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Physik Unterrichtsmaterial. Lehrer Arbeitsblätter Quantenphysik (RAABE Fachverlag)
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Eine-Ladung-Systeme

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Unterrichsmaterial, 11.- 13. Klasse
25 Seiten (1,4 MB)

Um die Quantenphysik und darauf aufbauende Eigenschaften richtig verstehen und herleiten zu können, sind Eine-Ladung-Systeme wie Wasserstoff und einfach ionisiertes Helium von enormer Bedeutung. In diesem Beitrag lernen Ihre Schülerinnen und Schüler diese und weitere Systeme sowie damit einhergehend wichtige Formeln der Quantenphysik kennen. Das erlangte Verständnis wird anhand von entsprechenden Übungaufgaben gefestigt. Des Weiteren werden Darstellung und Anwendung von Energieschemata eingeführt und wichtige physikalische Rückschlüsse aus dem Spektrum des Wasserstoffs gezogen.

Die Schülerinnen und Schüler lernen:

dass das von einem Eine-Ladung-System abgestrahlte elektromagnetische Spektrum kein kontinuierliches Spektrum, sondern ein Linienspektrum darstellt. Dabei wird ein physikalisches Grundverständnis dafür gewonnen, weshalb ein Linienspektrum vorliegt und warum dieses einen „Fingerabdruck“ des Systems darstellt. Darüber hinaus lernen die Schülerinnen und Schüler physikalische Grundlagen kennen, welche es ihnen ermöglichen, Vorhersagen über das Spektrum eines Systems zu treffen.

Kompetenzprofil:
  • Inhalt: Kinetische und potenzielle (elektrische) Energie einer Ladung, Coulomb-Gesetz, Bohrsche Postulate für das Atommodell des Wasserstoffs, de Broglie-Gleichung für Materiewellen
  • Medien: Taschenrechner, Formelsammlung
  • Kompetenzen: Erklären von Phänomenen unter Nutzung bekannter physikalischer Modelle und Theorien, Erläutern von Gültigkeitsbereichen von Modellen und Theorien und Beschreiben von Aussage- und Vorhersagemöglichkeiten, Anwenden bekannter mathematischer Verfahren, Erklären der in erhobenen oder recherchierten Daten gefundenen Strukturen und Beziehungen mithilfe bekannter Modelle und Theorien
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Physik Unterrichtsmaterial. Lehrer Arbeitsblätter Magnetfelder im Detail (RAABE Fachverlag)
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Das Biot-Savart-Gesetz

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Unterrichsmaterial, 10.- 13. Klasse
21 Seiten (1,0 MB)

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.

Die Schülerinnen und Schüler lernen:

was man unter dem Begriff der magnetischen Flussdichte versteht und welche Besonderheiten in einem Magnetfeld hierbei vorhanden sind. Des Weiteren wird eine grundlegende Gleichung des Elektromagnetismus behandelt – das Biot-Savart-Gesetz. Hierbei erlernen die Schülerinnen und Schüler den theoretischen Hintergrund dieses Gesetzes und die Anwendung innerhalb von kontextbezogenen Aufgaben. Dadurch wird der Nutzen und die Wichtigkeit dieses Gesetzes hervorgehoben.

Kompetenzprofil:
  • Inhalt: Berechnung der magnetischen Flussdichte einer flachen Kreisspule und eines Helmholtz-Spulenpaares, Anwendung des Biot-Savart-Gesetzes unter Verwendung der Linearen Algebra
  • Medien: Programmierbarer Taschenrechner (CAS), Computer mit Berechnungssoftware
  • Kompetenzen: Erläutern von Gültigkeitsbereichen von Modellen und Theorien und Beschreiben von Aussage- und Vorhersagemöglichkeiten, Anwenden bekannter mathematischer Verfahren, Beurteilen der Eignung von physikalischen Modellen und Theorien für die Lösung von Problemen
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Physik Unterrichtsmaterial. Lehrer Arbeitsblätter Untersuchung von Gasspektren (RAABE Fachverlag)
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Elementar und verständlich

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Unterrichsmaterial, 11.- 13. Klasse
58 Seiten (9,8 MB)

Die spezielle Relativitätstheorie gehört zu den Inhalten des Physikunterrichts der Sekundarstufe II. Oft fällt es schwer, die Inhalte des Themas so weit zu reduzieren, dass alle Schülerinnen und Schüler die Möglichkeit haben, ihre Grundlagen komplett zu verstehen. Diese Unterrichtssequenz bietet hierfür eine streckenweise untypische Möglichkeit. Durch Erklärungen an Abbildungen und mithilfe von Textlücken sind die Grundgedanken der speziellen Relativitätstheorie gut nachvollziehbar. Es existieren viele mögliche Pfade für Sequenzen, je nachdem, wie tief man in das Thema eindringen möchte. Ferner kann eine Differenzierung zwischen Grund- und Leistungskursen gemacht werden.

KOMPETENZPROFIL:
  • Klassenstufe 11.–13. Klasse (Qualifikationsphase)
  • Dauer: 12 bis 18 Unterrichtsstunden
  • Kompetenzen: Modellieren von Raum und Zeit, Modelle inklusive ihrer Grenzen erkennen, Anwendung mathematischer Kompetenzen in der Physik, Verbindungen zwischen Geometrie, Algebra und Analysis schaffen
  • Thematische Bereiche: Relativität, Raum und Zeit, Kinetik, Äther, Galilei- und Lorentz-Transformation, relativistische Dynamik, Lorentz-Kontraktion, Zeitdilatation, Zwillingsparadoxon, Masse und Energie
  • Medien: Texte, Internet, CAS, GTR
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Physik Unterrichtsmaterial. Lehrer Arbeitsblätter Untersuchung von Gasspektren (RAABE Fachverlag)
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Die Balmer-Serie

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Unterrichsmaterial, 11.- 13. Klasse
45 Seiten (4,3 MB)

Wasserstoff ist das mit Abstand am häufigsten vorkommende Element im gesamten Universum. Sein Emissionsspektrum zeigt einige diskrete Linien im sichtbaren Bereich, für die Johann Jakob Balmer eine einfache Formel für die Berechnung der Wellenlängen herleiten konnte. Es zeigte sich schnell, dass die Untersuchung von Linienspektren einen wichtigen Baustein zum Verständnis des Aufbaus der Materie darstellt. Aber wie kann man diese diskreten Wellenlängen bestimmen? In diesem Beitrag finden Sie Aufgaben zum verwendeten, relativ einfachen Versuchsaufbau und zu den physikalischen Grundlagen einer zu dieser Fragestellung passenden Messung. Den Schwerpunkt bildet eine umfangreiche Sammlung von Fotos anhand derer Ihre Schülerinnen und Schüler die Bestimmung und die Auswertung der Wellenlängen der Balmer-Serie üben können.

Inhaltsverzeichnis:
  • Hinweise
  • M 1 Die subjektive Methode – Das Experiment
  • M 2 Kleinwinkelnäherung
  • M 3 Bestimmung der Wellenlängen der Balmer-Serie
  • M 4 Ermittlung des Abstands zwischen Gitter und Skala
  • M 5a–M 8b Bildmaterial zum Wasserstoffspektrum
  • M 9 Versuch mit kleinerer Gitterkonstanten
  • M 10a Direktvergleich der Aufnahmen – Variante 1
  • M 10b Direktvergleich der Aufnahmen – Variante 2
  • Lösungen
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Physik Unterrichtsmaterial. Lehrer Arbeitsblätter Physik des Atomkerns (RAABE Fachverlag)
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Teilchenbeschleuniger

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Unterrichsmaterial, 11.- 13. Klasse
31 Seiten (0,9 MB)

In dieser Unterrichtseinheit lernen Ihre Schülerinnen und Schüler grundlegende Konzepte verschiedener Teilchenbeschleuniger, wie Driftröhren-Linearbeschleuniger, klassisches Zyklotron, relativistisches Zyklotron, Synchrotron, Speicherringe und Collider, kennen. Zahlreiche Computersimulationen und Lernvideos ermöglichen einen anschaulichen, motivierenden und schüleraktivierenden Zugang zu den einzelnen Themen.

