Unterrichtsmaterialien Physik: Ganze Werke Seite 6/20
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Physik
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MINT Zirkel – Ausgabe 4, November 2022
Ob die Erde im Visier außerirdischer Zivilisationen ist, wie ih mit Wärmebildkameras Lebensvorgängen auf den Grund gehen könnt, warum Sex mehr als nur der Ablauf chemischer Reaktionen ist und vieles mehr erwarten euch in der Novemberausgabe von MINT Zirkel. Auch ein paar Zusatzmaterialien für den Unterricht sind wieder dabei. Jetzt reinschauen!
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Erklärung der Dimensionen im All mit Leuchtstäben
Die Dimensionen im All scheinen unüberwindbar – der Astronom Francesco Pepe macht die unfassbaren Weiten mit Hilfe von Leuchtstäben sichtbar.
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Der Mechanik auf der Spur
Radfahren kann doch jeder! – doch wie funktioniert es eigentlich? Führen Sie Ihren Klassenausflug durch die Welt der Physik des Radfahrens fort und bringen Sie Ihren Schülerinnen und Schülern auch den zweiten Teil dieser Thematik näher. Die Lernenden gehen dabei unter anderem der Frage nach, welche Kräfte und Widerstände beim Radfahren auftreten. Außerdem wird die Kraftübertragung bei entsprechender Schaltung untersucht. Durch die Bearbeitung von umfangreichen Übungsaufgaben bewegen sich die Jugendlichen trittsicher und erreichen nicht nur das Ausflugs- sondern auch das Lernziel im Bereich der Mechanik.
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Lineare Widerstandsnetzwerke berechnen
In vielen elektrischen Schaltungen sind Ohmsche Widerstände, Netzgeräte und Batterien verbaut. Sorgen Sie für Spannung im Physikunterricht und trainieren Sie mit Ihrer Klasse die Berechnung solcher linearer Widerstandsnetzwerke. Die Schülerinnen und Schüler analysieren diese Netzwerke mithilfe von Ersatzwiderständen sowie unter Zuhilfenahme des Zweigstrom- und des Maschenstromverfahrens. Dabei stehen für jede dieser Berechnungsarten sowohl Beispiele als auch Übungsaufgaben bereit. Am Ende der Einheit haben die Jugendlichen die Möglichkeit, ihre erworbenen Fähigkeiten anhand einer Lernerfolgskontrolle zu überprüfen.
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Untersuchung von Materiewellen
Elektronen besitzen sowohl einen Wellen- als auch einen Teilchencharakter. In diesem Beitrag beleuchten Sie mit Ihren Schülerinnen und Schülern zunächst die Experimente und Erkenntnisse von de Broglie, Davisson und Germer. Anschließend haben die Lernenden die Möglichkeit, ihr Wissen anhand von zahlreichen Übungsaufgaben zur Quantenphysik zu festigen. Der Beitrag schließt mit einem ausführlich gestalteten Lösungsteil. Tauchen Sie mit Ihrer Klasse in diese Materie ein und schwimmen Sie mit ihr auf der Welle des Lernerfolgs.
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Rätselhafte Physik
Rätsel lösen – was hat das mit Physik und mit Ihrem Unterricht zu tun? Mit ihren Forschungsfragen ist die Physik den Geheimnissen der Natur auf der Spur. Physikalische Rätsel bilden Aspekte dieses Prozesses ab. So können Kinder und Jugendliche die Neugierde beim Forschen selbst erfahren. Wenn Sie mit Schüler:innen Kriminalfälle lösen oder in einem Escape-Game nach dem Ausweg suchen, können Sie gleichzeitig physikalische Inhalte oder Fachmethoden vermitteln. In dieser Ausgabe finden Sie physikalische Rätsel für alle Klassenstufen. Sie können in Ihrem Unterricht: Bilderrätsel untersuchen, den Schatz des Science Centers finden, einem Laserstrahl durch ein Labyrinth folgen, das Rätsel der Dunklen Materie nachvollziehen oder auf die historische Suche nach dem Wesen der Farbe gehen. Und am Schluss haben Ihre Schüler:innen mit der Lösung des Rätsels meist auch eine neue Frage gefunden. Zusätzlich finden Sie Ideen für kleine Spiele für den Physikunterricht, Hintergrundinformationen zu Preisfragen in der Physik sowie Anregung zur Nutzung solcher Fragen im Unterricht und Experimentiervorschläge mit dem Smartphone zum hookeschen Gesetz sowie zur gleichförmigen, geradlinigen Bewegung.
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Lernstrategien und Arbeitstechniken für MINT-Studiengänge
Sie sind neu im MINT-Studium und haben das Gefühl, von den vielfältigen Anforderungen überrannt zu werden? Sie studieren schon eine Weile, die Zeit rennt Ihnen aber immer noch davon? Sie wissen einfach nicht, wie Sie Ihr Studium effizienter organisieren können? Wenn Sie mindestens eine der Fragen mit „ Ja“ beantwortet haben, bearbeiten Sie die einzelnen Themen in diesem Buch, und Sie werden erfolgreich Schwierigkeiten lösen. Sie erfahren, wie Lernen allgemein funktioniert und wie Sie sich auch in schwierigen Phasen individuell positiv darauf einstimmen können. Sie erproben effektive, vielfach bewährte Lernstrategien und Arbeitstechniken speziell für die MINT-Fächer – für Ihre Vorlesungen, Tutorien oder Praktika, für das Erschließen von Fachliteratur, für die Prüfungsvorbereitung oder Ihr Zeitmanagement. Über viele Jahre von Studierenden erprobte Strategien und Techniken, Erfahrungen, Tipps, Tricks und authentische Praxisbeispiele unterstützen Sie dabei, Ihren eigenen Weg und Ihre persönliches Best of-Repertoire zu finden.
