Unterrichtsmaterialien Physik: Ganze Werke Seite 5/18
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RAABE
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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.
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Mit der E-Gitarre zur Induktion
Ob auf dem Weg zur Arbeit, im Café oder zu Hause – wir hören häufig Musik. Dabei bestimmen vor allem Songs der Genres Rock oder Pop die Charts. Die Elektrogitarre ist dabei nicht wegzudenken und sehr populär. Doch wie wird aus Saitenschwingungen ein Klang, den der Verstärker ausgibt? Mit dieser Lerneinheit erschließen sich die Schülerinnen und Schüler eine Antwort sowie einen Einstieg in die elektromagnetische Induktion.
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Elektro- und Dieselmotor
Der Anteil von Elektroautos an den gesamten Neuzulassungen in Deutschland lag im Jahr 2021 bei 12,3 Prozent, bei den Plug-in-Hybriden bei 12 Prozent. Elektroautos werden immer beliebter. Doch auch der Dieselmotor spielt mit einem Anteil an Diesel-Pkw in Deutschland mit rund 31,2 Prozent trotz Feinstaubbelastung und Fahrverboten als Antriebsart derzeit noch eine große Rolle. Ihre Schülerinnen und Schüler erarbeiten sich die physikalischen Grundlagen dieser beiden Motorentypen.
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Schall
Wieso hören wir Geräusche? Wie breitet sich Schall aus? Und welche Schallarten gibt es? Anhand von Alltagsbeispielen und interaktiven LearningApps geht es auf Spurensuche. Mithilfe einfacher und spannender Versuche erkunden Ihre Schülerinnen und Schüler die physikalischen Phänomene zum Thema „Schall“.
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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.
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Bewegungsdiagramme analysieren
Die Analyse und Beschreibung von Diagrammen stellen wesentliche inhaltliche Konzepte innerhalb der klassischen Mechanik dar. Dieser Beitrag ermöglicht Ihren Schülerinnen und Schülern, grundlegende Bewegungsabläufe quantitativ zu beschreiben sowie grafisch exakt darzustellen. Dabei schult die Einheit das Verständnis der wesentlichen Grundgrößen der Bewegung (Weg, Geschwindigkeit und Beschleunigung). Üben Sie das Erlernte mit Ihren Schülerinnen und Schülern anhand eines umfassenden Aufgabenteils ein und simulieren Sie mithilfe einer abschließenden Lernerfolgskontrolle den Ernstfall einer Klassenarbeit.
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Von der Kreisbewegung zur Schwingung
Was haben Kreisbewegungen mit Schwingungen gemeinsam? In diesem Beitrag wiederholen die Lernenden die Grundbegriffe und Formeln zu diesen beiden wichtigen Themengebieten, finden eine Formel für die Zentripetalkraft und vergleichen Einflussgrößen von Kreisbewegungen und ungedämpften, harmonischen Schwingungen. Mit anschaulichen Animationen lernen die Schülerinnen und Schüler, Schwingungen mathematisch zu beschreiben und interpretieren Diagramme unterschiedlicher schwingungsfähiger Systeme. Eine weitere Herausforderung für die Lernenden in Form einer Klassenarbeit rundet die Einheit ab.
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Untersuchung von Dipolen
Befinden sich zwei entgegengesetzte elektrische Ladungen in räumlicher Nähe, entsteht ein elektrischer Dipol. Doch welche besonderen Eigenschaften charakterisieren einen Dipol und welche Varianten von Dipolen gibt es? Mit diesem Beitrag erweitern die Schülerinnen und Schüler ihr elektrostatisches Verständnis und können die Besonderheiten von Dipolen anhand von zahlreichen Übungsaufgaben ausführlich studieren.
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Die Entwicklung der sauerstoffhaltigen Erdatmosphäre
In dieser Unterrichtseinheit erarbeiten Ihre Schülerinnen und Schüler die Entstehung unserer sauerstoffhaltigen Atmosphäre weitgehend eigenständig. Sie nutzen hierbei digitale Werkzeuge zur Präsentation sowie Gestaltung von Fotostorys. Im Vordergrund steht die Erkenntnis, dass die Entstehung des Lebens die Evolution der Atmosphäre maßgeblich prägte. Lebewesen und Atmosphäre beeinflussten sich immerfort wechselseitig. In einem Additum beurteilen die Lernenden Folgen und Risiken des aktuellen Wandels der Atmosphäre für das Klima und die Ökosysteme.
