Vorschlag für ein Schulcurriculum

Vorschlag für ein Schulcurriculum
am Lehrwerk Physik 9/10
Mecklenburg-Vorpommern · Gymnasium
Klassenstufe 9/10
Lehrbuch 978-3-8355-3241-0
Arbeitsheft 978-3-8355-3258-8
Lehrermaterial 978-3-8355-3242-7
Physik 9/10 | Mecklenburg-Vorpommern Gymnasium (P957387)
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Der nachfolgende Vorschlag für einen schulinternen Lehrplan geht vom Lehrplan
(Erprobungsfassung 2011) und von der Rahmenstundentafel aus. Danach stehen
für das naturwissenschaftliche Aufgabenfeld der Klassenstufen 7-9 insgesamt
zehn Wochenstunden zur Verfügung. Hinzu kommen 5 Wochenstunden für die
Jahrgangsstufe 10. Wir gehen davon aus, dass für den Physikunterricht in den
Jahrgangsstufe 9 und 10 insgesamt 3 Wochenstunden zur Verfügung stehen. Bei
30 Unterrichtswochen ergeben sich damit 90 Stunden Unterricht in den Klassen 9
und 10.
Ansonsten hängt die Stundenzahl von den schulspezifischen Festlegungen ab.
Das gilt auch für die Abfolge der im Lehrplan ausgewiesenen Themenfelder. Die
vorgeschlagenen Stundenzahlen für die Themenfelder und die größeren
Abschnitte können deshalb nur eine grobe Orientierung sein. Sie müssen in
Abhängigkeit von den schulspezifischen Festlegungen präzisiert werden.
Die verwendeten Abkürzungen bedeuten:
LB Lehrbuch Physik Klassen 9/10
Gymnasium Mecklenburg-Vorpommern
Duden Schulbuch 2013 (978-3-8355-3241-0)
AH Arbeitsheft Physik Klassen 9/10
Gymnasium Mecklenburg-Vorpommern
Duden Schulbuch 2013 (978-3-8355-3258-8)
SE
DE
S. Seite
Schülerexperiment
Demonstrationsexperiment
Im Lehrbuch sind einige Vorschläge für Projekte enthalten. Aus diesen
Projektvorschlägen muss allein schon aus zeitlichen Gründen eine Auswahl
getroffen werden. Das sollte in Abstimmung mit den Interessen der Schüler und
mit den Vorschlägen erfolgen, die dafür im Lehrbuch gemacht sind. In dem
nachfolgenden Vorschlag für einen schulinternen Lehrplan ist eine mögliche
Variante dargestellt.
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Stundenzahl
Sach- und Methodenkompetenz Methodische Hinweise und Hinweise zur Kompetenzentwicklung Hinweise auf Lehr- und Lernmittel
18 Themenbereich
„Magnetisches Feld und
elektromagnetische Induktion“
In diesem Themenbereich erfolgt eine systematische Einführung magnetischer
Felder und ihrer Eigenschaften. Damit wird zugleich die Grundlage für eine
fundierte Behandlung der elektromagnetischen Induktion geschaffen. Mit dem
Wechselstromgenerator steht eine Anwendung im Mittelpunkt, die umfangreich in
der Technik genutzt wird.
LB S. 8–45
AH S. 1–10
6 Magnete und magnetische Felder Dauermagnete und einige ihrer Eigenschaften kennen die Schüler aus ihrem Alltag
– als Haftmagnete, Kompassnadeln, Spielzeug. Im Physikunterricht geht es darum,
aufbauend auf dem Alltagswissen systematische Kenntnisse über Dauer- und
Elektromagnete und einige ausgewählte Anwendungen zu vermitteln. Darüber
hinaus lernen die Schüler am Beispiel des Magnetfelds den physikalischen
Feldbegriff sowie die Darstellung von Feldern mit dem Modell Feldlinienbild
kennen.
LB S. 8–26
AH S. 1–4
3 Eigenschaften und Wirkungen von
Magneten
Das magnetische Feld
Das Magnetfeld der Erde
Eigenschaften von Magneten können in einfachen Experimenten untersucht werden. Das
LB bietet dafür Experimentieranleitungen. Eine Reihe dieser Experimente eignet sich
auch als Hausexperimente. Anschließend erfolgt eine systematische Zusammenstellung
der Eigenschaften und Wirkungen von Magneten.
Zur Einführung bietet sich eine Abstraktionsreihe an:
- Kleine Magnete richten sich in einem Magnetfeld aus.
- Eisenfeilspäne ordnen sich in einem Magnetfeld in charakteristischer Weise zu einer Art
Ketten an.
