Unterrichtsmaterialien Physik: Ganze Werke
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Physik
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RAABE
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.
Gesamtwerk
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.
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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
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?
Verwandte Themen
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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.
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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
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
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.
Gesamtwerk
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.
Gesamtwerk
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.
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.
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
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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