen, die uns im täglichen Leben begegnen. Es besteht aus sieben SI-Einheiten, die jeweils auf physikalischen Konstanten basieren. Dieser Beitrag unterstützt Lernende dabei, ein besseres Verständnis für die SI-Einheiten zu entwickeln, insbesondere im Hinblick auf die Temperatur und die verschiedenen Temperaturskalen. Durch eine Vielzahl von praxisnahen Aufgaben wird sichergestellt, dass die Lernenden dieses wichtige Thema umfassend erfassen und anwenden können.
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Crashtest mit einem Asteroiden
Der ungebremste Aufprall der Raumsonde DART auf den Asteroiden-Mond Dimorphos im September 2022 sollte zeigen, inwieweit sich die Bahn des Asteroiden durch eine solche Kollision verändern lässt. Für die Erforschung von Abwehrmöglichkeiten vermeintlich gefährlicher Asteroiden war dies eine sehr bedeutsame Mission der NASA. Dieses motivierende Unterrichtsmaterial ermöglicht Ihren Schülerinnen und Schülern, die Auswirkungen der DART-Kollision theoretisch wie auch anhand realer Messungen nachzuvollziehen und mithilfe der Gesetze der Kreisbewegung, der Impulserhaltung, dem Gravitationsgesetz und dem dritten Gesetz von Kepler eigenständig zu berechnen.
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Grundlagen der Statik
Die Statik bietet einen einfachen und klaren Einstieg in die Welt der Physik. Schülerinnen und Schüler lernen, Kräfte und ihre Wirkung auf verschiedene Objekte zu verstehen. Die Statik ist ein Teilgebiet der Ingenieurwissenschaften (z. B. Maschinenbau, Bauwesen). Im Rahmen der Statik werden mithilfe von grundlegenden Gesetzen der Physik technische Probleme gelöst und Anwendungen entwickelt, indem Kräfte an ruhenden Bauteilen analysiert werden, um sie sicher und effizient zu gestalten.
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Das Potenzial der Glasfaser
Derzeit wird viel Werbung für den Ausbau der Glasfaserleitungen und damit verbunden für schnelles Internet gemacht. Aber was genau ist eine Glasfaser? Ist die Übertragung von Daten über Glasfaser so viel schneller als über Kupferleitungen? Und wie steht es eigentlich um den Glasfaserausbau in Deutschland? Da das Thema nach wie vor viel diskutiert wird und der Ausbau die Digitalisierung voranbringen soll, handelt es sich hierbei um ein Thema, mit dem sich auch die Schülerinnen und Schüler auseinandersetzen. Die Einheit liefert Grundwissen zur Glasfaser und zu den Anwendungen der Technologie.
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Der Luftwiderstand bei Velomobilen
Umweltfreundliche Verkehrsmittel, wie zum Beispiel das Fahrrad, sind der Schlüssel zu Klimaschutz und zu einer Erhöhung der Lebensqualität. Neben dem klassischen Fahrrad stellt auch das Velomobil eine Alternative für die persönliche Fortbewegung dar. Durch ihre 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. Die Lernenden erarbeiten anhand des Velomobils den Zusammenhang zwischen Luftwiderstand und dem Strömungswiderstandskoeffizienten (cw-Wert).
Gesamtwerk
Elemente der Quantenphysik
Immer häufiger rücken Unzulänglichkeiten und Widersprüche zur Theorie der klassischen Atommodelle in das Bewusstsein der öffentlichen Diskussion. In populärwissenschaftlichen Medien werden diese Widersprüche häufig nur angeschnitten und ihre Konsequenz für die Physik nicht vollständig aufgeklärt. Mit diesen Materialien lernt Ihre Klasse einige wesentliche Versuche zum Nachweis von Quantenphänomenen kennen. Ihre Lernenden können damit ihr Verständnis vom Aufbau von Materie, insbesondere dem Atommodell und dem Welle-Teilchen-Dualismus, erweitern und erhalten einen Einblick in wesentliche Errungenschaften der Physik des letzten Jahrhunderts.
Gesamtwerk
Astronomische Entfernungsbestimmungen II
Aufbauend auf dem bereits erschienenen Beitrag "Astronomische Entfernungsbestimmungen I – Sonnensystem" werden für Ihre Klasse Methoden vorgestellt, um Entfernungen zu Objekten außerhalb unseres Sonnensystems zu bestimmen. Dabei wird auf die wichtigsten und zuverlässigsten Verfahren eingegangen. Außerdem finden Sie in diesem Beitrag eine Reihe von differenzierten Aufgaben, mit denen Ihre Lernenden das erworbene Wissen einüben können. Eine Klassenarbeit rundet das Material ab.
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