- Die zeichnerische Darstellung mit Linien ergibt ein Feldlinienbild als Modell für ein Feld.
Hierbei ist es sinnvoll, sich auf das erdnahe magnetische Feld zu konzentrieren, das von
seiner Form hier mit dem Magnetfeld eines Stabmagneten vergleichbar ist.
LB S. 11: SE zu Eigenschaften von
Magneten
DE, SE: Feldlinienbilder mit
Eisenfeilspänen
SE: Kompassnadeln und Kompasse
3 Das Modell Feldlinienbild Bei der Behandlung des magnetischen Felds bietet es sich an, die Schüler auf wichtige
Aspekte des Arbeitens mit Modellen aufmerksam zu machen. Dazu gehören auch die
Grenzen von Modellen. Anregungen bietet das Lehrbuch auf S. 15.
DE: Feldlinienbild um stromdurchflossene
Leiter
LB S. 15
Magnetfelder stromdurchflossener
Leiter
Betrachtet werden die magnetischen Felder um stromdurchflossene gerade Leiter und
Spulen. Für praktische Anwendungen ist die Stärke des Magnetfelds um Spulen von
Bedeutung. Die Zusammenhänge sollten in Form von „Je-desto-Aussagen“ formuliert
LB S. 17
DE: Abhängigkeit der Stärke des
Magnetfeld einer Spule von der
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Stundenzahl
Sach- und Methodenkompetenz Methodische Hinweise und Hinweise zur Kompetenzentwicklung Hinweise auf Lehr- und Lernmittel
Kräfte auf stromdurchflossene Leiter
werden.
Ein Beispiel für die Anwendungen von Elektromagneten sind die Festplatten von
Computern. Einfacher für die Schüler überschaubar sind Lasthebemagnete oder ein
einfacher Türgong.
Die Schüler sollen erfassen, dass auf einen stromdurchflossenen Leiter im Magnetfeld
unter bestimmten Bedingungen eine Kraft (Lorentzkraft) ausgeübt wird. Fertigkeiten beim
Anwenden der UVW-Regel sind nicht erforderlich. Als wichtige Anwendung wird der
Gleichstrommotor behandelt. Dabei ist zu beachten, dass man seine Wirkungsweise über
die Kraft auf stromdurchflossene Leiter oder über die Kräfte zwischen Magneten erklären
kann.
Stromstärke und davon, ob ein Eisenkern
vorhanden ist.
LB S. 18–19
DE: Lasthebemagnet
DE: Kräfte auf stromdurchflossene Leiter
im Magnetfeld
DE: Gleichstrommotor
LB S. 21, 22
10 Elektromagnetische Induktion Mit der elektromagnetischen Induktion und dem Induktionsgesetz lernen die
Schüler eine entscheidende physikalische Grundlage der gesamten Elektrotechnik
kennen. Als Anwendung steht der Wechselstromgenerator im Vordergrund. Es
sollte allerdings auch der im Lehrplan nicht erwähnte Transformator einbezogen
werden.
LB S. 27–45
AH S. 5–10
2 Bedingungen für elektromagnetische
Induktion und Induktionsgesetz
Ausgangspunkt kann das elektromotorische Prinzip und die Frage nach seiner
Umkehrbarkeit sein, also letztlich die Fragestellung, die M. Faraday selbst aufgeworfen
und gelöst hat.
Bei experimentellen Untersuchungen ist es sinnvoll, sich von vornherein auf Spulen zu
konzentrieren. Eine einfache Leiterschleife ist dann eine Spule mit einer Windung.
Wichtig ist die Erkenntnis: Es wird zwischen den Enden einer Spule eine Spannung
induziert, solange sich das von der Spule umfasste Magnetfeld ändert.
Für den Betrag der Induktionsspannung sollten „Je-desto-Aussagen“ getroffen werden.
Aus einfachen experimentellen Untersuchungen lässt sich ableiten, dass die
Induktionsspannung umso größer ist,
- je schneller sich das von der Induktionsspule umfasste Magnetfeld ändert und
- je stärker diese Änderung ist.
LB S. 27
SE, DE: Untersuchungen zur
elektromagnetischen Induktion mit Spulen,
Dauermagneten und Elektromagneten
DE: Abhängigkeit des Betrags der
Induktionsspannung von verschiedenen
Faktoren
Beim Bau der Spule ist es mit Blick auf die zu behandelnden Anwendungen sinnvoll, sich
auf die Windungszahl und den Eisenkern zu konzentrieren. Die Abhängigkeit der
Induktionsspannung von der Querschnittsfläche der Spule kann im Hintergrund bleiben.