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.

Inhaltsverzeichnis:
  • Hinweise 1 M 1 Ein Linearbeschleuniger für Protonen 4 M 2 Linearbeschleuniger in der Medizin 6 M 3 Ein Zyklotron für Schulversuche 8 M 4 Das Synchro-Zyklotron 10 M 5 Synchro-Zyklotron – LEK 12 M 6 Das Synchrotron 14 M 7 Collider und Speicherringe 16 Lösungen
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Physik Unterrichtsmaterial. Lehrer Arbeitsblätter Physik: Aufgaben zur Gravitation (RAABE Fachverlag)
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Wenn der Mond nicht um die Erde kreisen würde

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Unterrichsmaterial, 10.- 13. Klasse
13 Seiten (0,6 MB)

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?

Die Schüler:innen lernen:

Mittels verschiedener Aufgaben und des Gravitationsgesetzes von Isaac Newton wird die Frage beantwortet, was passieren würde, wenn der Mond nicht mehr um die Erde kreisen würde. Dabei wird zunächst das Gravitationsgesetz mit den dazugehörigen Gleichungen eingeführt. Dieses wird durch die oben beschriebene Problematik angewendet. Dies ermöglicht den Schüler:innen die Aufgaben selbstständig zu lösen. Zudem erhalten die Schüler:innen durch eine ausführliche Lösung die Möglichkeit, die eigenen Berechnung zu überprüfen.

Kompetenzprofil:
  • Inhalt: Gravitationsgesetz, gravitative Feldstärke (Fallbeschleunigung), beschleunigte Bewegung, „freier“ Fall
  • Medien: Taschenrechner, Formelsammlung
  • Kompetenzen: Anwenden bekannter mathematischer Verfahren auf physikalische Sachverhalte, physikalisches Modellieren von Phänomenen mithilfe mathematischer Darstellungen
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Physik Unterrichtsmaterial. Lehrer Arbeitsblätter Physik: Kreisbewegungen - Stationenlernen (RAABE Fachverlag)
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Lernen an Stationen

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Unterrichsmaterial, 10.- 13. Klasse
33 Seiten (2,2 MB)

Große Teilchenbeschleuniger wie der LHC am CERN faszinieren durch ihre gigantischen Ausmaße und die verheißungsvolle Forschung, die an ihnen betrieben wird. Auf der Suche nach neuen Elementarteilchen, aber auch für Materialforschung und Medizin, werden schnelle Teilchen benötigt. Neben dem Zyklotron behandelt dieser Beitrag das Synchrotron sowie die Anwendung in Forschung und Technik.

KOMPETENZPROFIL:
  • Klassenstufe: 11/12
  • Dauer: 4 Unterrichtsstunden (Minimalplan 2)
  • Kompetenzen:
    • 1. Modellieren und mathematisieren;
    • 2. Chancen und Risiken diskutieren;
    • 3. Erkenntnisse dokumentieren und präsentieren
  • Thematische Bereiche: Bewegung geladener Teilchen in homogenen elektrischen und magnetischen Feldern, Anwendung von Teilchenbeschleunigern in Forschung und Technik, Relativistik
  • Medien: Grafiken, Mediathek, Taschenrechner, Simulation, Film
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Physik Unterrichtsmaterial. Lehrer Arbeitsblätter Physik der flitzenden Teilchen (RAABE Fachverlag)
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Das Zyklotron und andere Beschleuniger

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Unterrichsmaterial, 11.- 12. Klasse
16 Seiten (2,9 MB)

Große Teilchenbeschleuniger wie der LHC am CERN faszinieren durch ihre gigantischen Ausmaße und die verheißungsvolle Forschung, die an ihnen betrieben wird. Auf der Suche nach neuen Elementarteilchen, aber auch für Materialforschung und Medizin, werden schnelle Teilchen benötigt. Neben dem Zyklotron behandelt dieser Beitrag das Synchrotron sowie die Anwendung in Forschung und Technik.

KOMPETENZPROFIL:
  • Klassenstufe: 11/12
  • Dauer: 4 Unterrichtsstunden (Minimalplan 2)
  • Kompetenzen:
    • 1. Modellieren und mathematisieren;
    • 2. Chancen und Risiken diskutieren;
    • 3. Erkenntnisse dokumentieren und präsentieren
  • Thematische Bereiche: Bewegung geladener Teilchen in homogenen elektrischen und magnetischen Feldern, Anwendung von Teilchenbeschleunigern in Forschung und Technik, Relativistik
  • Medien: Grafiken, Mediathek, Taschenrechner, Simulation, Film
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Physik Unterrichtsmaterial. Lehrer Arbeitsblätter Das elektrische Wechselfeld eines rotierenden Dipols - Übungsaufgaben (RAABE Fachverlag)
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Länge, Ladung und Rotationsgeschwi-ndigkeit des rotierenden Dipols ermitteln

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Unterrichsmaterial, 11.- 13. Klasse
29 Seiten (1,2 MB)

Elektrische Dipole spielen in der Technik (Funk, Fernsehen etc.) eine entscheidende Rolle. Der rotierende elektrische Dipol sendet ein elektrisches Feldstärke-Signal aus, das periodisch schwankt. Länge, Ladung und Rotationsgeschwindigkeit des Dipols werden ermittelt und der zeitliche Verlauf des Signals mithilfe der Methoden der Vektorgeometrie beschrieben. Die Übungsaufgaben vertiefen das erworbene Wissen.

Die Schüler lernen: den periodisch wiederkehrenden zeitlichen Verlauf des elektrischen Feldstärke-Signals eines rotierenden elektrischen Dipols mit einfachen Hilfsmitteln aus der Vektorgeometrie zu berechnen. Sie gewinnen dabei das Verständnis für die „Form“ dieses Signals und seine Abhängigkeit von charakteristischen Größen des Dipols wie Länge, Ladung und Rotationsgeschwindigkeit.

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Physik Unterrichtsmaterial. Lehrer Arbeitsblätter Materiewellen (RAABE Fachverlag)
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Ein wichtiges Modell der Quantenphysik

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Unterrichsmaterial, 11.- 13. Klasse
29 Seiten (1,2 MB)

Materiewellen gehören zu den faszinierendsten Phänomenen der modernen Physik. Die Unterrichtseinheit thematisiert verschiedene Experimente, welche die Hypothese des theoretischen Physikers Louis de Broglie eindrucksvoll bestätigen. Neben dem Doppelspaltversuch von Jönsson, der inzwischen Eingang in die Oberstufen-Lehrpläne gefunden hat, werden weniger bekannte, aber hochinteressante Beugungsversuche mit langsamen Neutronen vorgestellt. Somit ergeben sich für den Unterricht im Grund- und Leistungskurs vielfältige Möglichkeiten, das Thema kontextorientiert und differenziert zu bearbeiten.

Inhaltsverzeichnis:
  • Hinweise
  • Frischen Sie Ihr Wissen auf! – Wissensspeicher
  • Doppelspaltversuch mit Elektronen
  • Neutronen als Materiewelle
  • Doppelspaltversuch mit Neutronen
  • Neutronenbeugung am Kristallpulver I
  • Neutronenbeugung am Kristallpulver II – LEK
  • Lösungen

Die Schüler lernen: den Doppelspaltversuch für Elektronen sowie für Neutronen kennen und erfahren, dass die Behauptung de Broglies bzgl. der Existenz von Materiewellen nicht nur für Elektronen, sondern auch für elektrisch neutrale und schwere Teilchen (Neutronen) experimentell bestätigt werden kann. Des Weiteren werden Inhalte des bekannten Versuchs mit der Elektronenbeugungsröhre auf Experimente zur Beugung von langsamen Neutronen an Kristallpulvern übertragen. Aufgrund des extrem niedrigen Neutronenflusses bei diesen Experimenten erkennen Ihre Schüler, dass Interferenz offenbar nicht vom gleichzeitigen Eintreffen vieler Teilchen an den beugenden Strukturen abhängt und daher eine Wahrscheinlichkeitsinterpretation der Vorgänge ein gutes Erklärungsmodell darstellt.

