Unterrichtsmaterialien Physik: Ganze Werke Seite 4/6
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Die große Konjunktion und die Goldene Zahl
Ausgehend von der größten Konjunktion, der gemeinsamen Opposition von Jupiter und Saturn, verfolgen Ihre Schüler den Verlauf der beiden Planeten auf ihren Bahnen so lange, bis wieder eine Opposition des jeweiligen Planeten eintritt. Auf diese Weise ergeben sich Winkel bzw. zurückgelegte Bögen auf den Umlaufbahnen, deren genaue Analyse Ihre Schüler zum Goldenen Schnitt bzw. zur Goldenen Zahl führen. Das faszinierende Himmelsereignis einer großen Konjunktion können Ihre Schüler am Computerbildschirm nachverfolgen und so zumindest virtuell daran teilhaben.
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MINT Zirkel – Ausgabe 4, Dezember 2020
Mädchen für MINT-Berufe begeistern, Green IT, Materie und Antimaterie. In dieser Ausgabe haben wir wieder spannende Artikel zu diesen Themen und noch vielen weiteren zusammengetragen. Zusätzlich dürft ihr euch auch auf tolle Arbeitsblätter zur Ergänzung der Artikel „Green IT - Mehr als nur Stromsparen“, "Was bewirkt die Vermittlung von finanzieller Grundbildung in der Schule?", "Technik des Elektroantriebs im Unterricht" und "„Girls’ Digital Camps“ – Mädchen für MINT-Berufe begeistern" freuen.
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Schallwandler
Die Unterrichtsreihe für den gymnasialen Physikunterricht beschäftigt sich mit der Funktionsweise von Mikrofonen und Lautsprechern als wichtige Bestandteile von technischen Alltagsgegenständen. Mithilfe von einfachen Experimenten und dem Selbstbau eines Mikrofons vermitteln Sie den Lernenden den grundlegenden Bezug zwischen Schall als akustischem Phänomen und dessen Umwandlung in elektrische Signale. Sie trainieren die Fähigkeit Ihrer Schülerinnen und Schüler, physikalische Erkenntnisse zu verbalisieren, zu präsentieren und fördern außerdem ihre Bereitschaft, sich mit elektronischen Bauelementen näher auseinanderzusetzen. Mit abwechslungsreichen Experimenten begeistern Sie Ihre Klasse für die Welt der Elektrotechnik.
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Gesamtwerk
Kompetenzorientierte Lernerfoglskontrollen
Diese Sammlung von neun Lernerfolgskontrollen zum Thema Elektrizitätslehre und Magnetismus für die fünfte bis zehnte Klasse kann vielfältig im Unterricht eingesetzt werden. Durch den expliziten Bezug zu den erwarteten Kompetenzen in den Hinweisen können die Materialien als Anreiz dienen, in anderen Themengebieten solche Tests selbst zu gestalten. Sie nutzen die konkreten Differenzierungsmöglichkeiten unserer Materialien und motivieren somit die Lernenden in besonderem Maße. Nutzen Sie das Potenzial dieses Beitrags zur individuellen Förderung Ihrer Schülerinnen und Schüler.
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Kernphysik am CERN
In diesem Beitrag für den Physikunterricht der gymnasiale Oberstufe werden zwei Klausuren auf Abiturniveau vorgestellt, deren Aufgaben sich mit verschiedenen Experimenten des Kernfoschungszentrums CERN beschäftigen. Sie motivieren Ihre Klasse mit faszinierenden Fragestellungen zu Teilchenbeschleunigern. Verbinden Sie die unterschiedlichen Teilgebiete der Elektrodynamik, Elementarteilchenphysik und der Relativitätstheorie miteinander durch anwendungsorientierte Klausuraufgaben. Mit realitätsnahen Rechenbeispielen bereiten Sie Ihre Klasse ideal auf das Abitur vor.