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Stundenzahl
Sach- und Methodenkompetenz Methodische Hinweise und Hinweise zur Kompetenzentwicklung Hinweise auf Lehr- und Lernmittel
2 Wechselstromgenerator Moderne Generatoren sind kompliziert aufgebaut. Im Physikunterricht geht es um die
prinzipielle Wirkungsweise eines solchen Generators. Deshalb ist bei den theoretischen
Betrachtungen eine Beschränkung auf eine rotierende Leiterschleife sinnvoll.
Man beachte: Die meisten Generatoren sind Innenpolmaschinen. Das heißt: Die
felderzeugenden Magnete rotieren, die Induktionsspulen befinden sich außen. Das ist
nicht nur bei großen Generatoren in Kraftwerken der Fall, sondern auch bei
herkömmlichen Fahrraddynamos.
3 Weitere Anwendungen Als eine wichtige Anwendung kann der Transformator behandelt werden. Man beachte:
Im Lehrplan ist seine Behandlung nicht gefordert.
Darüber hinaus bietet es sich an, als Projekt das Thema „Anwendungen der
elektromagnetischen Induktion in der Technik“ zu behandeln. Im Lehrbuch ist dazu ein
Angebot gemacht.
Am Beispiel dieses Projekts kann den Schülern auch verdeutlicht werden, wie man an die
Bearbeitung eines Projekts herangehen sollte.
DE: Aufbau und Wirkungsweise eines
Wechselstromgenerators am Modell
DE: Aufbau und Wirkungsweise eines
Fahrraddynamos (aufgeschnitten oder
auseinandergebaut)
LB S. 35–37
LB S. 38
LB S. 37
3 Zusammenfassung, Festigung und
Kontrolle
Zur Wiederholung, Übung, Anwendung und Systematisierung stehen ein breites
Aufgabenangebot sowie die Zusammenfassung im Lehrbuch zur Verfügung.
LB S. 39–41
2 Basiskonzepte für den
Themenbereich „Magnetisches Feld
und elektromagnetische Induktion“
im Überblick
Basiskonzepte sind in erster Linie eine wichtige Orientierung für die Strukturierung
der Inhalte und die Schwerpunksetzungen im Unterricht, also für die Hand des
Lehrers.
Es ist aber durchaus auch sinnvoll, die Schüler auf diese grundlegenden Konzepte
aufmerksam zu machen. Das kann anhand der Übersicht auf S. 42 des Lehrbuchs
erfolgen.
Für den gesamten Themenbereich „Magnetisches Feld und elektromagnetische
Induktion“ ist die entsprechende Präzisierung auf S. 43 des Lehrbuchs zu finden.
Die zusammenfassenden Aufgaben auf den Seiten 44 und 45 orientieren auf die
Kompetenzbereiche, die für den Physikunterricht im Mittelpunkt stehen.
LB S. 42–45
12 Themenbereich „Radioaktivität und
Umwelt“
In diesem abschließenden Themenbereich vertiefen die Schüler ihr Wissen über die
Struktur der Materie durch die Behandlung des Atoms und seiner Bestandteile. Sie
LB S. 46–83
AH S. 11–20
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Stundenzahl
Sach- und Methodenkompetenz Methodische Hinweise und Hinweise zur Kompetenzentwicklung Hinweise auf Lehr- und Lernmittel
lernen die verschiedenen Arten radioaktiver Strahlung sowie deren Eigenschaften
kennen.
Es werden Kenntnisse über den Strahlenschutz, den zeitlichen Verlauf des
radioaktiven Zerfalls und die Anwendung von Radionukliden vermittelt. Darüber
hinaus wird auf die Nutzung von Kernenergie und die damit verbundenen Probleme
eingegangen.
1 Aufbau von Atomen und Beschreibung
von Atomkernen
Ein erstes einfaches Atommodell haben die Schüler in den Klassenstufen 7/8 bei der
Behandlung der Elektrizitätslehre kennengelernt. Nun erfolgt eine Vertiefung durch die
Behandlung des Atomkerns und seiner Bestandteile. Möglich ist ein historisches
Herangehen (Entwicklung der Vorstellungen vom Atom) oder nur die Darlegung der
heutigen Auffassungen. Für die zeichnerische Darstellung sollte eine moderne Variante
gewählt werden, so wie sie im Lehrbuch zu finden ist.
Sinnvoll ist die Vermittlung von Größenvorstellungen. Auf eine Möglichkeit der
Abschätzung der Größe von Atomen kann hingewiesen werden.
Die Einführung der Begriffe Nuklid und Isotop kann so erfolgen, wie im Lehrbuch
vorgeschlagen.
