Unterrichtsmaterialien Elektrizität: Ganze Werke
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Physik
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Gesamtwerk
Relativitätstheorie
Schwarze Löcher, Raumkrümmung, Gravitationswellen – solche Themen finden sicher auch viele Ihrer Schüler:innen spannend und wollen mehr darüber wissen. Begeben Sie sich gemeinsam mit den Jugendlichen auf eine faszinierende Reise: Erforschen Sie (scheinbare) Paradoxa bei zueinander bewegten Bezugssystemen oder gekrümmte Räume. Fliegen Sie fast mit Lichtgeschwindigkeit über den Marktplatz einer Stadt – oder gleich in ein Schwarzes Loch. Diese Reise zu einem modernen Weltbild lohnt sich: Am Ende werden Ihre Schüler:innen unser Universum auf neue Weise sehen. Zur Planung dieser „Reise“ bietet Ihnen diese Ausgabe Hintergrundinformation und Unterrichtskonzepte zur Speziellen und Allgemeinen Relativitätstheorie. Vorgestellt werden Ideen zu einem breiten Themenspektrum, u.a.: „Gleichzeitigkeit“, Zeitdilatation und Längenkontraktion; Äquivalenzprinzip; Lichtablenkung und Raumkrümmung; Raumkrümmung durch Massen und Gravitationswellen. Daneben finden Sie Informationen zum diesjährigen Physik-Nobelpreis und Experimentiervorschläge für eine „Tarnkappe“ aus zerkratzten Scheiben sowie für eine einfache Bestimmung der Solarkonstanten.
Gesamtwerk
Photovoltaik und ihre Anwendungen
Gerade in Zeiten der Klimaerwärmung liegt ein großer Fokus in Forschung und Entwicklung auf der Erzeugung von Energie aus „sauberen“ Ressourcen wie Windkraft und Sonnenlicht. Besonders die Erzeugung von elektrischer Energie aus Solar besitzt ein großes Potenzial. Ihre Schülerinnen und Schüler erarbeiten sich Grundwissen zur Solarzelle. Sie erhalten einen Einblick in den Aufbau, den Wirkungsgrad und die physikalischen Grundlagen. Mithilfe experimenteller Anwendungen erlernen die Schülerinnen und Schüler wichtige Messwertprozesse.
Gesamtwerk
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.
Testen kostet nichts
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Gesamtwerk
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.
Gesamtwerk
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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Elektro- und Dieselmotor
Der Anteil von Elektroautos an den gesamten Neuzulassungen in Deutschland lag im Jahr 2021 bei 12,3 Prozent, bei den Plug-in-Hybriden bei 12 Prozent. Elektroautos werden immer beliebter. Doch auch der Dieselmotor spielt mit einem Anteil an Diesel-Pkw in Deutschland mit rund 31,2 Prozent trotz Feinstaubbelastung und Fahrverboten als Antriebsart derzeit noch eine große Rolle. Ihre Schülerinnen und Schüler erarbeiten sich die physikalischen Grundlagen dieser beiden Motorentypen.
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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.
Gesamtwerk
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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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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Magnetismus
Täglich haben wir mit Magnetismus zu tun, ohne es uns bewusst zu machen. In dieser Unterrichtseinheit werden Grundlagen des Magnetismus behandelt. Zahlreiche Schülerversuche motivieren die Lernenden, sich mit dem Thema genauer zu beschäftigen. Ob selbst gebauter Kompass oder die Herstellung von Magnetknete – der Schwerpunkt der Einheit liegt auf dem forschenden und entdeckenden Lernen.
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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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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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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.
Gesamtwerk
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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