Aufgabensammlung - PhysicsNet

NWW-Auftaktveranstaltung Mo 7.10.2002
Robert Pitzl, Thomas Stern, IFF
Workshop
WAS SIND „GUTE“ PHYSIKAUFGABEN?
Programm:
1. Bewertung verschiedener Aufgabenstellungen durch die
Teilnehmer/-innen (TIMSS-, PISA-Testitems,
Experimentieraufgaben, „Egg Race“-Aufgaben)
2. Referat und Diskussion: Qualitätskriterien und
Einsatzmöglichkeiten für Aufgabenstellungen im
Physikunterricht
3. Resümee und Abschluss
Interuniversitäres Institut
für interdisziplinäre Forschung
und Fortbildung

Thomas Stern, Robert Pitzl Workshop NWW, Okt. 2002
Bewerten Sie selbst:
Was ist eine „gute“ Aufgabenstellung?
Was Sie in der Hand halten, ist eine Sammlung von Aufgabenstellungen verschiedener
Formate aus verschiedenen physikalischen Themenbereichen (TIMSS-, PISA-Testitems,
Experimentieraufgaben, „Egg Race“-Aufgaben). Dieselben Aufgaben sind auch als Poster
an die Wand gepinnt.
Bitte lesen Sie die Aufgabenstellungen durch.
Wählen Sie jene Aufgaben aus (maximal 3), die
Ihrer Meinung nach am besten sind, d.h. am
ehesten geeignet für eine sinnvolle Verwendung im
Physikunterricht.
Markieren Sie diese an den Wandpostern mit Ihren
3 Klebepunkten.
Überlegen Sie für die nachfolgende Diskussion die
Gründe für Ihre Auswahl.
Zeitrahmen: 15’

Auswahl von TIMSS-Testaufgaben
Allgemeinwissen - Sekundarstufe II
Quelle: http://www.system-monitoring.at/timss/materialien/uebersicht_frame.htm
A1.
Kernenergie kann durch Kernspaltung oder durch Kernfusion erzeugt werden. Kernfusion
wird zur Zeit nicht als Energiequelle in Reaktoren benutzt.
Weshalb?
1. Die wissenschaftlichen Gesetzmäßigkeiten, auf denen Kernfusion beruht, sind bis
jetzt nicht bekannt.
2. Es sind bisher keine technologischen Verfahren entwickelt worden, mit denen man
Kernfusion sicher anwenden könnte.
3. Die notwendigen Rohstoffe sind nicht ohne weiteres verfügbar.
4. Abfallprodukte des Fusionsprozesses sind zu gefährlich.
D2.
Die Skizze unten zeigt zwei Scheiben. Die linke Scheibe zersprang wegen eines Steins,
der dagegen geworfen worden war. Ein Tennisball mit derselben Masse und
Geschwindigkeit trifft auf eine gleiche, benachbarte Fensterscheibe. Diese zerspringt aber
nicht.
Nennen Sie einen wichtigen Grund, warum das Auftreffen des Steins die Scheibe zum
Bersten bringt, der Aufprall des Tennisballs hingegen nicht?
D4.
Elektrische Energie wird zum Betrieb einer Lampe benutzt.
Ist die Menge der entstandenen Lichtenergie größer, kleiner oder gleich der Menge der
verwendeten elektrischen Energie?
Die Menge der entstandenen Lichtenergie ist
____ größer
____ kleiner (kreuzen Sie an)
____ gleich
der Menge der verwendeten elektrischen Energie.
Geben Sie einen Grund an, der für Ihre Antwort spricht!

Auswahl von TIMSS-Testaufgaben
Fachwissen Physik - Sekundarstufe II
Quelle: http://www.system-monitoring.at/timss/materialien/uebersicht_frame.htm
G2.
Wenn ein kleines Volumen von Wasser zum Kochen gebracht wird, entsteht ein großes
Volumen von Wasserdampf. Warum ist das so?
1. Die Moleküle haben im Wasserdampf einen größeren Abstand als im Wasser.
2. Wassermoleküle dehnen sich bei Erwärmung aus.
3. Die Änderung von Wasser zu Dampf läßt die Anzahl der Moleküle zunehmen.
4. Der Atmosphärendruck wirkt stärker auf Wassermoleküle als auf Dampfmoleküle.
5. Wassermoleküle stoßen einander ab, wenn sie erwärmt werden.
G12.
Ein leerer Eisenbahnwagen mit einer Masse von 10 Tonnen (1,0 x 10 4 kg ) fährt mit einer
Geschwindigkeit von 3,0 ms -1 . Er prallt auf einen identischen, stehenden Wagen, der mit
Weizen beladen ist. Während des Zusammenstoßes koppeln die beiden Wagen an und
bewegen sich gemeinsam mit einer Geschwindigkeit von 0,6 ms -1 .
Die Situationen vor und nach dem Zusammenstoß sind in den Abbildungen unten
dargestellt.
Benutzen Sie diese Informationen, um die Masse des Weizens zu berechnen.
Zeigen Sie Ihren Arbeitsweg.

