Lehrer Arbeitsblätter Sekundarstufe 2

Physik Arbeitsblätter zum downloaden, 41 Seiten (1,1 MB)
11.- 13. Schuljahr

In der Unterrichtseinheit werden den Schülerinnen und Schülern zentrale Elemente der Kernphysik anhand von Übungsaufgaben vermittelt.

Begleiten Sie Ihre Klasse auf dem Weg von den einfachen Grundlagen der Physik der Atomkerne hin zu weiterführenden Aspekten von Kernumwandlungen und radioaktiver Strahlung. Dabei kommen auch Problemstellungen wie die Anwendungen des Zerfallsgesetzes, einschließlich der damit verbundenen Thematik der Halbwertszeit, ausführlich zum Tragen. Am Ende der Einheit steht eine umfangreiche Lernerfolgskontrolle zur Verfügung.

Inhaltsverzeichnis:

• Hinweise
• Aufbau des Atomkerns
• Massendefekt und Kernbindungsenergie
• Kernreaktionsgleichungen
• Kernumwandlung – Kernspaltung – Kernfusion
• Strahlungsarten
• Nachweismethoden radioaktiver Strahlung
• Zerfallsgesetz – Halbwertszeit
• Halbwertsdicke
• Kernphysik querbeet – Testen Sie Ihr Wissen!
• Lösungen

Die Schülerinnen und Schüler lernen die Grundlagen der Kernphysik kennen und bearbeiten dazu eine Reihe von Übungsaufgaben.

Physik Arbeitsblätter zum downloaden, 21 Seiten (1,5 MB)
11.- 13. Schuljahr

Mit diesem Unterrichtsmaterial vermitteln Sie Ihren Schülerinnen und Schülern den Unterschied zwischen Schwingungen und Wellen. Die Einheit benötigt kaum Vorwissen und motiviert durch ihre klare Struktur, interaktive Simulationen und differenzierte Aufgaben. Die Lernenden schaffen sich damit ein tiefes Verständnis für Wellen, die Grundlage der Wellenoptik und Quantenmechanik.

Inhaltsverzeichnis:

• Hinweise
• Schwingende Teilchen
• Verbundene Teilchen I
• Verbundene Teilchen II
• Physikalische Wellen
• Transversalwellen
• Longitudinalwellen
• Aufgaben
• Lösungen

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11.- 12. Schuljahr

Mit Boomwhackers, Klangröhren aus der musikalischen Früherziehung, werden viele Jugendliche bereits Erfahrungen im Musikunterricht gemacht haben. In dieser Einheit hilft ihr Einsatz die stehende Welle und die Berechnung von Eigenfrequenzen bei stehenden Wellen zu erarbeiten. Daneben kommt die App Phyphox zum Einsatz und das Animationsprogramm PhET, um Messungen durchzuführen und die Thematik anschaulich zu erarbeiten.

KOMPETENZPROFIL:

• Klassenstufe: Sek. II
• Dauer: 6 Unterrichtsstunden (Minimalplan: 2)
• Kompetenzen:
  • 1. Entstehung stehender Wellen beschreiben können;
  • 2. Eigenfrequenzen berechnen können;
  • 3. Messung mit Phyphox durchführen;
  • 4. Versuchsdaten auswerten können;
  • 5. Proportionale Zusammenhänge beschreiben können
• Thematische Bereiche: Wellen und Schwingungen, Zusammenhang Wellenlänge und Frequenz, Interferenzphänomene
• Medien: Arbeitsblätter, Diagramme, digitales Endgerät (Smartphone oder Tablet), Internet, Boomwhackers 2 Sätze à 8 Röhren

Physik Arbeitsblätter zum downloaden
11.- 13. Schuljahr

Immer häufiger rücken Unzulänglichkeiten und Widersprüche zur Theorie der klassischen Atommodelle in das Bewusstsein der öffentlichen Diskussion. In populärwissenschaftlichen Medien werden diese Widersprüche häufig nur angeschnitten und ihre Konsequenz für die Physik nicht vollständig aufgeklärt. Mit diesen Materialien lernt Ihre Klasse einige wesentliche Versuche zum Nachweis von Quantenphänomenen kennen. Ihre Lernenden können damit ihr Verständnis vom Aufbau von Materie, insbesondere dem Atommodell und dem Welle-Teilchen-Dualismus, erweitern und erhalten einen Einblick in wesentliche Errungenschaften der Physik des letzten Jahrhunderts.

