UE:Vorschlag

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Unterrichtsentwurf
von
Frau Professorin
Dr. Rita Wodzinski
aus
dem
Jahre 1993
ergänzt durch Bilder ; Materialien; Unterrichtsideen von Matthias Kraus
(aus den Jahren 1995 – 1996 )
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Bei dem Unterrichtsentwurf handelt es
sich um ein Manuskript.
Dem Leser werden keine fertig
ausgearbeiteten
Unterrichtsstunden
zur Verfügung gestellt.
Stattdessen sollen
Unterrichtsentwürfen
die
einzelnen
bei
der
Unterrichtsplanung als Hilfe dienen.
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Unterrichtsentwurf :Einführung
1. Vorstellen , Hinweis : Geodreieck und Taschenrechner mitbringen.
2. Neues Gebiet : Mechanik, (Worum geht es da ?
Tafelbild
MECHANIK
In der Mechanik geht es
a) um die Beschreibung von Bewegungen
b) darum , wie Körper ihre Bewegung verändern , wenn auf sie
eingewirkt wird ( à Kraft)
3. Unterrichtsgespräch Beschreibung von Bewegungen
Beispiel : ferngesteuertes Auto und fallender Gegenstand ,....
Wie kann man die Bewegungen beschreiben, was ist alles wichtig ?
FAZIT :
Es gibt viele Möglichkeiten , Bewegungen zu beschreiben . Wichtig si nd
TEMPO und RICHTUNG der Bewegung
Genauer :
Beschreibung von Bewegungen
In der Physik beschreibt man Bewegungen , indem man zu jedem
Zeitpunkt das Tempo und die Richtung der Bewegung angibt.
4. Anwendung einem Beispiel : Strassenszene
Zeitpunkt 10: 47 Uhr
Vier Verkehrsteilnehmer sind unterwegs. Wie könnte man ihre
Bewegungen beschreiben ?
4
Was kann man über die Richtungen der Bewegung sagen ?
Wichtig ist, in welche Richtung sie sich in dem Moment bewegen,, nicht
wohin sie am Ende wollen . ( Praktisch nun Pfeile legen lassen)
Welches Tempo hat ein Fußgänger, Radfahrer , Autofahrer und der
Motorradfahrer ?
Zusammengefasst :
Tempo und Richtung geben an, wie sich die Verkehrsteilnehmer bewegen.
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Beide Angaben fasst man in der Physik zu einer zusammen, dem
Bewegungspfeil (Geschwindigkeitspfeil) . Das Tempo wird durch die Länge
dargestellt, hier : 1 cm entspricht 5
km
.
h
Formulierung von Merksätzen :
5. Arbeitsblatt zum Bewegungspfeil
6. Wenn man Bewegungen genauer untersuchen will, muss man sie
aufzeichnen und nach Möglichkeiten „ verlangsamen“ .
Beispiel : Zeitlupenaufnahmen beim Film / Stroboskopaufnahmen
Arbeitsblatt : Der Bewegungspfeil
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Unterrichtsentwurf :Tempo
1. Wiederholung : Folie Straßenszene Wie würde ein Physiker
beschreiben, wie sich die drei Verkehrsteilnehmer zum Zeitpunkt
der Aufnahme bewegen ?
Wie müssten sich z.B. zwei Autos bewegen, damit ein Physiker
sagen könnte, sie bewegen sich gleich
2. Untersuchung des Tempos
Was bedeutet es eigentlich, wenn man sagt, ein Radfahrer
fährt mit einem Tempo von 25
km
?
h
Wie weit kommt der Radfahrer in einer halben Stunde ?
Wie lange braucht er für 75 km ?
3. Wie könnte man das Tempo einer Bewegung bestimmen ?
( z.B. das Tempo einer Schwimmerin ? )
Merksatz : Tempo
4. Schülerexperimente zur Tempomessung
5. Wie könnte man aus der Stroboskopaufnahme vom
Billardtisch das Tempo der Kugel bestimmen ?
Download von stroboskopaufnahmen.zip
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Unterrichtsentwurf : Änderung der Bewegung
1. Wiederholung : Autobahnfolie
Was kann man alles über die Bewegung der Auto sagen ?