H12.
Die folgende Skizze zeigt eine Welle, die sich auf einer Saite nach rechts bewegt.
Zeichnen Sie jeweils am Punkt X und am Punkt Y einen Pfeil, der die Bewegungsrichtung
der beiden Punkte im skizzierten Augenblick zeigt.
H18.
Maja verspricht, dass sie einen Teilchenbeschleuniger in die Schule bringen werde. Sie
bringt einen Fernsehapparat mit. Die Schülerinnen und Schüler lachen.
Erklären Sie kurz (in einigen Sätzen), wie Maja begründen kann, daß ein Fernsehapparat
ein Teilchenbeschleuniger ist.

SCHATTEN
aus: 13 Performance Assessment Tasks (TIMSS Pop 2)
http://isc.bc.edu/timss1995i/PAreport.html
Für diese Station brauchst du:
- Taschenlampe auf einem Stativ (wir werden sie auch einfach “Licht” nennen)
- Stück Karton (5cm mal 5cm) großes auf einem Stativ
- Wand / Schirm, wo ein Schatten entsteht
- 3 m - Maßstab
- 30 cm – Lineal
Lies alle Anleitungen sorgfältig!
Wenn sich der Karton zwischen Licht und Wand befindet, macht der Karton einen Schatten an der Wand.
Deine Aufgabe: Finde heraus, wie sich die Größe des Schattens verändert, wenn du den Karton und
das Licht verschiebst.
Das sollst du tun:
1. Lasse den Karton stehen und verschiebe das Licht näher zum Karton.
Was passiert mit der Größe des Schattens, wenn du das Licht näher an den Karton heran
schiebst?
2. Lasse den Karton stehen und verschiebe das Licht weg vom Karton.
Was passiert mit der Größe des Schattens, wenn du das Licht weiter weg vom Karton schiebst?
3. Stelle den Karton 5 cm von der Wand entfernt auf. Stelle das Licht 10 cm hinter dem Karton auf.
Wie breit ist der Schatten?
4. Stelle den Karton 10 cm von der Wand entfernt auf. Verschiebe das Licht, bis der Schatten
zweimal so breit ist wie der Karton. Miss die Entfernung vom Licht zum Karton. Stelle das Licht
10 cm hinter dem Karton auf. Wie breit ist der Schatten? Schreibe dein Messergebnis in die
Tabelle unten.
5. Finde drei weitere Stellungen für das Licht und den Karton, wo der Schatten doppelt so groß wie
der Karton ist. Mache für jede Stellung dieselbe Messung wie vorhin und schreibe sie auch in
die Tabelle. Gib auch die Einheiten für jedes Messergebnis an.
Entfernung zwischen Karton und Wand/Schirm
Entfernung vom Licht zum Karton
10 cm
6. Warum ist der Schatten immer größer als der Karton?
Du kannst auch eine Zeichnung machen als Teil deiner Antwort.
7. Finde eine Regel, die aussagt, wann der Schatten IMMER doppelt so breit ist wie der
Karton.

Auswahl von PISA-Aufgaben
http://www.men.lu/edu/fre/rubriques/pisa/
GESCHWINDIGKEIT EINES RENNWAGENS
Dieser Graph zeigt, wie die Geschwindigkeit eines Rennwagens während seiner zweiten Runde
auf einer drei Kilometer langen ebenen Rennstrecke variiert.
Geschwindigkeit
(km/h)
Geschwindigkeit eines Rennwagens
auf einer Strecke von 3 km (2. Runde)
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
0,5 1,5 2,5
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0
Startlinie
Streckenentfernung (km)
Frage 1: GESCHWINDIGKEIT EINES RENNWAGENS
Wie groß ist die ungefähre Entfernung von der Startlinie bis zum Beginn des längsten geradlinigen
Abschnitts der Rennstrecke?
A 0,5 km
B 1,5 km
C 2,3 km
D 2,6 km
Frage 2: GESCHWINDIGKEIT EINES RENNWAGENS
Wo wurde während der zweiten Runde die geringste Geschwindigkeit gemessen?
A an der Startlinie
B bei etwa 0,8 km
C bei etwa 1,3 km
D nach der halben Runde