LB S. 49–50
LB S. 50–51
LB S. 52–53
2 Radioaktivität und radioaktive
Strahlung
Es wird ein Überblick über die Arten radioaktiver Strahlung und deren Eigenschaften
gegeben. Aus den Eigenschaften ergeben sich Nachweismöglichkeiten
(Dosimeterplakette, Zählrohr).
Dabei sollte deutlich gemacht werden: Radioaktive Strahlung gehört zu unserer
natürlichen Umwelt. Eine natürliche Strahlenbelastung ist immer vorhanden. Hinzu
kommen heutzutage weitere Strahlenbelastungen, vor allem im medizinischen Bereich.
Auf mögliche biologische Wirkungen und auf die Regeln des Strahlenschutzes sollten die
Schüler aufmerksam gemacht werden.
DE: Nachweis radioaktiver Strahlung
DE: Eigenschaften radioaktiver Strahlung
3 Gesetz des Kernzerfalls Das Gesetz des Kernzerfalls wird in Form einer grafischen Darstellung behandelt.
Genutzt werden kann ein N(t)- oder ein m(t)-Diagramm. Der Verlauf der Graphen ist
identisch. Dabei sollte deutlich werden, dass die Gesamtzahl der Atomkerne gleich bleibt,
aber eine Atomart zerfällt und damit eine andere Atomart entsteht, die ihrerseits auch
wieder zerfallen kann. Auf die drei natürlichen Zerfallsreihen sollte zumindest
aufmerksam gemacht werden.
LB S. 61
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Stundenzahl
Sach- und Methodenkompetenz Methodische Hinweise und Hinweise zur Kompetenzentwicklung Hinweise auf Lehr- und Lernmittel
Anwendung radioaktiver Nuklide in
Medizin und Technik
Als eine Anwendung bietet sich die Altersbestimmung an. Sie ist im Lehrbuch ausführlich
dargestellt. Weitere Anwendungen sind im Lehrbuch enthalten. Aus ihnen kann
ausgewählt werden.
LB S. 62
LB S. 66–67
2 Kernumwandlungen und Kernenergie Das Thema kann in sehr unterschiedlicher Ausführlichkeit behandelt werden.
Eingegangen werden sollte auf die kontrollierte Kernspaltung und auf den prinzipiellen
Aufbau eines Kernreaktors bzw. eines Kernkraftwerks. Ein Vergleich mit anderen Arten
von Kraftwerken rundet die Behandlung ab.
LB S. 72–76
2 Zusammenfassung, Festigung und
Kontrolle
2 Basiskonzepte für den
Themenbereich „Radioaktivität und
Umwelt“ im Überblick
Ein nach wie vor wichtiges und aktuelles Thema ist die Sicherheit von Kernkraftwerken
und die Entsorgung von radioaktivem Material.
Der Unterricht zu diesen Themen kann in Form von Projekten gestaltet werden, bei
denen die Schüler unter Nutzung des Internets den aktuellen Stand erkunden und
darstellen. Das gilt auch für die Folgen von Unfällen, die am Beispiel von Fukushima
(2011) dargestellt werden können.
Zur Wiederholung, Übung, Anwendung und Systematisierung ist im Lehrbuch ein
umfangreiches Aufgabenangebot enthalten, aus dem in Abhängigkeit von der
Klassensituation ausgewählt werden sollte.
Für den Themenbereich „Radioaktivität und Umwelt“ ist eine Übersicht zu den
Basiskonzepten auf S. 81 zu finden.
Die zusammenfassenden Aufgaben auf den Seiten 82 und 83 orientieren auf die
Kompetenzbereiche, die für den Physikunterricht im Mittelpunkt stehen.
LB S. 68–69, 79
LB S. 81–83
20 Mechanische Schwingungen und
Wellen
2 Entstehung und Beschreibung
mechanischer Schwingungen
Inhaltliche Schwerpunkte sind die Entstehung und die Beschreibung mechanischer
Schwingungen sowie die Entstehung, die Beschreibung und die Eigenschaften
mechanischer Wellen. Das anzuzielende Niveau wird im Lehrplan relativ offen
gehalten. Das gilt insbesondere für die Eigenschaften von Wellen. Es sollte aber
zumindest auf die Eigenschaften eingegangen werden, die die Schüler aus ihrem
Erfahrungsbereich kennen (Reflexion, Brechung, Beugung). Darüber hinaus ist auf
die Interferenz einzugehen.
Es sollten zunächst Beispiele für Schwingungen aus Natur, Technik und Alltag
zusammengetragen werden.