2. Tempofolie um das Tempo der „Billardkugeln“ ergänzen
3. Stillarbeit : Bestimmung des Bewegungspfeiles
(Geschwindigkeitspfeil)
4. Untersuchung der Stellen, da, wo sich die Bewegung ( die
Geschwindigkeit) ändert. Demoversuch : LKW fährt an Kneipe /
Polizei ( siehe dazu Film : Auf einen LKW wird eine Kraft ausgeübt. )
5.
a)
b)
c)
Was ist passiert ? Wie erklärt ihr euch das ? Wie kommt ihr darauf, dass
da was unter dem Haus liegen muss ?
Merksätze : Änderung der Bewegung / Auf einen Körper wird eine Kraft
ausgeübt !
Anwendungen und Beispiele :
Billard
LKW fährt an der Kneipe , an der Polizei vorbei
Flummi
Zusatzaufgabe :
Das Band einer Musikkassette wird mit einem Tempo von 4,75
cm
s
weitertransportiert. Wie lang ist demnach das band einer C90 – Kassette ?
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Unterrichtsentwurf : Genauere Untersuchung von Bewegungsänderungen
1. Wiederholung : woran erkennt man, ob auf einen Körper eine Kraft
ausgeübt wurde ?
2. Schülerübung : Der senkrechte Stoß (Arbeitsblatt : Der Stoß )
Fazit : sie läuft nicht in die Richtung in die sie gestoßen wird.
3. Demonstrationsversuch : Rollende Kugeln ( siehe Film : Der
senkrechte Stoß )
a) Zwei Kugeln laufen parallel ( ohne und mit Stoß )
b) Wie wird die Kugel weiterlaufen, wenn man sie senkrecht stößt ?
Fazit : Beide Kugeln bewegen sich immer auf gleicher Höhe
4. Simulation mit Folie und Knöpfen
5. Schwacher und starker Stoß
Fazit : Die Kugel bewegt sich nach rechts so weiter, als wäre sie nicht
gestoßen worden. Zusätzlich dazu bewegt sie sich noch senkrecht nach
oben.
à Folie mit Einzelbewegungen
Die Kugel bewegt sich nach dem Stoß so, als ob zu ihrer
Anfangsbewegung noch eine Zusatzbewegung in Stoßrichtung dazu
gekommen wäre.
6. Arbeitsblatt : Kranmodell zur Überlagerung von Bewegungen ( siehe
Film : Überlagerung von Bewegungen am Beispiel eines Lastkranes
7. Arbeitsblätter : Zusammensetzen von Anfangs- und Zusatzbewegung
(usw.)
8. Übungen
9. Folie : Überlagerungen am Beispiel von einer Simulation mit Knöpfen
1
1
Hinweis die Bewegung erfolgt hier von links nach rechts
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Unterrichtsentwurf : Definition der Newtonschen
Bewegungsgleichung
1. Einführung Masse
Definition :
Masse (Physik)
aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
Die Masse ist eine Grundgröße der Physik. Die Masse besitzt die Eigenschaft, ihren
Bewegungszustand beizubehalten.
Die Masse gibt an, wie schwer ein Körper ist. Die Einheit der Masse ist das kg.
Umrechnungen : http://www.sengpielaudio.com/Rechner- milligramm.htm
2. Wovon hängt das Tempo der Zusatzbewegung alles ab ?
Arbeitsblatt : Wovon hängt die Zusatzbewegung alles ab ?
3. Definition der Newtonschen Bewegungsgleichung
∆v =
F * ∆t
bzw. F* ∆t = m * ∆v
m
4. Briefmarke von Newton zeigen ( Hausarbeit : Biografie über Isaac
Newton )
5. Kräfte berechnen :
F=
m * ∆v
∆t
Beispiel:
a) Welche Kraft übt der Boden auf einen Flummi aus.
b) Was muss man alles kenne ?
c) Wie kann man es messen ?
Beispiel 1:
( v = 1,5
m
, a = 30
s
o
, à ∆v = 1,5
m
; ∆t = 4m * s , m = 55 g à
s
o
, à ∆v = 1,5
m
; ∆t = 12m * s , m = 263 g à
s
Ergebnis : F = 20 N)
Beispiel 2 :
( v = 1,5
m
, a = 30
s
Ergebnis : F = 30 N)
Abschluss : Berechnung de Kraft auf die Billardkugel
6. Zusammenfassung : Merksatz à Geschwindigkeitsänderungen
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Unterrichtsentwurf : Übungen zur Newtonschen Bewegungsgleichung
1. Wiederholung
Immer, wenn man auf einen Körper eine Kraft ausübt, ändert dieser
seine Geschwindigkeit. Wie Kraft und Geschwindigkeitsänderungen
zusammenhängen, besagt die Newtonsche Bewegungsgelichung.
