Unterrichtsmaterialien Sekundarstufe II

Ideen für kontextorientierten Oberstufenunterricht
 

Mechanik und Wellen

1000 Kieler ziehen die Stena Germanica

Beschleunigte Bewegung
Physikaufgabe zu beschleunigter Bewegung (fast) ohne Reibung.
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Anfahren mit dem Fahrrad

Mechanik, Bewegungen
Anfahren mit dem Fahrrad bei verschiedenen Übersetzungen des Antriebs.
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Anhalten oder Weiterfahren?

Überlagerung von Bewegungen/ Unabhängigkeitsprinzip
Bremsen oder Beschleunigen bei Annäherung an eine "gelbe" Ampel. Die Aufgabe ermöglicht die Diskussion über den Zusammenhang zwischen Reaktionszeit und Anhalteweg und über realistische Werte für die Beschleunigung und Verzögerung von Pkw.
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Boot

Überlagerung von Bewegungen
Schüler schreiben über Physik. Es handelt sich um eine Aufgabe, mit der versucht werden soll, Schülerinnen und Schüler im Gallinschen Sinne über Physik schreiben zu lassen.
Die Aufgabe war Hausaufgabe und wurde als Wiederholungs-/Vertiefungsaufgabe neben dem normalen Unterricht gestellt.
Ob und wie die Hausaufgabe bewertet wird, sollte gegebenenfalls mit den S. abgestimmt werden. Es muss aber eine Mindestleistung erkennbar sein.
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Ein Sprung aus 40 000 m Höhe

Mechanik
Annäherung an die Lösung in drei Stufen, Anwendung von Simulationen.
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Einfache qualitative Aufgaben zur Kinematik

Die folgenden Aufgaben stammen in leicht veränderter Form aus dem Buch von A. Arons: Homework and Test Questions for Introductory Physics Teaching; Preis: 84,78 DM.
Ich möchte sie an dieser Stelle auch nur unkommentiert weitergeben. Das Buch ist voll von "diesen" Aufgaben, diese Auswahl dient als Diskussionsgrundlage für die Arbeitsgruppe Phy9 (evtl. auch Phy11).
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Erfahrungen mit Wellen

Mechanische Wellen
Es soll ein Aufsatz über eigene Erfahrungen mit Wellen geschreiben werden. Die Lösungen zeigen erstaunliche Aspekte.
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Geostationäre Satelliten

Gravitation, Erdsatelliten
Komplexe und umfangreiche Aufgabe zu Bahnen von Erdsatelliten allgemein und speziell geostationären Satelliten, die sich aus den Anwendungen der Satelliten ergeben.
Mit Stundenverlauf einer Hospitationsstunde, in der die Aufgabe eingesetzt wurde.
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Gurt, Airbag, Knautschzone

Grundgleichung der Mechanik
Die Größe der Kräfte, die beim Bremsen eines Autos auftreten, wird abgeschätzt. Die Bedeutung von Sicherheitsgurt und Airbag zur Verminderung von Unfallfolgen wird erarbeitet.
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Kraft-Weg-Funktionen und Weg-Zeit-Funktionen von Bewegungen

Mechanische Schwingungen
Durch die Zuordnung von Graphen sollen die Zusammenhänge zwischen Kraftverlauf und Bewegungstyp gesichert werden; hoher Wiederholungsanteil, vertikale Vernetzung.
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Lokalisation eines Erdbebenherdes

Mechanik
Ausbreitung mechanischer Wellen; aus vier Seismogrammen soll die Position eines Erdbebenherdes ermittelt werden. Die Lösung erfordert Kreativität bei der Anwendung relativ einfacher physikalischer Zusammenhänge; im letzten Teil des Lösungsweges ist ein Probierverfahren erforderlich, oder man nutzt ein Geometrie-Programm. Überwiegend werden graphische Verfahren benutzt.
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Der Milchkannen-Looping

Kreisbewegung und Zentrifugalkraft
Diese Aufgabe wurde in einer Hospitationsstunde eingesetzt; der Stundenverlauf wird beschrieben; mit ausgewertetem Schülerfragebogen zum Aufgabeneinsatz.
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"Rakete"

Mechanik, Impulssatz
Modellhafte Berechnung der Geschwindigkeiten des austretenden Treibstoffs und der verbleibenden Masse während der Antriebsphase in 10 Schritten.
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Schlager oder Techno?