Verwandte Themen
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Beugung am Doppelspalt
Der Oberstufenbeitrag für den Physikunterricht handelt von dem berühmten Doppelspaltexperiment, der klassischen Wellenoptik und der Beugung einzelner Quantenobjekte. Mit Experimenten und zum Selbstlernen geeigneten Aufgabenblättern bringen Sie Ihrer Klasse wichtige Kernaussagen der Quantenmechanik näher. Sie festigen das Verständnis der Lernenden durch interessante Rechenaufgaben und den Einsatz einer Lernerfolgskontrolle. Mit einfachen Erklärungen schaffen Sie ein leichteres Verständnis und ideale Voraussetzungen für die Prüfung.
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Der Mainau-Planetenweg
Der Planetenweg auf der Insel Mainau bot einen anwendungsorientierten Einstieg in die Astronomie, auch wenn er nur im Jahr 2019 eingerichtet war, sich also nicht mehr besuchen lässt. Die Größe und Position der Planeten konnten die Schüler anhand der dort ausgestellten Planetenmodelle bestimmen. Heute kann man zwar Planetenwege in Konstanz oder Kreuzlingen besuchen. Diese sind aber längst nicht so spektakulär wie der Planetenweg auf der Mainau. Trotzdem eignet sich die Unterrichtseinheit für Projekttage.
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Eine Einführung in die Atomphysik
Aufbauend auf der historischen Entwicklung des Atombegriffs werden die grundlegenden Versuche zur Abschätzung der Größenordnungen des Atoms vorgestellt. Ausgehend von diesen Versuchen wird die Entwicklung der Atomvorstellung präsentiert bis hin zum modernen Atommodell. Der erarbeitete Stoff wird durch eine Reihe von Aufgaben gefestigt und im Anschluss durch ein Beispiel einer Lernerfolgskontrolle überprüft.
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Ist der Sommer länger als der Winter?
Im Spätsommer wird das Getreide geerntet. Im Winter liegen die Felder brach. Für Landwirte spielt es eine wichtige Rolle, welche Jahreszeit gerade ist. Manchem kommt es so vor, als dauere der Winter ewig. Sind die Jahreszeiten unterschiedlich lang und wenn ja, warum? 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 ihre Ergebnisse mithilfe des Gravitationsgesetzes auch rechnerisch nach.
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Kraftstoß, Energie- und Impulserhaltung
Es ist immer wieder faszinierend, den Start einer Weltraumrakete zu beobachten. Aber auch andere Phänomene ziehen das Interesse auf sich. So bewegen sich im Weltraum mit hohen Geschwindigkeiten große Asteroiden, von denen wir hoffen, dass sie an der Erde vorbeifliegen. Der die Erde umgebende Weltraum wird permanent und lückenlos überwacht. Renommierte Wissenschaftler liebäugeln mit der Idee, einen Asteroiden mit schweren Gesteinsbrocken zu beschießen; denn jeder Zusammenstoß mit dem Asteroiden – und seien die stoßenden Massen noch so unterschiedlich groß – überträgt auf diesen einen Impuls, der zu einer – wenn auch minimalen, aber vielleicht doch entscheidenden – Kurskorrektur führt.
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Die Physik des Fadenpendels
Ein Foucault‘sches Pendel ist ein langes, sphärisches Pendel mit einer großen Pendelmasse, mit dessen Hilfe ohne Bezug auf Beobachtungen am Himmel die Erdrotation nachgewiesen werden kann. Es geht auf den französische Physiker Léon Foucault (1819–1868) zurück. In diesem Beitrag setzen sich Ihre Schüler mit den Gleichungen auseinander, die die Physik des Fadenpendels beschreiben. Sie lösen Übungsaufgaben, in denen sie die Gleichungen anwenden. So erarbeiten sie sich die Grundlagen, um zu verstehen, wie Foucault seinerzeit die Erdrotation gemessen hat.
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Schwimmende Körper
Wenn ein Körper in einer Flüssigkeit schwimmt, stehen seine Gewichtskraft und die in der Flüssigkeit wirkende Auftriebskraft im Kräftegleichgewicht. Von Archimedes haben wir gelernt, dass die Auftriebskraft der Gewichtskraft der durch den Körper verdrängten Flüssigkeit gleicht. In den Aufgaben dieses Beitrags studieren Ihre Schüler die Eintauchtiefe verschiedener schwimmender Körper. Wenn die Körper hohl sind, liefert ihr Schwimmen in einer Flüssigkeit bekannter Dichte ein Messverfahren für ihre „Wandstärke“.
