Unterrichtsmaterialien Physik: Ganze Werke Seite 3/18
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Gesamtwerk
Quantenphysik und Materie
Die Quantenmechanik ist der Einstieg in Verständnis und Entwicklung der Quantenphysik. Das Versagen der klassischen Modelle zur Wechselwirkung von Licht mit Materie führt zur Einführung der Lichtquanten und Materiewellen, d. h. des Welle-Teilchen-Dualismus. Mit diesem Material spannen Sie den Bogen von der Einführung der ungewöhnlichen Regeln der Quantenwelt über die Untersuchung von Spektren hin zum Massendefekt bei der Kernfusion von Wasserstoff zu Helium in unserer Sonne. Dabei bietet das Material abwechslungsreiche Aufgaben, von denen viele zum gegenseitigen Austausch in Partnerarbeit und zur Stärkung der Kommunikationskompetenz Ihrer Klasse geeignet sind.
Gesamtwerk
Crashtest mit einem Asteroiden
Der ungebremste Aufprall der Raumsonde DART auf den Asteroiden-Mond Dimorphos im September 2022 sollte zeigen, inwieweit sich die Bahn des Asteroiden durch eine solche Kollision verändern lässt. Für die Erforschung von Abwehrmöglichkeiten vermeintlich gefährlicher Asteroiden war dies eine sehr bedeutsame Mission der NASA. Dieses motivierende Unterrichtsmaterial ermöglicht Ihren Schülerinnen und Schülern, die Auswirkungen der DART-Kollision theoretisch wie auch anhand realer Messungen nachzuvollziehen und mithilfe der Gesetze der Kreisbewegung, der Impulserhaltung, dem Gravitationsgesetz und dem dritten Gesetz von Kepler eigenständig zu berechnen.
Gesamtwerk
SI-Einheiten und Temperaturskalen
Das Internationale Einheitensystem (Système International d’Unités), kurz SI, bildet eine entscheidende Grundlage für die Messung physikalischer Größen, die uns im täglichen Leben begegnen. Es besteht aus sieben SI-Einheiten, die jeweils auf physikalischen Konstanten basieren. Dieser Beitrag unterstützt Lernende dabei, ein besseres Verständnis für die SI-Einheiten zu entwickeln, insbesondere im Hinblick auf die Temperatur und die verschiedenen Temperaturskalen. Durch eine Vielzahl von praxisnahen Aufgaben wird sichergestellt, dass die Lernenden dieses wichtige Thema umfassend erfassen und anwenden können.
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Gesamtwerk
Der Luftwiderstand bei Velomobilen
Umweltfreundliche Verkehrsmittel, wie zum Beispiel das Fahrrad, sind der Schlüssel zu Klimaschutz und zu einer Erhöhung der Lebensqualität. Neben dem klassischen Fahrrad stellt auch das Velomobil eine Alternative für die persönliche Fortbewegung dar. Durch ihre stromlinienförmige Karosserie weisen sie einen wesentlich geringeren Luftwiderstand im Vergleich zu Fahrrädern und Liegerädern auf und können so die Antriebsenergie wesentlich effizienter in die Fortbewegung umsetzen. Die Lernenden erarbeiten anhand des Velomobils den Zusammenhang zwischen Luftwiderstand und dem Strömungswiderstandskoeffizienten (cw-Wert).
Gesamtwerk
Das Potenzial der Glasfaser
Derzeit wird viel Werbung für den Ausbau der Glasfaserleitungen und damit verbunden für schnelles Internet gemacht. Aber was genau ist eine Glasfaser? Ist die Übertragung von Daten über Glasfaser so viel schneller als über Kupferleitungen? Und wie steht es eigentlich um den Glasfaserausbau in Deutschland? Da das Thema nach wie vor viel diskutiert wird und der Ausbau die Digitalisierung voranbringen soll, handelt es sich hierbei um ein Thema, mit dem sich auch die Schülerinnen und Schüler auseinandersetzen. Die Einheit liefert Grundwissen zur Glasfaser und zu den Anwendungen der Technologie.
