Unterrichtsmaterialien Physik: Ganze Werke
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MINT Zirkel - Ausgabe 02, Mai 2012
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MINT Zirkel - Ausgabe 01, April 2012
MINT Zirkel - Ausgabe 01, April 2012
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Halbleiter
Halbleiter sind die Grundlage der meisten aktuellen technischen Anwendungen vom Computer bis zur LED. Dennoch werden sie im Unterricht oft nur oberflächlich oder gar nicht behandelt. Dieses Heft zeigt Ihnen, welche didaktischen Chancen im Thema Halbleiter stecken und wie interessanter Unterricht dazu aussehen kann. Schüleraktivität und Experimente stehen im Zentrum aller Unterrichtsvorschläge des Heftes. Diese beschäftigen sich u. a. mit unterschiedlichen Halbleiterbauelementen: Leucht- und Laserdioden, Fotodioden, Bipolartransistoren, Unipolaren Transistoren.
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Globale Erwärmung
Die Erde erwärmt sich, die Gletscher schmelzen und der Meeresspiegel steigt. Doch was wissen wir wirklich über den globalen Klimawandel? Was ist Panikmache, was ist Verharmlosung? Dieses Buch erklärt die wissenschaftlich erwiesenen Fakten zur globalen Erwärmung. Eine Diskussionsgrundlage für alle, die sich Ihre eigene Meinung bilden wollen.
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Mikrokosmos
Unterschiedliche Alltagsphänomene können durch einfache Experimente beobachtet und erklärt werden, wenn sie im makroskopischen Bereich liegen. Geht es um Vorgänge, die mit dem bloßen Auge nicht zu sehen sind, muss auf Modelle zurückgegriffen werden. Diese Unterrichtseinheit ermöglicht Ihren Schülern durch Versuche eine eigene Modellvorstellung zum Aufbau der Stoffe zu entwickeln und diese auf Alltagsphänomene zu übertragen. Dabei wird das Verständnis für das Teilchenmodell gefestigt und Ihre Schüler gewinnen Erkenntnisse für zukünftige Inhalte.
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Magnetismus
Magnetismus – ein einfaches Thema? Nicht ganz. Zwar lassen sich viele Experimente mit einfach verfügbaren Materialien auch schon von jüngeren Kindern durchführen, die Physik hinter den Phänomenen ist jedoch durchaus komplex. Das Heft erklärt, wo die Probleme liegen und wie sie sich im Unterricht vermeiden lassen. Im Zentrum des Heftes steht die Auseinandersetzung mit Modellen für den Magnetismus. Dafür beschreiben die Beiträge des Heftes unterschiedliche methodische Unterrichtsvarianten wie z. B. Lernzirkel und Gruppenpuzzle. Auch Perspektiven über die Physik hinaus, z. B. auf die Wissenschaftsgeschichte oder die Biologie, vertiefen das Verständnis des Magnetismus.
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Physik historisch verstehen
Im Physikunterricht sollen Ihre Schülerinnen und Schüler nicht nur Fachinhalte der Physik lernen, sondern auch einen Einblick gewinnen, wie man in der Physik zu Erkenntnissen gelangt. Hier bietet die Beschäftigung mit der Geschichte der Physik besondere Potenziale: Schülerinnen und Schüler können dabei z. B. erfahren, dass Experimente von Menschen und abhängig von den jeweiligen Zeitumständen entwickelt wurden, dass Theorien nicht einfach da sind oder von genialen Wissenschaftlern aus der Natur herausgelesen wurden, sondern sich hinter ihnen mühsame Forschungswege verbergen. Diese Ausgabe von Unterricht Physik stellt Ihnen erprobte Konzepte vor, wie sich der historische Blick in den Physikunterricht integrieren lässt.
Neben grundlegenden Informationen und methodischen Ideen zur Einbeziehung von Geschichte in den Physikunterricht zeigen erprobte Unterrichtseinheiten, wie ein historisch orientierer Physikunterricht konkret aussehen kann. Die Beispiele wurden aus zentralen Bereichen der Schulphysik gewählt und behandeln u. a. Bereiche
der Wärmelehre,
der Elektrizitätslehre und
der Mechanik.