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Der Generator und Energien der Zukunft
Wie gewinnt man aus alternativen Energien Strom? In diesem Beitrag führen Ihre Schüler Experimente durch und verstehen so, wie mit Generatoren bei Fotovoltaik, Wind- und Wasserkraft Strom gewonnen wird. Sie bewerten die erneuerbaren Energien im gesellschaftlichen Kontext. Eine Lernerfolgskontrolle rundet den Beitrag ab.
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Nichtlineare Widerstände
Viele elektronische Bauelemente haben eine nichtlineare I-U-Kennlinie. Dadurch wird die Berechnung von Strom und Spannung in Netzwerken mathematisch recht aufwändig. Mit einer grafischen Lösungsmethode können Sie solche Aufgaben dennoch im Schulunterricht behandeln. Neben dem Praxisbezug besticht der Beitrag also dadurch, dass die Schüler Verfahren, die sie aus der Mathematik kennen, auf einen Bereich übertragen, der ihnen in der Regel unbekannt sein dürfte, und so einüben.
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Kraft und Arbeit
Die Unterrichtsreihe zur Mechanik für die gymnasiale Unterstufe beschäftigt sich mit den Grundbegriffen der physikalischen Kraft und Arbeit. Mit einfach durchzuführenden Experimenten ermöglichen Sie Ihren Schülerinnen und Schülern eine eigenständige Erforschung des Themenkomplexes. Sie nutzen die abschließende Lernerfolgskontrolle als Zwischentrainer oder Klassenarbeit. Mit anschaulichen Unterrichtseinheiten ermöglichen Sie einen leicht verständlichen Einstieg in das Mathematisieren physikalischer Vorgänge.
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Mikrocontroller Arduino
Der interdisziplinäre Beitrag zur Wettermessung mithilfe des Mikrocontrollers Arduino handelt von der Programmierung von Sensoren mit dem Ziel eine Wetterstation zu bauen. In verschiedenen Phasen erkunden Sie mit Ihrer Klasse zunächst die Grundlagen zum Thema Wetter und den wichtigsten Wetterelementen. Durch Differenzierungsangebote und die Programmierung des Mikrocontrollers sensibilisieren Sie die Lernenden auf die wachsende Bedeutung von geregelten, technischen Prozessen. Mit abwechslungsreichen Methoden sorgen Sie für eine hohe Medienkompetenz Ihrer Klasse.
Gesamtwerk
Wurfbewegungen – Theorie, Übungsaufgaben und Test
Wurfbewegungen sind innerhalb der Mechanik sehr interessant und in ihrer Untersuchung anspruchsvoll, weil sie eine Kombination verschiedener Bewegungsarten darstellen. Dementsprechend verlangen sie an der einen oder anderen Stelle zu ihrer Beschreibung einen erhöhten mathematischen Aufwand, der sich allerdings durch vereinfachende Annahmen auch reduzieren lässt.
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Ein Spaziergang durch die Kernphysik – Atommodelle und Kernreaktionen
The Large Hadron Collider (LHC) ist der größte und leistungsstärkste Teilchenbeschleuniger der Welt. Er besteht aus einem 27 Kilometer langen Ring aus sehr guten Magneten und einer hohen Zahl von Beschleunigungsstrukturen, um die Teilchen auf Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen. In diesem Beitrag setzen sich Ihre Schüler mit Atommodellen, Zerfallsprozessen, Radioaktivität, Kernspaltung und Kernfusion auseinander und erwerben so die Grundlagen, um zu verstehen, welche Prozesse im Teilchenbeschleuniger ablaufen (die ggf. Teil eines weiteren Beitrags sind).