Verwandte Themen
Gesamtwerk
Grundlagen der Statik
Die Statik bietet einen einfachen und klaren Einstieg in die Welt der Physik. Schülerinnen und Schüler lernen, Kräfte und ihre Wirkung auf verschiedene Objekte zu verstehen. Die Statik ist ein Teilgebiet der Ingenieurwissenschaften (z. B. Maschinenbau, Bauwesen). Im Rahmen der Statik werden mithilfe von grundlegenden Gesetzen der Physik technische Probleme gelöst und Anwendungen entwickelt, indem Kräfte an ruhenden Bauteilen analysiert werden, um sie sicher und effizient zu gestalten.
Gesamtwerk
Elemente der Quantenphysik
Immer häufiger rücken Unzulänglichkeiten und Widersprüche zur Theorie der klassischen Atommodelle in das Bewusstsein der öffentlichen Diskussion. In populärwissenschaftlichen Medien werden diese Widersprüche häufig nur angeschnitten und ihre Konsequenz für die Physik nicht vollständig aufgeklärt. Mit diesen Materialien lernt Ihre Klasse einige wesentliche Versuche zum Nachweis von Quantenphänomenen kennen. Ihre Lernenden können damit ihr Verständnis vom Aufbau von Materie, insbesondere dem Atommodell und dem Welle-Teilchen-Dualismus, erweitern und erhalten einen Einblick in wesentliche Errungenschaften der Physik des letzten Jahrhunderts.
Gesamtwerk
Astronomische Entfernungsbestimmungen II
Aufbauend auf dem bereits erschienenen Beitrag "Astronomische Entfernungsbestimmungen I – Sonnensystem" werden für Ihre Klasse Methoden vorgestellt, um Entfernungen zu Objekten außerhalb unseres Sonnensystems zu bestimmen. Dabei wird auf die wichtigsten und zuverlässigsten Verfahren eingegangen. Außerdem finden Sie in diesem Beitrag eine Reihe von differenzierten Aufgaben, mit denen Ihre Lernenden das erworbene Wissen einüben können. Eine Klassenarbeit rundet das Material ab.
Gesamtwerk
Biologische Wirkung von radioaktiver Strahlung
Diese Einheit wirft neben den physikalischen Fakten auch die Frage nach der gesellschaftlichen Verantwortung im Umgang mit Radioaktivität auf. Anhand des Beispiels der jungen Frauen, die von Beginn des 1. Weltkriegs an bis in die späten 1920er-Jahre hinein in Fabriken die Zifferblätter und Zeiger der selbstleuchtenden Uhren bemalt haben, erarbeitet sich Ihre Klasse die biologische Wirkung von radioaktiver Strahlung.
Gesamtwerk
Stehende Wellen mit Boomwhackers
Mit Boomwhackers, Klangröhren aus der musikalischen Früherziehung, werden viele Jugendliche bereits Erfahrungen im Musikunterricht gemacht haben. In dieser Einheit hilft ihr Einsatz die stehende Welle und die Berechnung von Eigenfrequenzen bei stehenden Wellen zu erarbeiten. Daneben kommt die App Phyphox zum Einsatz und das Animationsprogramm PhET, um Messungen durchzuführen und die Thematik anschaulich zu erarbeiten.
Gesamtwerk
Astronomie
In einer sternklaren Nacht wandert der Blick von vielen Menschen an den Himmel. Oft ist der Mond das Ziel der Beobachtung und es kommt die Frage auf: Warum sieht er gerade heute so aus – vor ein paar Tagen sah der Mond doch ganz anders aus? Offenbar gibt es Himmelserscheinungen, die sich ständig ändern, und andere, die immer gleich bleiben. Diese Unterrichtseinheit soll helfen, Fragen dieser Art zu beantworten. Sie vermittelt somit Grundlagen für eigene astronomische Beobachtungen der Schülerinnen und Schüler.
