Liste der Stationen - Energie

Exp.
Station Thema
A1.01
1
Das Stimmlippenmodell
A1.02
2
Die Stimmgabel
A1.03
3
Das schwingende Stahlblatt
A1.04
4
Das Monochord
A1.05
5
Töne auf dem Oszilloskop
A2.01
6
Schallleiter Luft
A2.02a
7a
Schallwellenmodelle I (Doppeltrommel,
Magnete)
A2.02b
7b
Schallwellenmodelle II (Federwurm, Kerze)
A3.01
8
Anatomie des Ohres (Modell)
A3.01
8
Anatomie des Ohres (Modell)
A3.02
9
Richtungshören
A3.03
10
Verstärkung des Schalls im Mittelohr
A3.04
11
Innenohr
A4.02
13
Schallreflexion
A4.04
14
Schallaufzeichnung / Schallplatte
A4.05
15
Dopplereffekt
A4.06
16
Zahnrad & Lochsirene
A4.07
17
Resonanz
A5.01
18
Hörgrenze (Hörtest, Schwerhörigkeit)
Experiment
A 0.01
Zurück zum Einstiegsversuch …
Station
0
Beim Akustik-LAB habt ihr viel über den Schall gelernt – über seine Entstehung,
seine Ausbreitung sowie das Hören. Beim Einstiegsversuch mit den Stethoskopen
spielten all diese Teilgebiete der Akustik eine Rolle. Führt ihn noch einmal durch
und erklärt ihn dann ausführlich – Schritt für Schritt – von der Schallentstehung
über die Schallausbreitung bis zum Hören bei beiden Versuchspersonen.
Versuchsbeobachtung: ______________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
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Schreibt jetzt möglichst genau (Schritt für Schritt) auf, wie ihr euch die
gesamte Erscheinung erklärt. Benutzt dabei die gelernten Fachbegriffe !
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© 2004
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Gruppe
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Unterschrift des Protokollführers:
Experiment
A 0.01
Zurück zum Einstiegsversuch …
Station
0
Beim Akustik-LAB habt ihr viel über den Schall gelernt – über seine Entstehung,
seine Ausbreitung sowie das Hören. Beim Einstiegsversuch spielten all diese
Teilgebiete der Akustik eine Rolle. Führt ihn noch einmal durch und erklärt ihn
dann ausführlich – Schritt für Schritt – von der Schallentstehung über die
Schallausbreitung bis zum Hören bei beiden Versuchspersonen.
Versuchsbeobachtung:
Nur bei geöffnetem Hahn hört der Mitschüler das Geräusch der Stimmgabel, die bei
seinem Partner auf der Stirn angesetzt ist.
Schreibt jetzt möglich genau (Schritt für Schritt) auf, wie ihr euch die gesamte
Erscheinung erklärt. Benützt dabei die gelernten Fachbegriffe!
-
© 2004
-
die Stimmgabel schwingt
sie erzeugt dabei einen Ton
die Schwingung der Stimmgabel wird auf die Schädelknochen übertragen, die
dabei in Schwingungen versetzt werden
die Schwingungen der Knochen werden auf das Trommelfell übertragen, das
in Schwingungen versetzt wird
die Schwingungen des Trommelfells erzeugen Schallwellen in der Luft im
Gehörgang
die Schallwellen breiten sich durch den Schlauch bis in den Gehörgang des
Partners aus
dies geschieht nur bei geöffnetem 2-Wege-Hahn
dort versetzen sie das Trommelfell in Schwingungen
diese Schwingungen werden über die Gehörknöchelchen (Hammer, Amboss,
Steigbügel) auf das ovale Fenster übertragen
die Schwingungen des ovalen Fensters versetzen die Ohrlymphe in
Schwingungen
die Schwingungen der Lymphe reizen Sinneszellen
Sinneszellen leiten ein Signal über den Hörnerv an das Gehirn
Im Gehirn entsteht die Sinneswahrnehmung
Experiment
A 1.01
Schallentstehung 1
Station
1
unsere Stimme
Fragestellung: Warum können wir sprechen und singen?
Aufgabe 1: Setze das Stimmlippenmodell vor den Mund und blase hinein. Dein Partner
beobachtet das Innere der Röhre von der anderen Seite. Sorge für eine gute Beleuchtung.
Luft
Beobachtung: Beschreibt, was man hören und sehen kann.
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___________________________________________________________________________
Aufgabe 2: Blast einen Luftballon auf und versucht mit der ausströmenden Luft möglichst
viele verschiedene Töne zu erzeugen. Was muss man tun?
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
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© 2004
Aufgabe 3: Die Schallentstehung bei Vögeln ähnelt sehr der beim Luftballon. Hört euch die
Vogelstimmen auf der CD an und versucht ähnliche Geräusche mit dem Luftballon zu
erzeugen.
Aufgabe 4: Seht euch die Videoaufnahme von menschlichen Stimmlippen dazu an. Was
müsste man beim Stimmlippenmodell verändern, um
erzeugen?
verschieden hohe Töne zu
__________________________________________________________________________
Rückseite ☺
____________________________________________________________
Experiment
Seite 2
A 1.01
Station
1
Die Klangerzeugung auf Blechblasinstrumenten
funktioniert ähnlich wie die bei unserer
menschlichen Stimme.
Trompete
Man setzt das Mundstück vor die
Lippen und presst sie etwas zusammen.
Die Wangen werden nicht aufgeblasen.
In der Mitte der Lippen wird die Luft hindurch geblasen, so dass die Lippen ein
Geräusch erzeugen.
Je lockerer die Lippen dabei sind, desto ________________ ist der Klang.
Je stärker man die Lippen zur Seite spannt, desto _______________ ist der Klang.
Aufgabe 5:
a) Versuche, verschiedene Töne auf der Schlauchtrompete zu erzeugen.
b) Schlage den Xylophonstab mit dem Schlägel an. Kannst du den gleichen Ton mit
der Schlauchtrompete treffen?