Mechanik
Der offene Auftrag erfordert die selbständige Kombination gelernter Kenntnisse zu qualitativen und quantitativen Aussagen. Geeignet auch als Einstieg in das Thema Scheinkräfte.
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Schwebung

Mechanische Schwingungen
Die S. sollen mit ihren Kenntnissen zur Überlagerung von Schwingungen auf mehreren Wegen (Zeigerdiagramm, y-t-Graphen, Sinus-Summenformel) Vorhersagen über das Phänomen Schwebung machen. Die gewonnenen Ergebnisse lassen sich miteinander vergleichen und aneinander überprüfen, aus ihnen soll vorhergesagt werden, wie sich eine akustische Schwebung anhört. Erst anschließend wird eine Schwebung vorgeführt. Schwierig ist offenbar, eine Vorstellung vom zeitlichen Ablauf des Zeigerdiagramms zu entwickeln und die Sinus-Summenformel auf die y-t-Funktionsgleichungen anzuwenden.
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Sechs Klausuraufgaben zum waagerechten Wurf

Kinematik
6 Versionen einer Aufgabe zum waagerrechten Wurf, alle als Klausuraufgaben erprobt, alle alltagsgerecht verpackt.
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Startender Läufer

Mechanik
Aus einem Filmausschnitt wird der Weg-Zeit-Graph eines startenden Läufers gewonnen; daran wird der Begriff Geschwindigkeit problematisiert und präzisiert; eine Aufgabe für die Unterrichtsphase "Erarbeitung".
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s-t-Graph einer harmonischen Schwingung

Schwingungen und Wellen
Die Schülerinnen und Schüler sollen aus der Beobachtung einer harmonischen Schwingung auf den Verlauf des s-t-Graphen schließen.
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"Überholen"

Kinematik
Abwandlung einer bekannten Standardaufgabe: die S. sollen selbst herausfinden, welche Größen in welcher Weise in die Entscheidung eines Pkw-Fahrers eingehen, zu überholen oder es lieber zu lassen.
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Waagerechter Wurf

Kinematik
Zur Einführung oder Einübung des waagerechten Wurfes; zwei Versionen.
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Wie tief ist der Brunnen?

Mechanik, Kinematik
Relativ komplexe Aufgabe mit drei verschiedenen Lösungswegen: Zeichnung, Lösung einer quadratischen Gleichung, Iteration.
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Wkin1: Gültigkeit des Energieerhaltungssatzes bei Stoßvorgängen

Mechanik
Aus Messwerten zu Stößen ergibt sich ein scheinbarer Widerspruch zum Energieerhaltungssatz, den die S. selber lösen sollen.
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Wkin2: Schiefe Ebene und Energiesatz

Mechanik
Berechnung der Endgeschwindigkeit nach Ablauf von einer schiefen Ebene auf zwei Arten.
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Wkin3: Anwendung des Energiesatzes auf kinetische Energie

Mechanik
Qualitative Aufgabe zur Umwandlung von Lageenergie in Bewegungsenergie auf vier verschiedenen Abhängen.
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Wkin 4: Stabhochsprung

Mechanik
Sehr offene qualitative Fragestellung zum Stabhochsprung, in der viele Einflüsse auf die Sprunghöhe bedacht werden müssen.
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Wkin5: Kavalierstart

Mechanik
Vergleich des Treibstoffverbrauchs bei unterschiedlichem Pkw-Fahrverhalten im Stadtverkehr.
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Quantenphysik

Bragg-Reflexion mit sichtbarem Licht

Elementare Quantenphysik
Der Unterschied zwischen der normalen Reflexion an einem Spiegel und der Bragg-Reflexion soll deutlich werden.
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Unschärferelation auf dem Schulweg

Quantenphysik
Fiktive Rechnung zur Unschärferelation an einem makroskopischen Objekt.
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Wahrscheinlichkeitswelle und klassische Welle am Doppelspalt

Quantenphysik
Die Aufgabe visualisiert Wahrscheinlichkeitswelle eines Quantenobjekts hinter einem Doppelspalt im Vergleich mit einer klassischen Welle.
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Wellenoptik