2. Beschreibung der Geschwindigkei tsänderungen mit Hilfe der
Zusatzgeschwindigkeit. ( Beachte : ∆v ist das Tempo der
Zusatzbewegung )
3. Umgang mit der Formel
4. Beispielaufgaben
a) Kraft beim Weitsprung (Vorgaben : : ∆t = 0,3 s; F = 1000 N : aus
Literatur : ∆t = 0,1 s
b) Kraft beim Billard m = 130 g = 0,13 kg ; : ∆t messen ; : ∆v auf
Folie abmessen
c) Kraft beim Tennis
• Wo werden überall Kräfte ausgeübt ?
• Wer übt sie aus ?
• Wie könnte man sie berechnen ? ( Abschätzungen : Aufschlag ca.
200
km
; m mit Hilfe einer Waage bestimme; ; : ∆t messen bzw.
h
mit 0,005 s
m
; Endtempo = 30
s
m
Return à Anfangstempo : 25
; Endtempo = 40
s
• Boden à Anfangstempo : 40
•
m
; a = 30 o
s
m
; a = 40 o
s
d) Kraft beim Auto- Crash ( Schülerübung ) 2
e) Knautschzonen
Bei echten Autos ist der Aufprall anders als im Versuch. Was ist
anders ? Warum ist das so ?
Simulation der Crash –Experimente mit Alufolie als Knautschzone
Ergebnis :
Knautschzonen sorgen dafür, dass die Einwirkung länger dauert,
dadurch wird die ausgeübte Kraft kleiner.
Beispiele : Trampolin ; Airbag; Prellbock ( Eisenbahn) ; Schuhsohlen;
Boxhandschuhe
f) Sicherheitsgurt
2
Kraftberechnung beim crash (Film)
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Unterrichtsentwurf : Untersuchung von linearen Bewegungen
1. Interpretation der Zusatzbewegung
2. Lineare Bewegungen am Beispiel eines Radfahrers mit Gegenwind
Beispiel : Anfangsbewegung = 40
km
km
; Endtempo = 30
h
h
Wie groß ist hier ∆v ? ( Beachte : ∆v ist das Tempo der Zusatzbewegung die
der Wind dem Radfahrer aufdrückt oder : ∆v ist die
Geschwindigkeitsänderung , die der Wind hervorgerufen hat.
Welche Richtung hat die Zusatzbewegung ?
3. Schülerübungen mit einem Segelauto
Einwirkungen in oder entgegen der Bewegungsrichtung.
Anfangsgeschwindigkeit
Endgeschwindigkeit Zusatzgeschwindigkeit
a)
b)
c)
4. Trampolinspringerin : Beispiel : Anfangsbewegung = 5
m
; Endtempo = 4
s
m
; ∆t = 0,3 s à F =? N ; Wie kann die Springerin die Kraft steuern, die auf
s
sie ausgeübt wird ?
Was ist , wenn die Springerin in der Luft ist ?
Werden da Kräfte auf sie ausgeübt ?
Warum ?
In welche Richtung ?
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Unterrichtsentwurf : Erdanziehungskraft
1. Dass die Erde eine Kraft auf Körper ausübt, kann man besonders gut
erkennen, wenn sich ein Körper in der Luft bewegt.
Woran kann man dabei alles erkennen, dass die Erde eine Kraft auf den
Körper ausübt ?
Hängt eigentlich die Kraft , die die Erde auf Körper ausübt von der
Masse der Körper ab ?
Allgemein kann man an der Änderung der Bewegung erkennen, dass
eine Kraft ausgeübt wird. Das kann eine Änderung der
Bewegungsrichtung oder eine Änderung des Tempos sein, oder beides.
Sehen kann man eine solche Änderung an der Änderung des
Geschwindigkeitspfeils.
Demoversuche zum schrägen Wurf und beim freien Fall
2. Qualitative Untersuchung von F G
Bild :
Wir könnte man aus diesem Bild etwas über die Größe der
Erdanziehungskraft auf diese Kugel herauskriegen ?
Was muss man alles wissen ?
