Unterrichtsmaterialien Physik: Ganze Werke Seite 6/18
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Physik
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RAABE
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Aufgaben zur Gravitation
Der Mond - schon seit vielen Jahrmillionen ein treuer Begleiter unserer Erde. Dadurch besitzen die beiden Himmelskörper eine wichtige Wechselwirkung miteinander. Doch was würde passieren, wenn plötzlich der Mond nicht mehr um die Erde kreisen würde? Welche Folgen hätte dieses Ereignis für uns? Würden wir das in unserem Alltag wahrnehmen? Diese und weitere Fragen werden mit der folgenden Aufgabenreihe beantwortet. Zudem wird auch geklärt, warum der Mond eigentlich wie ein treuer Begleiter um unsere Erde kreist. Was hält die beiden schon seit einer so langen Zeit zusammen?
Gesamtwerk
Kreisbewegungen
Für Schüler und Schülerinnen ist es eine faszinierende Erkenntnis, dass kreisende Satelliten wie auch die Bahn des Mondes um die Erde und die Bahn der Erde um die Sonne denselben irdischen Gesetzmäßigkeiten folgen, die auch auf der Erde die Bewegung der Achterbahn im Looping oder des Schleuderballs im Sport erklären. Der Beitrag ermöglicht es Ihren Schülern und Schülerinnen, sich weitgehend selbstständig, aspektreich und handlungsorientiert im Team mit zentralen Aspekten von Kreisbewegungen auseinanderzusetzen. Digitale Medien wie der GTR oder die App Phyphox unterstützen den Erkenntnisprozess ebenso wie differenzierte deduktive Herleitungen. Kontexte aus dem Lebensumfeld der Lernenden stärken zusätzlich die Motivation.
Gesamtwerk
Kraftwandler
Das Prinzip, durch einfache Maschinen Kraft zu sparen, ist in der Menschheitsgeschichte Jahrtausende alt. Diese Maschinen, die man in der heutigen Physik als Kraftwandler bezeichnet, treten in ganz unterschiedlichen Formen auf, von einfachen Hebeln wie dem Seil, der festen und losen Rolle oder der schiefen Ebene bis zu komplexen hydraulischen Anlagen wie der Hebebühne oder der hydraulischen Presse. All diese interessanten Vorrichtungen sind nach wie vor ein wichtiges Instrument, um mechanische Vorgänge zu vereinfachen, und werden in dem vorliegenden Beitrag behandelt. Anhand von zahlreichen Aufgaben können die Jugendlichen ihr erworbenes Wissen einüben und im Rahmen einer Klassenarbeit bzw. Lernzielkontrolle testen.
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Gesamtwerk
Physik des Atomkerns
Teilchenbeschleuniger sind beeindruckende Maschinen. Sie ermöglichen Physikern und Physikerinnen nicht nur tiefe Einblicke in die allerkleinsten Strukturen der Materie, sondern spielen auch im medizinisch-therapeutischen Bereich eine bedeutende Rolle. Im Unterricht ermöglichen sie einen stark kontextorientierten Zugang zu verschiedenen Themen des Lehrplans. Mit den Materialien dieses Beitrags tauchen Ihre Schüler und Schülerinnen auf verschiedenen Niveaustufen in die faszinierende Welt der Linearbeschleuniger, Zyklotrons und Synchrotrons ein. Zahlreiche Computersimulationen und Lernvideos helfen bei der Bearbeitung der Aufgaben und ermöglichen so einen anschaulichen, schüleraktivierenden und motivierenden Zugang zum Thema.
Gesamtwerk
Landwind, Seewind und der Golfstrom
Wie entsteht Wind? Am Beispiel der Verhältnisse an der Küste wird die Entstehung von Land- und Seewind als lokales Klimaphänomen erklärt. Die Schülerinnen und Schüler erfahren dabei die Aussagekraft der Gleichung für die Wärmemenge durch zielgerichtete Interpretation der Einflussgrößen wie spezifische Wärmekapazität oder Temperatur. Parallel wird schrittweise das Modell eines geschlossenen Energiekreislaufs eingeführt. Dieses Modell wird auf die Verhältnisse im Golfstrom als globales Phänomen übertragen.
Verwandte Themen
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Auf den Strom(er) gekommen
Ohne den Einsatz von Elektromotoren und Generatoren ist eine Einhaltung der Klimaziele nicht erreichbar. Das physikalische Prinzip hinter der hierfür genutzten Technik ist dabei recht simpel und einfach verständlich. Warum also nicht mal unter die Motorhaube des E-Autos schauen und verstehen, wie es funktioniert?
Gesamtwerk
Von der zweiten zur dritten Dimension
Der elektrische Strom ist aus unserer modernen Welt nicht mehr wegzudenken. Jeden Tag nutzen wir ihn und sind auf ihn angewiesen. Doch was kommt da eigentlich aus der Steckdose? Warum funktioniert damit ein Föhn? Warum geht Gefahr von elektrischem Strom aus? In dieser Unterrichtseinheit wird eine Möglichkeit aufgezeigt, wie sich Schülerinnen und Schüler selbstständig grundlegende physikalische Begriffe erarbeiten können. Dabei wird differenziert und anschaulich mit Bewegungs- und Denkmodellen gearbeitet, um den elektrischen Strom begreifbar zu machen.