Das „Mundstück“ muss nach jedem Gebrauch
mit der Reinigungsflüssigkeit gereinigt werden!
B
© 2004
Desinfektion
Gruppe
______
Unterschrift des Protokollführers:
Experiment
A 1.02
Schallentstehung 2
Station
2
Stimmgabeln
Fragestellung: Wie entsteht der Schall bei einer Stimmgabel?
Aufgabe 1: Schlage die Stimmgabel auf die Holzplatte (Vorsicht - festhalten!!!).
Halte die Gabel ans Ohr. Schlage die Stimmgabel nochmals an und berühre sie
vorsichtig an einer der Spitzen.
Beobachtung: Beschreibe, was du hörst:__________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
Deutung: Versuche zu erklären, wie der Ton einer Stimmgabel entsteht.
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
Aufgabe 2: Schlage die Schreibstimmgabel an der Tischkante an.
a) Höre genau 15 Sekunden den Stimmgabelton an. Was stellst du fest?
© 2004
_______________________________________________________________
b) Schlage nochmals an und ziehe die Stimmgabel mit der Schreibfeder
gleichmäßig über eine rußgeschwärzte Glasplatte.
Vorsicht!!!
Tisch
Rückseite ☺
Experiment
Seite 2
A 1.02
Station
2
c) Zeichne genau auf, was auf der Glasplatte zu erkennen ist.
Die Amplitude
1) Den Abstand von der Mittellage eines Stimmgabelzinkens bis zum weitesten Ausschlag nennt man
Amplitude (= Schwingungsweite).
2) Je weiter der Ausschlag, desto lauter ist der Ton.
3) Also: je weiter der Zinken ausschwingt, desto größer
ist die Amplitude.
Aufgabe 4: Informiere dich an der Infostation über die Amplitude!
Aufgabe 5: Beende folgende Ergebnissätze:
a) Die Amplitude ist umso größer, je _____________________ die Stimmgabel schwingt.
b) Je größer die Amplitude ist, desto __________________ ist der Ton.
C) Wie verändert sich die Amplitude bei dem Versuch in Aufgabe 2?
_________________________________________________________________________
© 2004
Gruppe
______
Unterschrift des Protokollführers:
Experiment
A 1.03
Schallentstehung 3
Station
3
das Stahlblatt
Fragestellung: Wie lassen sich Tonhöhe und Lautstärke verändern?
Aufgabe 1:
Erkläre am Beispiel des Glockenspiels den Unterschied zwischen Tonhöhe und Lautstärke:
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
Aufgabe 2: Erzeuge mit dem Stahlblatt verschieden laute Töne, ohne das Stahlblatt
zu verstellen.
Ergebnis: Fertige zwei kleine Skizzen an
(ähnlich wie Abb.1.).
Formuliere je einen Merksatz zur Lautstärke.
Abb.1
Skizze „laut“
_______________________________
_______________________________
Skizze „leise“
_______________________________
_______________________________
Aufgabe 3: Erzeuge verschieden hohe Töne.
Ergebnis: Fertige zwei kleine Skizzen an. Formuliere einen Merksatz zur Tonhöhe.
Skizze „hoch“
_______________________________
_______________________________
Skizze „tief“
© 2004
_______________________________
_______________________________
Aufgabe 4: Erkläre, wie bei der Spieluhr verschieden hohe Töne erzeugt werden.
______________________________
______________________________
______________________________
______________________________
Rückseite ☺
Experiment
Seite 2
A 1.03
Station
3
Die Frequenz
1) Wenn das Stahlblatt sich einmal hin und her
bewegt hat, hat es eine ganze Schwingung
ausgeführt.
2) Je mehr Schwingungen pro Sekunde desto
höher ist der Ton.
3) Eine Schwingung pro Sekunde entspricht einer
Frequenz von einem Hertz [Hz].
Aufgabe 5: Informiere dich an der Infostation über die Frequenz.
Aufgabe 6: Beende folgende Ergebnissätze:
a) Die Frequenz ist umso größer, je ___________________ der schwingende Teil
des Stahlblattes ist.
b) Je größer die Frequenz ist, desto _______________ ist der Ton.
Die Amplitude
1) Den Abstand von der Mittellage eines Stahlblattes bis
zum weitesten Ausschlag nennt man Amplitude (=
Schwingungsweite).
2) Je weiter der Ausschlag, desto lauter ist der Ton.
3) Also: je weiter der Zinken ausschwingt, desto größer
ist die Amplitude.
Aufgabe 7: Informiere dich an der Infostation über die Amplitude!
Aufgabe 8: Ergänze folgende Ergebnissätze:
a) Die Amplitude ist umso größer, je _____________________ das Stahlblatt schwingt.
Gruppe
______
Unterschrift des Protokollführers:
© 2004
b) Je größer die Amplitude ist, desto __________________ ist der Ton.
Experiment
Schallentstehung 4
A 1.04
Station
Saiteninstrumente
4
Vorsicht mit dem Monochord !!!
Achte darauf, dass der Zeiger der Spannvorrichtung
nicht den roten Bereich erreicht.
Fragestellung: Wie können auf Saiteninstrumenten verschieden hohe Töne
erzeugt werden?
Aufgabe 1) Höre dir die CD-Aufnahme an.
Aufgabe 2)
Finde mit Hilfe des
Spannvorrichtung
Monochords zwei
Möglichkeiten heraus,
verschieden hohe Töne zu
Steg
Stahlsaite
Steg
Möglichkeit 1
__________________________________________________________
_____________________________________________________________________
Möglichkeit 2
__________________________________________________________
_____________________________________________________________________
Aufgabe 3) Bringe ein Ohr direkt vor das Schallloch, so dass du die Saite gut
beobachten kannst. Zupfe die Saite und verändere die Spannvorrichtung so, dass
man mal einen Ton hören kann und mal nicht.