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Physik Unterrichtsmaterial. Lehrer Arbeitsblätter Betrachtungen im Sonnensystem (RAABE Fachverlag)
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Astronomische Berechnungen ausführen

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Unterrichsmaterial, 10.- 13. Klasse
21 Seiten (0,8 MB)

ach einer eher kurz gehaltenen Besprechung der ersten historischen Atommodelle sollte das Ziel der Unterrichtseinheit sein, die Lernenden über den Weg des Bohr’schen Atommodelles mit der mathematisch geprägten Denkweise der Quantenphysik vertraut zu machen. Klassische Abläufe mit fest vorgegebenen Teilchenbahnen und entsprechenden Bewegungsgleichungen stellen sich in der Größenordnung von Quantenobjekten – wie etwa Elektronen – als unbrauchbar heraus. An ihre Stelle treten Berechnungen zu Aufenthaltswahrscheinlichkeiten, die den Zustand des Quantensystems mit den Methoden der Wahrscheinlichkeitsrechnung beschreiben.

Mit Modellen wie dem in einem linearen Potentialtopf eingesperrten Elektron können mit aus der Wellenlehre bekannten Gesetzmäßigkeiten die Aufenthaltsmöglichkeiten des Elektrons für unterschiedliche Bedingungen abgeleitet werden. Mit der Erweiterung des Potentialtopfmodelles auf den dreidimensionalen Potentialtopf wird dieses Modell zum Wegbereiter für die quantenphysikalische Beschreibung des Wasserstoffatoms, wo nun auch der bisher vernachlässigte Einfluss des Kernprotons miteinbezogen wird.

KOMPETENZPROFIL:
  • Klassenstufe: 11/12
  • Dauer: 16 Unterrichtsstunden
  • Kompetenzen: Texte erfassen, Probleme formulieren, Vermutungen äußern, Lösungen abschätzen, Ergebnisse reflektieren, physikalische Gesetzmäßigkeiten anwenden und umformen
  • Thematische Bereiche: Elektronen im linearen und dreidimensionalen Potentialtopf, Aufenthaltswahrscheinlichkeiten, Quantenphysik der Atomhülle
  • Medien: Arbeitsblätter, Grafiken und Diagramme, Internet, Taschenrechner

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Physik Unterrichtsmaterial. Lehrer Arbeitsblätter Atommodelle - Atomphysik und Kernphysik (RAABE Fachverlag)
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Von der Antike bis zur Quantenphysik der Atomhülle

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Unterrichsmaterial, 11.- 12. Klasse
42 Seiten (4,9 MB)

ach einer eher kurz gehaltenen Besprechung der ersten historischen Atommodelle sollte das Ziel der Unterrichtseinheit sein, die Lernenden über den Weg des Bohr’schen Atommodelles mit der mathematisch geprägten Denkweise der Quantenphysik vertraut zu machen. Klassische Abläufe mit fest vorgegebenen Teilchenbahnen und entsprechenden Bewegungsgleichungen stellen sich in der Größenordnung von Quantenobjekten – wie etwa Elektronen – als unbrauchbar heraus. An ihre Stelle treten Berechnungen zu Aufenthaltswahrscheinlichkeiten, die den Zustand des Quantensystems mit den Methoden der Wahrscheinlichkeitsrechnung beschreiben.

Mit Modellen wie dem in einem linearen Potentialtopf eingesperrten Elektron können mit aus der Wellenlehre bekannten Gesetzmäßigkeiten die Aufenthaltsmöglichkeiten des Elektrons für unterschiedliche Bedingungen abgeleitet werden. Mit der Erweiterung des Potentialtopfmodelles auf den dreidimensionalen Potentialtopf wird dieses Modell zum Wegbereiter für die quantenphysikalische Beschreibung des Wasserstoffatoms, wo nun auch der bisher vernachlässigte Einfluss des Kernprotons miteinbezogen wird.

KOMPETENZPROFIL:
  • Klassenstufe: 11/12
  • Dauer: 16 Unterrichtsstunden
  • Kompetenzen: Texte erfassen, Probleme formulieren, Vermutungen äußern, Lösungen abschätzen, Ergebnisse reflektieren, physikalische Gesetzmäßigkeiten anwenden und umformen
  • Thematische Bereiche: Elektronen im linearen und dreidimensionalen Potentialtopf, Aufenthaltswahrscheinlichkeiten, Quantenphysik der Atomhülle
  • Medien: Arbeitsblätter, Grafiken und Diagramme, Internet, Taschenrechner

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Physik Unterrichtsmaterial. Lehrer Arbeitsblätter Physik - Mechanik: Gravitation (RAABE Fachverlag)
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Von Jules Verne bis zur Satellitenflugbahn

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Unterrichsmaterial, 10.- 12. Klasse
34 Seiten (10,1 MB)

In der Unterrichtseinheit werden den Schülerinnen und Schülern ausgehend von der fantastischen Utopie eines Mondflugs bei Jules Verne die physikalischen Grundlagen des Starts und der Flugbahn eines Projektils nahegebracht, um dann Bahnen von erdnahen Satelliten und Raketen der Apollo-Missionen zu berechnen.

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KOMPETENZPROFIL:
  • Klassenstufe: 10–12
  • Dauer: 8 Unterrichtsstunden
  • Kompetenzen:
    • 1. Modellieren und Mathematisieren;
    • 2. Erkennen von Zusammenhängen und kritisches Überprüfen von Berechnungen;
    • 3. Diskutieren von Aussagen und Vergleichen mit Berechnungen
  • Thematische Bereiche: Gravitation, SI-Einheiten, Geschwindigkeit und Beschleunigung, Kreisbewegung, Raketen, Satelliten


Physik Unterrichtsmaterial. Lehrer Arbeitsblätter Ist der Sommer länger als der Winter? (RAABE Fachverlag)
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Gravitationskonstante, Zentripetalkraft und Kepler'sche Gesetze

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Unterrichsmaterial, 11.- 13. Klasse
29 Seiten (1,3 MB)

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.

Inhaltsverzeichnis:
  • Hinweise
  • M 1 Das heliozentrische Weltbild
  • M 2 Die elliptischen Bahnen (Kepler, Newton)
  • M 3 Zur Definition der Ellipse
  • M 4 Die Ellipse des Gärtners
  • M 5 Die verschiedenen Geschwindigkeiten der Erde
  • M 6 Die Länge des Sommer- bzw. Winterbogens
  • M 7 Die Schiefe der Ekliptik

Die Schüler lernen:

Ihre Schüler lernen die Ellipse als mögliche Planetenbahn kennen und führen grundlegende Berechnungen zur Geometrie der Ellipse aus. Ausgehend vom bekannten Newton’schen Gravitationsgesetz und den Gesetzen der Kreisbewegung erkunden Ihre Schüler die Bewegung unserer Erde auf ihrer elliptischen Umlaufbahn. Dabei wird der sichere Umgang mit mathematischen Gleichungen und der Potenzschreibweise großer Zahlen geübt.

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Physik Unterrichtsmaterial. Lehrer Arbeitsblätter Physik: Kraftstoß, Energie- und Impulserhaltung (RAABE Fachverlag)
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Die Erhaltungssätze der
Mechanik in Übungen festigen

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Unterrichsmaterial, 11.- 13. Klasse
23 Seiten (0,5 MB)

Es ist immer wieder faszinierend, den Start einer Weltraumrakete zu beobachten. Tausende von Zuschauern lassen sich dieses Ereignis nicht entgehen, um es als Augenzeugen oder auf den Displays von Computern oder Fernsehbildschirmen zu verfolgen. 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.

