Unterrichtsmaterialien Physik: Ganze Werke Seite 7/20
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Visualisieren
Bilder eröffnen uns neben der Sprache eine weitere Ausdruckswelt, um Gedanken zu fassen, zu kommunizieren und weiterzuentwickeln. Daher sind sie auch aus dem Unterricht nicht wegzudenken. Gerade die Physik bietet eine Vielzahl an Möglichkeiten – aber auch Notwendigkeiten –, das Abstrakte in visuelle Repräsentationen zu (über-)setzen. Dieses Themenheft möchte Sie darin unterstützen, dieses visuelle Potenzial noch stärker auszuschöpfen. Um den Einstieg zu erleichtern, enthält dieses Heft viele Tipps, Tricks und leicht umsetzbare Anregungen, mit denen man einfach starten und die Kreativität von dort aus weiterentwickeln kann. Aber auch erfahrenere Lehrkräfte finden hier vielfältige Anregungen und Ideen. Aus dem Inhalt: Visualisieren – eine Kunst des Sichtbarmachens; Piktogramme – praktische Helferlein; Tafelbilder – ansprechend und übersichtlich gestalten.
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So werden Mikrochips hergestellt
Die Schaltpläne der Chips werden mit Licht auf die Platten projiziert. Fast wie bei einem Dia. In Hunderten chemischen und physikalischen Prozessen entstehen pro Platte auf bis zu 100 Chips Milliarden an Schaltkreisen.
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MINT Zirkel – Ausgabe 1, März 2022
Ob Batterien die Speicher der Zukunft sind, was hinter dem Schwarmverhalten steckt, wie ihr mit einem Mystery spielerisch den Bau der Daniell-Zelle erarbeiten könnt und viele weitere spannende Themen gibt es für euch in der neuen Ausgabe von MINT Zirkel. Außerdem sind wieder einige Zusatzmaterialien für euch dabei. Jetzt reinschauen!
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Die Katastrophe von Fukushima
Am 11. März 2011 erschüttert ein Seebeben den Meeresboden im Pazifik. Die folgenden Wellen fluten das Gelände des Kernkraftwerks. Die Stromversorgung bricht zusammen. Es kommt zur Kernschmelze und zum GAU.
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Physikdidaktik kompakt
Fachdidaktisches Grundlagenwissen für lernwirksamen Physikunterricht. Fachdidaktisches Grundlagenwissen ist essentiell – für die Vorbereitung, Durchführung und Reflexion von lernwirksamem Physikunterricht. In gebündelter Form fasst Physikdidaktik kompakt die wichtigsten Ergebnisse physikdidaktischer Forschung in drei Bereichen zusammen und verzahnt dabei Theorie und Praxis. Diese Bereiche umfassen: Physikalische Bildung, Lernen von Physik, Gestalten von Physikunterricht. Physikdidaktik kompakt wendet sich an Lehramtsstudierende, Lehrkräfte und Lehreraus- und -weiterbildner. Studierende bekommen die Möglichkeit, kurz und übersichtlich einen Einstieg in die Didaktik der Physik. Junge Lehrkräfte erhalten Gelerntes knapp zusammengefasst als Erinnerungsstütze und zum Nachschlagen; erfahrenen Lehrkräften bietet sich die Gelegenheit, sich rasch mit aktuellen Themen vertraut zu machen. Lehreraus- und weiterbildner können den Band begleitend einsetzen.
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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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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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Dynamik
Nicht umsonst gilt der Kraftbegriff als einer der schwierigsten Begriffe im Physikunterricht. Das ist vielleicht die schlechte Nachricht. Die gute aber ist, dass nicht nur die Untiefen des Dynamikunterrichts inzwischen gut erforscht sind, sondern auch Mittel und Wege, diese zu umgehen. Im Dynamikunterricht laden wir die Lernenden ein, die ihnen vertraute Welt durch eine physikalische Brille zu sehen. Hierfür bietet dieses Heft verschiedene Unterrichtsideen sowie Experimente und Aufgaben rund um das Thema Dynamik und newtonsche Gesetze. Sie finden in diesem Heft u. a.: Fachdidaktische Aspekte zu Schülervorstellungen und Lernschwierigkeiten in der Dynamik; Vielfältige und erprobte Unterrichtskonzepte für den Dynamikunterricht; Selbstbauexperimente mit Anleitungen; Aufgaben und Versuche zu den newtonschen Gesetzen. Neben dem Themenschwerpunkt finden sich im Heft auch Anregungen für den Einsatz von Sketchnotes im Physikunterricht sowie Experimente zur Verwendung von Videoanalyse und dem Nachweis von Wechselspannung mit einem Nabendynamo.
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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?
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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.
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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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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.
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Zirkulation der Atmosphäre
Zirkulation der Atmosphäre
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MINT Zirkel – Ausgabe 4, Dezember 2021
Was es Neues aus der Milchstraße gibt, wie unsere Gedanken entstehen und warum wir sie lesen können, wie man einen Robotergreifarm aus günstigen Materialien bauen kann und viele weitere spannende Themen erwarten euch in der neuen Ausgabe von MINT Zirkel. Ein paar Zusatzmaterialien sind auch wieder dabei. Jetzt reinschauen!
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Fliegen
Dieses Heft beleuchtet das Thema Fliegen aus verschiedensten Blickwinkeln, z.B. wird die Bedeutung des Wetters für die Luftfahrt unter Berücksichtigung von Luftdruck, Corioliskraft und Wetterfronten erläutert. Aber auch Englisch als Sprache der Luftfahrt und verschiedene Umweltaspekte wie beispielsweise CO2-Emissionen oder Lärm werden behandelt. Diese Handreichung unterstützt den Unterricht in der Oberstufe und vermittelt Lehrkräften als Stoffsammlung die wesentlichen Grundlagen im Umfeld des Fliegens, um ein Projekt oder Projekttage zu organisieren – etwa zur Aerodynamik. Aber nicht nur für das Fach Physik werden Sie viele Anregungen für den Unterricht finden, sondern auch für die Fächer Biologie, Geographie, Englisch, Wirtschaftskunde, Technik oder Chemie. Das Besondere an diesen Materialien ist der fächerübergreifende Aspekt.
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Was macht ein Roboterforscher?
Interview mit Professor Samir Haddadin. Er erforscht Roboter und künstliche Intelligenz an der technischen Uni München.
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Bionik
Bionische Anwendungen faszinieren: Auf der einen Seite zeigt sich in ihnen die Fähigkeit der Natur, sich an die Bedingungen des jeweiligen Lebensraums anzupassen. Auf der anderen Seite steht die Ingenieurskunst, die aus Vorbildern in der Natur technische Lösungen entwickelt. Bionische Anwendungen umfassen inhaltlich ein großes Spektrum auf, sodass eine curriculare Anbindung meist gut möglich ist. Sie bieten eine hervorragende Anbindung an Alltagsgegenstände und natürliche Vorbilder an und regen die Schülerinnen und Schüler zum Staunen an. Dieses Heft stellt verschiedene Unterrichtsideen mit Materialien zu unterschiedlichen Themen des Physikunterrichts vor. Neben dem Basisartikel, der die Arbeitsweisen der Bionik und ihre Potenziale für den Physikunterricht beleuchtet, bietet das Heft Materialien und Unterrichtskonzepte zu folgenden Themen: Kapillarität und Transport von Wasser; Van-der-Waals-Kräfte und Haftmechanismen; Verdunstung und Kühlung; Wärmetransport und Thermoregulation; thermische Ausdehnung sowie Druckänderung und Brandmelder; Wärmeübertragung und Heiz- sowie Kühlkörper. Neben dem Themenschwerpunkt finden sich im Heft auch Anregungen für einen Konstruktionswettbewerb zu Themen der Mechanik, Aufgaben unter Einbeziehung einer App mit Daten des Flugverkehrs sowie Experimente mit Smartphones zum freien Fall mit Reibung sowie zur Untersuchung der magnetischen Flussdichte einer Spule.
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MINT Zirkel - Ausgabe 3, September 2021
Warum Babys besser mit Wahrscheinlichkeiten umgehen können als Erwachsene, was es mit Waldbränden auf sich hat, wir ihr mit eurer Klasse den Boden erforschen könnt, welche Möglichkeiten es gibt, um Mädchen für Informatik zu begeistern und vieles mehr erwarten euch in der neuen Ausgabe von MINT Zirkel. Außerdem dürft ihr euch auf tolle Zusatzmaterialien freuen. Schaut doch mal rein!
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Wie funktioniert ein Windrad?
Windräder nutzen die Energie des Windes und wandeln diese in Strom um. Dabei nutzen sie das physikalische Prinzip der Auftriebskraft.
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Antriebseffekte beim Segeln
Beim Segeln werden zwei Antriebseffekte genutzt: Widerstand und Auftrieb in Kombination. Verantwortlich für die Bewegung sind Winddruck und Luftströmung.
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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.
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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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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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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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