Unterrichtsmaterialien Physik: Ganze Werke
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Physik
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Sonnen- und Mondfinsternis – ein Projekt
Es ist wohl das dramatischste Schauspiel, das uns der Himmel zu bieten hat: Das Sonnenlicht wird fahl, der eben noch kristallklare Tag zur bleiernen Dämmerung. Dann, als drehe jemand am Dimmer das Licht aus, geht alles ganz schnell. Die hellsten Sterne flammen auf und wo eben noch die gleißend helle Sonne zu sehen war, steht nun ein pechschwarzer Kreis am Himmel, umgeben von einem feurigen, fein strukturierten Lichtkranz. Eine totale Sonnenfinsternis!
Gesamtwerk
Bewegte Ladungen in elektrischen und magnetischen Feldern
Fadenstrahlrohr, Elektronenmikroskop, Zyklotron und Massenspektroskop - mit dieser Unterrichtseinheit sind Sie ganz nah an der modernen Physik! Die Inhalte des Stationenzirkels erarbeiten sich die Schüler anhand von Computersimulationen, die sie intuitiv bedienen können. Zu Beginn einer jeden Station steht ein Rechercheauftrag zu Aufbau und Funktionsweise des jeweiligen Gerätes. Auch die Entstehung des Polarlichts erforschen Ihre Schüler.
Gesamtwerk
„Ich hebe die Welt aus den Angeln!“ – Kraftumformende Einrichtungen kennenlernen
„Gib mir einen festen Platz zum Stehen und ich werde die Erde bewegen!“ Dieser Ausruf wird dem griechischen Philosophen, Mathematiker und Physiker Archimedes von Syrakus (um 287–212 v. Chr.) zugeschrieben, nachdem er vor über 2000 Jahren das Hebelgesetz entdeckte. Seine genialen Erfindungen wie Flaschenzug, Winden und Wasserschrauben, Hebekräne und Wurfmaschinen brachten ihm zu seiner Zeit viel Ruhm und Ehre ein. Vor allem bei der Verteidigung seiner Heimatstadt gegen die Heerscharen des römischen Feldherrn Claudius Marcellus erwarb er sich große Verdienste. Auch heute noch beruhen viele technische Geräte auf seinen Formeln und den von ihm entwickelten technischen Elementen. Nutzen Sie die Erfahrungswelt Ihrer Schüler, um sie mit der Wirkung von kraftumformenden Einrichtungen und ihren Gesetzen vertraut zu machen.
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Gesamtwerk
Experimente mit dem Gummiband – stehende Wellen untersuchen
Für viele Schüler ist der Ausdruck stehende Welle ein Widerspruch in sich. Bei Wellen denken sie an Bewegung und Ausbreitung. Wirft man einen Stein ins Wasser, so kann man beobachten, wie sich die Wellen kreisförmig fortpflanzen. Wieso können auch Wellen stehen? Lassen Sie dies Ihre Schüler in Experimenten mit dem Gummiband erforschen. Ein Arbeitsblatt zur Wellengleichung rundet den Beitrag ab.
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Gravitation, Zentripetalkraft und Kepler’sche Gesetze – die unterschiedliche Länge der Jahreszeiten erkunden
Jedes Jahr umrundet die Erde als ein treuer Begleiter die Sonne. Frühjahr, Sommer, Herbst und Winter wechseln in diesem Zeitraum einander ab und bestimmen unser Leben. Manchem vergeht dabei eine bestimmte Jahreszeit nicht schnell genug – er hat den Eindruck, sie dauere länger als die anderen. Und so falsch ist dieser Eindruck auch nicht, denn Frühling und Sommer sind auf der Nordhalbkugel tatsächlich länger als Herbst und Winter. Was hat es mit den unterschiedlich langen Jahreszeiten auf sich? 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 mithilfe des Gravitationsgesetzes auch rechnerisch nach, warum die Jahreszeiten unterschiedlich lang sind.
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Sonne, Wind- und Wasserkraft – wie gewinnt man aus erneuerbaren Energien Strom?
Die Angst um die Natur wird dann am heftigsten, wenn sie auch eine Angst um das eigene Wohlergehen ist (Joachim Radkau, Natur und Macht, München 2000). In diesem Beitrag lernen Ihre Schüler erneuerbare Energien kennen. Sie entdecken in einfachen Experimenten die physikalischen Techniken, die der Gewinnung von grünem Strom zugrunde liegen.
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Welle, Teilchen und Wahrscheinlichkeit – ein Quantenzirkel
Die Welt des Mikrokosmos ist geheimnisvoll. Die Gesetzmäßigkeiten, die wir aus unserer alltäglichen Erfahrung ableiten, verlieren hier ihre Gültigkeit und müssen durch die entsprechenden Gleichungen der Quantenphysik ersetzt werden. Dies birgt so manche Überraschung! In Zusammenhang mit Interferenzphänomenen wird Licht als Welle betrachtet. Aber diese Theorie hat ihre Grenzen. So lassen sich die Phänomene beim Fotoeffekt nur mit dem Teilchencharakter der Lichtquanten erklären. Verdeutlichen Sie den Lernenden dieses Dilemma. Führen Sie Ihre Schüler dann schrittweise an das anspruchsvolle Thema Quantenphysik heran. Bringen Sie Ihren Schülern den Begriff der Aufenthaltswahrscheinlichkeit so weit nahe, dass sie ihn beim Quantenfußball spielerisch auf die Position des Balls anwenden können.