Inhaltsverzeichnis:
  • Hinweise
  • M 1 Überlegungen und Experimente
  • M 2 Einfache Berechnungen
  • M 3 Der Formelapparat
  • M 4 Zentrale Stöße in der Kernphysik
  • M 5 Sammelsurium – Testen Sie Ihr Wissen!
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Physik Unterrichtsmaterial. Lehrer Arbeitsblätter Beugung am Doppelspalt - Welle oder Teilchen? (RAABE Fachverlag)
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Quantenphysik

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Unterrichsmaterial, 11.- 12. Klasse

Photonen, Elektronen und andere Objekte der Mikrophysik scheinen sich wie klassische Teilchen zu verhalten. Gleichzeit weisen dieselben Teilchen aber auch Welleneigenschaften auf, wenn sie etwa durch einen Doppelspalt hindurchtreten. An diesem berühmten Experiment erläutert dieser Oberstufenbeitrag, auf welche unvorstellbare Weise es die moderne Physik schafft, das widersprüchliche Rätsel des Welle-Teilchen-Dualismus zu lösen.

Das Thema Beugung wird im Rahmen der Wellenoptik in nahezu allen Lehrplänen der Sek.-II-Stufe angesprochen. Dies trifft auch für die Quantenobjekte zu.

KOMPETENZPROFIL:
  • Klassenstufe: 11–12
  • Dauer: 14 Unterrichtsstunden
  • Kompetenzen: Wissen erwerben und anwenden, modellieren und mathematisieren, Grenzen physikalischer Modelle an Beispielen erläutern, Erkenntnisse verbalisieren
  • Thematische Bereiche: Wellenoptik, Quantenphysik, Elementarteilchen, Beugung, Interferenz, Einzel- und Doppelspalt, Welle-Teilchen-Dualismus, Materiewellen, Beugung von einzelnen Photonen und Elektronen
  • Zusatzmaterial: Lernerfolgskontrolle
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Physik Unterrichtsmaterial. Lehrer Arbeitsblätter Kernphysik am CERN (RAABE Fachverlag)
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Tests auf Abiturniveau

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Unterrichsmaterial, 11.- 13. Klasse
20 Seiten (3,0 MB)

Das Kernforschungszentrum der Europäischen Organisation für Kernforschung CERN in Genf übt mit dem größten Beschleunigerring der Welt nicht nur auf Wissenschaftler, sondern auch auf Schülerinnen und Schüler eine große Faszination aus. Hier werden zwei Klausuren auf Abiturniveau vorgestellt, deren Aufgaben sich mit verschiedenen Experimenten des Kernforschungszentrums beschäftigen.

KOMPETENZPROFIL:
  • Klassenstufe: 12–13
  • Dauer: 8 Unterrichtsstunden
  • Kompetenzen: Physikalische Vorgänge und technische Geräte beschreiben, physikalische Arbeitsweisen reflektieren, funktionale Zusammenhänge zwischen physikalischen Größen verbal beschreiben und physikalische Formeln erläutern, Mathematisieren von Problemstellungen
  • Thematische Bereiche: Elektrodynamik, Teilchenbeschleuniger, Zyklotron, Standardmodell der Elementarteilchenphysik, Relativitätstheorie, Relativistische Masse, Zeitdilatation, Längenkontraktion

Die hier vorgestellten Klausuren auf Abiturniveau prüfen Kenntnisse über den Aufbau und die Funktionsweise von Zyklotrons, Teilchenphysik und Relativitätstheorie.

Bei der Beschreibung des Zyklotrons werden die Herleitung der Zyklotronfrequenz in der klassischen Betrachtungsweise und eine qualitative Aussage über die Anpassung der Zyklotronfrequenz bei der Berücksichtigung relativistischer Effekte erwartet. In der Teilchenphysik wird das Standardmodell der Materie mit allen Materie- und Austauschteilchen vorausgesetzt. Teilchenumwandlungen sollen als Gleichungen dargestellt werden. Im Bereich der Relativitätstheorie werden die quantitative Beschreibung von Zeitdilatation und Längenkontraktion und die Berechnung der relativistischen Masse verlangt.

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Physik Unterrichtsmaterial. Lehrer Arbeitsblätter Eine Einführung in die Atomphysik (RAABE Fachverlag)
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Grundlegende Versuche, die zu unserer heutigen Vorstellung des Atoms führten

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Unterrichsmaterial, 11.- 13. Klasse
25 Seiten (0,7 MB)

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.

Inhaltsverzeichnis:
  • M1 Geschichtliches zur Atomphysik
  • M2 Versuch zur Abschätzung des Atomdurchmessers
  • M3 Das Rutherford‘sche Streuexperiment
  • M4 Das Kern-Hülle-Modell
  • M5 Aufgaben
  • M6 Sind Sie fit? – Testen Sie Ihr Wissen!
  • Hinweise und Lösungen

Die Schüler lernen:

Der vorliegende Beitrag kann entweder von Schülern zum Selbststudium verwendet werden oder dient als Material für Lehrer, um in das Thema Atomphysik einzuführen. Der Ölfleckversuch kann im Unterricht präsentiert werden. Ebenso ist denkbar, dass Ihre Schüler diesen Versuch als Demonstrationsexperiment unter Ihrer Anleitung der Klasse präsentieren. Eine ganze Reihe von Aufgaben dienen dazu, das erworbene Wissen zu testen, bzw. die Klassenarbeit am Schluss des Beitrags als (mögliches) Beispiel, das Wissen abzuprüfen.

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Physik Unterrichtsmaterial. Lehrer Arbeitsblätter Der Millikan-Versuch (RAABE Fachverlag)
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Elektrizitätslehre und Magnetismus

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Unterrichsmaterial, 11.- 12. Klasse

Alle in der Natur vorkommenden elektrischen Ladungen sind Vielfache einer allerkleinsten Ladungsmenge. Diese Erkenntnis sowie die quantitative Bestimmung dieser Elementarladung durch Robert Millikan Anfang des letzten Jahrhunderts waren entscheidend für die Entwicklung der modernen Physik. In der Schule spielt der Millikan-Versuch daher zu Recht eine wichtige Rolle. Im Physikunterricht ist das Experiment aber oft gar nicht oder nur mit großem Zeitaufwand durchzuführen. Computersimulationen bieten eine gute Alternative und ermöglichen einen stark schüleraktivierenden Zugang zum Thema.

KOMPETENZPROFIL:
  • Klassenstufe: 11–13
  • Dauer: 4–11 Unterrichtsstunden
  • Kompetenzen: Einordnung des Themas in einen wissenschaftshistorischen Kontext, Bekanntes Wissen in neue Kontexte einbinden, Experimente beschreiben und analysieren, Daten aufnehmen und auswerten, Umgang mit Tabellenkalkulationsprogrammen
  • Thematische Bereiche: Wirkung von Kräften, Bewegung von Körpern in einem Medium, Millikan-Versuch in verschiedenen Varianten, Computersimulationen, Auswertung und Interpretation von Messdaten
  • Medien: Computersimulationen, Taschenrechner, Originaltexte
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Physik Unterrichtsmaterial. Lehrer Arbeitsblätter Der Millikan-Versuch (RAABE Fachverlag)
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Elektrizitätslehre und Magnetismus

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Alle in der Natur vorkommenden elektrischen Ladungen sind Vielfache einer allerkleinsten Ladungsmenge. Diese Erkenntnis sowie die quantitative Bestimmung dieser Elementarladung durch Robert Millikan Anfang des letzten Jahrhunderts waren entscheidend für die Entwicklung der modernen Physik. In der Schule spielt der Millikan-Versuch daher zu Recht eine wichtige Rolle. Im Physikunterricht ist das Experiment aber oft gar nicht oder nur mit großem Zeitaufwand durchzuführen. Computersimulationen bieten eine gute Alternative und ermöglichen einen stark schüleraktivierenden Zugang zum Thema.