LB S. 84–125
AH S. 21–31
DE: Aufzeichnung von Schwingungen
(Sandpendel, Stimmgabel und berußte
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Sach- und Methodenkompetenz Methodische Hinweise und Hinweise zur Kompetenzentwicklung Hinweise auf Lehr- und Lernmittel
Anschließend erfolgt ihre Beschreibung mithilfe von t-y-Diagrammen und Kenngrößen.
Dabei wird eine Einschränkung auf harmonische (sinusförmige) Schwingungen
vorgenommen. Bei der Behandlung der Schwingungsgleichung sollte auf ihre
Interpretation besonderer Wert gelegt werden. Auf formale Berechnungen kann man
verzichten.
Glasplatte auf Tageslichtprojektor oder
Mikrofon und Oszillograf
4 Fadenpendel und Federschwinger Bei beiden Arten von Schwingern lässt sich die Abhängigkeit der Schwingungsdauer von
verschiedenen Größen gut experimentell untersuchen. Beim Fadenpendel ist das auch im
Hausexperiment möglich.
In diesem Zusammenhang kann explizit auf die experimentelle Methode eingegangen
werden. Im Lehrbuch ist diese Methode dargestellt.
Bei den experimentellen Untersuchungen ist zu beachten: Es liegen keine direkten oder
indirekten Proportionalitäten zwischen den Größen vor. Deshalb ist es sinnvoll, an diesem
Beispiel den Schülern zu verdeutlichen, wie man in einem solchen Fall vorgehen kann
und welche typischen Zusammenhänge in der Physik auftreten. Im Lehrbuch S. 94 ist
dieser Sachverhalt schülergemäß aufbereitet.
SE: Untersuchungen zur
Schwingungsdauer eines Fadenpendels
(LB S. 93)
LB S. 92
LB S. 94
2 Ungedämpfte und gedämpfte
Schwingungen
4 Entstehung, Beschreibung und
Ausbreitung mechanischer Wellen
Energetische Betrachtungen sollte auf halbquantitativem Niveau durchgeführt werden,
also in Form von „Je-desto-Aussagen“. Dabei ist auf den Unterschied zwischen
ungedämpften und gedämpften Schwingungen aufmerksam zu machen.
Die Kopplung von Schwingern und die Entstehung von Wellen lassen sich gut am
Beispiel einer Wellenmaschine oder einer elastischen Spiralfeder demonstrieren. Weitere
Beispiele für mechanische Wellen sind Wasserwellen und Schallwellen.
Die Beschreibung mechanischer Wellen erfolgt unter Nutzung der Kenntnisse, die bei der
Behandlung mechanischer Schwingungen vermittelt wurden. Für den einzelnen
Schwinger gelten die Kenngrößen für eine Schwingung, für eine Welle müssen die
Schwingungszustände der verschiedenen Schwinger einbezogen werden. Der Abstand
zweier Schwinger im gleichen Schwingungszustand ist die Wellenlänge.
Die Gleichung für die Ausbreitungsgeschwindigkeit c = λ · f kann relativ einfach abgeleitet
oder den Schülern gegeben werden. Wichtig sind ihre Interpretation und die Vermittlung
von Vorstellungen darüber, wie groß die Ausbreitungsgeschwindigkeit von mechanischen
Wellen ist.
LB S. 97
LB S. 103 ff.
DE: Entstehung von Längs- und
Querwellen
LB S. 106
SE oder DE: Ausbreitungsgeschwindigkeit
von Schallwellen
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Stundenzahl
Sach- und Methodenkompetenz Methodische Hinweise und Hinweise zur Kompetenzentwicklung Hinweise auf Lehr- und Lernmittel
In welchem Umfang Schallwellen und Fragen der sinnlichen Wahrnehmung von Schall
einbezogen werden, muss schulspezifisch entschieden werden. Das Lehrbuch
unterbreitet dazu ein Angebot einschließlich Vorschläge für Projekte.
4 Eigenschaften mechanischer Wellen Die Phänomene Reflexion und Brechung sind den Schülern aus der Optik bekannt. Als
Anwendung kann das Echolotverfahren behandelt werden.
Für viele Schüler interessant sind auch die auf Reflexion beruhenden bildgebenden
Verfahren mit Ultraschall in der Medizin oder die Entstehung und die Ausbreitung von
Erdbebenwellen.
Auf Beugung und Interferenz ist einzugehen. Dabei sollte das im Lehrbuch dargestellte
Niveau nicht überschritten werden.
LB S. 108–111
DE: Reflexion und Brechung von Wellen
(z. B. mit einem Wasserwellengerät)
LB S. 115, 116
DE: Beugung und Interferenz
(Wasserwellengerät)
2 Zusammenfassung, Festigung und
Kontrolle
2 Basiskonzepte für den
Themenbereich „Mechanische
Schwingungen und Wellen“ im
Überblick
Zur Wiederholung, Übung, Anwendung und Systematisierung ist im Lehrbuch ein
umfangreiches Aufgabenangebot enthalten, aus dem in Abhängigkeit von der
Klassensituation ausgewählt werden muss.