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Von der Knallgasexplosion zur Brennstoffzelle
Die Brennstoffzelle hält Einzug in unsere Lebenswelt, ohne direkt wahrgenommen zu werden. So wird diskutiert, ob eine solare Wasserstoffwirtschaft, in der die Brennstoffzelle eine zentrale Rolle spielt, eine Alternative zur fossilen und atomaren Energiewirtschaft der Gegenwart ist. Vor diesem Hintergrund ist es wichtig, den Schülern die entsprechenden Basisinformationen mit auf den Weg zu geben, um an dieser teilweise sehr kontrovers geführten Debatte teilhaben zu können.
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Kino in der 3. Dimension – polarisiertes Licht macht’s möglich!
Man hat das Gefühl, man sitzt mittendrin im Geschehen: Häuser, Autos und die Schauspieler scheinen zum Greifen nahe. 3-D-Filme revolutionieren das Kino. Der Film wird dank raffinierter Technologie zu einem vollkommenen Erlebnis. Mit der Neuentwicklung der 3-D-Technologie wird ein Milliardengeschäft erwartet.
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Sonnen- und Mondfinsternis – ein Projekt
Es ist wohl das dramatischste Schauspiel, das uns der Himmel zu bieten hat: Das Sonnenlicht wird fahl, der eben noch kristallklare Tag zur bleiernen Dämmerung. Dann, als drehe jemand am Dimmer das Licht aus, geht alles ganz schnell. Die hellsten Sterne flammen auf und wo eben noch die gleißend helle Sonne zu sehen war, steht nun ein pechschwarzer Kreis am Himmel, umgeben von einem feurigen, fein strukturierten Lichtkranz. Eine totale Sonnenfinsternis!
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Schwingungen & Wellen
Schwingungen und Wellen gibt es in den verschiedensten Bereichen der Physik – in der Optik, der Akustik, dem Elektromagnetismus und der Quantenmechanik. Bringen Sie Ihren Schülerinnen und Schülern dieses wichtige Konzept der Physik näher und legen Sie so die Grundlagen für ein tieferes Verständnis unterschiedlichster Phänomene.
Die Beiträge des Heftes stellen verschiedene Zugänge zu Wellenphänomenen vor, u. a.
mithilfe der Zeigerdarstellung und dynamischer Geometriesoftware,
Experimente mit Ultraschall,
über Analogien in unterschiedlichen Bereichen der Physik,
über die Herleitung aus bekannten Gesetzen.
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Vertretungsstunden Physik 7./8. Klasse
Das gehört zu Ihrem Schulalltag: Kurzfristig müssen Sie für eine Vertretungsstunde einspringen. Pech, wenn das ein Fach ist, für das Sie nicht ausgebildet sind. Dennoch muss die anstehende Stunde mit Inhalt gefüllt werden. Der vorliegende Band bietet sofort einsetzbare Unterrichtsmaterialien, die thematisch in den regulären Unterricht passen und sich an den Lehrplänen orientieren. Geboten werden Aufgaben zu den Themen Kernschatten, Reflexionen, Brechung, Wäremeleitung, Aggregatzustände, Hebelgesetz, Hookesches Gesetz, Stromkreis, Wiederstand und Magnete. Die Arbeitsblätter sind so aufgebaut, dass die Schüler selbstständig arbeiten und ihre Lösungen kontrollieren können. So ist auch in der Vertretungsstunde vernünftiger Unterricht garantiert!
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Experimente mit dem Gummiband – stehende Wellen untersuchen
Für viele Schüler ist der Ausdruck stehende Welle ein Widerspruch in sich. Bei Wellen denken sie an Bewegung und Ausbreitung. Wirft man einen Stein ins Wasser, so kann man beobachten, wie sich die Wellen kreisförmig fortpflanzen. Wieso können auch Wellen stehen? Lassen Sie dies Ihre Schüler in Experimenten mit dem Gummiband erforschen. Ein Arbeitsblatt zur Wellengleichung rundet den Beitrag ab.