KOMPETENZPROFIL:
  • Klassenstufe: 11–13
  • Dauer: 4–11 Unterrichtsstunden
  • Kompetenzen: Einordnung des Themas in einen wissenschaftshistorischen Kontext, Bekanntes Wissen in neue Kontexte einbinden, Experimente beschreiben und analysieren, Daten aufnehmen und auswerten, Umgang mit Tabellenkalkulationsprogrammen
  • Thematische Bereiche: Wirkung von Kräften, Bewegung von Körpern in einem Medium, Millikan-Versuch in verschiedenen Varianten, Computersimulationen, Auswertung und Interpretation von Messdaten
  • Medien: Computersimulationen, Taschenrechner, Originaltexte
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Physik Unterrichtsmaterial. Lehrer Arbeitsblätter Nichtlineare Widerstände – Aufgaben (RAABE Fachverlag)
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Physik in der Oberstufe

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Unterrichsmaterial, 10.- 11. Klasse

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.

Lernziele:

Mithilfe des Maschensatzes und einer grafischen Lösungsmethode können die Schüler den Strom und die Spannungen in einer Reihenschaltung von linearem und nichtlinearem Widerstand ermitteln. Sie wiederholen so den Umgang mit den Begriffen Strom, Spannung und Widerstand, die für die Elektrizitätslehre von grundlegender Bedeutung sind.

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Physik Unterrichtsmaterial. Lehrer Arbeitsblätter Die Physik des Fadenpendels (RAABE Fachverlag)
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Schwingungslehre

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Unterrichsmaterial, 10.- 11. Klasse
15 Seiten (0,5 MB)

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 französischen Physiker Léon Foucault (1819–1868) zurück. In dieser Unterrichtseinheit 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.

Lernziele:

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 zumindest Aufgaben aus dem Mechanik-Bereich „Schwingungen“ in der Abiturprüfung zu meistern.

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Physik Unterrichtsmaterial. Lehrer Arbeitsblätter Schwimmende Körper - das Newton-Verfahren verstehen (RAABE Fachverlag)
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Physik für die Abiturvorbereitung in der SEK II

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Unterrichsmaterial, 10.- 12. Klasse
19 Seiten (0,6 MB)

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 dieser Unterrichtseinheit 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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Physik Unterrichtsmaterial. Lehrer Arbeitsblätter Mondrover Lunochod (RAABE Fachverlag)
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Atomphysik und Kernphysik auf dem Mond

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Unterrichsmaterial, 12.- 13. Klasse
14 Seiten (2,4 MB)

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 Radionuklid­Heizung, die das Isotop Polonium­210 enthielt. Diese Themen bieten beste Möglichkeiten, Unterrichtsinhalte für die Abiturvorbereitungen zu vertiefen.

KOMPETENZPROFIL:
  • Klassenstufe/Lernjahr: 12/13
  • Dauer: 4–6 Unterrichtsstunden
  • Kompetenzen: Sachtexte sinnentnehmend lesen, Beschreibung physikalischer Vorgänge und technischer Geräte, Umgang mit SI­Einheiten, Chancen und Risiken von Strahlung bewerten
  • Thematische Bereiche: Raumfahrt, Mondmissionen, Anregung von Atomen, radioaktiver Zerfall, Massenzahl, Isotope, Halbwertszeit, Aktivität, Zerfallsgesetz, Röntgenstrahlung, Spektroskopie, Zählrohre
  • Medien: Arbeitsblätter, Internet, Taschenrechner, Diagramme
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Physik Unterrichtsmaterial. Lehrer Arbeitsblätter Schall mit unterschiedlichen Wirkungen (RAABE Fachverlag)
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Anwendungsbeispiel aus dem Themenbereich "Schwingungen und Wellen"

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Unterrichsmaterial, 10.- 13. Klasse

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.

Inhaltsverzeichnis:
  • Hinweise
  • M 1 Grundphänomene der Akustik – frischen Sie Ihr Wissen auf!
  • M 2 Mechanische Schwingungen und Wellen – Wiederholung
  • M 3 Schön oder scheußlich? – Beschreiben Sie!
  • M 4 Interview (Thema Lärmbelastung) – Daten sammeln
  • M 5 Lärmschutz – die empfangene Schallintensität verringern
  • M 6 Musikinstrumente und die Tonleiter
  • M 7 Wir bauen eine Querflöte (für die C-Dur-Tonleiter)
  • M 8 Bau des menschlichen Ohrs
  • M 9 Das menschliche Ohr und das Hören
  • M 10 Raumakustik – Brechung, Beugung und Reflexion
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Physik Unterrichtsmaterial. Lehrer Arbeitsblätter Mechanik: Wurfbewegungen (RAABE Fachverlag)
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Theorie, Übungsaufgaben und Test

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Unterrichsmaterial, 10.- 13. Klasse

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.

Der Beitrag ist für Schüler zum Selbststudium gedacht oder auch als Hilfe zur Vorbereitung auf eine Klassenarbeit. Am Anfang steht der „waagerechte Wurf“, der noch relativ einfach zu erfassen ist, während anschließend auch der sogenannte „schiefe Wurf“ behandelt wird. Nach dem Theorieteil findet sich eine Fülle von Aufgaben zum Einüben des besprochenen Stoffs. Am Ende des Beitrags steht eine Klassenarbeit, welche dem Testen des Erlernten dient.

Inhaltsverzeichnis:
  • M 1 Theorie: Der waagerechte Wurf
  • M 2 Theorie: Der schiefe Wurf
  • M 3 Aufgaben zum waagerechten Wurf
  • M 4 Aufgaben zum waagerechten Wurf
  • M 5 Aufgaben zum schiefen Wurf
  • M 6 Sind Sie fit? – Testen Sie Ihr Wissen!
  • M 7 Sind Sie fit? – Testen Sie Ihr Wissen!
  • Hinweise und Lösungen
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Physik Unterrichtsmaterial. Lehrer Arbeitsblätter Elektrische Felder und Kondensatoren (RAABE Fachverlag)
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Elektrizitätslehre und Magnetismus

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Unterrichsmaterial, 12.- 13. Klasse
28 Seiten (8,5 MB)

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 Wechsel-spannungen 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.

KOMPETENZPROFIL
  • Klassenstufe:* 12
  • Dauer: 4–8 Unterrichtsstunden
  • Kompetenzen:
    • 1. Physikalische Zusammenhänge erkennen
    • 2. einfache elektronische Schaltung verstehen; * 3. Messdaten erheben
    • 4. mathematische Beschreibungen finden
    • 5. Daten auswerten
  • Medien:* Arbeitsblätter, Mediathek, Tabellenkalkulationsprogramm
  • Thematische Bereiche: elektrostatische Kräfte, elektrische Felder, elektronische Schaltungen, Energiespeicherung im Kondensator, Hochspannung
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Physik Unterrichtsmaterial. Lehrer Arbeitsblätter Hungrig nach Energie - Raumsonden in den Tiefen des Weltalls (RAABE Fachverlag)
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Plutonium oder Sonne – das ist hier die Frage.

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Unterrichsmaterial, 12.- 13. Klasse

Eine herbe Enttäuschung – Philae, die Landeeinheit der Raumsonde Rosetta, setzt am 12. November 2014 auf dem Kometen „Tschuri“ auf und muss bereits nach 60 Stunden ihren Betrieb einstellen, weil die Solarzellen die Batterien nicht aufladen können. Philae ist im Schatten eines großen Felsens gelandet. Anders die Raumsonde Cassini – sie stillt ihren Energiehunger aus einer Radionuklidbatterie und sendet seit vielen Jahren wichtige Daten vom Saturn.

Für Ihre Schüler liefern diese Themen beste Möglichkeiten, Unterrichtsinhalte der Kernphysik und der Elektrizitätslehre zu wiederholen, wobei die Aufgaben in einem interessanten und motivierenden Anwendungsbezug erscheinen.