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Schall mit unterschiedlichen Wirkungen – Anwendungsbeispiel aus dem Themenbereich "Schwingungen und Wellen"
Die Unterrichtseinheit dient der Wiederholung und Vertiefung des Themas Schwingungen und Wellen. Da Anknüpfungspunkte zu den Fächern Musik, Biologie und auch Psychologie bestehen, eignet sich der Beitrag für den fachübergreifenden Unterricht. Auch im Rahmen einer Projektwoche bzw. in Vertretungsstunden lassen sich die Materialien gut einsetzen, ganz abgesehen von dem regulären Unterricht, den sie bereichern.
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Mondrover Lunochod
Ende 1970, nicht lange nach der Mondlandung der amerikanischen Astronauten, brachte die damalige Sowjetunion ein fahrbares Labor auf den Mond. Der ferngesteuerte Rover mit dem Namen Lunochod lieferte wichtige wissenschaftliche Erkenntnisse über den Mond, indem er das Mondgestein mithilfe der Röntgenfluoreszenzmethode analysierte. Als Wärmequelle für die empfindlichen Geräte im Rover diente eine Radionuklid-Heizung, die das Isotop Polonium-210 enthielt. Diese Themen bieten beste Möglichkeiten, Unterrichtsinhalte für die Abiturvorbereitungen zu vertiefen.
Gesamtwerk
Elektrische Felder und Kondensatoren
Kondensatoren findet man in vielen elektronischen Schaltungen. Dort speichern sie kleine Mengen Energie, sorgen für zeitlich verzögerte Signalweiterleitung, bestimmen die Frequenz von Schwingkreisen und filtern Gleichspannungsanteile aus überlagerten Gleich- und Wechselspannungen heraus. Rundfunk, Fernsehen, Mobilfunk, Computer, das Internet und vieles andere wären ohne Kondensatoren nicht möglich. Im ersten Teil dieses Beitrags wurden die physikalischen Grundlagen erläutert. Dieser zweite Teil widmet sich nun der technischen Anwendung.
Gesamtwerk
Elektromagnetische Induktion
In dieser Lerneinheit entwickeln Schülerinnen und Schüler ein Hamsterrad, das elektrische Spannung induziert. Hierbei wird Grundwissen der Elektrizitätslehre wiederholt, es werden experimentelle / planerische Kompetenzen gefördert und es wird zur Auseinandersetzung mit einem komplexen physikalischen Inhalt motiviert. Im Anschluss an die experimentelle Entwicklung des Generators und der Erarbeitung von Induktion durch ein magnetisches Wechselfeld, beurteilen die Schülerinnen und Schüler die Menge der durch diesen Generator bereitgestellten Energie hinsichtlich der titelgebenden Fragestellung: Reicht die Energiemenge aus, um ein Handy zu laden? Eine Lernerfolgskontrolle schließt die Unterrichtsreihe ab.
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Normales Wasser
Ob in der Sauna, beim Baden im Meer oder als Schnee und Eis im Winter: Wasser ist allgegenwärtig und scheint uns völlig vertraut und daher ganz normal zu sein. Doch wirft man einen zweiten, forschenden Blick auf diesen lebensnotwendigen Stoff, wird schnell klar, dass sich Wasser in seinen Eigenschaften von anderen Flüssigkeiten ganz erheblich unterscheidet. Von den überraschenden Konsequenzen, die daraus folgen, handelt dieser Beitrag.
Gesamtwerk
Messung der Induktivität einer Spule
Ihre Schüler lernen mit mathematischen Werkzeugen, wie quadratischen Gleichungen und Ableitungsregeln, physikalische Probleme zu lösen. Sie werden dazu angeregt, Neues zu erforschen, naturwissenschaftlich zu argumentieren und Lösungen zu interpretieren. Durch verschiedene Versuche, Mess- und Berechnungsverfahren wird die Induktivität von Spulen erforscht.
Gesamtwerk
Elektromagnetische Schwingungen und Wellen
Ihre Schüler lernen Analogien zwischen mechanischen und elektromagnetischen Schwingungen kennen und können so einen Einstieg in das Thema der elektromagnetischen Schwingungen und Wellen finden. Den Schülern werden physikalische Zusammenhänge in einfachen Schwingkreisen bewusst. Die Aufgaben fördern den Umgang mit physikalischen Formeln und regen ebenso zu eigenständigen Überlegungen an.
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