Gesamtwerk
„Ich hebe die Welt aus den Angeln!“ – Kraftumformende Einrichtungen kennenlernen
„Gib mir einen festen Platz zum Stehen und ich werde die Erde bewegen!“ Dieser Ausruf wird dem griechischen Philosophen, Mathematiker und Physiker Archimedes von Syrakus (um 287–212 v. Chr.) zugeschrieben, nachdem er vor über 2000 Jahren das Hebelgesetz entdeckte. Seine genialen Erfindungen wie Flaschenzug, Winden und Wasserschrauben, Hebekräne und Wurfmaschinen brachten ihm zu seiner Zeit viel Ruhm und Ehre ein. Vor allem bei der Verteidigung seiner Heimatstadt gegen die Heerscharen des römischen Feldherrn Claudius Marcellus erwarb er sich große Verdienste. Auch heute noch beruhen viele technische Geräte auf seinen Formeln und den von ihm entwickelten technischen Elementen. Nutzen Sie die Erfahrungswelt Ihrer Schüler, um sie mit der Wirkung von kraftumformenden Einrichtungen und ihren Gesetzen vertraut zu machen.
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Bewegte Ladungen in elektrischen und magnetischen Feldern
Fadenstrahlrohr, Elektronenmikroskop, Zyklotron und Massenspektroskop - mit dieser Unterrichtseinheit sind Sie ganz nah an der modernen Physik! Die Inhalte des Stationenzirkels erarbeiten sich die Schüler anhand von Computersimulationen, die sie intuitiv bedienen können. Zu Beginn einer jeden Station steht ein Rechercheauftrag zu Aufbau und Funktionsweise des jeweiligen Gerätes. Auch die Entstehung des Polarlichts erforschen Ihre Schüler.
Gesamtwerk
Grundwissen Optik und Akustik
Wie entstehen Schatten? Welche Ursachen haben Weit- und Kurzsichtigkeit? Wie funktioniert eine Spiegelreflexkamera? Wer die jugendlichen Schüler stets aufs Neue zum Mitmachen aktivieren will, erklärt die Physik am besten an Phänomenen aus dem Alltag. Dieses Material liefert Ihnen sofort einsetzbare Arbeitsblätter mit einer Fülle von Aufgaben aus den Bereichen Optik und Akustik, die einen hohen Stellenwert in den Lehrplänen der Sekundarstufe I besitzen. Auch die Themen Frequenzen (Welcher Kopfhörer hat die beste Qualität?) und die Ausbreitung des Schalls (Wie schnell zieht ein Gewitter vorbei?) werden praxisnah thematisiert. Die Arbeitsblätter sind so konzipiert, dass die Schüler die Inhalte selbstentdeckend erarbeiten können. Alle Aufgaben eignen sich zur Differenzierung. Besonders praktisch: Hinweise zur Planung und Durchführung des Unterrichts sowie Lösungen erleichtern Ihnen die Vorbereitung.
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Physik I - kompetenzorientierte Aufgaben
Camera Obscura, Brownsche Bewegung, die Besonderheit des Wassers oder Magnete und ihre Wirkung - mit diesem E-Book erforschen und entdecken Ihre Schüler die spannende Welt der Physik. Anke Ganzer bietet Ihnen kompetenzorientierte Unterrichtsmaterialien für den Anfangsunterricht. Die Arbeitsblätter liegen in drei unterschiedlichen Niveaustufen vor. Sie decken alle in den Lehrplänen geforderten Kompetenzbereiche ab: Beschreiben, Bewerten, Vergleichen, Arbeiten mit Diagrammen, Arbeiten mit Sachtexten, Arbeiten mit Modellen, Begründen, Berechnen physikalischer Größen und Erklären von Erscheinungen in der Natur. Thematisch berücksichtigen die Kopiervorlagen alle wesentlichen Teilbereiche der Physik. Lernzielkontrollen am Ende eines jeden Kapitels evaluieren das Gelernte. Ein Lösungsteil ermöglicht Ihnen die schnelle Kontrolle.