Frage 3: GESCHWINDIGKEIT EINES RENNWAGENS
Was kannst du über die Geschwindigkeit des Wagens zwischen den Markierungen 2,6 km und 2,8
km sagen?
A Die Geschwindigkeit des Wagens bleibt konstant.
B Die Geschwindigkeit des Wagens nimmt zu.
C Die Geschwindigkeit des Wagens nimmt ab.
D Die Geschwindigkeit des Wagens kann anhand des Graphen nicht bestimmt werden.
Frage 4: GESCHWINDIGKEIT EINES RENNWAGENS
Hier siehst du Abbildungen von fünf Rennstrecken:
Auf welcher dieser Rennstrecken fuhr der Wagen, so dass der am Anfang gezeigte
Geschwindigkeitsgraph entstand?
S
S
B
A
S
C
S
S
D
E
S: Startlinie

TSCHADSEE
Abbildung 1 zeigt die Schwankungen des Wasserstandes des Tschadsees in der Sahara
in Nordafrika. Während der letzten Eiszeit, etwa 20 000 v. Chr., verschwand der
Tschadsee vollständig. Um etwa 11 000 v. Chr. entstand er wieder neu. Heute hat er etwa
den gleichen Wasserstand wie im Jahre 1 000 n. Chr.
60
50
ca.4000
v. Chr.
Heute
Tschadsee:
Schwankungen des
Wasserstandes
Tiefe in Metern
40
30
20
10
10 000 v. Chr.
8 000 v. Chr.
6 000 v. Chr.
4 000 v. Chr.
2 000 v. Chr.
0
1 000 n. Chr.
Abbildung 1
Abbildung 2 zeigt Felsmalereien (alte Zeichnungen oder Malereien, die an den Wänden
von Höhlen gefunden wurden) aus der Sahara und Veränderungen in der Struktur der
Tierwelt.
Felsmalereien aus der Sahara und Veränderungen in der Struktur der Tierwelt
Büffel
Nashorn
Nilpferd
Auerochse
Elefant
Giraffe
Strauß
Gazelle
Rind
Hund
Pferd
Kamel
8 000
v. Chr.
7 000
v. Chr.
6 000
v. Chr.
5 000
v. Chr.
4 000
v. Chr.
3 000
v. Chr.
2 000
v. Chr.
1 000
v. Chr.
0 1 000
n. Chr.
Abbildung 2

Nutze die Informationen über den Tschadsee auf der gegenüberliegenden Seite, um die unten
stehenden Fragen zu beantworten.
Frage 5: TSCHADSEE
Wie tief ist der Tschadsee heute?
A Etwa zwei Meter.
B Etwa fünfzehn Meter.
C Etwa fünfzig Meter.
D Er ist vollständig verschwunden.
E Diese Information wird nicht gegeben.
Frage 6: TSCHADSEE
Mit ungefähr welchem Jahr beginnt das Diagramm in Abbildung 1?
...............................................................
Frage 7: TSCHADSEE
Warum hat der Autor sich entschieden, das Diagramm an dieser Stelle beginnen zu lassen?
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
Frage 8: TSCHADSEE
Abbildung 2 geht von der Annahme aus, dass
A die Tiere in den Felsmalereien zu dem Zeitpunkt, als die Malereien entstanden, in diesem
Gebiet vorkamen.
B die Künstler, die die Tiere malten, hoch begabt waren.
C die Künstler, die die Tiere malten, weite Strecken zurücklegen konnten.
D es keinen Versuch gab, die Tiere zu zähmen, die in der Felsmalerei abgebildet wurden.
Frage 9: TSCHADSEE
Für diese Frage musst du Informationen aus Abbildung 1 und Abbildung 2 verbinden.
Das Verschwinden von Nashorn, Nilpferd und Auerochse aus den Felsmalereien in der Sahara
geschah
A zu Beginn der letzten Eiszeit.
B in der Mitte des Zeitraums, als der Tschadsee seinen höchsten Wasserstand hatte.
C nachdem der Wasserstand des Tschadsees über tausend Jahre lang gefallen war.
D zu Beginn einer ununterbrochenen Trockenzeit.