(Analogie : Wie haben wir die Kraft ausgerechnet, die auf ein Auto beim
Aufprall gegen eine mauer ausgeübt wird ? Was mussten wir dazu alles
wissen ? )
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à Wissen müssen wir , wie sich das Tempo in einer bestimmten Zeit
verändert .
In Schülerübungen wird nun versucht , die Tempi der fallenden Kugel zu
bestimmen . Dazu wird neben den traditionellen Experimenten der
Timing Boy 3 verwendet.
Ergebnis der Experimente :
Das Tempo nimmt in jeder
das Tempo um ca. 10
1
m
s um etwa 1
zu, d.h. in 1 s erhöht sich
10
s
m
.
s
Welche Kraft wurde während dieser Sekunde ausgeübt ?
Einwirkungsdauer ∆t = 1 s
Geschwindigkeitsänderung à ∆v = 10
Masse
m
s
m = durch messen bestimmen
F =m
∆v
∆t
Das gilt für jede Sekunde, in der die Kugel fällt, d.h. die Kraft auf die
Kugel ist immer die gleiche .
Für diese Kugel haben wir die Kraft, die die Erde auf sie
ausübt, genau ausgerechnet.
Demoversuch mit dem Fallseil
3. Bestimmung von FG
Wenn man Gewichtskräfte so kompliziert ausrechnen müsste, wäre es
unbequem. zum glück geht es viel einfacher.
3
Firma GRS- Lehrgeräte KG /08382/887733 /Bahnhofstrasse 9/ 88142 Wasserburg(B)
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Durch die Experimente konnten wir feststellen, dass
∆v
für alle Körper
1s
gleich ist. bei jedem fallenden Körper erhöht die Erde in 1s sein Tempo um
den gleichen Betrag, nämlich etwa 10
m
m
, genauer 9,81
. Diesen wert
s
s
hält man in einer Konstanten fest und nennt sie gE.
∆v
m
m
gE =
= 9,81 = 9,81
s
∆t
s
1s
g E heißt Erdbeschleunigung ( oder auch Ortsfaktor)
∆v
F =m
= m + gE
∆t
F heißt Erdanziehungskraft oder Gewichtskraft oder Gravitationskraft .
Man kann jetzt sehr leicht die Kräfte ausrechnen, die die Erde auf
Körper ausübt. Man braucht nur ihre Masse zu kennen.
100 g à 1 N
Die gleiche Kraft übt die Erde natürlich aus, wenn die Körper auf dem
Boden liegen oder hochgeworfen werden.
4. Wie ist eigentlich ein Kraftmesser aufgebaut ?
Wie könnte man eine Feder als Kraftmesser eichen ?
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Tafelbild
Erdanziehungskraft
Dass die Erde auf Körper eine Kraft ausübt kann man z.B. daran
erkennen, dass die Wurfbahn eines Balls immer gekrümmt oder dass
ein fallender Stein während des Falls immer schneller wird.
Beispiel : eine fallende Kugel
Zeit nach dem Tempo
Loslassen
0,1 s
m
1
0,2 s
0,3 s
0,4 s
0,5 s
Kraft auf die Kugel :
Einwirkungsdauer
2
3
4
5
s
m
s
m
s
m
s
m
s
m
s
m
schneller, also in 1s um 10
s
Die Kugel wird in 0,1 s um 1
∆t = 1 s
Geschwindigkeitsänderung ∆v = 10
Masse
m
s
m=
∆v
F =m
= ......
∆t
Bei allen fallenden Körpern erhöht die Erde das Tempo in 1 s um den
gleichen Betrag von etwa 10
m
m
, genauer 9,81
.
s
s
Diese Tempoänderung pro Sekunde bezeichnet man mit der
Erdbeschleunigung gE.
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m
9,81
m
s
gE =
= 9,81 2
s
s
g E ist die Geschwindigkeitsänderung pro Einwirkungsdauer
∆v
für die
∆t
Erdanziehungskraft.
∆v wird
F =m
→
∆t
zu
FG = m * g E
Um die Erdanziehungskraft auf einen Körper auszurechnen, braucht
man nur noch seine Masse (m) zu kennen.
Beispiel : Tafel Schokolade
m = 100 g
m
FG = m * g E = 0,1kg * 9,81 2 = 1N
s
Auf eine Tafel Schokolade übt die Erde eine Kraft von etwa 1N.