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Kompetenzorientiert unterrichten
Sie müssen Physik seit den Bildungsstandards kompetenzorientiert unterrichten. Doch wie geht das eigentlich? Und was ist überhaupt das Neue am kompetenzorientierten Unterricht? In einem Wort: die Handlungsdimension. Im Zentrum des kompetenzorientierten Physikunterrichts steht der handelnde Umgang mit Wissen. Unterricht Physik zeigt Ihnen, wie solcher Unterricht in der Praxis aussieht.
Dieses Doppelheft erläutert den Kompetenzbegriff, entwirft ein geeignetes Lehr-Lern-Modell für kompetenzorientierten Unterricht und gibt Planungshilfen für entsprechende Lerneinheiten. Konkrete und erprobte Praxisbeispiele aus unterschiedlichen Gebieten der Physik überzeugen und ermutigen Sie zum kompetenzorientierten Unterrichten, u. a. zu
für den Anfangsunterricht,
zu astronomischen Phänomenen,
zum Thema Gasgesetze,
zur geometrischen Optik.
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Modelle
Mit Modellen zu arbeiten, das gehört genauso zur Physik wie die Experimente. Doch das Denken in Modellen ist für die Schülerinnen und Schüler oft schwierig. Dieses Heft zeigt Ihnen, wie Sie diesen Schwierigkeiten begegnen und das Modelldenken Ihrer Schüler auf unterschiedliche Weise anregen können.
Die konkreten Unterrichtsvorschläge stammen aus verschiedenen physikalischen Inhaltsbereichen. Sie finden u. a. Anregungen
zu Modellen im Alltag und im Anfangsunterricht,
zu optischen Phänomenen,
zur Unterstützung der Modellbildung durch den Computer,
zur Geschichte physikalischer Modelle in der Wärmelehre,
zu Modellen in der Quantenphysik.
Gesamtwerk
9 auf der Richterskala – Erdbeben untersuchen
„Ein Erdbeben der Stärke 9 auf der Richterskala ereignete sich 130 Kilometer östlich der japanischen Stadt Sendai.“ Einen Satz wie diesen haben Sie bestimmt
in den letzten Wochen in den Nachrichten gehört. Aber können Sie erklären, was eine Stärke von 9 auf der Richterskala bedeutet? Und woher weiß man eigentlich, wo das Erdbeben stattgefunden hat, wenn es doch weit auf dem Meer und unter der Erdoberfläche geschehen ist? Lassen Sie sich überraschen. Fragestellungen wie diese kann man nämlich mit recht einfachen Mitteln beantworten. Zeigen Sie Ihren Schülern, dass man bei der Lösung von Problemen aus anderen Fachgebieten (hier der Naturgeografie) auf die Mathematik und Physik nicht verzichten kann.
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Gravitation, Zentripetalkraft und Kepler’sche Gesetze – die unterschiedliche Länge der Jahreszeiten erkunden
Jedes Jahr umrundet die Erde als ein treuer Begleiter die Sonne. Frühjahr, Sommer, Herbst und Winter wechseln in diesem Zeitraum einander ab und bestimmen unser Leben. Manchem vergeht dabei eine bestimmte Jahreszeit nicht schnell genug – er hat den Eindruck, sie dauere länger als die anderen. Und so falsch ist dieser Eindruck auch nicht, denn Frühling und Sommer sind auf der Nordhalbkugel tatsächlich länger als Herbst und Winter. Was hat es mit den unterschiedlich langen Jahreszeiten auf sich? Gehen Sie dieser Frage in einem problemorientierten Physikunterricht nach: Ihre Schüler stellen Hypothesen auf. Sie ergründen die Ursache für die unterschiedliche Länge der Jahreszeiten, indem sie Schlussfolgerungen aus den Kepler’schen Gesetzen ziehen. Anschließend vollziehen sie mithilfe des Gravitationsgesetzes auch rechnerisch nach, warum die Jahreszeiten unterschiedlich lang sind.