Kompetenzen:
  • Klasse: 12 oder 13
  • Dauer: 3–6 Stunden
  • Ihr Plus:
  • starker Anwendungsbezug
  • hohe Aktualität
  • Wiederholung wichtiger kernphysikalischer Themen
  • Simulationsprogramm
Inhalt:
  • Alphazerfall, Tunneleffekt
  • Funktionsweise einer Radionuklidbatterie
  • Bindungsenergien in der Kernphysik
  • Fusion in der Sonne
  • Energie im elektrostatischen Radialfeld
  • Bewegung von geladenen Teilchen in Magnetfeldern
  • Effizienz von Solarzellen
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Physik Unterrichtsmaterial. Lehrer Arbeitsblätter Ein Spaziergang durch die Kernphysik (RAABE Fachverlag)
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Atommodelle und Kernreaktionen

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Unterrichsmaterial, 10.- 13. Klasse

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).

Inhaltsverzeichnis:
  • M 1 Ausschnitt aus der Nuklidkarte (Teil 1 und 2)
  • M 2 Atommodelle und Kernreaktionen
  • M 3 Atommodelle und Kernreaktionen
  • M 4 Atommodelle und Kernreaktionen
  • M 5 Sind Sie fit? – Testen Sie Ihr Wissen!
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Physik Unterrichtsmaterial. Lehrer Arbeitsblätter Die Physik einer Loopingbahn untersuchen - Oberstufe (Niveau) (RAABE Fachverlag)
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Spannende Mechanik

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Unterrichsmaterial, 10.- 11. Klasse

Warum sind Loopings in Achterbahnen niemals kreisförmig konstruiert? Welche Beschleunigungen wirken auf den Fahrgast, wenn er einen Looping durchfährt? Wann fällt man aus einem Looping heraus?

Fragen wie diese beantworten Ihre Schüler selbstständig. Eine Computersimulation gestattet darüber hinaus einen besonders anschaulichen und schüleraktivierenden Zugang zu diesem spannenden Thema.

Inhaltsverzeichnis:
  • Hinweise
  • M 1 Die Physik einer Loopingbahn untersuchen
  • M 2 Die mathematische Form einer Loopingbahn
  • M 3 Ideen zur Loopingbahn – Bewegungsgrößen berechnen
  • M 4 Rückenschmerzen und Schleudertrauma garantiert
  • M 5 Wann fällt man raus? – Die Mindestgeschwindigkeit angeben
  • M 6 Tippkarten

Die Schüler lernen:

Die Schüler erkennen, dass man Achterbahnen unter physikalischen Gesichtspunkten konstruieren muss, um die Gesundheit des Fahrgastes nicht zu gefährden.

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Physik Unterrichtsmaterial. Lehrer Arbeitsblätter Thermodynamik: Teilchenstrahlen in Gasen (RAABE Fachverlag)
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Die kinetische Theorie der Wärme

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Unterrichsmaterial, 11.- 12. Klasse
8 Seiten (0,5 MB)

Eine Nebelkammer ist meist mit einem übersättigten Luft-Alkohol-Gemisch gefüllt. Wenn ein energiereiches, geladenes Teilchen das Gas durchquert, erzeugt es durch Stoßionisation zahlreiche Ionen, die einzeln als Kondensationskerne für die Bildung feinster Tröpfchen verantwortlich sind. In ihrer Gesamtheit bilden sie eine sichtbare Spur, einen Kondensstreifen.

KOMPETENZPROFIL:
  • Klassenstufe/Lernjahr: 11 (G8), 12 (G9)
  • Dauer: 2 Unterrichtsstunden
  • Kompetenzen:
    • 1. reproduzieren
    • 2. Lösungen berechnen
    • 3. argumentieren und diskutieren
  • Thematische Bereiche: Kinetische Theorie der Wärme, Absorption in der Physik, Lösung einer einfachen Differenzialgleichung, Wahrscheinlichkeit, allgemeine Gasgleichung, Stoßquerschnitt, exponentielles Wachstum, Absorptionskoeffizient, mittlere freie Weglänge von Teilchen

Das vorgelegte Thema gehört sicherlich nicht zu den Pflichtinhalten in der Vorbereitung auf das zentrale schriftliche Abitur in Physik. Es hat aber durchaus seinen Platz in den Additiva und hat seinen eigenen Reiz. Stellvertretend für die verschiedenen Bundesländer kann Folgendes festgestellt werden: Der Hamburger „Bildungsplan gymnasiale Oberstufe“ ist beispielsweise ein Rahmenplan, der viele Freiräume für inhaltliche Gestaltung zulässt. Er kennt „verbindliche Inhalte“ und in der „Abitur-Richtlinie (2018)“ ergänzende Sachgebiete, denen das vorliegende Thema zugeordnet werden kann. Dagegen ist der Bayerische „Lehrplan Physik“ stark inhaltlich ausgerichtet. Er kennt jedoch zahlreiche „Lehrplanalternativen“, z. B. Medizinphysik oder Astrophysik, in denen sich das hier angesprochene Thema wiederfinden lässt.

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Physik Unterrichtsmaterial. Lehrer Arbeitsblätter Elektrische Felder und Kondensatoren – Teil 1 (RAABE Fachverlag)
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Elektrizitätslehre und Magnetismus

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Unterrichsmaterial, 12.- 13. Klasse

Das Thema ist Bestandteil des Lehrplans der Klasse 12 am Gymnasium. Deshalb werden hier auch mathematische Argumentationen aus der Differenzial- und Integralrechnung verwendet. Prinzipiell könnte bei Überspringen einiger Herleitungen dieses Thema auch schon früher eingeführt werden. Ansonsten sind mathematische Kenntnisse zu folgenden Themen erforderlich: Umgang mit Gleichungen, Quadratzahlen und Wurzeln, Logarithmus und Exponentialfunktion.

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. Wodurch kommen die Effekte zustande, die die Kondensatoren in der Elektronik bewirken? Was sind die physikalischen Grundlagen?

KOMPETENZPROFIL:
  • Klassenstufe/Lernjahr: 12 (G9)
  • Dauer: 10 Unterrichtsstunden
  • Kompetenzen:
    • 1. Physikalische Zusammenhänge erkennen
    • 2. einfache elektronische Schaltung verstehen
    • 3. Messdaten erheben
    • 4. mathematische Beschreibungen finden
    • 5. Daten auswerten
  • Thematische Bereiche: elektrostatische Kräfte, elektrische Felder, Energiespeicherung im Kondensator
  • Medien: Texte, Bilder, Videos, Audio
  • Zusatzmaterialien: 2 Excel-Dateien und eine Audio-Datei zur elektrostatischen Auf- und Endladung
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Fächerübergreifende Lehrer Arbeitsblätter Bewegte Ladungen in elektrischen und magnetischen Feldern - ein Stationenzirkel mit Computereinsatz
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Physik Oberstufe. Arbeitsblätter zum downloaden ...
Arbeitsblätter & Materialien für den Physikunterricht Sek. 2

Im Mittelpunkt des Beitrages stehen in erster Linie die elektophysiologischen Prozesse bei der Erregungsweiterleitung. Fadenstrahlrohr, Elektronenmikro-
skop, 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.

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 Lehrer Arbeitsblätter. Physik Oberstufe Das Atommodell von Bohr
(Raabe Fachverlag. RaaBits Arbeitsblätter Oberstufe)
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Unterrichtseinheit Physik Oberstufe. Arbeitsblätter 11./12. Schuljahr
Arbeitsblätter & Materialien für den Physikunterricht Sek. 2

Mit dem von Niels Bohr entwickelten Atommodell wurde das Zeitalter der Quantenphysik eingeläutet. Bringen Sie Ihren Lernenden nahe, wie Bohr teilweise mit den Gesetzen der klassischen Mechanik bricht, indem er für Elektronen fest definierte Bahnen postuliert, bei denen diese nur einen sprunghaften Wechsel zwischen den Bahnen vollziehen können. Zeigen Sie Ihren Lernenden anhand des bohrschen Atommodells den Prozess der physikalischen Erkenntnisgewinnung auf. Verdeutlichen Sie ihnen auch die Problematik von Modellvorstellungen. Dazu beschäftigen sich Ihre Schülerinnen und Schüler zunächst grundsätzlich mit Modellen und ihren Grenzen sowie mit Atommodellen, die bereits vor dem bohrschen Modell entwickelt wurden. Als ein wichtiger Beleg dafür, dass in Atomen diskrete Energieniveaus bestehen, setzen sich Ihre Lernenden auch mit dem Franck-Hertz-Versuch auseinander. Mit dem Beitrag erhalten Sie eine ausführliche Anleitung zur Durchführung und Auswertung des Franck-Hertz-Versuchs.