Inhaltsverzeichnis:

• Hinweise
• M1 Der Photoeffekt
• M2 Photonen
• M3 Der Compton-Effekt
• M4 Materiewellen
• M5 Interferenz
• M6 Spektren
• M7 Der Franck-Hertz-Versuch
• M8 Das Atommodell von Bohr
• M9 Kaleidoskop – Testen Sie Ihr Wissen
• Lösungen

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11.- 13. Schuljahr

Aufbauend auf dem bereits erschienenen Beitrag „Astronomische Entfernungsbestimmungen I – Sonnensystem“ werden für Ihre Klasse Methoden vorgestellt, um Entfernungen zu Objekten außerhalb unseres Sonnensystems zu bestimmen. Dabei wird auf die wichtigsten und zuverlässigsten Verfahren eingegangen. Außerdem finden Sie in diesem Beitrag eine Reihe von differenzierten Aufgaben, mit denen Ihre Lernenden das erworbene Wissen einüben können. Eine Klassenarbeit rundet das Material ab.

Inhaltsverzeichnis:

• Hinweise
• M1 Die jährliche trigonometrische Parallaxe
• M2 Entfernungsbestimmung über die Helligkeit der Sterne
• M3 Entfernungsbestimmung von Galaxien
• M4 Aufgaben
• M5 Klassenarbeit
• Lösungen

Physik Arbeitsblätter zum downloaden 39 Seiten (7,9 MB)
11.- 13. Schuljahr

In dieser Unterrichtseinheit lernen Ihre Schülerinnen und Schüler anhand von interaktiven Simulationen das Prinzip von Huygens kennen, identifizieren Beugung und Interferenz als Wellenphänomene und erklären Alltagsbeobachtungen und technische Geräte. Auf spielerische Art und Weise gehen sie unter anderem der Frage nach, warum man „um die Ecke“ hören, aber nicht sehen kann. Um das erlernte Wissen zu überprüfen, haben die Jugendlichen am Ende der Einheit die Möglichkeit, eine Lernerfolgskontrolle durchzuführen.

• Hinweise
• M1 Prinzip von Huygens
• M2 Hilfekarten zu M1, Aufgabe 2
• M3 Beugung
• M4 Interferenz nach dem Superpositionsprinzip
• M5 Konstruktive und destruktive Interferenz
• M6 Testen Sie Ihr Wissen!
• Lösungen

Physik Arbeitsblätter zum downloaden 39 Seiten (7,9 MB)
11.- 11. Schuljahr

Die sind meist versteckt am Straßenrand und machen teure Fotos von Verkehrsteilnehmern, die mit ihrem Fahrzeug zu schnell unterwegs sind – die Blitzer. Die Geschwindigkeitsüberwachung auf geschwindigkeitsbegrenzten Straßen mit Blitzern ist weltweit verbreitet. Aber wie ist so ein Blitzer aufgebaut? Und wie wird die Geschwindigkeit gemessen?

In dieser Unterrichtseinheit werden die geläufigsten Techniken zum Messen der Geschwindigkeit von Fahrzeugen vorgestellt und die entsprechenden physikalischen Grundlagen zu den Messtechniken erläutert.

• Klassenstufe: Sek. II
• Dauer: 6 Unterrichtsstunden (Minimalplan: 4)
• Kompetenzen: Verschiedene Blitzer-Messtechniken unterscheiden, Geschwindigkeiten auf Basis der Messtechniken berechnen, verschiedene Fälle des Doppler-Effekts erkennen und berechnen
• Thematische Bereiche: Doppler-Effekt, Geschwindigkeitsmessung, Blitzer, Wellen

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Unterrichsmaterial, 12.- 13. Klasse
29 Seiten (6,7 MB)

Doppelspaltversuche offenbaren Phänomene der Quantenphysik besonders deutlich, wenn die Strahlungsquelle so weit ausgedünnt wird, dass nur noch einzelne Teilchen nacheinander das Beugungsobjekt treffen. In diesem Beitrag lernen Ihre Schülerinnen und Schüler Doppelspaltversuche kennen, die mit einzelnen Photonen, Elektronen und Neutronen durchgeführt wurden, wobei sich der Wahrscheinlichkeitsbegriff als grundlegend bedeutend für die Interpretation der Ergebnisse erweisen wird.

