Unterrichtsmaterialien Physik: Ganze Werke
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Physik
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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.
Gesamtwerk
Grundlagen der Mechanik
In einer Welt im Wandel entwickeln sich auch die Naturwissenschaften stetig weiter. Es gibt dabei allerdings Erkenntnisse, die auch nach mehreren Jahrhunderten gültig und auch noch für die heutige Weltanschauung relevant sind. Dazu gehören unter anderem die drei Gesetze von Isaac Newton. In diesem Beitrag lernen Ihre Schülerinnen und Schüler das wichtige Themengebiet der Mechanik anhand der Newtonschen Gesetze des Trägheitsprinzips, des Aktionsprinzips und des Wechselwirkungsprinzips kennen und üben das erworbene Wissen anhand von Aufgaben ein. Eine weitere Herausforderung für die Lernenden in Form einer Klassenarbeit rundet die Einheit ab.
Gesamtwerk
Bewegungen rechnerisch analysieren
Die quantitative Untersuchung von Bewegungsvorgängen stellt einen der wichtigsten physikalischen Sachverhalte dar. In diesem Beitrag machen sich Ihre Schülerinnen und Schüler mit den Grundlagen der Kinematik vertraut und lernen die für die Berechnungen nötigen Gleichungen kennen. Die vorliegende Einheit beinhaltet einen umfangreichen Fundus an Übungsaufgaben, mithilfe dessen die Lernenden ihre Bewegungsfähigkeiten in physikalischem Sinne trainieren können.
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Gesamtwerk
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.
Verwandte Themen
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MINT Zirkel – Ausgabe 1, März 2022
Ob Batterien die Speicher der Zukunft sind, was hinter dem Schwarmverhalten steckt, wie ihr mit einem Mystery spielerisch den Bau der Daniell-Zelle erarbeiten könnt und viele weitere spannende Themen gibt es für euch in der neuen Ausgabe von MINT Zirkel. Außerdem sind wieder einige Zusatzmaterialien für euch dabei. Jetzt reinschauen!
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Die Katastrophe von Fukushima
Am 11. März 2011 erschüttert ein Seebeben den Meeresboden im Pazifik. Die folgenden Wellen fluten das Gelände des Kernkraftwerks. Die Stromversorgung bricht zusammen. Es kommt zur Kernschmelze und zum GAU.
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Physikdidaktik kompakt
Fachdidaktisches Grundlagenwissen für lernwirksamen Physikunterricht. Fachdidaktisches Grundlagenwissen ist essentiell – für die Vorbereitung, Durchführung und Reflexion von lernwirksamem Physikunterricht. In gebündelter Form fasst Physikdidaktik kompakt die wichtigsten Ergebnisse physikdidaktischer Forschung in drei Bereichen zusammen und verzahnt dabei Theorie und Praxis. Diese Bereiche umfassen: Physikalische Bildung, Lernen von Physik, Gestalten von Physikunterricht. Physikdidaktik kompakt wendet sich an Lehramtsstudierende, Lehrkräfte und Lehreraus- und -weiterbildner. Studierende bekommen die Möglichkeit, kurz und übersichtlich einen Einstieg in die Didaktik der Physik. Junge Lehrkräfte erhalten Gelerntes knapp zusammengefasst als Erinnerungsstütze und zum Nachschlagen; erfahrenen Lehrkräften bietet sich die Gelegenheit, sich rasch mit aktuellen Themen vertraut zu machen. Lehreraus- und weiterbildner können den Band begleitend einsetzen.
Gesamtwerk
Die elektromagnetische Induktion
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.
Gesamtwerk
Dynamik
Nicht umsonst gilt der Kraftbegriff als einer der schwierigsten Begriffe im Physikunterricht. Das ist vielleicht die schlechte Nachricht. Die gute aber ist, dass nicht nur die Untiefen des Dynamikunterrichts inzwischen gut erforscht sind, sondern auch Mittel und Wege, diese zu umgehen. Im Dynamikunterricht laden wir die Lernenden ein, die ihnen vertraute Welt durch eine physikalische Brille zu sehen. Hierfür bietet dieses Heft verschiedene Unterrichtsideen sowie Experimente und Aufgaben rund um das Thema Dynamik und newtonsche Gesetze. Sie finden in diesem Heft u. a.: Fachdidaktische Aspekte zu Schülervorstellungen und Lernschwierigkeiten in der Dynamik; Vielfältige und erprobte Unterrichtskonzepte für den Dynamikunterricht; Selbstbauexperimente mit Anleitungen; Aufgaben und Versuche zu den newtonschen Gesetzen. Neben dem Themenschwerpunkt finden sich im Heft auch Anregungen für den Einsatz von Sketchnotes im Physikunterricht sowie Experimente zur Verwendung von Videoanalyse und dem Nachweis von Wechselspannung mit einem Nabendynamo.
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Elektrizität
Die Elektrifizierung bedeutete für die Menschheit einen fundamentalen Fortschritt. Der Film stellt zunächst die Entdeckung der Elektrizität und die Vielzahl an Erfindungen, die sich daraus ableiten, vor. In einem zweiten Teil werden konkrete Anwendungen anhand einfacher Schaltpläne dargestellt und die Schüler:innen zum Nachbauen angeregt. Interaktive Aufgaben, Testfragen und Glossar wurden mit H5P erstellt und können ohne weitere Software verwendet werden. Lernziele: 1. Die Schüler:innen kennen die Geschichte der Elektrizität; Die Schüler:innen können einen Stromkreislauf in einen einfachen Schaltplan übertragen; Die Schüler:innen beachten Sicherheitshinweise beim Umgang mit Elektrizität.
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Physik des Atomkerns
Teilchenbeschleuniger sind beeindruckende Maschinen. Sie ermöglichen Physikern und Physikerinnen nicht nur tiefe Einblicke in die allerkleinsten Strukturen der Materie, sondern spielen auch im medizinisch-therapeutischen Bereich eine bedeutende Rolle. Im Unterricht ermöglichen sie einen stark kontextorientierten Zugang zu verschiedenen Themen des Lehrplans. Mit den Materialien dieses Beitrags tauchen Ihre Schüler und Schülerinnen auf verschiedenen Niveaustufen in die faszinierende Welt der Linearbeschleuniger, Zyklotrons und Synchrotrons ein. Zahlreiche Computersimulationen und Lernvideos helfen bei der Bearbeitung der Aufgaben und ermöglichen so einen anschaulichen, schüleraktivierenden und motivierenden Zugang zum Thema.
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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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