Beobachtung: Beobachte die Saite. Beschreibe ihr unterschiedliches Verhalten
© 2004
bei einem hörbaren und einem unhörbaren Ton.
Ergebnis: Wie kommt es, dass man den Ton bei einer bestimmten Einstellung der
Spannvorrichtung nicht hören kann?
Rückseite ☺
Experiment
Seite 2
A 1.04
Die Frequenz
1) Wenn eine Saite sich einmal hin und her bewegt hat,
hat sie eine ganze Schwingung ausgeführt.
2) Je mehr Schwingungen pro Sekunde erfolgen, desto
höher ist der Ton.
3) Eine Schwingung pro Sekunde entspricht einer
Frequenz von einem Hertz [Hz].
Station
4
Aufgabe 4: Informiere dich an der Infostation über die Begriffe „Amplitude“ und
„Frequenz“ !
Aufgabe 5: Schätze mit Hilfe des Monochords ab, welche der folgenden Aussagen
richtig sein könnte:
Die tiefste Frequenz, die ein Mensch
gerade noch hören kann, liegt bei...
...
...
...
...
2 Hz
16 Hz
30 Hz
60 Hz
.
.
.
.
Aufgabe 6: Beziehe dich auf Aufgabe 2 und beende folgende Ergebnissätze:
a) Möglichkeit 1: Die Frequenz ist umso höher, je __________________________
__________________________________________________________________
b) Möglichkeit 2: Die Frequenz ist umso höher, je __________________________
__________________________________________________________________
c) Je größer die Frequenz ist, desto _______________ ist der Ton.
Die Amplitude
1) Den Abstand von der Mittellage einer Saite bis zum weitesten
Ausschlag nennt man Amplitude (= Schwingungsweite).
2) Je weiter der Ausschlag, desto lauter ist der Ton.
3) Also: je weiter der Zinken ausschwingt, desto größer ist die
Amplitude.
© 2004
Aufgabe 7: Beende folgende Ergebnissätze:
a) Die Amplitude ist umso größer, je _____________________ die Saite schwingt.
b) Je größer die Amplitude ist, desto __________________ ist der Ton.
Gruppe
______
Unterschrift des Protokollführers:
Experiment
A 1.05
Schall sichtbar machen
Station
5
Fragestellung: Wie unterscheiden sich Knall, Ton und Geräusch?
Aufgabe 1: Verbinde die entsprechenden Begriffe mit Pfeilen!
Trommelschlag
Stimmgabel
Geräusch
Schlüsselbund
Ton
Chinaböller
Knall
Blätterrauschen
Sirene
Aufgabe 2: Ein Mikrofon ist an einem Oszilloskop angeschlossen. Schlage auf der
braunen Platte eine Stimmgabel an und halte sie vor das Mikrofon.
Einstellung Timebase (rot markiert) : 200/50
Zeichne das Schwingungsbild „Stimmgabel“ auf!
© 2004
Aufgabe 3: Erzeuge vor dem Mikrofon ein Geräusch durch ein Schlüsselbund!
Einstellung Timebase (rot markiert) : 200/50
Zeichne das Schwingungsbild „Geräusch“ auf!
Rückseite ☺
Experiment
Seite 2
A 1.05
Aufgabe 4: Erzeuge vor dem Mikrofon einen Knall durch
Station
Aufschlagen des Schraubendrehergriffs auf die Holzplatte!
5
Einstellung Timebase (rot markiert) : 50/10
Zeichne das Schwingungsbild „Knall“ auf!
Aufgabe 5: Informiere dich an der Infostation über die Amplitude.
Amplitude
Aufgabe 5:
Bearbeite folgende Aufgaben. Benutze den Begriff „Amplitude“:
a) Beschreibe das Schwingungsbild „Knall“ (siehe Aufgabe 4).
__________________________________________________________
__________________________________________________________
__________________________________________________________
b) Wie unterscheiden sich die Schwingungsbilder „Ton“ und „Geräusch“? (s. Aufg.2,3)
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
Gruppe
______
Unterschrift des Protokollführers:
© 2004
_______________________________________________________________
Experiment
A 2.01
Schallleiter Luft
Station
6
Aufgabe 1: Seht euch den Sience-Fiction-Film-Ausschnitt am PC an. Was ist bei den
Sound-Effekten unrealistisch ?
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
Wichtiger Hinweis:
Glasbruch-Gefahr ! Ventile genau in der angegebenen
Reihenfolge öffnen und schließen. Geräte nicht vom Tisch nehmen !
Aufgabe 2
a: Schaltet den Trafo ein (4V), schließt den Schalter und prüft
kurz, ob die Klingel funktioniert.
b: Dreht jetzt das Ventil V1 unter der Grundplatte zu.
V2
c: Schaltet die Saugpumpe ein und beobachtet zwei Minuten
lang das Druck-Messgerät und hört auf den Klingelton. Notiert
die Beobachtungen:
V1
___________________________________________________
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
d: Schließt das Ventil V2 an der Pumpe, und schaltet die Pumpe aus.
e: Öffnet jetzt das Ventil V1 unter der Grundplatte wieder.
© 2004
Bebobachtung:____________________________________________________________
__________________________________________________________________________
f: Baut zum Schluss für eure Nachfolger den Versuch wieder zurück:
•
•
Klingel und Trafo ausschalten
Ventil V2 an der Pumpe wieder öffnen
Rückseite ☺
Experiment
-2-
A 2.01
Station
6
Auswertung:
1. Wie erklärt ihr euch diese Erscheinung? _________________________________________
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
2. Formuliert ein Versuchsergebnis.
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
3. Wozu dient die weiche Unterlage unter der Klingel ?
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
4. Habt ihr bei Aufgabe 1 („Sience-Fiction-Film“) richtig gelegen ? Formuliert ggf. eine neue
Antwort auf die Frage.