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 Lehrer Arbeitsblätter. Physik Oberstufe Kopiervorlagen Astrophysik und astronomische Beobachtungen
(Arbeitsblätter Biologie zum sofortigen Download )
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Physik Unterrichtsmaterial / Kopiervorlagen Astrophysik
Unterrichtseinheit Physik Oberstufe. Arbeitsblätter 8.-11. Schuljahr
Arbeitsblätter & Materialien für den Physikunterricht Sek. 1/2

Die modernen Kopiervorlagen bieten Arbeitsblätter mit Aufgaben, Beobachtungen und Experimenten und unterstützen so einen handlungsorientierten und schüleraktiven Physik-Unterricht. Die Arbeitsblätter können zur Neuerarbeitung, Wiederholung, Systematisierung und Leistungsermittlung eingesetzt werden.

Inhalt:
  • Geschichte der Astronomie
  • Orientierung am Sternhimmel
  • Das Planetensystem
  • Der Erdmond
  • Kleinkörper im Planetensystem
  • Raumfahrt
  • Die Sonne
  • Die Sterne
  • Großräumige Strukturen im All

Vor jedem Experiment sind mögliche Gefahrenquellen zu besprechen.

Die Gefahrstoffe sind durch die entsprechenden Symbole gekennzeichnet.

Experimente werden nur nach Anweisung des Lehrers durchgeführt.

Solche mit Gefahrstoffen dürfen nur unter Aufsicht durchgeführt werden.

Beim Experimentieren sind die Richtlinien zur Sicherheit im naturwissenschaftlichen Unterricht einzuhalten.

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 Lehrer Arbeitsblätter. Physik Oberstufe Experimente mit dem Gummiband - stehende Wellen untersuchen
(Arbeitsblätter Biologie zum sofortigen Download )
  Physik Unterrichtsmaterial Oberstufe

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Unterrichtseinheit Physik Oberstufe. Arbeitsblätter 10.-11. Schuljahr
Arbeitsblätter & Materialien für den Physikunterricht Sek. 1/2

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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 Lehrer Arbeitsblätter. Physik Oberstufe Schwingungen und Wellen
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Arbeitsblätter & Materialien für den Einsatz im Unterricht

Ein guter Einstieg in Wellen und Schwingungen durch erläuternde Texte, Formeln und Skizzen sowie Aufgaben und Lösungen.

Inhalt:
  • Schwingungen
  • Wellen
  • Aufgaben
  • Lösungen




 Lehrer Arbeitsblätter. Physik Oberstufe Es gibt kein Zurück - Wärme und Entropie verstehen mit 1 Farbfolie
  Physik Unterrichtsmaterial Oberstufe

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Arbeitsblätter & Materialien für den Einsatz im Unterricht

Lässt sich Wärmeenergie nutzbar machen? Dieser Frage gehen Ihre Schüler unter anderem nach: Ein Stirlingmotor wird auf eine Tasse mit heißem Kaffee aufgesetzt und der Propeller des Motors dreht sich. Des Weiteren nutzen Ihre Schüler bei einem Thermogenerator Temperaturdifferenzen zur Stromerzeugung. Und ein hüpfender Ball? Hier finden ebenfalls Energieumwandlungen statt: Lage- wird in Bewegungsenergie und schließlich in Wärme umgewandelt. Dieser Prozess ist jedoch irreversibel – die Entropie nimmt zu. Was ist Entropie eigentlich? Klären Sie auch diese Frage mithilfe von anschaulichen Beispielen aus dem Alltag.




 Lehrer Arbeitsblätter. Physik Oberstufe Die Newton'schen Axiome mit einer Farbfolie
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Arbeitsblätter & Materialien für den Einsatz im Unterricht /Physik Sekundarstufe II

Welche Rolle spielen Impuls und Trägheit beim Fußball und beim Dosenwerfen? Was passiert, physikalisch gesehen, wenn jemand auf einer Banane ausrutscht? Und wie verhält es sich mit dem Gesamtimpuls vor und nach einem Auffahrunfall? Vermitteln Sie Ihren Lernenden alltagsnah die Newton’schen Axiome. Bauen Sie dazu mit ihnen eine Styroporschleuder, führen Sie spannende Experimente durch und untersuchen Sie die Newton’schen Gesetze anhand eines Polizeiberichts. Mit dem Beitrag erhalten Sie zahlreiche Schülerversuche, eine Bauanleitung für eine Styroporschleuder, ein Kreuzworträtsel und eine Farbfolie.



 Lehrer Arbeitsblätter. Physik Oberstufe Schrödingers Atommodell - Grundlagen der Quantenphysik
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Arbeitsblätter & Materialien für den Einsatz im Unterricht /Physik Sekundarstufe II

Immer wieder hat man die Vorhersagen der Quantenphysik experimentell bestätigt. Zum Beispiel gelang es 1993 Wissenschaftlern einer IBM-Forschungsgruppe, mithilfe einer Ras-terkraftmikroskops die wellenartige Aufenthaltswahrscheinlichkeit der Oberflächenelektronen in einem Kreis aus 50 Eisenatomen aufzunehmen, die mit dem Rasterkraftmikroskop in diese Form geordnet worden waren. Erklären Sie Ihren Schülern, wie man die experimentellen Befunde mithilfe der Quantenphysik deutet.



 Lehrer Arbeitsblätter. Physik Oberstufe Das Michelson-Morley-Experiment
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Arbeitsblätter & Materialien für den Einsatz im Unterricht /Physik Sekundarstufe II

Mit dem Michelson-Morley-Experiment sollte die Existenz des Äthers – eines hypothetischen Mediums, in dem sich Lichtwellen ausbreiten – nachgewiesen werden. Alle Versuche, den Äther nachzuweisen, scheiterten jedoch, sodass die Physiker die Idee eines Äthers wieder verwarfen. Den negativen Ausgang des Michelson-Morley-Experiments kann man mithilfe der speziellen Relativitätstheorie von Albert Einstein erklären.



 Lehrer Arbeitsblätter. Physik Oberstufe Spreepark Berlin - die Physik einer Loopingbahn untersuchen
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Warum sind Loopings in Achterbahnen niemals kreisförmig konstruiert? Welche Beschleunigungen wirken auf den Fahrgast, wenn er einen Looping durchfährt? Wann fällt man aus einem Looping heraus? Diese Fragen beantworten Ihre Schüler selbstständig. Eine Computersimulation gestattet darüber hinaus einen besonders anschaulichen und schüleraktivierenden Zugang zu diesem spannenden Thema.




 Lehrer Arbeitsblätter. Physik Oberstufe Radioaktivität im Alltag - Messungen mit dem Geiger-Müller-Zählrohr
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Radioaktivität ist allgegenwärtig, aber unsichtbar. Man kann sie nicht spüren, empfindet sie aber als unheimlich und bedrohend – manchmal auch als faszinierend. Begeben Sie sich mit Ihren Schülern auf die Spur der natürlichen Radioaktivität in der Umwelt.




 Lehrer Arbeitsblätter. Physik Oberstufe Der Fotoeffekt - seine Bedeutung für die Beschreibung des Lichts
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Was ist das Licht? Diese einfache Frage lässt sich nur schwer beantworten. Bekannte Wissenschaftler, wie Isaac Newton (1643-1727), James Clerk Maxwell (1831-1879), Albert Einstein (1879-1955) oder Richard Feynman (1918-1988), haben sich mit ihr auseinandergesetzt. Vermitteln Sie Ihren Schülern die wesentlichen Erkenntnisse dieser Herren




 Lehrer Arbeitsblätter. Physik Oberstufe Dunkle Materie - ein Klebstoff für Galaxien
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Die “dunkle Materie” stellt eines der großen Rätsel der modernen Astrophysik dar. Dieser Beitrag beschreibt, wie Sie sich diesem spannenden Thema in Klasse 10/11 nähern.