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Mit dem Licht durch unser Sonnensystem und darüber hinaus
Diese Unterrichtsreihe legt den Fokus unter anderem auf die Entstehung von Tag und Nacht, Finsternisse und Mondphasen sowie die Absorption, Reflexion und Streuung und bettet so die Inhalte der elementaren Optik in einen motivierenden astronomischen Kontext ein. Dieser Beitrag gibt Ihrer Klasse die Möglichkeit zum Experimentieren, lässt die Lernenden durch Handlungsorientierung aktiv werden und macht dadurch Phänomene in Natur und Technik erlebbar. Er kann als Erweiterung zu dem Beitrag "VII.11 Mit dem Licht durch unser Sonnensystem und darüber hinaus: Von der Sonne bis zur Erde" aber auch losgelöst von diesem unterrichtet werden.
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Der Rutherford'sche Streuversuch
Mit dieser Unterrichtseinheit zum Rutherford'schen Streuversuch wird ein klassischer Unterrichtsinhalt des Chemie- und Physikunterrichts der Sekundarstufe I praktisch durchgeführt. Während es bereits einige gute Animationen und auch Filme zu diesem Versuch gibt, fehlte bisher eine Möglichkeit, Schülerinnen und Schüler das Experiment selbstständig erfahrbar zu machen und ihnen so im Rahmen des naturwissenschaftlichen Erkenntnisweges ein Werkzeug an die Hand zu geben, eigene Überlegungen zur Erweiterung ihrer Atomvorstellung anzustellen.
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Wärmekapazität von Festkörpern, Flüssigkeiten und Gasen
Die spezifische Wärmekapazität ist eine der wichtigsten Stoffgrößen der Wärmelehre. Sie gibt an, wie viel Wärmeenergie einem Kilogramm eines Stoffes zugeführt werden muss, damit sich seine Temperatur um ein Kelvin erhöht. Die Schülerinnen und Schüler werden in dieser Unterrichtssequenz anhand von Arbeitsblättern und Beispielen an die Thematik der Wärmelehre herangeführt. Eine Lernerfolgskontrolle zum Abschluss der Einheit bietet die Möglichkeit, die Lernfortschritte der Schülerinnen und Schüler zu überprüfen.
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Magnetismus
Täglich haben wir mit Magnetismus zu tun, ohne es uns bewusst zu machen. In dieser Unterrichtseinheit werden Grundlagen des Magnetismus behandelt. Zahlreiche Schülerversuche motivieren die Lernenden, sich mit dem Thema genauer zu beschäftigen. Ob selbst gebauter Kompass oder die Herstellung von Magnetknete – der Schwerpunkt der Einheit liegt auf dem forschenden und entdeckenden Lernen.
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Die Kernphysik
Woraus besteht die Materie im Universum und welche Kräfte wirken zwischen den Bestandteilen? Die moderne Physik geht der Ursache auf den Grund und findet immer neue Elementarteilchen, welche die Grundstruktur von allem, was wir kennen, darstellen. Wir richten unseren Blick auf das Kleinste im Universum – die Elementarteilchen im Bereich der Kernphysik.
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Kontextbasierte Aufgaben zum Thema "Technik am Auto"
Moderne Autos enthalten viele elektronische Systeme und sind somit ein guter Kontext für Inhalte aus dem Bereich der Elektrodynamik. In diesem Beitrag werden kontextbasierte Aufgaben rund um das Thema "Technik am Auto" vorgestellt, die sich als Prüfungs- oder als Erarbeitungsaufgaben eignen.
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Bewegungen rechnerisch analysieren
Die quantitative Untersuchung von Bewegungsvorgängen stellt einen der wichtigsten physikalischen Sachverhalte dar. In diesem Beitrag machen sich Ihre Schülerinnen und Schüler mit den Grundlagen der Kinematik vertraut und lernen die für die Berechnungen nötigen Gleichungen kennen. Die vorliegende Einheit beinhaltet einen umfangreichen Fundus an Übungsaufgaben, mithilfe dessen die Lernenden ihre Bewegungsfähigkeiten in physikalischem Sinne trainieren können.
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Grundlagen der Mechanik
In einer Welt im Wandel entwickeln sich auch die Naturwissenschaften stetig weiter. Es gibt dabei allerdings Erkenntnisse, die auch nach mehreren Jahrhunderten gültig und auch noch für die heutige Weltanschauung relevant sind. Dazu gehören unter anderem die drei Gesetze von Isaac Newton. In diesem Beitrag lernen Ihre Schülerinnen und Schüler das wichtige Themengebiet der Mechanik anhand der Newtonschen Gesetze des Trägheitsprinzips, des Aktionsprinzips und des Wechselwirkungsprinzips kennen und üben das erworbene Wissen anhand von Aufgaben ein. Eine weitere Herausforderung für die Lernenden in Form einer Klassenarbeit rundet die Einheit ab.