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
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Gruppe
______
Unterschrift des Protokollführers:
© 2004
_____________________________________________________________________________
Experiment
A 2.02a
Schallausbreitung in Luft 1
Station
7a
Aufgabe 1: Zwei „Holzkästen“ mit aufgesteckten
Stimmgabeln stehen einander in
ca. 20cm Entfernung gegenüber.
Schlagt eine der Gabeln mit dem
„Schlägel“ an, hört kurz den Ton
und stoppt dann die Stimmgabel
durch „Festhalten“.
Was fällt euch auf ? _______________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
Wie erklärt ihr euch die Erscheinung ? ________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
Die folgenden Modellversuche helfen euch bei der Deutung.
Aufgabe 2
a: Stellt zuerst die brennende Kerze vor das offene Ende der Trommel. Klopft jetzt
vorsichtig mit den Fingern auf das Trommelfell.
Beobachtung: ____________________________________________________________
__________________________________________________________________________
b: Schlagt jetzt mit der flachen Hand einmal kräftig auf die Mitte des Trommelfells.
© 2004
Beobachtung: ____________________________________________________________
__________________________________________________________________________
Wie erklärt ihr euch das ? __________________________________________________
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
___________________________________________________________
Rückseite ☺
Experiment
-2-
A 2.02a
Station
Aufgabe 2: Beim zweiten Modellversuch liegt ein „Federwurm“ in einer Dach-
7a
rinne. Er darf nicht aus der Rinne herausgenommen werden ! Fasst das
lose Ende der Spiralfeder an und zieht sie bis zur schwarzen Markierung auseinander. Bewegt jetzt die Hand mit dem Feder-Ende in Pfeilrichtung hin- und her,
erst einmal, dann mehrfach.
Die gespannte Feder nicht plötzlich loslassen !
Beobachtungen: ____________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
Wie erklärt ihr euch das ? ___________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
Aufgabe 3:
Lest euch den ausliegenden Info-Text
„Schallwellen übertragen Energie“
gegenseitig vor.
Wiederholt noch einmal den Versuch aus Aufgabe 1 mit den beiden
Stimmgabeln. Sicher könnt ihr jetzt genauer erklären, was da passiert ist. Benutzt Fachbegriffe
aus dem Text!
Aufgabe 4:
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
__________________________
Gruppe
______
Unterschrift des Protokollführers:
© 2004
____________________________________________________________________________
Experiment
A 2.02b
Schallausbreitung in Luft 2
Station
7b
Zwei „Holzkästen“
mit aufgesteckten Stimmgabeln
stehen einander in ca. 20cm
Entfernung gegenüber. Schlagt
eine der Gabeln mit dem
„Schlägel“ an, hört kurz den Ton
und stoppt dann die Stimmgabel
durch „Festhalten“.
Aufgabe 1:
Was fällt euch auf? _______________________________________________________
________________________________________________________________________
Wie erklärt ihr euch die Erscheinung? ________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
Die folgenden Modellversuche helfen euch bei der Deutung.
Aufgabe 2: Geht jetzt zu dem Versuchsaufbau Nr. XXX und zündet dort die Kerze an.
Schlagt mit dem Schlägel einmal kräftig auf die Mitte des rechten Trommelfells.
Beobachtungen: __________________________________________________________
__________________________________________________________________________
© 2004
__________________________________________________________________________
Aufgabe 3:
a) In der Rinne rollen zehn Magnete. Die Magneten werden nicht aus der Rinne
genommen! Gebt dem ersten Magneten einen kleinen Stoß und beobachtet, was die
anderen Magneten tun.
Beobachtungen: __________________________________________________________
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________
Rückseite ☺
Experiment
-2-
A 2.02b
Station
7b
b) Wiederholt den Versuch und beobachtet dabei den mit dem roten Schild
„Luftteilchen“ gekennzeichneten Magneten in der Mitte der Reihe.
Beobachtung: ______________________________________________________________
___________________________________________________________________________
Wie erklärt ihr euch das Verhalten des Magneten ?____________________________
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
Aufgabe 3: Lest euch den ausliegenden Info-Text „Schallwellen übertragen Energie“
gegenseitig vor.
Aufgabe 4: Wiederholt noch einmal den Versuch aus Aufgabe 1 mit den beiden
Stimmgabeln. Sicher könnt ihr jetzt genauer erklären, was da passiert ist. Benutzt
Fachbegriffe aus dem Text !
___________________________________________________________________________
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© 2004
Gruppe
______
Unterschrift des Protokollführers:
Experiment
A 3.01
Das Ohr
Station
8
Ihr habt schon viel über den Schall und seine Eigenschaften gehört. Wieso
können wir eigentlich etwas hören? Bevor ihr diese Frage klären könnt, müsst
ihr euch mit dem Aufbau des Ohres vertraut machen.
Aufgabe 1: Nehmt das Modell des Ohrs vorsichtig auseinander und legt die Einzelteile vor
euch hin. Auf den Einzelteilen werdet ihr grüne Buchstaben finden. In der „Legende“, die ihr
an der Station findet, steht, wie die einzelnen Teile es Ohrs bezeichnet werden. Ordnet den
grünen Buchstaben die richtige Zahl aus der Zeichnung zu und tragt die Bezeichnung aus der
Legende in die Tabelle ein.
Aufgabe 2: Malt die drei Ohrbereiche anschließend in den entsprechenden Farben an (gelb,
blau, rot).
14
Mittelohr
Innenohr
1
2
4
6
7
8
9
11
12
5
13
10
Außenohr
3
© 2004
13
Rückseite ☺
Experiment
Seite 2
A 3.01
Station
8
Aufgabe 3: Seht euch im PC den Film über den Hörvorgang an und beschreibt diesen hier
Schritt für Schritt mit eigenen Worten.
© 2004
Gruppe
______
Unterschrift des Protokollführers:
Experiment
A 3.02
Richtungshören
Station
9
Können wir mit den Ohren genau feststellen, woher der Schall kommt?