Drei Computersimulationen bieten einen besonders handlungsorientierten und anschaulichen Zugang zu den grundlegenden Ideen dieser Theorie.




 Lehrer Arbeitsblätter. Physik Oberstufe Die Strahlungsgesetze - Beginn einer neuen Ära
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In der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts erforschten die Physiker intensiv die Hohlraumstrahlung. Im Jahre 1900 gelang es Max Planck (1858-1947), die empirisch gefundenen Ergebnisse auch theoretisch zu interpretieren. Dazu führte er das Planck’sche Wirkungsquantum h ein. Seine Herleitung des Planck’sches Strahlungsgesetzes gilt als Geburtsstunde der Quantenphysik. Leiten Sie daraus weitere Strahlungsgesetze ab: das Rayleigh-Jeans-Gesetz, das Wien’sches Strahlungsgesetz, das Stefan-Boltzmann-Gesetz, das Wien’sches Verschiebungsgesetz und das Kirchhoff’sche Gesetz.



 Lehrer Arbeitsblätter. Physik Oberstufe Das Zeigermodell - Grundlagen und Rechenbeispiele
  Physik Unterrichtsmaterial Oberstufe

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Interferenzphänomene spielen in vielen Bereichen der Physik (z. B. Akustik, Optik, Quantenphysik) und Technik eine wichtige Rolle. Die Superposition von Wellen lässt sich besonders einfach und anschaulich im sogenannten Zeigermodell beschreiben und berechnen. Durch grafische Vektoraddition ist es sogar möglich, komplexe Superpositionsprobleme ohne mathematisches Rüstzeug zu lösen.




Physik Klausuren Oberstufe

Physik Unterrichtsmaterial. Lehrer Arbeitsblätter Mechanische Schwingungen (RAABE Fachverlag)
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Übungsaufgaben mit Lösungen

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Unterrichsmaterial, 10.- 13. Klasse

Schwingungen spielen eine zentrale Rolle, nicht nur in der Physik und Technik. Sie bilden auch das Fundament, um Wellenausbreitungen (zeitliche und räumliche Schwingungen) verstehen zu können. Die Schüler wiederholen die wichtigsten Begriffe der Schwingungslehre. Es werden die ungedämpften und die gedämpften Schwingungen kurz dargestellt, bevor die Lernenden Übungsaufgaben zu diesem Themenbereich bearbeiten.

Inhaltsverzeichnis:
  • Hinweise
  • M 1 Der harmonische Oszillator
  • M 2 Aufgaben zum Federpendel
  • M 3 Aufgaben zum Drehpendel
  • M 4 Aufgaben zum physikalischen Pendel
  • M 5 Aufgaben zum mathematischen Pendel
  • M 6 Gedämpfte Schwingungen – Grundlagen
  • M 7 Aufgaben zu gedämpften Schwingungen
  • M 8 Vermischte Aufgaben
  • Lösungen

Die Schüler lernen: die wichtigsten Begriffe der Schwingungslehre kennen. Es werden die ungedämpften und die gedämpften Schwingungen kurz wiederholt, bevor Ihre Schüler Übungsaufgaben zu diesem Themenbereich bearbeiten.

Kompetenzprofil:
  • Inhalt: Ungedämpfte und gedämpfte Schwingungen
  • Medien: GTR/CAS, GeoGebra
  • Kompetenzen: Über Basiswissen verfügen (F1), Probleme lösen (F3), Wissen kontextbezogen anwenden (F4), Modellvorstellungen verwenden (E3), Formeln anwenden (E4), recherchieren (K3)
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Physik Unterrichtsmaterial. Lehrer Arbeitsblätter Abiturtraining Physik: Röntgenstrahlung (RAABE Fachverlag)
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Entstehung und Eigenschaften von Röntgenstrahlung und deren experimentelle Ermittlung

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Wie entsteht Röntgenstrahlung, welche Eigenschaften hat sie und wie lassen sich diese experimentell ermitteln? Fragen dieser Art werden im Rahmen des Physikunterrichts im Grund- wie im Leistungskurs behandelt und haben eine hohe Relevanz für die Abiturprüfung.

Diese Unterrichtseinheit stellt Materialien zur Verfügung, die für die Wiederholung des Themenbereichs Röntgenstrahlung und die Vorbereitung auf das Abitur bestens geeignet sind.

Inhaltsverzeichnis:
  • M 1 Röntgenstrahlung – Entstehung und Analyse
  • M 2 Das Röntgenspektrum
  • M 3 Absorption von Röntgenstrahlung
  • M 4 Abstand schützt
  • M 5 Die Röntgenfluoreszenzanalyse
  • Lösungen

Die Schüler lernen: den Themenbereich „Röntgenstrahlung“ zu beherrschen und sich auf Prüfungen wie Klausuren oder das Abitur vorzubereiten.

Kompetenzprofil:
  • Inhalt: Röntgenstrahlung, spektrale Energieverteilung, Absorptionsgesetz, Abstandsgesetz, Röntgenfluoreszenz
  • Medien: Taschenrechner, Tabellenkalkulation, Internetrecherche
  • Kompetenzen: Über Basiswissen verfügen (F1); Probleme lösen (F3); Wissen kontextbezogen anwenden (F4); Phänomene beschreiben (E1); Formeln anwenden (E4); Idealisierungen vornehmen (E5); Daten auswerten (E9)
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Physik Unterrichtsmaterial. Lehrer Arbeitsblätter Magnetfelder, magnetische Feldstärke und Flussdichte (RAABE Fachverlag)
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Modelle für den Magnetismus

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Unterrichsmaterial, 10.-13. Schuljahr
27 Seiten (2,1 MB)

Die Schülerinnen und Schüler lernen die verschiedenen Arten von Magnetfeldern sowie die Modellvorstellungen kennen, die uns helfen den Magnetismus, für den wir keinen menschlichen Sinn besitzen, zu verstehen. Dauermagnete, das Magnetfeld eines stromdurchflossenen Leiters und schließlich auch einer stromdurchflossenen Spule werden ausführlich behandelt. All diese Erscheinungsformen des Magnetismus haben die gleiche Ursache. Die Lernenden erfahren, wie man – aufgrund der Kraftwirkung auf stromdurchflossene Leiter – eine Möglichkeit gefunden hat, die Stärke des Magnetfelds auch formelmäßig zu beschreiben. Am Schluss des Beitrags steht eine Reihe von Aufgaben mit entsprechenden Lösungen, um den gelernten Stoff zu vertiefen.

Inhalt:
  • Hinweise
  • M 1 Magnetfelder von Dauermagneten
  • M 2 Magnetfelder von stromdurchflossenen Leitern
  • M 3 Kraftwirkung auf stromdurchflossene Leiter im Magnetfeld
  • M 4 Die magnetische Feldstärke
  • M 5 Magnetische Flussdichte in einer lang gestreckten Spule
  • M 6 Aufgaben
  • Lösungen

Die Schüler lernen: den Magnetismus in seinen auf den ersten Blick verschiedenen Formen seines Auftretens anhand von Modellvorstellungen zu verstehen und zu beschreiben. Ihre Schüler lernen auch, wie man die Stärke eines Magnetfelds berechnen kann. Durch eine Reihe von Aufgaben können Ihre Schüler den erarbeiteten Stoff vertiefen und festigen.

Kompetenzprofil:
  • Inhalt: Verschiedene Formen des Magnetismus, Kraftwirkung auf stromdurchflossene Leiter im Magnetfeld, der Begriff der magnetischen Flussdichte, Übungsaufgaben
  • Medien: GTR/CAS, physikalische Formelsammlung
  • Kompetenzen: Probleme lösen (F3); Wissen kontextbezogen anwenden (F4); Formeln anwenden (E4)
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