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Quantenphysik
Um die Quantenphysik und darauf aufbauende Eigenschaften richtig verstehen und herleiten zu können, sind Eine-Ladung-Systeme wie Wasserstoff und einfach ionisiertes Helium von enormer Bedeutung. In diesem Beitrag lernen Ihre Schülerinnen und Schüler diese und weitere Systeme sowie damit einhergehend wichtige Formeln der Quantenphysik kennen. Das erlangte Verst├ñndnis wird anhand von entsprechenden Übungaufgaben gefestigt. Des Weiteren werden Darstellung und Anwendung von Energieschemata eingeführt und wichtige physikalische Rückschlüsse aus dem Spektrum des Wasserstoffs gezogen.
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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.
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Untersuchung von Gasspektren
Wasserstoff ist das mit Abstand am häufigsten vorkommende Element im gesamten Universum. Sein Emissionsspektrum zeigt einige diskrete Linien im sichtbaren Bereich, für die Johann Jakob Balmer eine einfache Formel für die Berechnung der Wellenlängen herleiten konnte. Es zeigte sich schnell, dass die Untersuchung von Linienspektren einen wichtigen Baustein zum Verständnis des Aufbaus der Materie darstellt. Aber wie kann man diese diskreten Wellenlängen bestimmen? In diesem Beitrag finden Sie Aufgaben zum verwendeten, relativ einfachen Versuchsaufbau und zu den physikalischen Grundlagen einer zu dieser Fragestellung passenden Messung. Den Schwerpunkt bildet eine umfangreiche Sammlung von Fotos anhand derer Ihre Schülerinnen und Schüler die Bestimmung und die Auswertung der Wellenlängen der Balmer-Serie üben können.
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Die elektromagnetische Induktion
Die elektromagnetische Induktion ist für viele wichtige alltägliche Anwendungen ein grundlegendes physikalisches Prinzip. Ohne dieses Prinzip würden sich viele Probleme in der Strombereitstellung und Stromversorgung ergeben. Die dahinterstehende Physik ist jedoch bereits seit dem 19. Jahrhundert bekannt und wird auch heute noch gleichbleibend verwendet. Dieser Beitrag beleuchtet die Grundlagen der elektromagnetischen Induktion, führt wichtige Begriffe wie Lorentzkraft, Lenz‘sche Regel und Selbstinduktion ein und stellt Aufgaben bereit, anhand derer Ihre Schülerinnen und Schüler die Thematik verinnerlichen.
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Mit dem Licht durch unser Sonnensystem und darüber hinaus
Diese Unterrichtsreihe, die Inhalte der elementaren Optik in einen motivierenden astronomischen Kontext einbettet, wurde speziell für heterogene Lerngruppen konzipiert, ist wissenschaftlich erprobt und wurde aus den gewonnenen Unterrichtserfahrungen heraus kontinuierlich weiterentwickelt. Neben dem Kompetenzerwerb zum Umgang mit Fachwissen zielt die Lernumgebung auch darauf ab, die Selbstständigkeit und soziale Integration zu fördern.
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Grundlagen der Relativitätstheorie
Die spezielle Relativitätstheorie gehört zu den Inhalten des Physikunterrichts der Sekundarstufe II. Oft fällt es schwer, die Inhalte des Themas so weit zu reduzieren, dass alle Schülerinnen und Schüler die Möglichkeit haben, ihre Grundlagen komplett zu verstehen. Diese Unterrichtssequenz bietet hierfür eine streckenweise untypische Möglichkeit. Durch Erklärungen an Abbildungen und mithilfe von Textlücken sind die Grundgedanken der speziellen Relativitätstheorie gut nachvollziehbar. Es existieren viele mögliche Pfade für Sequenzen, je nachdem, wie tief man in das Thema eindringen möchte. Ferner kann eine Differenzierung zwischen Grund- und Leistungskursen gemacht werden.
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Kompetenzorientierte Lernerfolgskontrollen zur Optik
Diese Sammlung von neun Lernerfolgskontrollen zum Thema Optik für die siebte Klasse kann vielfältig im Unterricht eingesetzt werden. Durch den expliziten Bezug zu den in den Bildungsstandards formulierten Kompetenzen in den Hinweisen können die Materialien als Anreiz dienen, in anderen Themengebieten derartige Tests selbst zu gestalten. Nutzen Sie das Potenzial dieses Beitrags auch zur individuellen Förderung Ihrer Schülerinnen und Schüler.
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Seilzüge
Wie können schwere Gewichte und Körper mit wenig Kraftaufwand hochgehoben und bewegt werden? Welche Komponenten sind hierfür notwendig? Und welche Folgen ergeben sich durch die Kraftreduktion mit Seilzügen? Ihre Schülerinnen und Schüler erarbeiten sich selbstständig dieses Wissen mithilfe anschaulicher Texte und Grafiken sowie anhand von Beispielen und Rechenwegen. Es folgen Aufgaben zur Überprüfung der gelernten Inhalte und ein spannendes Online-Quiz.
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