Aufgabe 1a: Ein Gruppenmitglied stellt sich mit geschlossenen Augen in die Mitte des
Raums, während sich die anderen mit ca. 2m Abstand darum stellen. Die außen stehenden
geben nun nacheinander ein Geräusch von sich. Der Schüler in der Mitte versucht dorthin zu
zeigen, von wo er etwas gehört hat. Die Mitschüler außen gehen leise um die
Versuchsperson herum und erzeugen mindestens 15 Geräusche aus verschiedenen
Richtungen.
Beobachtung:______________________________________________________________
1b: Jetzt hält sich der Schüler in der Mitte ein Ohr fest zu. Die Augen bleiben geschlossen.
Nun wird das Experiment wiederholt.
Beobachtung:______________________________________________________________
Wie kommt das? Deutung: __________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
Wie genau kann ein Mensch die
Richtung wahrnehmen, aus welcher der
Schall kommt?
© 2004
Aufgabe 3:
•
Lege den Schlauch hinter deinen Kopf.
•
Setzte die Trichter dicht vor die Ohren.
•
Dein Partner berührt mit dem Lineal den
Schlauch (Vorsicht – nicht schlagen!). Er
beginnt jeweils bei der Markierung in der Mitte
und wandert nach links oder rechts.
•
Sobald du erkennen kannst, wohin er mit
dem Lineal gewandert ist, sage „rechts“ oder
„links“.
Beobachtung:
Bei welcher Entfernung zur Mitte konntest du gerade noch einen Richtungsunterschied
wahrnehmen?
Schüler 1: ________ cm
Schüler 2: ________ cm
Schüler 3: ________ cm
Rückseite ☺
Experiment
Seite 2
A 3.02
Station
9
Schall, der von einer Schallquelle z.B. links von unserem
Gesicht ausgesendet wird, erreicht die Ohren nicht genau
gleichzeitig (Schallgeschwindigkeit...). Das Gehirn ist in der
Lage, aus diesem winzig kleinen Zeitunterschied die
Richtung zu errechnen, aus welcher der Schall kommt.
Aufgabe 4
Berechne mithilfe des auf dem Arbeitsbogen von Station 12 notierten „Literaturwertes“ der
Schallgeschwindigkeit, welchen Zeitunterschied das Gehirn noch wahrnehmen kann.
m
a) Schallgeschwindigkeit („Literaturwert“): _______ s
b) Der Schall legt in 1 Sekunde _______ m zurück.
c) Schon bei einem Abstand von ______cm von der Mitte des Schlauchs konnte
die Versuchsperson entscheiden, wohin das Klopfen gewandert ist.
d) Rechnung: Setze ein und rechne aus.
1 Sekunde • _______ cm • 1000
=
_______ m • 100
________ Millisekunden
(tausendstel Sekunden)
Ergebnis:
Das Gehirn kann einen Zeitunterschied zwischen den beiden Ohren von nur _______
tausendstel Sekunden erkennen!!!
Aufgabe 5
Erkläre noch einmal in eigenen Worten, weshalb wir die Richtung erkennen können, aus der
der Schall kommt.
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
Gruppe
______
Unterschrift des Protokollführers:
© 2004
_____________________________________________________________________________
Experiment
A 3.03
Hörverstärker
Station
10
Ihr seid in der Lage sehr leise Geräusche wahrzunehmen! Um diese
Fähigkeit zu besitzen, brauchen wir Mechanismen, die den Schall
sammeln und verstärken.
Aufgabe 1: Schaut euch die Bilder an. Was haben alle Tiere gemeinsam und welchem
Zweck dient diese Gemeinsamkeit?
Unser erster „Verstärker“ ist:
_________________________________________________________________________
Was können wir tun, damit er den Schall noch mehr verstärkt?
___________________________________________________________________
Aufgabe 2: Bevor wir Schallwellen als Geräusche oder Töne wahrnehmen können,
© 2004
durchlaufen sie einen komplizierten Weg durch unser Mittelohr und werden dabei verstärkt.
Bewegt das „Trommelfell“ im Modell.
Beobachtet sehr genau! Wie verhält sich das „ovale Fenster“?_________________________
___________________________________________________________________________
Wie kommt hier eine Verstärkung zustande? Denkt an euer Wissen aus der Mechanik!
(Versucht die Fachbegriffe aus der Akustik zu verwenden)____________________________
___________________________________________________________________________
_____________________________________________________________
Rückseite ☺
Experiment
Seite 2
A 3.03
Station
10
Aufgabe 3: Das Modell 2 zeigt euch die verstärkende Funktion des Mittelohrs.
Nr. 3
Nr. 2
Nr.1
a) Stellt alle Manometer (Druckmesseranzeigen) auf Null, indem die Spritze Nr. 1 vorsichtig
herausgezogen wird. Gebt jetzt an der Spritze Nr.1 Druck auf das System („Schalldruck“) und
beobachte beide Manometer.
b) Stelle am Trommelfellmanometer (Nr.2) die Werte 0,1 bar bis 0,4 bar ein und notiere die
Werte des Innenohrmanometers (Nr.3) :
Bei 0,1 bar an Manometer Nr.1 zeigt Manometer Nr.3 _____ bar an.
Bei 0,2 bar an Manometer Nr.1 zeigt Manometer Nr.3 _____ bar an.
Bei 0,3 bar an Manometer Nr.1 zeigt Manometer Nr.3 _____ bar an.
Bei 0,4 bar an Manometer Nr.1 zeigt Manometer Nr.3 _____ bar an.
„bar“
ist eine Einheit
für den Druck in
einem Raum.
c) Wie kommt die Verstärkung zustande? Notiert eure Vermutung:
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
Kraft
Fläche
•
Druck =
•
Denkt auch an die Hebelwirkung!