Für den Themenbereich „Mechanische Schwingungen und Wellen“ ist eine
Übersicht zu den Basiskonzepten auf S. 123 zu finden.
Die zusammenfassenden Aufgaben auf den Seiten 124 und 125 orientieren auf die
Kompetenzbereiche, die für den Physikunterricht im Mittelpunkt stehen.
LB S. 100–101,120–121
LB S. 123–125
40 Themenbereich „Kinematik und
Dynamik der Translation“
Schwerpunkte dieses umfangreichen Themenbereichs sind
- die Beschreibung von geradlinig gleichförmigen und geradlinig gleichmäßig
beschleunigten Bewegungen,
- Wurfbewegungen,
- verschiedene Kräfte und die newtonschen Gesetze.
LB S. 126–193
AH S. 32–48
20 Kinematik der Translation Im Mittelpunkt stehen bei diesem Themenbereich die Einführung der
grundlegenden Begriffe Weg, Zeit, Geschwindigkeit und Beschleunigung. Die
Beschreibung von gleichförmigen und gleichmäßig beschleunigten Bewegungen
erfolgt in Diagrammen und mit den entsprechenden Gesetzen. Als Beispiele für
zusammengesetzte Bewegungen werden die senkrechten Würfe und der
LB S. 126–165
AH S. 32–42
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Stundenzahl
Sach- und Methodenkompetenz Methodische Hinweise und Hinweise zur Kompetenzentwicklung Hinweise auf Lehr- und Lernmittel
waagerechte Wurf behandelt.
1 Einteilung von Bewegungen Die Kennzeichnung von Ruhe und Bewegung kann an einfachen Beispielen aus dem
Erfahrungsbereich der Schüler erfolgen. Zur Festigung sollten an einem Beispiel
unterschiedliche Bezugssysteme gewählt werden (Person im Zug, Person im Flugzeug).
Die Schüler sollten darauf aufmerksam gemacht werden, dass durchweg Körper
betrachtet werden, die als Massepunkte angesehen werden können.
Zweckmäßig ist die übliche Einteilung nach der Bahnform und der Bewegungsart. Mit
Blick auf die nachfolgenden Schwerpunkte sollte die geradlinige Bewegung, die
Kreisbewegung und die Schwingung herausgestellt werden.
LB S. 129
DE: Verschiedene Bewegungsarten und
Bahnformen
2 Weg, Zeit, Geschwindigkeit und
gleichförmige Bewegungen
Gleichförmige Kreisbewegung
4 Geradlinig gleichmäßig beschleunigte
Bewegungen
Am Beispiel gleichförmiger Bewegungen wird der Begriff Geschwindigkeit eingeführt. Die
Begriffe Weg und Zeit sowie auch die Messung dieser Größen sind den Schülern in der
Regel bekannt. Beim Weg sollte allerdings auf den Unterschied zwischen Weg und Ort
aufmerksam gemacht werden.
Die Darstellung von gleichförmigen Bewegungen erfolgt in Diagrammen und
Gleichungen. Die Einführung von Bewegungsdiagrammen ist gut dazu geeignet, das
Methodenwissen der Schüler zum Interpretieren von Diagrammen zu vertiefen. Hinweise
dazu sind im Lehrbuch zu finden.
Entsprechendes gilt für die Auswertung von Messreihen mit dem Computer.
Die gleichförmige Kreisbewegung kann an dieser Stelle oder bei den gleichmäßig
beschleunigten Bewegungen behandelt werden.
Die Zusammenhänge zwischen Weg, Zeit, Geschwindigkeit und Beschleunigung können
gut experimentell untersucht werden. Dazu gibt es unterschiedliche Möglichkeiten (z. B.
Schienenwaagen, Luftkissenbahn, Wagen oder Kugel auf einer geneigten Ebene,
atwoodsche Fallmaschine, computergestützte Variante).
Betrachtet wird zweckmäßigerweise der Fall mit der Anfangsgeschwindigkeit null.
Dabei sollten zunächst die inhaltlichen Zusammenhänge s ~ t 2 und
v ~ t herausgearbeitet werden. Dazu bieten sich Diagramme an.
Die Gleichungen können auf der Grundlage von Messreihen erarbeitet oder gegeben
werden. Im letzten Fall ist es wichtig, der Interpretation der Gleichungen hinreichend
Raum zu geben. Im Lehrbuch ist das für das Zeit-Weg-Gesetz exemplarisch dargestellt.
