Arbeitsblätter für Physik: Induktion
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Die elektromagnetische Induktion ist für viele wichtige alltägliche Anwendungen ein grundlegendes physikalisches Prinzip. Ohne dieses Prinzip würden sich viele Probleme in der Strombereitstellung und Stromversorgung ergeben. Die dahinterstehende Physik ist jedoch bereits seit dem 19. Jahrhundert bekannt und wird auch heute noch gleichbleibend verwendet. Dieser Beitrag beleuchtet die Grundlagen der elektromagnetischen Induktion, führt wichtige Begriffe wie Lorentzkraft, Lenz‘sche Regel und Selbstinduktion ein und stellt Aufgaben bereit, anhand derer Ihre Schülerinnen und Schüler die Thematik verinnerlichen.
M1 Segen und Fluch der Elektromobilität; M2 Lernzirkel „Elektromotor“ – Laufzettel; M3 Station A – Teste dein Vorwissen; M4 Station B – Bauteile und Einsatzmöglichkeiten; M5 Station C – Ein einfacher Elektromotor; M6 Oersted und Faraday; M7 Lernzirkel „Induktion“ – Laufzettel; M8 Station A – Versuche zur Erzeugung von elektromagnetischer Induktion; M9 Station B – Versuche zur Vergrößerung der elektromagnetischen Induktion; M10 Wechselspannung und Wechselstrom; M11 Der Generator; M12 Diskussionsrunde – Allgemeines zum Elektromotor; M13 Checkliste und Abschlusstest;
Die elektromagnetische Induktion – Teil1: M1-M3;
Die Autoren nennen die Gründe für eine unterrichtliche Behandlung des Transformators, führen zunächst gängige Schülervorstellungen auf und erläutern dann die Wissensinhalte, die in den drei Schulformen zum Thema Transformator vermittelt werden sollten. Sie bereiten eine Unterrichtssequenz didaktisch auf, setzen sich mit evtl. auftretenden Lernschwierigkeiten auseinander und ergänzen den Beitrag mit Basiswissen, Unterrichtserfahrungen, Sicherheitsaspekten sowie einem Versuchsaufbau. Die komplexen Aspekte und vielfältigen Anwendungen des Transformators bieten nach Meinung der Autoren gute Gelegenheit für den Einsatz verschiedener Methoden-Werkzeuge sowohl im binnendifferenzierten Gruppenunterricht als auch beim kooperativen Lernen.
Die hier vorgestellte Elementarisierung des Themas Induktion für den Unterricht in einer 9. oder 10. Klasse darf als Versuch verstanden werden, ein brauchbares Beispiel einer Elementarisierung zu bieten. Das Konzept kann auch als Grundlage für einen ausführlichen Unterrichtsentwurf dienen, wie ihn Lehramtsanwärter regelmäßig zu schreiben haben.
Der hier vorgestellte Unterrichtsgang geht von einer Reihe spannender Phänomene zur Induktion aus. Diese werden von den Schülerinnen und Schülern selbst experimentell erkundet. Die Beobachtungen werden gesammelt, systematisiert und schrittweise vereinheitlicht. Am Ende dieses Prozesses steht eine geeignete Versprachlichung des allgemeinen Induktionsgesetzes etwa in folgender Form: Induktion tritt genau dann auf, wenn sich das Magnetfeld im Inneren einer Spule zeitlich ändert.
Die SuS führen an Stationen selbstständig computergestützte Experimente zur Induktion durch und werten die Messergebnisse aus. Die didaktischen Erläuterungen unterstützen die Lehrkraft bei der Planung und Durchführung des Unterrichts.
Die hier beschriebenen Experimente sollen je nach Einsatzbereich die folgenden Hauptanforderungen erfüllen: Sie sollen Phänomene deutlich demonstrieren (vor allem für Einstiegsphasen und für Schülerexperimente), präzise Messungen erlauben, spektakulär sein und/oder durch Unerwartetes zur Problemlösung anregen.
Die technischen Anwendungen der Induktion sind vielfältig. Alltägliche, aber auch eher exotische Beispiele werden hier jeweils als Repräsentant von verschiedenen Anwendungsbereichen erläutert. Die fachlichen Erläuterungen unterstützen die Lehrkraft bei der Planung und Durchführung des Unterrichts.
Die SuS führen Versuche zum magnetischen Radialfeld und zum magnetischen Fluss und Induktionsgesetz durch und werten diese aus. Die Hinweise zu Geräten, Aufbau, Durchführung und Auswertung unterstützen die Lehrkraft bei der Planung und Durchführung des Unterrichts.
Mithilfe der Versuchskartei führen die SuS selbstständig Versuche durch. Sie lernen über die Funktionsweise einer elektrischen Gitarre und reproduzieren den Versuch von Arago und vollziehen seine Erkenntnisse nach. Die didaktischen Hinweise und Erklärungen unterstützen die Lehrkraft bei der Planung und Durchführung des Unterrichts.