Gesamtwerk
Der Impulserhaltungssatz
Erhaltungssätze spielen in der klassischen und modernen Physik eine wichtige Rolle. Dabei kommt dem Impulserhaltungssatz – neben dem Energieerhaltungssatz – eine besondere Bedeutung zu. Aus diesem Grunde sollten Ihre Schülerinnen und Schüler den Impulserhaltungssatz kennen und anwenden können.
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Optische Abbildungen mit Linsen
Optische Abbildungen spielen eine wichtige Rolle, sowohl im täglichen Leben (z. B. Auge, Brille) als auch in der Wissenschaft (z. B. Mikroskop, Teleskop). Alle Schülerinnen und Schüler sollten daher die Grundlagen zum Verständnis der optischen Abbildungen kennen. In diesem Material werden daher Übungs- und Klausuraufgaben zum Thema „Optische Abbildungen“ zur Verfügung gestellt.
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Beugung am Spalt, Doppelspalt und Gitter
Viele Eigenschaften des Lichts lassen sich mit dem Wellenmodell erklären. Insbesondere bei der Beugung des Lichts an Hindernissen tritt der Wellencharakter deutlich in Erscheinung. Die Beugung spielt nicht nur bei Licht, sondern auch in anderen Bereichen (z. B. Akustik, Quantenphysik) eine große Rolle. Ihre Schülerinnen und Schüler sollten daher unbedingt das Phänomen der Beugung kennenlernen.
Gesamtwerk
Die Lenz'sche Regel
Die Induktionsspannung ist so gepolt, dass sie durch einen von ihr erzeugten Strom der Ursache des Induktionsvorgangs entgegenwirkt – dieses „Lenz’sche Regel“ genannte –Gesetz entdecken Ihre Schülerinnen und Schüler in diesem Beitrag. Sie begeben sich zunächst gedanklich in das Laboratorium von Ernst Werner Siemens und lernen die von ihm entwickelte Dynamomaschine kennen. Die Funktionsweise eines Generators und Elektromotors wird anhand dieser Maschine klar. Da die Schüler die Gedanken des Erfinders nachvollziehen und seine Entdeckungen experimentell erhärten können, ist der Beitrag besonders motivierend.
Gesamtwerk
Materiewellen
Materiewellen gehören zu den faszinierendsten Phänomenen der modernen Physik. Dieser Beitrag thematisiert verschiedene Experimente, welche die Hypothese des theoretischen Physikers Louis de Broglie eindrucksvoll bestätigen. Neben dem Doppelspaltversuch von Jönsson, der inzwischen Eingang in die Oberstufen-Lehrpläne gefunden hat, werden weniger bekannte, aber hochinteressante Beugungsversuche mit langsamen Neutronen vorgestellt. Somit ergeben sich für den Unterricht im Grund- und Leistungskurs vielfältige Möglichkeiten, das Thema kontextorientiert und differenziert zu bearbeiten.
Gesamtwerk
Das elektrische Wechselfeld eines rotierenden Dipols - Übungsaufgaben
Die Schüler lernen den periodisch wiederkehrenden zeitlichen Verlauf des elektrischen Feldstärke-Signals eines rotierenden elektrischen Dipols mit einfachen Hilfsmitteln aus der Vektorgeometrie zu berechnen. Sie gewinnen dabei das Verständnis für die „Form“ dieses Signals und seine Abhängigkeit von charakteristischen Größen des Dipols wie Länge, Ladung und Rotationsgeschwindigkeit.
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Licht und seine Eigenschaften
Die Schüler lernen die grundlegenden Eigenschaften und Erscheinungsformen von Licht kennen. Dazu gehören die Ausbreitung, Reflexion, Brechung und Dispersion von Licht und der Schattenwurf. Auch wichtige Anwendungen, wie die Lochkamera, der Spiegel oder Linsen, werden ausführlich besprochen. Ihre Schüler haben die Möglichkeit, ihr Wissen anhand einer Reihe von Beispielaufgaben einzuüben und in einer Lernerfolgskontrolle zu testen.
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Haft-, Gleit- und Rollreibung - Übungsaufgaben
Reibung – egal ob Haft-, Gleit- oder Rollreibung – spielt in allen Bereichen des Lebens und der Technik eine wichtige Rolle. Zum Beispiel bremst die Gleitreibung zwischen der Felge und den Bremsklötzen das Fahrrad ab. Manchmal sind Reibungskräfte erwünscht, manchmal sind sie unerwünscht. Anhand von Übungsaufgaben trainieren Ihre Schülerinnen und Schüler das Lösen von Aufgaben mit Haft-, Gleit- und Rollreibung.