LB S. 131
DE, SE: Wege und Zeiten bei einer
gleichförmigen Bewegung
LB S. 133
LB S. 136–137
LB S. 146
SE, DE: Geradlinig gleichmäßig
beschleunigte Bewegungen
t-s-Diagramme und t-v-Diagramme
LB S. 142
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Stundenzahl
Sach- und Methodenkompetenz Methodische Hinweise und Hinweise zur Kompetenzentwicklung Hinweise auf Lehr- und Lernmittel
Gleichförmige Kreisbewegung
als spezielle gleichmäßig
beschleunigte Bewegung
Die Gleichungen mit Anfangsgeschwindigkeit und Anfangsweg sollten den Schülern
gegeben werden. Dabei sollte den Schülern bewusst gemacht werden, dass man beim
Lösen von Aufgaben und Problemen bei geschickter Wahl des Bezugssystems
weitgehend auf diese Gleichungen verzichten kann.
Die gleichförmige Kreisbewegung ist eine gleichmäßig beschleunigte Bewegung. Bei rein
kinematischer Betrachtung kann sie auch im Zusammenhang mit den geradlinig
gleichförmigen Bewegungen behandelt werden.
LB S. 146
3 Der freie Fall als spezielle gleichmäßig
beschleunigte Bewegung
3 Projekt „Bewegungen im Alltag und im
Sport“
3 Senkrechte Würfe und waagerechter
Wurf
3 Zusammenfassung, Festigung und
Kontrolle
Bei der Behandlung des freien Falls als spezieller gleichmäßig beschleunigter Bewegung
sollte von den Alltagserfahrungen der Schüler ausgegangen werden: Ein Blatt Papier, ein
Regentropfen, die Samen von verschiedenen Pflanzen oder ein Fallschirmspringer am
Fallschirm bewegen sich gerade nicht nach den Gesetzen des freien Falls. Den Schülern
sollte bewusst werden, dass sich nur einige Bewegungen in Natur und Technik
näherungsweise als freier Fall betrachten lassen.
Da zu gleichmäßig beschleunigten Bewegungen bereits experimentiert wurde, bietet es
sich hier an, den Schwerpunkt auf Fehlerbetrachtungen zu legen und damit
Methodenkompetenz der Schüler zu vertiefen. Eine Möglichkeit ist im Lehrbuch
dargestellt.
Ein solches Projekt zu Bewegungen bietet die Möglichkeit, auf Probleme einzugehen, die
die Schüler besonders interessieren. Anregungen für das Projekt sind im Lehrbuch zu
finden.
Der Wurf nach oben und nach unten wird als zusammengesetzte Bewegung behandelt.
Vor der Behandlung ist es sinnvoll, Beispiele für unterschiedliche überlagerte
Bewegungen, vor allem aus dem Erfahrungsbereich der Schüler, zusammenzutragen (z.
B. Personen auf einer Rolltreppe, Personen im Zug, Bewegung eines in verschiedene
Richtungen abgeworfenen Balls).
Die Schüler sollen dabei erfassen: Eine zusammengesetzte Bewegung setzt sich aus
verschiedenen Teilbewegungen zusammen.
Der waagerechte Wurf wird exemplarisch als Beispiel für eine überlagerte Bewegung
behandelt, bei der die Richtungen der Teilbewegungen unterschiedlich sind.
Zur Wiederholung, Übung, Anwendung und Systematisierung ist im Lehrbuch ein
umfangreiches Aufgabenangebot enthalten, aus dem in Abhängigkeit von der
DE: Bewegung von Körpern in einer
Fallröhre unter verschiedenen
Bedingungen
SE: Herstellung von Fallschnüren und
Experimente damit
LB S. 148–149
LB S. 150–152
DE: Unterschiedliche Würfe
(Kugelstoßgerät)
LB S. 153
DE: Waagerechter Wurf (Kugelstoßgerät,
Wasserstrahl)
DE: Freier Fall und waagerechter Wurf
LB S. 159–163
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Stundenzahl
Sach- und Methodenkompetenz Methodische Hinweise und Hinweise zur Kompetenzentwicklung Hinweise auf Lehr- und Lernmittel
Klassensituation ausgewählt werden muss.
20 Dynamik der Translation Ausgehend von den bisher erworbenen elementaren Kenntnisse der Schüler über
Kräfte geht es in diesem Teil des Unterrichts um die Zusammensetzung und
Zerlegung von Kräften, die newtonschen Gesetze und deren Anwendung sowie um
Reibungskräfte.