Gruppe
______
Unterschrift des Protokollführers:
© 2004
Lösungshilfen:
• Vergleicht die Fläche des Stempels in den Spritzen, die das Trommelfell und das ovale
Fenster darstellen.
Experiment
A 3.04
Innenohr
Station
11
Gelangen die Schallwellen in das Gehirn?
Wenn ihr die Stationen 8 und 10 schon bearbeitet habt, wisst ihr, was mit dem Schall
passiert, bevor er das ovale Fenster erreicht. Wenn die Schwingungen am ovalen Fenster
eintreffen, hat das Gehirn noch nichts empfangen und wir empfinden noch nichts.
Da das Gehirn Schwingungen nicht verarbeiten kann sondern nur elektrische Signale
(Strom) „versteht“, muss es ein Organ geben, das die Schwingungen in elektrische Signale
„übersetzt“ und an das Gehirn weiterleitet. Dieses Organ ist die Ohrschnecke.
Über diese Ohrschnecke erfahrt ihr einiges an dieser Station.
Schneckentor
abgerollt
© 2004
Aufgabe 1: Vervollständigt den Text.
Der Steigbügel überträgt die Schwingungen auf das __________________ Fenster, welches
die flüssigkeitsgefüllte Ohrschnecke vom _________________________-ohr abgegrenzt.
Die Ohrschnecke hat drei parallel verlaufende, aufgewickelte Gänge. Die ankommenden
Schwingungen breiten sich vom __________________________ Fenster zur Spitze des
________________________-ganges hin aus und setzten sich über das Schneckentor im
___________________-gang fort. Das ______________________ Fenster am Ende des
Paukenganges wölbt sich bei jedem Druckstoß der Schneckenflüssigkeit aus. Der dritte
Gang ist der _______________________. Die Schwingungen werden besonders auf die
______________________-membran übertragen. Darunter liegen die __________________
mit ihren feinen Härchen. Diese produzieren elektrische Signale, wenn ihre Härchen gebogen
werden. Die elektrischen Signale werden vom Hörnerv in das Gehirn weitergeleitet.
Rückseite ☺
Experiment
Seite 2
A 3.04
Station
11
Aufgabe 2: Überlegt, wie die Information über die Schwingungen von den Sinneszellen
aufgenommen wird und schreibt eure Vermutung auf:
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________
Schaut euch nun den Film zum Innenohr auf dem PC an und überprüft und berichtigt
gegebenenfalls eure Vermutung.
© 2004
Gruppe
______
Unterschrift des Protokollführers:
Experiment
A 4.01
Wie schnell ist der Schall ?
Station
12
Wieso benützt man für den Start bei Laufwettbewerben stark
rauchende Munition oder eine Starterklappe ?
Fragestellung:
Vermutung: ______________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
Da der Schall sehr schnell ist, ist es schwierig, seine Geschwindigkeit zu bestimmen ist. Ihr sollt es bei diesem Versuch trotzdem versuchen !
Aufgabe 1: Vom oberen Schulgartentor aus („Ziel“) sind zum Parkplatz hin Markierungen
in Abständen von 200 m, 180 m, 160 m, 140 m, 120 m und 100 m auf der Straße
angebracht. Lasst euch von einem der Betreuungslehrer einweisen !
Aufgabe 2:
aus:
Schroedel,
Erlebnis Physik /
Chemie 2, S. 50
Zeitnehmer/in und Protokollant/in nehmen die Position
auf der Ziel-Markierung am
Schulgartentor ein.
Wichtig: Sprecht ab, auf
welches Zeichen hin die
Starterklappe gehoben und
mit wie viel Verzögerung sie
dann zusammengeklappt
werden soll !
© 2004
aus: Schroedel, Erlebnis Physik/Chemie 2, S. 50
Aufgabe 3: Einer von euch begibt sich mit der „Starterklappe“ nacheinander auf die 200m-,
180m-, 160m-, 140m-, 120m- und 100m-Markierungen („Start“), so dass er von den
anderen gut zu sehen ist. Er betätigt auf das Zeichen hin die Starterklappe über dem Kopf
so, dass das Zusammenschlagen für die Zeitnehmer gut sichtbar und hörbar ist.
Aufgabe 4: Es werden jeweils die Zeiten zwischen „Zusammenklappen der Starterklappe
sehen“ und „Zusammenklappen hören“ gemessen und die in die Tabelle eingetragen. Da
die Zeitmessung nicht einfach ist, solltet ihr diese an der 200m–Marke einige Male üben,
bevor ihr Messwerte eintragt (Tabelle auf der Rückseite) !
Rückseite- 2☺-
Experiment
A 4.01
Hier die gemessenen Zeiten eintragen !
Station
12
Strecken
(in Meter)
Schallgeschwindigkeit
Gemessene Zeiten
(in Sekunden)
Mittelwert
=
Strecke
Zeit
m
s
in
200 m
s
200 m
s
200 m
s
180 m
s
160 m
s
140 m
s
m
S
m
S
m
S
m
S
m
S
m
S
120 m
s
m
S
100 m
s
m
S
m
S
Mittelwert
Umrechnungsfaktor
mal 3,6
Schallgeschw
.
km
in
h
km
h
km
h
km
h
km
h
km
h
km
h
km
h
km
h
km
h
Auswertung:
m
s
1. Schätzt ab, welche Strecke der Schall in einer Sekunde zurücklegt: ______________
2. Berechnet die Schallgeschwindigkeit, indem ihr die jeweilige Strecken durch die zugehörige
gemessene Zeiten teilt. Tragt die erhaltenen Werte (auf eine Kommastelle gerundet!) in die
graue Spalte der Tabelle ein.
3. Rechnet eure Messwerte von „Meter pro Sekunde“ in „Kilometer pro Stunde“ um, indem
ihr eure Ergebnisse mit dem Faktor 3,6 multipliziert.