Gesamtwerk
Strahlung, Spaltung, Zerfall
In dieser Einheit werden den Schülerinnen und Schülern zentrale Elemente der Kernphysik anhand von Übungsaufgaben vermittelt. Begleiten Sie Ihre Klasse auf dem Weg von den einfachen Grundlagen der Physik der Atomkerne hin zu weiterführenden Aspekten von Kernumwandlungen und radioaktiver Strahlung. Dabei kommen auch Problemstellungen wie die Anwendungen des Zerfallsgesetzes, einschließlich der damit verbundenen Thematik der Halbwertszeit ausführlich zum Tragen. Am Ende der Einheit steht eine umfangreiche Lernerfolgskontrolle zur Verfügung.
Gesamtwerk
Mechanische und elektromagnetische Schwingkreise
Diese Unterrichtseinheit vergleicht mechanische und elektromagnetische Schwingkreise mithilfe ähnlicher Aufgabenstellungen zu beiden Themenbereichen. Die Schülerinnen und Schüler lernen die Parallelen und Unterschiede kennen. Sie führen geeignete Berechnungen durch, sammeln erste Erfahrungen im Herleiten von Sätzen und beschreiben physikalische Vorgänge in ihren eigenen Worten.
Gesamtwerk
Wellentypen
Mit diesem Unterrichtsmaterial vermitteln Sie Ihren Schülerinnen und Schülern den Unterschied zwischen Schwingungen und Wellen. Die Einheit benötigt kaum Vorwissen und motiviert durch ihre klare Struktur, interaktive Simulationen und differenzierte Aufgaben. Die Lernenden schaffen sich damit ein tiefes Verständnis für Wellen, die Grundlage der Wellenoptik und Quantenmechanik.
Gesamtwerk
Grundlagen der Kinematik
In dieser Unterrichtseinheit behandeln Sie mit Ihren Schülerinnen und Schülern die Grundlagen der Kinematik. Nehmen Sie Ihre Physikklasse mit auf den Weg zu einem naturwissenschaftlich exakten Verständnis der linear gleichförmigen Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit. Gestalten Sie Ihren Unterricht effizient mithilfe von schülernahen Aufgaben inklusive einer abschließenden Lernerfolgskontrolle.
Gesamtwerk
Beugung und Interferenz
In dieser Unterrichtseinheit lernen Ihre Schülerinnen und Schüler anhand von interaktiven Simulationen das Prinzip von Huygens kennen, identifizieren Beugung und Interferenz als Wellenphänomene und erklären Alltagsbeobachtungen und technische Geräte. Auf spielerische Art und Weise gehen sie unter anderem der Frage nach, warum man „um die Ecke“ hören, aber nicht sehen kann. Um das erlernte Wissen zu überprüfen, haben die Jugendlichen am Ende der Einheit die Möglichkeit, eine Lernerfolgskontrolle durchzuführen.
Gesamtwerk
Dynamische Prozesse
Dieses Unterrichtsmaterial bietet Ihren Schülerinnen und Schüler einen tiefen Einblick in die Vielfalt der Dynamik. In der umfangreichen Aufgabensammlung werden insbesondere Newtonsche Gesetze, Gewichtskraft, Kreisbewegungen und Reibung an alltagsnahen Beispielen behandelt. Am Ende der Einheit steht eine Lernerfolgskontrolle bereit, um die eingeübten Fähigkeiten zu überprüfen Durch zahlreiche ausführliche Lösungen wird es den Lernenden zudem ermöglicht, alle Rechenschritte zu verstehen und nachzuvollziehen.
Gesamtwerk
Geschwindigkeitsüberwachung mit Blitzern
Sie sind meist versteckt am Straßenrand und machen teure Fotos von Verkehrsteilnehmern, die mit ihrem Fahrzeug zu schnell unterwegs sind - die Blitzer. Die Geschwindigkeitsüberwachung auf geschwindigkeitsbegrenzten Straßen mit Blitzern ist weltweit verbreitet. Aber wie ist so ein Blitzer aufgebaut? Und wie wird die Geschwindigkeit gemessen? In dieser Einheit werden die geläufigsten Techniken zum Messen der Geschwindigkeit von Fahrzeugen vorgestellt und die entsprechenden physikalischen Grundlagen zu den Messtechniken erläutert.