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Welle, Teilchen und Wahrscheinlichkeit – ein Quantenzirkel
Die Welt des Mikrokosmos ist geheimnisvoll. Die Gesetzmäßigkeiten, die wir aus unserer alltäglichen Erfahrung ableiten, verlieren hier ihre Gültigkeit und müssen durch die entsprechenden Gleichungen der Quantenphysik ersetzt werden. Dies birgt so manche Überraschung! In Zusammenhang mit Interferenzphänomenen wird Licht als Welle betrachtet. Aber diese Theorie hat ihre Grenzen. So lassen sich die Phänomene beim Fotoeffekt nur mit dem Teilchencharakter der Lichtquanten erklären. Verdeutlichen Sie den Lernenden dieses Dilemma. Führen Sie Ihre Schüler dann schrittweise an das anspruchsvolle Thema Quantenphysik heran. Bringen Sie Ihren Schülern den Begriff der Aufenthaltswahrscheinlichkeit so weit nahe, dass sie ihn beim Quantenfußball spielerisch auf die Position des Balls anwenden können.
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Sonne, Wind- und Wasserkraft – wie gewinnt man aus erneuerbaren Energien Strom?
Die Angst um die Natur wird dann am heftigsten, wenn sie auch eine Angst um das eigene Wohlergehen ist (Joachim Radkau, Natur und Macht, München 2000). In diesem Beitrag lernen Ihre Schüler erneuerbare Energien kennen. Sie entdecken in einfachen Experimenten die physikalischen Techniken, die der Gewinnung von grünem Strom zugrunde liegen.
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Physik verstehen
Das Werk bietet eine gebietsübergreifende Zusammenfassung der wichtigsten Grundlagen. Physikalische Prozesse und Phänomene werden allgemein verständlich dargestellt und anhand praktischer Beispiele aus dem Alltag erklärt. Der Schwerpunkt wird auf grundlegende Konzepte, Begriffe und Denkweisen gelegt, wobei weitgehend auf den mathematischen Formalismus verzichtet wird. Zahlreiche Grafiken unterstützen den Text. Den Studierenden der Medizin, naturwissenschaftlicher oder technischer Studienrichtungen werden die notwendigen Grundlagen des Faches vermittelt. Zur praktischen Erläuterung werden Zusammenhänge zwischen physikalischen Prozessen und Alltagsphänomenen aufgezeigt. Im Anhang finden sich eine Sammlung der verwendeten Abkürzungen, die sowohl in physikalischen Formeln als auch im fachlichen Sprachgebrauch ihre Anwendung finden, sowie ein ausführliches Register, anhand dessen das rasche Auffinden von Information erleichtert wird.
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Authentische Aufgaben
Damit Schülerinnen und Schüler erkennen, dass sie Physik überall in ihrem Alltag begegnen, brauchen sie geeignete Kontexte für das Lernen von Physik. Eine Möglichkeit sind Aufgaben, die von alltagsrelevanten Fragestellungen und realen Ereignissen ausgehen. Zeitungsartikel und Werbeanzeige können geeignete Ausgangspunkte für entsprechende Aufgaben sein. Diese Ausgabe von Unterricht Physik stellt Ihnen eine umfangreiche und kommentierte Sammlung solcher Aufgaben vor. Die Themen der Aufgaben decken die wichtigsten Gebiete der Sekundarstufe I ab, teils mit Zusatzaufgaben für die Sekundarstufe II. Alle Aufgaben sind mit gestuften Hilfen und Lösungen versehen, sodass Ihre Schülerinnen und Schüler die Aufgaben selbstständig bearbeiten können. Neben den Aufgabenbeispielen erhalten Sie auch Hinweise zu Konstruktionsprinzipien für authentische Aufgabenstellungen sowie einen Überblick über die Lernwirkung dieser Medien, die in umfangreichen Studien im alltäglichen Physikunterricht untersucht wurde.
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