Eigenschaften einer CD

Wellenoptik
Aus der Vermessung einer Interferenzfigur, die eine CD als Reflexionsgitter liefert, werden einige ihrer Eigenschaften ermittelt; hoher Anteil Wiederholung einfacher Rechenschritte.
Die Aufgabe erwies sich als unerwartet reizvoll für die Schülerinnen und Schüler; offenbar stellt die schillernde Scheibe für sie ein kleines Alltagsgeheimnis dar, das auf diese überraschende Weise ein wenig gelüftet wird.
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Ein kleines Holografie-Praktikum

Holografie
Es wird eine experimentelle Einführung in die Holografie in drei Schritten vorgeschlagen. Die Experimente werden beschrieben, Aufgaben sind beigefügt, die dazu anregen sollen, die Experimente zu verstehen und ihre Ergebnisse vorherzusagen. Auch ein Simulationsprogramm ist dabei.
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Farben einer Seifenmembran (A)

Wellenoptik
Ausgehend von der Beobachtung der Farben einer Seifenhaut wird eine vereinfachte Theorie der Interferenzen an dünnen Schichten erarbeitet.
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Farben einer Seifenmembran (B)

Wellenoptik
Die Schüler sollen vorhersagen, wie das Spektrum des von einer Seifenlamelle reflektierten Lichtes aussieht. Dabei müsen sie berücksichtigen, dass die Dicke der Lamelle variiert. Wenn die Vorhersage gelingt, haben sie verstanden, wie die Farben der Seifenblasen entstehen.
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Messung der Lichtgeschwindigkeit nach Ole Römers Methode

Optik
Ole Römers Methode zur Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit wird mit Daten aus den vergangenen Jahren nachvollzogen.
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Überlagerung gegenläufiger Wellen

Wellen
Aus den Kenntnissen über einfache Wellen soll das Phänomen der Stehenden Welle erschlossen werden. Dazu werden drei Wege angeboten.
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Vogelfeder als Dreifachbeugungsgitter

Wellenoptik, Interferenz
aus der Interferenzfigur, die ein Laserstrahl beim Durchleuchten einer Vogelfeder erzeugt, soll auf die Struktur der Feder geschlossen werden.
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Elektrische Ladung und Felder

Elektronenbahn im Oszilloskop

Elektrisches Feld
Herleitung der Elektronenbahn im Oszilloskop als Formelpuzzle mit begründenden Kommentaren; Vernetzung von Inhalten, Visualisierung von Zusammenhängen.
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Der kürzere Weg ist nicht immer...

Energieerhaltungssatz
Es handelt sich um eine Aufgabe, mit der versucht werden soll, Schülerinnen und Schüler im Gallinschen Sinne über Physik schreiben zu lassen. Die Aufgabe war Hausaufgabe und wurde als Wiederholungs- und Vertiefungsaufgabe neben dem normalen Unterricht gestellt.
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Herleitung eines Terms für die Hall-Spannung

Hall-Effekt
Herleitung eines Term für die Hall-Spannung als Formelpuzzle mit begründenden Kommentaren.
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Stärke des Erdmagnetfeldes

elektr. und magn. Felder
Mit dem NEVA Experimentier-Oszilloskop kann der Einfluss des Erdmagnetfeldes auf einen Elektronenstrahl nachgewiesen und gemessen werden.
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Astrophysik

Energie von der Sonne

Astrophysik
Ziel: Annäherung an die Sonne durch einfache Rechnungen und Abschätzungen, Benutzung von bekannten Zusammenhängen und Werten, kumulatives Lernen
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Mathematik und Physik

Anwendung der Vektorrechnung

Math. Methoden in Physik
Eine Aufgabe zur Vektorgeometrie als Bereitstellung von Methodenwissen für Mechanik 11 mit hohem Anteil Wiederholung der Geometrie der Mittelstufe.
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Messung der Mondentfernung

Messung der Mondentfernung durch Trangulation; das gesamte Verfahren ist ein anspruchsvolles Projekt für Astronomie-Arbeitsgemeinschaften; die Auswertung der Messdaten gelingt im Mathematik-Unterricht der 10. Klasse (Sinussatz); das Thema ist Teil des Unterrichts über Gravitation im Mechanik-Kurs des 11. Jahrgangs.
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