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Kondensatoren mit variabler Kapazität
Kondensatoren zählen zu den wichtigsten Bauelementen der Elektrotechnik. Sie speichern elektrische Ladung und elektrische Energie. Die einfachste Bauform hat der Plattenkondensator. Da sein elektrisches Feld (nahezu) homogen ist, ist seine mathematische Beschreibung vergleichsweise einfach, weshalb er gerne im Schulunterricht behandelt wird.
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Kräfte beim Schwimmen und Schweben
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 Schülerinnen und Schüler in diesem Beitrag.
Gesamtwerk
Physik der flitzenden Teilchen
Große Teilchenbeschleuniger wie der LHC am CERN faszinieren durch ihre gigantischen Ausmaße und die verheißungsvolle Forschung, die an ihnen betrieben wird. Auf der Suche nach neuen Elementarteilchen, aber auch für Materialforschung und Medizin werden schnelle Teilchen benötigt. Neben dem Zyklotron behandelt dieser Beitrag das Synchrotron sowie die Anwendung in Forschung und Technik.
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Elektrizitätslehre und Magnetismus
Rätsel und Spiele besitzen erfahrungsgemäß eine hohe Anziehungskraft und wirken von sich aus motivationsfördernd. Diese Sammlung von neun Rätseln und Spielen zum Thema Elektrizitätslehre und Magnetismus für die fünfte bis zehnte Klasse kann vielfältig im Unterricht eingesetzt werden. Nutzen Sie das Potenzial dieses Beitrags, damit sich Ihre Schülerinnen und Schüler auf spielerische Art und Weise mit den fachlichen Inhalten auseinandersetzen, und animieren Sie sie, ähnliche Rätsel und Spiele für andere Themenbereiche selbst zu gestalten.
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Grüne Energie
Unter Grüner Energie versteht man Strom, der zu 100 Prozent aus erneuerbaren Energiequellen gewonnen werden kann. Die populärsten Beispiele sind dabei sicherlich Wind- und Wasserkraft oder auch Solaranlagen. Aber auch die Zitronenbatterie gehört zu dieser Art von Energie. In dieser Unterrichtseinheit lernen Ihre Schülerinnen und Schüler den Aufbau einer Zitronenbatterie kennen und überlegen, inwiefern diese als alternative Energiequelle eingesetzt werden kann.
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Seilzüge
In dieser Unterrichtseinheit erfahren Ihre Schülerinnen und Schüler, wie schwere Gewichte und Körper mit wenig Kraftaufwand hochgehoben und bewegt werden können. Welche Komponenten dafür notwendig sind, wie die Komponenten verwendet werden müssen und welche Folgen sich durch die Kraftreduktion mit Seilzügen ergeben, werden in diesem Material behandelt. Nachdem sich die Schüler dieses Wissen durch Informationstexte angeeignet haben, werden Beispiele und Rechenwege von Seilzügen vorgestellt. Es folgen Aufgaben zur Überprüfung der gelernten Inhalte sowie ein Online-Quiz mit Theoriefragen über Seilzüge.
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Betrachtungen im Sonnensystem
Die Schüler lernen, ausgehend vom Auftreten von Schalttagen die Frage nach Umlaufzeiten und überhaupt Bewegungen von Himmelskörpern zu beantworten. Einerseits beschäftigen sie sich mit der Entstehung bzw. dem Wechsel der unterschiedlichen Jahreszeiten. Andererseits ziehen auch Naturerscheinungen wie Sonnen- und Mondfinsternis die Lernenden in ihren Bann. Auch Erkenntnisse und Meldungen aus der Raumfahrt lassen aufhorchen. Geradezu spektakulär mutet die geglückte Landung eines Rovers auf dem Mars an. Mit diesem Beitrag werden selbstverständlich erscheinende Vorgänge hinterfragt, aber es wird auch der Fokus auf neue Entwicklungen gerichtet.
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Magnetfelder, magnetische Feldstärke und Flussdichte
Die Schüler lernen, den Magnetismus in seinen auf den ersten Blick verschiedenen Formen seines Auftretens anhand von Modellvorstellungen zu verstehen und zu beschreiben. Ihre Schüler lernen auch, wie man die Stärke eines Magnetfelds berechnen kann. Durch eine Reihe von Aufgaben können Ihre Schüler den erarbeiteten Stoff vertiefen und festigen.
Gesamtwerk
Dichte von Festkörpern, Flüssigkeiten und Gasen
In dem vorliegenden Unterrichtsmaterial wiederholen die Schülerinnen und Schüler kurz die Massendichte und die Auftriebskraft. Danach bearbeiten die Lernenden Übungsaufgaben zu diesem Themenbereich. Dabei lernen sie auch das Galilei’sche Thermometer, das Aräometer und die Mohr’sche Waage kennen.
Gesamtwerk
Arbeit, Energie und Leistung
Die Schüler lernen, mit den Begriffen Arbeit, Energie und Leistung souverän umzugehen. Vielfältiges alltagsnahes Übungsmaterial steht zur Verfügung, um die Grundlagen der Mechanik zu festigen. Eine Lernerfolgskontrolle rundet die Unterrichtseinheit ab.
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