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Schwingungen und Rückstellkräfte
Ob in Wanduhren, bei Federpendeln oder einer Schaukel: Schwingungen besitzen eine zentrale Rolle im alltäglichen Geschehen. Neben ihren physikalischen Besonderheiten können Schwingungen auch mathematisch mit Differentialgleichungen beschrieben werden. In diesem Beitrag lernen die Schülerinnen und Schüler, wie man solche Gleichungen aufstellt und anschließend zielführend damit umgeht. Sie erhalten außerdem Einblick in den Zusammenhang zwischen harmonischen Schwingungen und Rückstellkräften. Schließlich erstellen die Lernenden eigenständig eine Animation zu einem Fadenpendel, um ein tieferes Verständnis für die Thematik zu entwickeln.
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Einstieg in die Atomphysik
Häufig werden wir mit Begriffen, die das Wort Atom enthalten, konfrontiert. Seien es atomare Vorgänge, atomare Bedrohung, atomare Abrüstung oder Wirkungen bis in das kleinste Atom. Dabei fehlt meist eine konkrete Vorstellung, worüber man im physikalischen Sinne spricht. Dieser Beitrag beleuchtet die Entwicklung der verschiedenen Atommodelle aus unterschiedlichsten Epochen. Gehen Sie mit Ihrer Klasse auf Entdeckungstour und vermitteln Sie ihr ein breites, fundiertes Atomverständnis. Am Ende dieser auf selbstentdeckendem Lernen basierenden Einheit steht eine Lernerfolgskontrolle bereit, anhand derer die Schülerinnen und Schüler ihr Wissen testen können.
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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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Physik & Technik
Das Motto „Vom Wissen zum nachhaltigen Handeln“ des BundesUmweltWettbewerbes könnte auch das Motto dieses Heftes sein, so praxisorientiert und gleichzeitig physiknah sind die Beispiele. Schülerinnen und Schüler haben bei allen hier vorgestellten Unterrichtsgängen und -ideen die Möglichkeit, die Welt zu erforschen – aber auch die Möglichkeit, mit Physik und Technik die Zukunft selbst zu gestalten. Das ist ein wesentlicher Schritt für den modernen Physikunterricht. Denn der Physikunterricht sollte ein Ort sein, an dem die jungen Menschen sachliche Hintergründe ihrer Sorgen erkennen, ihre Handlungsspielräume erweitern und gestärkt hervorgehen können. Und die eigenen Handlungsspielräume lernt man in der Kombination von Physik und Technik am besten kennen. Der Themenschwerpunkt des Heftes gliedert sich in vier Kapitel: Technische Geräte als Unterrichtsgegenstand; Technikeinsatz im Physikunterricht; Technik & Umwelt; Technik & Weltraum. Einige Beispiele aus dem vielfältigen Themenspektrum der Unterrichtsideen sind: Synchronmotor des Elektroautos - mit Augmented Reality besser verstehen; Magnetresonanztomographie; Videoanalyse des Drohnenfluges; Robotor-Modellexperimente zu nachhaltiger Landwirtschaft; Technische Aspekte der Marsrover. Neben dem Schwerpunktthema gibt es auch Beiträge zur Elektronenbeugung und zur Differenzierung sowie die Versuchskartei mit Experimente zu Luft- und Glaslinsen unter Wasser und zur freien Konvektion von Flüssigkeiten.
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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 Erfindung der Batterie
Indem der Physiker Alessandro Volta Kupferscheiben, in Säure getauchten Karton und Zinkscheiben übereinanderschichtete, erfand er die sogenannte „Volta-Säule“, die erste Batterie der Welt.
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MINT Zirkel – Ausgabe 2, Juni 2022
Wie vielseitig grüner Wasserstoff ist, welchen Beitrag Hecken leisten, wie sich Schülerinnen und Schüler mit den Phänomenen der Quantenphysik vertraut mach können und vieles mehr erwarten euch in der neuen Ausgabe von MINT Zirkel. Außerdem sind wieder einige Zusatzmaterialien für euch dabei. Jetzt reinschauen!
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MINT Zirkel – Ausgabe 3, September 2022
Was es mit Tiefseeastronomie auf sich hat, wie uns der Klimawandel in Bewegung setzt, wie man die Wolfspopulation in Deutschland mathematisch untersuchen kann und vieles mehr erwarten euch in der neuen Ausgabe von MINT Zirkel. Außerdem sind wieder tolle Zusatzmaterialien für den Unterricht dabei. Jetzt reinschauen!
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Der Planet Mars
Der Mars ist für uns Menschen so attraktiv, weil er unser nächster Nachbar-Planet ist. Er entstand nur wenig früher als die Erde und kann uns viel über ihre Entwicklung und die des Sonnensystems verraten
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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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Wie funktioniert induktives Laden?
Strom aus der Steckdose erzeugt ein Magnetfeld. Dieses induziert wiederum Strom. Die Folge: Der Akku (etwa in einem Smartphone) kann über dieses Magnetfeld geladen werden. Seinen Ursprung hat diese Technologie bereits Anfang des 19. Jahrhunderts.
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Gedankenexperiment Schrödingers Katze
Der Österreicher Erwin Schrödinger war einer der Vorreiter der Quantenphysik. Am bekanntesten ist er für ein Experiment, das er zum Glück nie durchgeführt hat: Schrödingers Katze - ein Gedankenexperiment.
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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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