4. Unser Versuch liefert wegen der unvermeidlichen Messfehler keine genauen Messwerte.
Schlagt in eurem Physikbuch den „Literaturwert“ nach.
m
s
Schallgeschwindigkeit („Literaturwert“): ________________
b) Stellt eine einfache „Zählregel“ auf ! ___________________________________________
____________________________________________________________________________
_________________________
Gruppe
_________________________
______
_________________________
Unterschrift des Protokollführers:
© 2004
5. Da die Lichtgeschwindigkeit viel größer ist (300.000 Kilometer pro Sekunde), sieht man bei
Gewitter einen viele Kilometer entfernten Blitz nahezu sofort, während der gleichzeitig
entstehende Donner einige Sekunden bis zu einem „Beobachter“ braucht.
a) Wie weit ist das Gewitter noch entfernt, wenn zwischen dem Sehen des Blitzes bis zum
Eintreffen des Donners 12 s vergehen ?
____________m___
Experiment
A 4.02
Schallreflexion
Station
13
Problemstellung: Obwohl wir eine Schallquelle oft nicht direkt sehen können, hören
wir Töne, wie z. B. ein Martinshorn von der Feuerwehr auch um mehrere Ecken. Dieses
Phänomen sollt ihr in den folgenden Versuchen ergründen.
Aufgabe 1: Legt das eingeschaltete Taktell auf
den mit Watte bedeckten Boden des Behälters.
Wenn ihr euch mit euren Ohren seitlich vom
Behälter befindet, hört ihr das Taktell nur noch
schwach ticken. Versucht mit Hilfe der Metallplatte,
ohne die Positionen des Behälters oder die eurer
Ohren zu verändern, den Schall umzuleiten, so dass
das Ticken des Taktells lauter zu hören ist. Zeichnet
die Position der Platte in die Abbildung links ein und
beschreibt genau, wie ihr vorgegangen seid !
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
Aufgabe 2a: Im Flur vor dem Schul-LAB sind zwei „Hohlspiegel“ angebracht. Vor jeden
Spiegel setzt sich einer von euch auf einen Hocker – zunächst mit Blick zueinander. Einer von
euch liest flüsternd den Text „Echoverfahren in der Technik“ Satz für Satz vor – während der
andere versucht, jeden Satz zu wiederholen. Der „Sprecher“ wird dabei immer leiser, bis der
„Hörer“ den Text nicht mehr versteht.
Aufgabe 2b: Jetzt drehen sich „Sprecher“ und „Hörer“ mit dem Gesicht / Oberkörper zum
Spiegel um. Der „Sprecher“ liest mit der Lautstärke weiter, bei der der „Hörer“ den Text
gerade nicht mehr verstehen konnte. Verändert dabei ruhig einmal eure Sitz-/Sprech-/Hörposition. Was fällt euch auf ? Erklärt mithilfe der Zeichnung !
Beobachtung:________________________________________________________________
© 2004
___________________________________________________________________________
Erklärung: __________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________
Rückseite ☺
Experiment
Seite 2
A 4.02
Station
13
Aufgabe 3: In einem sogenannten Flüstergewölbe flüstert Person A. Während
Person C nichts hört, kann Person B alles gut verstehen, obwohl sie weiter
entfernt ist (Abb.). Zeichnet den Weg des Schalls ein und erklärt !
__________________________________
__________________________________
__________________________________
__________________________________
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
Aufgabe 4: Manchmal kehrt der Schall nach Reflexion auch zur Schallquelle zurück. man
spricht in diesem Fall vom Echo . Das Echolot ist eine technische Anwendung dazu.
Informiert euch mithilfe des folgenden Textes über das Verfahren !
© 2004
Gruppe
______
Unterschrift des Protokollführers:
Experiment
A 4.04
Schallaufzeichnung
Station
14
Fragestellung: Wie kann man Tondokumente aufzeichnen?
Aufgabe 1: Seht euch doch einmal eine alte Schallplatte mit dem Binokular an. Wie sehen
die Spuren aus? Zeichnet und beschreibt! Wozu dienen sie wohl?
Zeichnung
_________________________________________
_________________________________________
_________________________________________
_________________________________________
Aufgabe 2:
Ihr habt folgende Geräte zur Verfügung: Alter Plattenspieler (33er), Schelllackplatte, DIN A-4
Blatt gerollt, „Nadelbecher“, Binokular, Apparat zur Aufzeichnung des Sprech-Schalls
Vorsicht spitze Nadeln!
Lest jeden Arbeitsschritt der folgenden Anleitung erst genau durch - handelt erst,
wenn ihr genau verstanden habt, was zu tun ist! Etwas unklar ? --> Nachfragen !!!!
a) Absenkerhebel steht auf Pos.0. Schaltet den Plattenspieler ein, indem ihr den Arm
etwas nach innen bewegt. – die Platte dreht sich jetzt, der Tonarm ist oben. Nun
das gerollte DIN A-4 Blatt mit der Nadelspitze leicht senkrecht auf die Platte
aufsetzen.
© 2004
Beobachtung.:
b) Den Tonarm des Plattenspielers jetzt so weit über die Schallplatte schwenken, bis die
Nadel unter dem Plastikbecher über dem Plattenrand steht. Tonarm absenken
(Pos.1), einige Sekunden bis eine Minute hören und ihn dann wieder heben
(Absenker Pos.0). Den Tonarm nun wieder in Ausgangsposition schieben.
Rückseite ☺
Experiment
Seite 2
A 4.02
Station
14
Beobachtung:________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
Deutung: ___________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
Aufgabe 3
a) Der folgende Versuch zeigt euch, wie diese Spuren entstehen. Einer von euch reinigt
zunächst die Maske mit dem Desinfektions-Tuch und setzt sie sich nach kurzem
Abtrocknen auf. Dann sagt er laut „R a t a t a t a m“. Was beobachten die
anderen am Stift bzw. der dünnen Zellophan-Haut? Notiert eure Beobachtungen:
__________________________________________________________________
________________________________________________________________
b) Wiederholt jetzt den Text und zieht dabei ca. 25 cm des Papierstreifens langsam
und gleichmäßig heraus. Reißt euch euren Streifen ab und betrachtet die Spur. Ihr
könnt den Streifen auf den Rand dieses Blattes kleben.