LB S. 166–190
AH S. 43–48
3 Kräfte, ihre Messung und ihre
Beschreibung
Die Schüler haben sich bereits in den Klassenstufen 7/8 relativ ausführlich mit
verschiedenen Kräften in Natur und Technik beschäftigt. Es ist zweckmäßig, diese
Kenntnisse aufzufrischen. Das gilt insbesondere
- für die Charakterisierung einer Kraft als gerichtete Größe und Wechselwirkungsgröße,
- für die Messung von Kräften,
- für die Gewichtskraft (in Kl. 7/8 mit Gleichung) und für Reibungskräfte (in Kl. 7/8 ohne
Gleichung).
Eine sinnvolle Ergänzung ist die Einführung der Gleichung für die Reibungskraft, damit
auch komplexe Aufgaben quantitativ gelöst werden können. Die Einführung kann vor oder
nach der Behandlung der newtonschen Gesetze erfolgen. Die Behandlung vorher hat den
Vorteil, dass im Zusammenhang mit dem newtonschen Grundgesetz sofort auch reale
Bewegungen quantitativ behandelt werden können.
LB S. 167–169
LB S. 170
4 Zerlegung einer Kraft in Teilkräfte und
Zusammensetzung von zwei Kräften zu
einer Resultierenden
Die Zerlegung einer Kraft in zwei Teilkräfte (Komponenten) sollte am Beispiel eines
Körpers auf einer geneigten Ebene erfolgen. Zum einen ist dieses Beispiel gut
überschaubar. Zum anderen lassen sich die Teilkräfte auch quantitativ darstellen.
Ausgangspunkt der Behandlung der Zusammensetzung von Kräften sollten Beispiele aus
dem Erfahrungsbereich der Schüler sein (Ziehen eines Wagens durch zwei Personen,
Radfahren bei Rückenwind und bei Gegenwind, Bergauf- und Bergabfahren).
Bei der Zusammensetzung von zwei Kräften sollte bei beliebigem Winkel 90° die
grafische Lösung bevorzugt werden.
LB S. 171
DE: Zusammensetzung zweier Kräfte
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Stundenzahl
Sach- und Methodenkompetenz Methodische Hinweise und Hinweise zur Kompetenzentwicklung Hinweise auf Lehr- und Lernmittel
6 Die newtonschen Gesetze und ihre
Anwendung
Als Einstieg in diesen thematischen Schwerpunkt können die Schüler zu einfachen
Experimenten angeregt werden, die sich auch als Hausexperimente eignen. Das
Lehrbuch enthält dazu ein Angebot.
Wechselwirkungsgesetz, newtonsches Grundgesetz und Trägheitsgesetz werden auf
dem üblichen Niveau behandelt. Einbezogen werden sollten Freihandexperimente, die es
dazu in vielfältigen Varianten gibt.
Die Zusammenhänge zwischen Kraft, Masse und Beschleunigung lassen sich
experimentell gut verdeutlichen. Das gilt insbesondere für den Zusammenhang zwischen
Kraft und Beschleunigung.
Insbesondere das newtonsche Grundgesetz sollte gründlich interpretiert und in vielfältiger
Weise angewendet werden. Dazu dient auch das Lösen von qualitativen und
quantitativen Aufgaben, die im Lehrbuch enthalten sind.
LB S. 174
DE: Kräfte bei der Wechselwirkung
DE: Trägheit von Körpern
DE: Zusammenhang zwischen Kraft,
Masse und Beschleunigung
LB S. 180, 181
LB S. 186 ff.
2 Projekt als komplexe Anwendung Als eine solche komplexe Anwendung bietet sich das Thema „Physik im Straßenverkehr“
an. Im Lehrbuch sind zu einem solchen Projekt Anregungen enthalten.
LB S. 184–185
3 Zusammenfassung, Festigung und
Kontrolle
Zur Wiederholung, Übung, Anwendung und Systematisierung ist im Lehrbuch ein
umfangreiches Aufgabenangebot enthalten, aus dem in Abhängigkeit von der
Klassensituation ausgewählt werden muss.
LB S.186–189
2 Basiskonzepte für den
Themenbereich „Kinematik und
Dynamik der Translation“ im
Überblick
Für den Themenbereich „Kinematik und Dynamik der Translation“ ist eine
Übersicht zu den Basiskonzepten auf S. 191 zu finden.
Die zusammenfassenden Aufgaben auf den Seiten 192 und 193 orientieren auf die
Kompetenzbereiche, die für den Physikunterricht im Mittelpunkt stehen.
LB S. 191–193
Physik 9/10 | Mecklenburg-Vorpommern Gymnasium (P957387)
© Duden Schulbuch, Berlin 2013, www.duden-schulbuch.de 13/13