Biologie / Chemie / Physik - Lehrpläne

7.2 Mechanik
Zeitrichtwert: 25
Didaktisch-methodischer Kommentar
Kraft und Energie sind wichtige Begriffe zur Beschreibung mechanischer Phänomene.
Der Kraftbegriff, den die Schülerinnen und Schüler aus ihrer Lebenswelt mitbringen, weicht vom physikalischen Kraftbegriff erheblich ah.
Es hat sich gezeigt, dass solche, tief in Alltagserfahrungen verankerte Vorstellungen im Unterricht sehr schwierig zurecht zu rücken sind.
Dies muss bei der Erarbeitung des Kraftbegriffes beachtet werden.
Die Gewichtskraft wird als Sonderfall dargestellt und muss klar gegen die Masse abgegrenzt werden.
Die Beschreibung physikalischer Zusammenhänge durch mathematisch formulierte Gesetzmäßigkeiten sollte behutsam erfolgen, so dass
Formel und verbaler Ausdruck sich gegenseitig ergänzen. Die vorgegebenen Lerninhalte entsprechen zwar in ihrer Reihenfolge den
historischen Entwicklungsstufen (traditioneller Weg von der Kraft über die Arbeit zur Energie). Empirische Untersuchungen haben jedoch
gezeigt, dass dies kein einfacher Weg zum Energiebegriff ist. Auch Alltagsassoziationen zum Arbeitsbegriff können die
Erkenntnisgewinnung erschweren.
Durch Umstellung der Lerninhalte ist es der Lehrerin bzw. dem Lehrer freigestellt den Themenkreis mit dem Energiebegriff zu beginnen
(Alltagsvorstellungen aufgreifen und diese Schritt für Schritt ausschärfen). Es sollten im Unterricht auch nicht-mechanische Energieformen
behandelt werden, um eine Beschränkung des Begriffs auf die Mechanik zu verhindern. Die Formulierung "Energie ist die Fähigkeit,
Arbeit zu verrichten" sollte vermieden werden, da hier ein Begriff durch einen anderen erklärt wird. Vielmehr sollte man Energie als das
ansehen, das nötig ist, damit bestimmte Prozesse (auch Arbeiten) ablaufen können: "Energie ist nötig, wenn z.B. etwas in Bewegung
gesetzt, beschleunigt, hochgehoben, beleuchtet oder erwärmt werden soll".
Durch das Bereitstellen von Grundlagenwissen wird ermöglicht, dass sich die Schülerinnen und Schüler auch in anderen Fächern sinnvoll mit
Fragen zum Thema "Energie" auseinandersetzen können. So wird bereits in Klasse 7 ein erster Baustein für die verantwortungsbewusste
Mitgestaltung unserer Umwelt gelegt.
Mit dem Druck lernen die Schülerinnen und Schüler eine abgeleitete Größe kennen. Bei der Einführung des Begriffs sollte auf eine klare
Abgrenzung zur Alltagssprache -Unterscheidung zwischen Druck und Kraft- geachtet werden. Deshalb ist es sinnvoll, zunächst zwischen dem
Druck, der durch Kräfte in der Grenzfläche zwischen zwei Körpern erzeugt wird, und dem in Flüssigkeiten und Gasen zu
unterscheiden. Eine anschauliche Darstellung sowie die Druckdefinition p = F/A sollte dem Themenkreis vorangehen. Da sich die
Behandlung dieses Themenkreises auf eine qualitative Beschreibung beschränkt, kann auf den früher gebräuchlichen Begriff WICHTE
verzichtet werden.
Lerninhalte mit
Erläuterungen
Hinweise
Kraft , Masse und Dichte
- Kräfte und ihre Wirkungen
- Kraftmessung, Kraftpfeil
- Masse
Erarbeitung des Kraftbegriffs Messen der
Kraft mit dem Kraftmesser
Kraft als Beispiel für eine gerichtete Größe
Messen der Masse mit der Balkenwaage
Eichung einer Spiralfeder Festlegen
der Maßeinheit l N
Angriffspunkt, Richtung, Betrag
Ortsunabhängigkeit
Astronauten auf dem Mond
5 Std.
Arbeit, Energie und Leistung
- mechanische Arbeit als physikal.
Größe
- mechanische Energie und ihre
Formen
Leistung
Beschränkung auf Hubarbeit
Größengleichung W= F * s mit
Maßeinheit l Joule Aufzeigen an
einfachen Beispielen
Zusammenhang zw. Arbeit u. Energie
Einheit der Energie
Energieumwandlung
Definition einer abgeleiteten Größe
10 Std.
Abgrenzung gegenüber der Alltagssprache
Ramme, Wasserturbine
Crash-Test -> AU
umgangssprachlich: Energie-"Verbrauch"
z.B. Wasserkraftwerk Verantwortung des
Menschen Beschränkung auf Hubarbeiten
Projektvorschläge: - Fahrrad: Hebel, Wellrad, .Getriebe -> VK, Sport, Bio, außerschul. Partner
- Geschichtlicher Wandel der Produktion, Maschinen in der Antike -> Ge
- Schwerpunkt und Gleichgewicht, physikalisches Spielzeug
177