Gesamtwerk
9 auf der Richterskala – Erdbeben untersuchen
„Ein Erdbeben der Stärke 9 auf der Richterskala ereignete sich 130 Kilometer östlich der japanischen Stadt Sendai.“ Einen Satz wie diesen haben Sie bestimmt
in den letzten Wochen in den Nachrichten gehört. Aber können Sie erklären, was eine Stärke von 9 auf der Richterskala bedeutet? Und woher weiß man eigentlich, wo das Erdbeben stattgefunden hat, wenn es doch weit auf dem Meer und unter der Erdoberfläche geschehen ist? Lassen Sie sich überraschen. Fragestellungen wie diese kann man nämlich mit recht einfachen Mitteln beantworten. Zeigen Sie Ihren Schülern, dass man bei der Lösung von Problemen aus anderen Fachgebieten (hier der Naturgeografie) auf die Mathematik und Physik nicht verzichten kann.
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Physik selbst entdecken: Optik
Entdeckender Unterricht - mit diesem Heft ganz einfach! Mit zahlreichen spannenden und alltagsnahen Aufgaben und Versuchen können Ihre Schülerinnen und Schüler selbst loslegen und sich das erforderliche Wissen handlungsorientiert und kooperativ erarbeiten und anschließend üben. Von der Sonnenuhr bis zum Periskop, von der Brille bis zum Regenbogen: Das Heft behandelt die Themen Schatten, Reflexion und Brechung sowie die Funktionsweise optischer Geräte und Erscheinungen. Ihre Schüler messen und konstruieren, experimentieren und probieren aus - und gelangen dabei systematisch zu den lehrplanrelevanten Erkenntnissen. Die differenzierten Aufgaben berücksichtigen Leistungsstand und Heterogenität der Schülergruppen. Das Grundwissen wird mithilfe von Übungskarten abgefragt und gefestigt. Alle Kopiervorlagen sind sowohl einzeln als auch im Stationenlernen einsetzbar. Mit Lösungen und Lehrerhinweisen zu allen Arbeitsblättern.
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Physik selbst entdecken: Wärmelehre
Entdeckender Unterricht - mit diesem Heft ganz einfach! Mit zahlreichen spannenden und alltagsnahen Aufgaben und Versuchen können Ihre Schülerinnen und Schüler selbst loslegen und sich das erforderliche Wissen handlungsorientiert und kooperativ erarbeiten und anschließend üben. Das Heft behandelt die Themen Temperatur (Thermometer, Messung, Celsius und Kelvin), Wärmeübertragung (Wärmeleitung, -strömung und -strahlung, Wärmequellen), Aggregatszustandsänderungen (Sieden, Schmelzen und Erstarren, Verdunsten) sowie Volumenänderungen (bei Festkörpern, Flüssigkeiten und Gasen, Anomalie des Wassers). Ihre Schüler messen und konstruieren, experimentieren und probieren aus - und gelangen dabei systematisch zu den lehrplanrelevanten Erkenntnissen. Die differenzierten Aufgaben berücksichtigen Leistungsstand und Heterogenität der Schülergruppen. Das Grundwissen wird mithilfe von Übungskarten abgefragt und gefestigt. Alle Kopiervorlagen sind sowohl einzeln als auch im Stationenlernen einsetzbar. Mit Lösungen und Lehrerhinweisen zu allen Arbeitsblättern.
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Es gibt kein Zurück – Wärme und Entropie verstehen
Die Schülerinnen und Schüler verstehen, was mit dem Begriff Entropie gemeint ist. Sie haben gelernt, dass in geschlossenen Systemen die Entropie entweder konstant bleibt (Übergänge zwischen adiabatisch äquivalenten Zuständen) oder zunimmt, jedoch nicht abnehmen kann. In offenen Systemen hingegen kann die Entropie auch abnehmen. Die Lernenden können Beispiele für reversible und irreversible Prozesse nennen und das Prinzip des Stirlingmotors bzw. des Thermogenerators erklären.
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Reiseziel: Mond – die Apollo-11-Mission
„That`s one small step for man, one giant leap for mankind.“ Dieser Satz ging 1969 um die Welt als Neil Armstrong als erster Mensch den Mond betrat. Wie wurde diese Mondlandung ermöglicht und wie konnte sie durchgeführt werden? Hat sie wirklich einen großen Sprung für die Menschheit bewirkt? Ihre Schüler gehen auf Entdeckungsreise zum Thema „Mond“, hinterfragen den Sinn der Mondlandung, erarbeiten selbstständig in Projektarbeit ein Thema zum Trabanten Mond und üben ihre sozialen sowie methodischen Fähigkeiten.
Gesamtwerk
Alternative Antriebe beim Pkw – Konzepte für die Zukunft
Noch beherrschen Autos, die mit herkömmlichem Kraftstoff betrieben werden, das Straßenbild. Doch was erwartet uns in 5, 10 oder 20 Jahren? Es ist anzunehmen, dass solche Autos dann – angesichts der Begrenztheit fossiler Brennstoffe und der durch sie verursachten Umweltverschmutzung – auf unseren Straßen nicht mehr so stark vertreten sind. Welche Alternativen zu Autos mit herkömmlichem Verbrennungsmotor gibt es bereits heute? Unternehmen Sie mit Ihren Schülern eine spannende Reise in die Zukunft des Automobils. Betrachten Sie mithilfe des Beitrags alternative Antriebsformen wie das Elektroauto, Hybridfahrzeuge und Autos, die mit Wasserstoff oder Biodiesel angetrieben werden. Thematisieren Sie die jeweilige Technologie und sprechen Sie ihre Vor- und Nachteile an.
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Reibung – eine Kraft, die uns auf Schritt und Tritt begleitet
Reibung – eine Kraft, die uns auf Schritt und Tritt begleitet
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Die Newton’schen Axiome
Dieser Beitrag behandelt die drei Newton’schen Axiome: den Trägheitssatz, die Bewegungsgleichung (Grundgleichung der Mechanik) und das Wechselwirkungsgesetz (actio = reactio).
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