• Klassenstufe: 12/13
• Dauer: 6–8 Unterrichtsstunden
• Kompetenzen: Textverständnis, Verknüpfung bekannter Inhalte mit neuen Fragestellungen, Herstellen von Analogien, Auswerten von Messergebnissen, Umstellen von Formeln, Berechnungen durchführen, Ergebnisse im Sachkontext interpretieren
• Thematische Bereiche: Doppelspaltversuch, Photonen, Materiewellen, statistische Deutung der Quantenphysik

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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 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.

• M 1 Die Gleichungen des Fadenpendels
• M 2 Aufgaben zum Fadenpendel
• Lösungen

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.

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

In dieser Unterrichtseinheit untersuchen Sie mit Ihren Schülerinnen und Schülern das Verhalten von geladenen Teilchen in elektrischen und homogenen Magnetfeldern. Diese Thematik ist für viele physikalische und chemische Anwendungen in Technik und Industrie von enormer Bedeutung. So verwendet man Teilchenbeschleuniger nicht nur zur Erforschung der Grundbausteine des Universums, sondern auch im Gesundheitswesen oder in der Energie- und Umwelttechnik.

Führen Sie die Lernenden zunächst durch einige Theoriekapitel, um ein Grundverständnis für elektrische und magnetische Felder zu bekommen. Anschließend haben Ihre Schülerinnen und Schüler die Möglichkeit, ihr Wissen anhand einer Reihe von Beispielaufgaben einzuüben und in einer Lernerfolgskontrolle zu testen.

• Hinweise
• Bewegung in homogenen elektrischen Feldern
• Beschleunigte Ladungsträger in Wissenschaft und Technik
• Bewegung in homogenen magnetischen Querfeldern
• Der Hall-Effekt
• Praktische Anwendungen
• Aufgaben
• Klassenarbeit
• Lösungen

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Unterrichsmaterial, 11.- 13. Klasse
59 Seiten (2,5 MB)

In dieser Unterrichtseinheit untersuchen Sie mit Ihren Schülerinnen und Schülern das Verhalten von geladenen Teilchen in elektrischen und homogenen Magnetfeldern. Diese Thematik ist für viele physikalische und chemische Anwendungen in Technik und Industrie von enormer Bedeutung. So verwendet man Teilchenbeschleuniger nicht nur zur Erforschung der Grundbausteine des Universums, sondern auch im Gesundheitswesen oder in der Energie- und Umwelttechnik.

Führen Sie die Lernenden zunächst durch einige Theoriekapitel, um ein Grundverständnis für elektrische und magnetische Felder zu bekommen. Anschließend haben Ihre Schülerinnen und Schüler die Möglichkeit, ihr Wissen anhand einer Reihe von Beispielaufgaben einzuüben und in einer Lernerfolgskontrolle zu testen.

• Hinweise
• Bewegung in homogenen elektrischen Feldern
• Beschleunigte Ladungsträger in Wissenschaft und Technik
• Bewegung in homogenen magnetischen Querfeldern
• Der Hall-Effekt
• Praktische Anwendungen
• Aufgaben
• Klassenarbeit
• Lösungen

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

Warum schwingt ein System aus Kondensator und Spule? Und was genau schwingt da eigentlich hin und her? In diesem Beitrag lernen die Schülerinnen und Schüler den idealen LC-Schwingkreis kennen und untersuchen seine ungedämpfte, harmonische Schwingung. Dabei skizzieren sie Spannungs-, Strom- und Energieverläufe. Schritt für Schritt leiten die Jugendlichen anschließend die Differentialgleichung der Ladung her und lösen sie innerhalb eines Gruppenpuzzles.

• Hinweise
• M1 Wiederholung: Kondensator und Spule
• M2 Idealer LC-Schwingkreis
• M3 Schwingungsgleichung aufstellen
• M4 Lösen der Schwingungsgleichung
• M5 Tippkarten
• Lösungen

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Unterrichsmaterial, 11.- 13. Klasse

Gegenstände in drei Dimensionen abbilden? Die Holographie macht es möglich. Doch neben diesem Einsatzgebiet besitzt die Holographie noch weitere spannende Anwendungsmöglichkeiten. Beispielsweise werden Hologramme genutzt, um Geldscheine fälschungssicher zu machen. Doch wie funktioniert eigentlich die Holographie? Wie ist sie entstanden? Und welche Besonderheiten gibt es? Antworten auf diese und weitere Fragen finden Ihre Schülerinnen und Schüler in diesem Beitrag.

• Klassenstufe: 11–13
• Dauer: 10 Unterrichtsstunden (Minimalplan: 5–6)
• Kompetenzen:
  • 1. Anwenden von physikalischen Denk- und Arbeitsweisen;
  • 2. Bearbeiten von physikalischen Aufgaben- und Problemstellungen
• Thematische Bereiche: Interferenz, Prinzip der Holographie, Kohärenz, Laser, virtuelle und reelle Abbildungen

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

Die verschiedenen Modelle zum Aufbau
der Atomkerne im Vergleich

Im Vergleich zur Atomhülle sind Aufbau und Funktion von Atomkernen wesentlich komplexer. Auf die im Inneren eines Atomkernes vorhandenen Bestandteile wirken die elektrostatische Coulombkraft und die starke und schwache Wechselwirkung, natürlich auch die Gravitationskraft. Eine bestätigte Theorie zur Beschreibung aller Wechselwirkungskräfte existiert bis heute nicht – vielmehr behilft man sich mit aufwendigen Modellen, von denen jedes einzelne für sich bestimmte Eigenschaften der Atomkerne gut beschreiben kann.

Kein Modell ist in der Lage, alle auftretenden Eigenschaften hinreichend genau zu beschreiben. Die gängigsten und hilfreichsten Modelle (wie etwa Tröpfchenmodell, Potentialtopfmodell und Schalenmodell) werden in diesem Beitrag hinsichtlich ihrer historischen Entwicklung und physikalischen Bedeutung vergleichend beschrieben und erläutert.

• Klassenstufe: Sek. II
• Dauer: 11 Unterrichtsstunden
• Kompetenzen: Texte erfassen, Probleme formulieren, Vermutungen äußern, Lösungen abschätzen, Ergebnisse reflektieren, physikalische Gesetzmäßigkeiten beschreiben und anwenden

Physik Arbeitsblätter zum downloaden
Unterrichsmaterial, 11.- 13. Klasse
19 Seiten (0,8 MB)

Elektronen besitzen sowohl einen Wellen- als auch einen Teilchencharakter. In diesem Beitrag beleuchten Sie mit Ihren Schülerinnen und Schülern zunächst die Experimente und Erkenntnisse von de Broglie, Davisson und Germer. Anschließend haben die Lernenden die Möglichkeit, ihr Wissen anhand von zahlreichen Übungsaufgaben zur Quantenphysik zu festigen. Der Beitrag schließt mit einem ausführlich gestalteten Lösungsteil. Tauchen Sie mit Ihrer Klasse in diese Materie ein und schwimmen Sie mit ihr auf der Welle des Lernerfolgs.

Die Schülerinnen und Schüler lernen:

die wesentlichen Erkenntnisse zur Thematik der Materiewellen kennen. Darüber hinaus erfahren die Lernenden den grundlegenden Aufbau und die Beobachtung des Experiments, welches die Existenz von Materiewellen bestätigte. Unterstützt werden diese Lerninhalte durch ...

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Unterrichsmaterial, 10.- 13. Klasse
43 Seiten (1,7 MB)

„Radfahren kann doch jeder!“ – doch wie funktioniert es eigentlich? Führen Sie Ihren Klassenausflug durch die Welt der Physik des Radfahrens fort und bringen Sie Ihren Schülerinnen und Schülern auch den zweiten Teil dieser Thematik näher. Die Lernenden gehen dabei unter anderem der Frage nach, welche Kräfte und Widerstände beim Radfahren auftreten. Außerdem wird die Kraftübertragung bei entsprechender Schaltung untersucht. Durch die Bearbeitung von umfangreichen Übungsaufgaben bewegen sich die Jugendlichen trittsicher und ...

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Unterrichsmaterial, 8.- 13. Klasse
41 Seiten (1,8 MB)

Radfahren kann doch jeder!“ – Doch wie funktioniert es eigentlich? Schwingen Sie sich aufs Rad und meistern Sie mit ihren Schülerinnen und Schülern die Tour durch die vielfältige Landschaft der Mechanik. Bringen Sie den Lernenden näher, warum und auf welche Art und Weise dieses alltägliche Gerät funktioniert. Im Zuge des Beitrags begegnen den Schülerinnen und Schülern intuitive und eingängliche Praxisbeispiele für Zentripetal-, Zentrifugal- und Reibungskräfte. Außerdem setzen die Jugendlichen im Laufe der Einheit mechanisch zentrale Begriffe wie Drehimpuls und Drehmoment in einen für das Radfahren relevanten Kontext. Durch zahlreiche zum Thema passende Übungsaufgaben lassen Sie die Lernenden kräftig in die Pedale treten, um sicher ans Ziel zu kommen.

• Hinweise
• M1 Historischer Überblick
• M2a Geschwindigkeit und Beschleunigung
• M2b Kreisbewegung, Zentripetalbeschleunigung und -kraft
• M2c Rotationsbewegungen und zugehörige Gleichungen
• ...
  
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Unterrichsmaterial, 10.- 13. Klasse

Ob in Wanduhren, bei Federpendeln oder einer Schaukel: Schwingungen besitzen eine zentrale Rolle im alltäglichen Geschehen. Neben ihren physikalischen Besonderheiten können Schwingungen auch mathematisch mit Differentialgleichungen beschrieben werden. In diesem Beitrag lernen die Schülerinnen und Schüler, wie man solche Gleichungen aufstellt und anschließend zielführend damit umgeht. Sie erhalten außerdem Einblick in den Zusammenhang zwischen harmonischen Schwingungen und Rückstellkräften. Schließlich erstellen die Lernenden eigenständig eine Animation zu einem Fa-denpendel, um ein tieferes Verständnis für die Thematik zu entwickeln.

• Hinweise
• M1 Grundlagen zu Rückstellkräften
• M2 Differentialgleichungen
• ...
  
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Unterrichsmaterial, 10.- 13. Schuljahr
33 Seiten (1,1 MB)

äufig werden wir mit Begriffen, die das Wort Atom enthalten, konfrontiert. Seien es atomare Vorgänge, atomare Bedrohung, atomare Abrüstung oder Wirkungen bis in das kleinste Atom. Dabei fehlt meist eine konkrete Vorstellung, worüber man im physikalischen Sinne spricht.

Dieser Beitrag beleuchtet die Entwicklung der verschiedenen Atommodelle aus unterschiedlichsten Epochen. Gehen Sie mit Ihrer Klasse auf Entdeckungstour und vermitteln Sie ihr ein breites, fundiertes Atomverständnis. Am Ende dieser auf selbstentdeckendem Lernen basierenden Einheit steht eine Lernerfolgskontrolle bereit, anhand derer die Schülerinnen und Schüler ihr Wissen testen können.

• Hinweise
• M1 Historische Entwicklung
• M2 Atommodell von Thomson
• M3 Erkenntnisse von Lenard und Rutherford
• ...
  
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Unterrichsmaterial, 10.- 11. Klasse
28 Seiten (8,1 MB)

• Klassenstufe: ab 10. Klasse
• Dauer: 10 Unterrichtsstunden (Minimalplan: 6)
• Kompetenzen:
  • 1. Allgemeiner Aufbau eines Atoms,
  • 2. Kenntnis der Elementarteilchen,
  • 3. Entdeckung der Radioaktivität,
  • 4. Strahlungsarten,
  • 5. Bewertung von kernphysikalischen Themen
• ...
  
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Unterrichsmaterial, 10.- 12. Klasse
28 Seiten (8,1 MB)

• Klassenstufe: 10.–12. Klasse (Qualifikationsphase)
• Dauer: 14 Unterrichtsstunden
• Kompetenzen: Wärmekapazität verstehen und erklären können, Experimente selbstständig durchführen, verschiedene Wärmekapazitäten unterscheiden, Funktionsweise der benötigten Messinstrumente verstehen
• Thematische Bereiche: Spezifische und molare Wärmekapazität, Wärmekapazität von Festkörpern, Flüssigkeiten und Gasen, Mischungstemperatur, Kalorimetrie, Druck, Volumen, Abhängigkeit von Freiheitsgraden

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

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.

• 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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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.

• 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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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.

• 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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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.

• 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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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.

• 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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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.

• 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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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.

• 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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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.

• 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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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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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.

• 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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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.

• 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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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.

• 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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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.

• 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

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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.

• 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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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.

• 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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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.

• 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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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.

• 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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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.

• 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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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.

• 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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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.

• 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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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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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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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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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.

• 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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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.

• 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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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.

• 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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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.

• 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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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.

• Klasse: 12 oder 13
• Dauer: 3–6 Stunden
• Ihr Plus:
• starker Anwendungsbezug
• hohe Aktualität
• Wiederholung wichtiger kernphysikalischer Themen
• Simulationsprogramm

• 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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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).

• 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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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.

• 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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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.

• 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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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?

• 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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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.

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.

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.

• 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.

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.

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

• Schwingungen
• Wellen
• Aufgaben
• Lösungen

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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

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.

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.

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.

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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.

• 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.

• 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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Unterrichsmaterial, 11.- 13. Klasse

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.

• 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.

• 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)