Gesamtwerk
Halbleiterbauelemente
Im modernen Informationszeitalter kommt den Halbleitern eine wichtige Bedeutung zu. Egal ob in Smartphones, Tablets oder Monitoren, in all diesen Geräten findet man diese elektronischen Bauteile. Auch in Photovoltaikanlagen sind sie notwendig zur Erzeugung von elektrischer Energie aus Sonnenlicht. Um dieses breite Spektrum an Einsatzmöglichkeiten abzudecken, gibt es unzählige verschiedene Halbleiterbauelemente. Neben Dioden stellen auch Transistoren ein wichtiges Halbleiterbauelement dar.
Gesamtwerk
Grüner Wasserstoff
In diesem Unterrichtsmaterial setzen sich die Schülerinnen und Schüler mit grünem Wasserstoff auseinander. Sie untersuchen dessen nachhaltige Produktion und nähern sich den Themen Speicherung und Transport. Schließlich erörtern sie, wie grüner Wasserstoff als Brenn- oder Kraftstoff eingesetzt werden kann. Diese Einheit bietet für die Lernenden einen physikalisch-chemischen Zugang zu zentralen Themen des Klimawandels.
Gesamtwerk
Astronomische Entfernungsbestimmungen I
In diesem Unterrichtsmaterial werden Entfernungen innerhalb des Sonnensystems untersucht. Gehen Sie mit Ihrer Klasse auf Raumfahrt und vermitteln Sie ihr ein astronomisches Gefühl für die gigantischen Dimensionen des Universums. Die Schülerinnen und Schüler erkennen die entscheidende Bedeutung des dritten Gesetzes von Kepler bei der Bestimmung der Entfernung zwischen den Planeten und üben anschließend das neue Wissen anhand einer Reihe von Beispielen ein. Eine Lernerfolgskontrolle rundet die Einheit ab.
Gesamtwerk
Harmonische Schwingungen
In diesem Unterrichtsmaterial bringen Sie den Lernenden die theoretischen Grundlagen von harmonischen Schwingungen näher. Dabei werden vielfältige Erscheinungsformen und Beispiele vorgestellt und näher beleuchtet. Es schließt sich eine Fülle von Aufgaben zum Einüben des besprochenen Stoffes an. Am Ende der Einheit steht eine Klassenarbeit, wodurch das Erlernte überprüft werden kann. So können die Schülerinnen und Schüler dieses Material zum Selbststudium oder auch als Hilfe zur Vorbereitung für eine Klassenarbeit nutzen.
Gesamtwerk
Kraft und Bewegung
Nicht alles, was wir im Alltag als Kraft bezeichnen, ist auch im physikalischen Sinne eine Kraft. Kräfte sind Ursache für Bewegungsänderungen und Verformungen. Wenn ein Ball geworfen oder gefangen wird, ist eine physikalische Kraft im Spiel. Der Ball kommt in Bewegung oder er wird abgebremst. In dieser Einheit erarbeiten sich die Schülerinnen und Schüler die physikalischen Grundlagen und nutzen ihr Wissen, um lebensnah in Versuchen die Welt der Kräfte zu erforschen.
Gesamtwerk
Stromherstellung mit Balkonkraftwerken
„Balkonkraftwerke“ sind in der letzten Zeit aufgrund steigender Strompreise und drohender „Blackouts“ ein großes Thema geworden. Können wir mit unserem eigenen „Solar-Kraftwerk” die Energiewende so einen kleinen Schritt weiterbringen? Für welche Geräte eines Haushaltes reicht die Leistung solcher Minikraftwerke? Wie viel Strom erzeugen die Solarpanels? Und welche Faktoren beeinflussen die Stromerzeugung?
Gesamtwerk
Wärmepumpe
Im März 2023 hat die Bundesregierung angekündigt, den Ausbau von Wärmepumpen massiv erhöhen zu wollen. Ab 2024 sollen pro Jahr mindestens 500.000 neue Wärmepumpen installiert werden, sodass bis zum Jahr 2030 mindestens sechs Millionen Wärmepumpen in Betrieb sind. Doch nach welchem physikalischen Prinzip funktioniert eine Wärmepumpe? Und welche Faktoren beeinflussen den Wirkungsgrad?
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