Beobachtungen: _____________________________________________________________
___________________________________________________________________________
Aufgabe 4
Wie eine Schallplatte hergestellt wird, zeigt euch der beiliegende Infotext!
Aufgabe 5
Was habt ihr bei diesen Versuchen gelernt?
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
Gruppe
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Unterschrift des Protokollführers:
© 2004
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Experiment
A 4.05
Der Dopplereffekt
Fragestellung:
Station
15
Warum werden die Töne eines vorbeifahrenden Feuerwehrautos
tiefer, sobald es an uns vorbei gefahren ist?
Arbeitsmaterial:
Computerprogramm „Doppler“
Videodatei „Stehendes Auto“
Videodatei „Fahrendes Auto“
Aufgabe 1:
Sieh dir die Datei „Fahrendes Auto“ an!
Beschreibe genau, wie sich der Hupton beim Vorbeifahren des Autos verändert!
(Achte dabei auf die Lautstärke und die Tonhöhe)
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___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
Info:
Die Tonhöhe (Frequenz) der Hupe wird in Hertz (Hz) angegeben.
1 Hz entspricht einer Schwingung pro Sekunde.
Je höher der Ton, desto größer die Frequenz.
© 2004
Aufgabe 2:
Nun sollst du herausfinden, wie schnell das Auto gewesen ist.
1. Starte das Computerprogramm „Doppler“
2. Gib zunächst die Tonhöhe (Frequenz) der stehenden Hupe ein.
Im Lautsprecher hörst du, wie sich dieser Ton anhört.
3. Gib dann die geschätzte Geschwindigkeit des vorbeifahrenden Autos ein.
Im Lautsprecher hörst du zuerst den Hupton des sich nähernden Autos, die Töne
während der Vorbeifahrt und den Hupton des sich entfernenden Autos.
4. Probiere verschiedene Frequenzen und Geschwindigkeiten aus!
Trage die Ergebnisse in die umseitige Tabelle ein!
Rückseite ☺
Seite 2
Frequenz
(Auto steht)
Geschwindigkeit
Hz
Km/h
Frequenz
(Auto nähert
sich)
Frequenz
(Auto entfernt
sich)
Hz
Hz
Unterschied (zur
Frequenz des
stehenden
Autos)
Hz
Aufgabe 3:
Auf den Aufnahmen „Stehendes Auto“ und „Fahrendes Auto“ hörst du ein wirkliches Auto!
Finde durch Probieren und Vergleichen heraus, mit welcher Geschwindigkeit es vorbeigefahren
ist.
Das Auto hatte eine Geschwindigkeit von
km/h.
Aufgabe 4:
Kreuze an!
desto höher ist der Ton der Hupe
desto stärker ändert sich die Tonhöhe beim
Vorbeifahren
Je schneller sich das Auto an
dir vorbeibewegt...
(bei gleicher Frequenz der Hupe)
desto tiefer ist der Ton der Hupe
Gruppe
______
Unterschrift des Protokollführers:
© 2004
desto weniger ändert sich die Tonhöhe beim
Vorbeifahren
Experiment
A 5.01
Wie gut hörst du?
Station
18
Die Fähigkeit, hohe Töne zu hören, hängt vom Alter ab:
Junge Menschen hören oft sogar Fledermäuse rufen, während bei älteren die
Hörgrenze immer weiter sinkt. Lautes Aufdrehen des Walkman lässt dich unter
Umständen früh taub für hohe Töne werden.
Hier kannst du testen, ob du hohe Töne hören kannst.
Info:
Die Höhe eines Tones hängt ab von der Zahl der Druckschwankungen
(Schwingungen), die pro Sekunde dein Ohr erreichen.
Die Anzahl der Schwingungen wird als Frequenz bezeichnet,
die Maßeinheit ist das Hertz (Hz):
1 Hz entspricht einer Schwingung pro Sekunde.
Beim Ton a´ schwingt eine Saite mit 440Hz,
Aufgabe 1:
1. Starte das Programm „Hörtest“ durch zweimaliges Drücken der linken Maustaste.
2. Du hörst unterschiedlich hohe und lange Töne im Bereich zwischen 50Hz und 16000Hz.
Die Länge der Pausen zwischen den Tönen ist verschieden.
3. Wenn du einen Ton hörst, drücke kurz die Taste ‚s’!
© 2004
4. Notiere die Frequenz des Tones in der Tabelle auf der Rückseite und vermerke,
ob du ihn gehört hast oder nicht!
Starte einen neuen Durchgang mit einer anderen Testperson!
Rückseite ☺
Experiment
Seite 2
A 5.01
Station
18
Frequenz des Tons in
Hz (Bildschirmanzeige)
gehört
nicht
gehört
Frequenz des Tons in
Hz (Bildschirmanzeige)
gehört
nicht
gehört
Aufgabe 2: Wie wirken sich Hörschäden aus?
Hörgeschädigte Menschen können mittlere und hohe Töne nur noch schlecht hören.
Auf dem Desktop findest du die Tondateien „Diskussion“ und „Musik“, wie sie ein Mensch mit
und ohne Hörschaden wahrnimmt.
Höre dir die Aufnahmen an und beschreibe, was ein schwerhöriger Mensch nicht mehr
wahrnehmen kann und welche Probleme er deshalb im Alltag hat!
Hörgeschädigte Menschen können folgende Dinge nicht wahr-nehmen:
___________________________________________________
___________________________________________________
___________________________________________________
___________________________________________________
___________________________________________________
___________________________________________________
Gruppe
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Unterschrift des Protokollführers:
© 2004
Sie haben deshalb im Alltag folgende Probleme: