Unterrichtsmaterialien Physik: Ganze Werke Seite 9/20
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Physik
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Mit Kräften rechnen – Praxisaufgaben
Der Beitrag führt Ihre Schüler an den abstrakt erscheinenden Begriff der Kraft in verschiedenen Betrachtungssituationen heran. Es werden Beispiele aus den verschiedensten Bereichen der Physik als Auswahl angeboten. Hier können Schüler sich neben einer mehr oder weniger intensiven Wiederholung auch bei verstärktem Interesse z. B. in Form eines Aufbau- oder Zusatzkurses tiefer in das Gebiet einarbeiten. Das letzte Material stellt einen allgemeinen Mix des behandelten Themas dar und eignet sich als Auffrischung zu diesem Thema bzw. als mündliche Prüfung.
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Die große Konjunktion und die Goldene Zahl
Ausgehend von der größten Konjunktion, der gemeinsamen Opposition von Jupiter und Saturn, verfolgen Ihre Schüler den Verlauf der beiden Planeten auf ihren Bahnen so lange, bis wieder eine Opposition des jeweiligen Planeten eintritt. Auf diese Weise ergeben sich Winkel bzw. zurückgelegte Bögen auf den Umlaufbahnen, deren genaue Analyse Ihre Schüler zum Goldenen Schnitt bzw. zur Goldenen Zahl führen. Das faszinierende Himmelsereignis einer großen Konjunktion können Ihre Schüler am Computerbildschirm nachverfolgen und so zumindest virtuell daran teilhaben.
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MINT Zirkel – Ausgabe 4, Dezember 2020
Mädchen für MINT-Berufe begeistern, Green IT, Materie und Antimaterie. In dieser Ausgabe haben wir wieder spannende Artikel zu diesen Themen und noch vielen weiteren zusammengetragen. Zusätzlich dürft ihr euch auch auf tolle Arbeitsblätter zur Ergänzung der Artikel „Green IT - Mehr als nur Stromsparen“, "Was bewirkt die Vermittlung von finanzieller Grundbildung in der Schule?", "Technik des Elektroantriebs im Unterricht" und "„Girls’ Digital Camps“ – Mädchen für MINT-Berufe begeistern" freuen.
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Gesamtwerk
Teilchenphysik
Elementarteilchen – ein Thema, das viele Menschen fasziniert. Die Fragen nach dem Woher und Wohin des Universums sowie nach den elementaren Bausteinen und Wechselwirkungen der Materie sind die Triebfeder für aufwendige Experimente. Die Erforschung der Elementarteilchen bedeutet, zum Allerkleinsten vorzudringen, zugleich Einblick in die Vergangenheit des Universums zu gewinnen sowie heutige Boten aus dem Weltall zu vermessen. Dennoch bleiben ungeklärte Fragen, welche die Elementarteilchenphysik zu einem dankbaren Thema machen, um die Neugier der Jugendlichen anzuregen und ihnen neue Welten zu eröffnen. Dieses Heft liefert Ihnen Fachinformationen und Ideen, um Aspekte der Teilchenphysik im Unterricht kompetent und interessant zu unterrichten Sie finden in diesem Heft u.a. fundierte fachliche Informationen zur Teilchenphysik, Betrachtungen zu Potenzialen der Teilchenphysik für den Unterricht, didaktische Ideen zu Aspekten der theoretischen und der experimentellen Teilchenphysik (Feynman-Diagramme und Neutrinooszillationen) sowie vielfältige und erprobte Unterrichtskonzepte, -materialien und -elemente zu verschiedenen Bereichen der Teilchenphysik. Darüber hinaus bietet Ihnen dieses Heft auch Ideen für Experimente zu Solarzellen sowie zu akustischen Schwingungen.
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Kernphysik am CERN
In diesem Beitrag für den Physikunterricht der gymnasiale Oberstufe werden zwei Klausuren auf Abiturniveau vorgestellt, deren Aufgaben sich mit verschiedenen Experimenten des Kernfoschungszentrums CERN beschäftigen. Sie motivieren Ihre Klasse mit faszinierenden Fragestellungen zu Teilchenbeschleunigern. Verbinden Sie die unterschiedlichen Teilgebiete der Elektrodynamik, Elementarteilchenphysik und der Relativitätstheorie miteinander durch anwendungsorientierte Klausuraufgaben. Mit realitätsnahen Rechenbeispielen bereiten Sie Ihre Klasse ideal auf das Abitur vor.
Verwandte Themen
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Wie funktioniert autonomes Fahren?
Autonomes Fahren - darunter stellt man sich Autos vor, die vollkommen selbstständig fahren. Bis so ein Fahrzeug beim Händler steht, bedarf es noch Entwicklungsarbeit. Man unterscheidet fünf Entwicklungsstufen.
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Der Mainau-Planetenweg
Der Planetenweg auf der Insel Mainau bot einen anwendungsorientierten Einstieg in die Astronomie, auch wenn er nur im Jahr 2019 eingerichtet war, sich also nicht mehr besuchen lässt. Die Größe und Position der Planeten konnten die Schüler anhand der dort ausgestellten Planetenmodelle bestimmen. Heute kann man zwar Planetenwege in Konstanz oder Kreuzlingen besuchen. Diese sind aber längst nicht so spektakulär wie der Planetenweg auf der Mainau. Trotzdem eignet sich die Unterrichtseinheit für Projekttage.
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Eine Einführung in die Atomphysik
Aufbauend auf der historischen Entwicklung des Atombegriffs werden die grundlegenden Versuche zur Abschätzung der Größenordnungen des Atoms vorgestellt. Ausgehend von diesen Versuchen wird die Entwicklung der Atomvorstellung präsentiert bis hin zum modernen Atommodell. Der erarbeitete Stoff wird durch eine Reihe von Aufgaben gefestigt und im Anschluss durch ein Beispiel einer Lernerfolgskontrolle überprüft.
Gesamtwerk
Ist der Sommer länger als der Winter?
Im Spätsommer wird das Getreide geerntet. Im Winter liegen die Felder brach. Für Landwirte spielt es eine wichtige Rolle, welche Jahreszeit gerade ist. Manchem kommt es so vor, als dauere der Winter ewig. Sind die Jahreszeiten unterschiedlich lang und wenn ja, warum? 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 ihre Ergebnisse mithilfe des Gravitationsgesetzes auch rechnerisch nach.
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Kraftstoß, Energie- und Impulserhaltung
Es ist immer wieder faszinierend, den Start einer Weltraumrakete zu beobachten. Aber auch andere Phänomene ziehen das Interesse auf sich. So bewegen sich im Weltraum mit hohen Geschwindigkeiten große Asteroiden, von denen wir hoffen, dass sie an der Erde vorbeifliegen. Der die Erde umgebende Weltraum wird permanent und lückenlos überwacht. Renommierte Wissenschaftler liebäugeln mit der Idee, einen Asteroiden mit schweren Gesteinsbrocken zu beschießen; denn jeder Zusammenstoß mit dem Asteroiden – und seien die stoßenden Massen noch so unterschiedlich groß – überträgt auf diesen einen Impuls, der zu einer – wenn auch minimalen, aber vielleicht doch entscheidenden – Kurskorrektur führt.
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MINT Zirkel - Ausgabe 3, Oktober 2020
Escape-Games im Chemieunterricht? Nachhaltige Ernährung durch digtales Spielen? Und wie man den Schulalltag entschleunigt? In dieser Ausgabe haben wir wieder spannende Artikel zu diesen Themen und noch vielen weiteren zusammengetragen. Zusätzlich dürft ihr euch auch auf tolle Arbeitsblätter zur Ergänzung der Artikel „Fleischkonsum und Nachhaltigkeit“ und "Des Menschen Bild vom Tier" freuen.
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Digitale Bildung
Die Situation an Schulen aufgrund der COVID-19-Pandemie zeigte, wie dringlich digitale Erweiterungen des Unterrichts sind. Dabei wird Digitalisierung üblicherweise als Erweiterung der bestehenden und bewährten unterrichtlichen Methodenvielfalt verstanden. Digitale Bildung zielt hier auf einen reflektierten Umgang mit diesen neuen Methoden ab. Dies zieht sich wie ein roter Faden durch dieses Heft und die darin vorgestellten Unterrichtsideen. Im Basisartikel findet sich eine Übersicht über digitale Kompetenzen und deren Umsetzungsmöglichkeiten im Physikunterricht. Ergänzende Basisartikel zeigen, wo Lehrkräfte verständlich beschriebene Forschungsergebnisse zum Thema finden können und in welchen Unterrichtssituationen der Einsatz welcher Endgeräte sinnvoll erscheint. Ein Glossar hilft bei der Orientierung. Die Unterrichtsvorschläge umfassen ein weites Spektrum an Gelegenheiten zum Erwerb digitaler Kompetenzen: Einsatz von Simulationen auf Tablets in der Wellenlehre; Messwerterfassung am Smartphone in einer Unterrichtseinheit zum Thema Elektromobilität; digital gestützte Schülerexperimente zur Messung der Periodendauer eines Fadenpendels und zur Bestimmung des Ortsfaktors; Experimente mit Augmented Reality zur Förderung des Konzeptverständnis in der Wärmelehre; Unterrichtseinheiten zum Thema Energie mit einer digitalen Lehr-Lernplattform; Online-Seminare mit außerschulischen Fachleuten am Beispiel der Überprüfung des eigenen Hörvermögens; Videoanalysen zum Beutefang von Chamäleons unter Einbeziehung von "Open Data" und "Citizen Science"-Konzepten. Weitere Beiträge beschreiben Schüler-Experimentierkisten, Modellexperimente zum Funkeln der Sterne, Experimente zur Fotoretusche mit Farbfiltern sowie einen Versuch zur Energieumwandlung mit der Whitingröhre.
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Schwimmende Körper
Wenn ein Körper in einer Flüssigkeit schwimmt, stehen seine Gewichtskraft und die in der Flüssigkeit wirkende Auftriebskraft im Kräftegleichgewicht. Von Archimedes haben wir gelernt, dass die Auftriebskraft der Gewichtskraft der durch den Körper verdrängten Flüssigkeit gleicht. In den Aufgaben dieses Beitrags studieren Ihre Schüler die Eintauchtiefe verschiedener schwimmender Körper. Wenn die Körper hohl sind, liefert ihr Schwimmen in einer Flüssigkeit bekannter Dichte ein Messverfahren für ihre „Wandstärke“.
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Der Millikan-Versuch
Der Oberstufenbeitrag für den Physikunterricht beschäftigt sich mit der Elementarladung und Computersimulationen, die als digitale Alternative das berühmte Öltröpfchen-Experiment von Nobelpreisträger Robert Millikan nachstellen. Sie ermöglichen Ihren Schülerinnen und Schülern eine eigenständige Durchführung und Auswertung des Millikan-Versuchs in verschiedenen Schwierigkeitsstufen. Der stark schüleraktivierende Beitrag leistet einen wichtigen Beitrag zur Medienbildung der Lernenden. Mit digitalen Elementen begeistern Sie Ihre Klasse für den historisch wichtigen Millikan-Versuch.
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Vorkurs Physik für Ingenieure
Der perfekte Einstieg in die Welt der Physik. Kenntnisse der Physik sind eine Grundvoraussetzung für ein erfolgreiches ingenieurwissenschaftliches Studium. In dem Vorkurs wird das nötige Grundwissen der Physik für ein ingenieurwissenschaftliches (oder naturwissenschaftliches) Studium präsentiert. Zu jedem Thema gibt es eine ausführliche Hinführung, viele Abbildungen, durchgerechnete Beispiele und Musteraufgaben. Lösungsschemata werden kompakt aufbereitet und strukturiert dargestellt. Wer dieses Buch durchgearbeitet hat, ist bestens für die Physik-Vorlesung präpariert, auch wenn Schüler:innen das Fach in der Schule abgewählt hatten.
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Fehlerkultur
Fehler im Physikunterricht - ein komplexes Thema, das in diesem Heft aus verschiedenen Perspektiven beleuchtet wird. Denn es gibt nicht nur diejenigen Fehler, die Schülerinnen und Schüler beim Lernen von Physik machen. Beispielsweise hat die Physik selbst einen fachspezifischen Umgang mit Fehlern entwickelt. Oder Fehler im Unterricht können einerseits als Lerngelegenheit dienen, andererseits aber auch Lernen behindern. Um aus Fehlern tatsächlich "klug" zu werden, ist eine positive Fehlerkultur nötig, in der Schülerinnen und Schüler auch Raum zum Fehlermachen sowie ausreichend Zeit und Unterstützung zum Lernen aus Fehlern erhalten. Dieses Heft zeigt Wege, eine solche Fehlerkultur im Physikunterricht zu entwickeln. Neben Hintergrundartikeln zum Thema Fehlerkultur im Physikunterricht bietet das Heft in fünf Kapiteln Anregungen, Tipps, Materialien und Unterrichtskonzepte: Im Kapitel "Fehler in der Physik" finden sich Unterrichtsimpulse, die den Umgang mit Fehlern in der Physikgeschichte und in der modernen physikalischen Forschung beleuchten. Der "Umgang mit Messfehlern" ist ein zentrales Thema sowohl in der Physik als auch im Physikunterricht. Hierzu finden sich Unterrichtsansätze und Werkzeuge für den Physikunterricht der Sek. I und der Sek. II, Tipps für Lehrkräfte und Impulse, welche die Sicht der Schülerinnen und Schüler einbeziehen. Im Kapitel "Fehler aus der Sicht der Lehrkräfte" geht es um den Umgang von Physiklehrerinnen und -lehrern mit den Fehlern der Lernenden. Zwei Kapitel beleuchten sowohl verbale als auch non-verbale Reaktionen auf Fehler aus der Perspektive einer lernförderlichen Fehlerkultur. Das Kapitel "Fehler aus der Sicht der Lernenden" beschäftigt sich mit unterschiedlichen Fehlerarten (z.B. Fehler beim Planen von Experimenten, beim Schätzen oder in Klassenarbeiten) und Möglichkeiten für den Umgang damit. Ein Beitrag zum Thema Inklusion nimmt zudem Schülerinnen und Schüler in den Blick, für die das Fehlermachen und der unterrichtliche Umgang damit besonders belastend sein kann. Beim "Lernen aus Fehlern" schließlich geht es um verschiedene Unterrichtsansätze, die Fehler für das Lernen fruchtbar machen. Darüber hinaus bietet das Heft Vorschläge für offene Aufgaben zur Elektrik und zur Sicherheit im Alltag sowie für Experimente zum Flaschenzug sowie zum Thema Wechselstrom.
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Wurfbewegungen – Theorie, Übungsaufgaben und Test
Wurfbewegungen sind innerhalb der Mechanik sehr interessant und in ihrer Untersuchung anspruchsvoll, weil sie eine Kombination verschiedener Bewegungsarten darstellen. Dementsprechend verlangen sie an der einen oder anderen Stelle zu ihrer Beschreibung einen erhöhten mathematischen Aufwand, der sich allerdings durch vereinfachende Annahmen auch reduzieren lässt.
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Ein Spaziergang durch die Kernphysik – Atommodelle und Kernreaktionen
The Large Hadron Collider (LHC) ist der größte und leistungsstärkste Teilchenbeschleuniger der Welt. Er besteht aus einem 27 Kilometer langen Ring aus sehr guten Magneten und einer hohen Zahl von Beschleunigungsstrukturen, um die Teilchen auf Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen. In diesem Beitrag setzen sich Ihre Schüler mit Atommodellen, Zerfallsprozessen, Radioaktivität, Kernspaltung und Kernfusion auseinander und erwerben so die Grundlagen, um zu verstehen, welche Prozesse im Teilchenbeschleuniger ablaufen (die ggf. Teil eines weiteren Beitrags sind).
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Schall mit unterschiedlichen Wirkungen – Anwendungsbeispiel aus dem Themenbereich "Schwingungen und Wellen"
Die Unterrichtseinheit dient der Wiederholung und Vertiefung des Themas Schwingungen und Wellen. Da Anknüpfungspunkte zu den Fächern Musik, Biologie und auch Psychologie bestehen, eignet sich der Beitrag für den fachübergreifenden Unterricht. Auch im Rahmen einer Projektwoche bzw. in Vertretungsstunden lassen sich die Materialien gut einsetzen, ganz abgesehen von dem regulären Unterricht, den sie bereichern.
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MINT Zirkel - Ausgabe 2, Juni 2020
Linksgedrehte Schnecken? Hirndoping? Skurrile Mathematikaufgaben? Und ist in der Wissenschaft überhaupt etwas passiert, das nichts mit Corona zu tun hat? In dieser Ausgabe haben wir wieder spannende Artikel zu diesen Themen und noch vielen weiteren zusammengetragen. Zusätzlich dürft ihr euch auch auf ein tolles Arbeitsblatt zur Ergänzung des Artikels „Achtsamkeit im Biologieunterricht“ (Sek II) freuen.
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Newtons Idee der Schwerkraft
Isaac Newton erkennt: Je schwerer ein Körper ist, umso stärker ist auch seine Anziehungskraft. So halten sich die Himmelskörper gegenseitig auf ihren Bahnen.
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Wie entsteht die Rotverschiebung?
Das Licht der Sterne verrät ihre Bewegung. Wenn sich eine Lichtquelle von uns entfernt, werden die Lichtwellen auseinandergezogen. Das Licht wird dadurch rötlicher. Diese Rotverschiebung verrät, dass und wie schnell sich die Lichtquelle von uns weg bewegt.
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Schwerkraft als Krümmung des Raumes
Das Weltall wird als ein flaches Raster dargestellt. Erde, Mond und Sonne dellen dieses Raster aufgrund ihrer Masse ein. Alle Himmelskörper müssen sich dann entlang der Vertiefungen bewegen. Ihre Fliehkraft wirkt jedoch dagegen.
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Gibt es einen Fahrstuhl in den Weltraum?
Wie auf einer Schiene soll der Aufzug in die Höhe gleiten. Doch bis heute gibt es kein geeignetes Material für ein solches Seil. Der Fahrstuhl ins All bleibt also erst einmal ein Traum.
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Mondrover Lunochod
Ende 1970, nicht lange nach der Mondlandung der amerikanischen Astronauten, brachte die damalige Sowjetunion ein fahrbares Labor auf den Mond. Der ferngesteuerte Rover mit dem Namen Lunochod lieferte wichtige wissenschaftliche Erkenntnisse über den Mond, indem er das Mondgestein mithilfe der Röntgenfluoreszenzmethode analysierte. Als Wärmequelle für die empfindlichen Geräte im Rover diente eine Radionuklid-Heizung, die das Isotop Polonium-210 enthielt. Diese Themen bieten beste Möglichkeiten, Unterrichtsinhalte für die Abiturvorbereitungen zu vertiefen.
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