Elektrostatik - Schule trifft Technik
Werbung
46 02709 Didaktische FWU-DVD | Elektrostatik Zur Bedienung Die didaktische DVD startet automatisch. Der Vorspann kann mit der Enter- oder der Skip-Taste der Fernbedienung oder durch einen Mausklick am PC übersprungen werden. Mit den Pfeiltasten der Fernbedienung können Sie die Menüpunkte (z. B. Film, Filmsequenz, Grafiken etc.) ansteuern und mit Enter starten. Auch die Buttons am unteren Bildschirmrand steuern Sie mit den Pfeiltasten an und rufen diese mit Enter auf: • Der Button „Hauptmenü“ führt zurück zum Hauptmenü. • Der Button „zurück“ führt zum jeweils übergeordneten Menü. • Die meisten Bildschirmtafeln bieten den Button „Info ein“ bzw. „Info aus“, über den Sie Zusatzinformationen ein-/ausblenden können. • Stehen innerhalb eines Menüpunktes mehrere Bilder oder Grafiken zur Verfügung, können Sie mit den Buttons „>“ und „<“ zwischen diesen Bildern oder Grafiken vor- und zurückblättern. Aus dem laufenden Film oder einer laufenden Filmsequenz gelangen Sie mit der Taste Menu oder Title der Fernbedienung wieder in das Ausgangsmenü zurück. 2 Bezug zu Lehrplänen und Bildungsstandards Die Schülerinnen und Schüler • lernen, dass sich Gegenstände durch Reibung elektrisch aufladen. • begreifen, dass sich gleichartig geladene Körper abstoßen und ungleichartig geladene anziehen. • erkennen, dass Reibungselektrizität durch eine Umverteilung von Ladungen verursacht wird. • erkennen, dass elektrisch geladene Körper Kräfte aufeinander ausüben, ohne sich zu berühren. • verstehen den Aufbau von Atomen. • können Aufbau und Funktionsweise eines Elektroskops beschreiben. • verstehen das Prinzip des Faradayschen Käfigs. • verwenden Analogien und Modellvorstellungen zur Wissensgenerierung. • wenden ihre Kenntnisse hinsichtlich Ladungstrennung und Ladungsausgleich an, um sowohl alltägliche Phänomene als auch Naturphänomene zu erklären. • diskutieren Arbeitsergebnisse und Sachverhalte unter physikalischen Gesichtspunkten. • nutzen physikalisches Wissen zum Bewerten von Risiken und Sicherheitsmaßnahmen im Alltag. Zum Inhalt Hauptmenü „Elektrostatik“ Vom Hauptmenü aus kann der Film „Elektrostatik“ gestartet werden. Darüber hinaus können drei Menüs aufgerufen werden. Elektrostatik (Film 22 min) Sie lässt unsere Haare zu Berge stehen, verpasst uns einen Schlag, wenn wir eine Türklinke anfassen und ist unter anderem schuld, wenn es blitzt und donnert: Die Elektrostatik. Was aber verbirgt sich hinter all diesen Phänomenen? Um diese Fragen zu beantworten, gibt der Film einen Überblick über die Entdeckung der Elektrostatik und ihre grundsätzlichen Mechanismen. Es wird vermittelt, wie elektrostatische Phänomene mit einem Elektroskop beobachtet werden können und wie sie sich auf Basis von Atomen erklären lassen. Erklärungen zu Ladungstrennung und Ladungsausgleich helfen, unter anderem die Naturerscheinung Gewitter zu verstehen und zu lernen, wie man sich bei einem solchen richtig verhält. Im 3 Abschnitt Influenz wird erläutert, wie ein Faradayscher Käfig wirkt und warum ein Auto bei Gewitter ein sicherer Ort ist. Zusätzlich helfen Beispiele aus dem Alltagsleben und der Technik, Elektrostatik als ein faszinierendes alltägliches Phänomen zu erkennen und zu verstehen. der Materie, den Atomen, verborgen. Hier finden sich die Ladungsträger, die positiven Protonen und die negativen Elektronen. Menü „Grundlagen der Elektrostatik“ Die Entdeckung der Elektrostatik (Filmsequenz 2:00 min): Schon 500 vor Christus fand der griechische Gelehrte Thales von Milet heraus, dass Bernstein, wenn er an einem Wolltuch gerieben wurde, verschiedene leichte Materialien anzieht. Im Jahr 1601 untersuchte der englische Physiker William Gilbert den rätselhaften Fall. Er erkannte dass diese durch Reibung erzeugte Anziehung nichts mit Magnetismus zu tun hat und nannte die Kraft „elektrisch“ – „wie Bernstein“. Reibungselektrizität (Filmsequenz 1:40 min): Durch Reibung können nichtleitende Körper elektrisch aufgeladen werden. Zwischen zwei elektrisch geladenen Körpern wirken entweder anziehende oder abstoßende Kräfte, je nach ihrer eigenen Ladung. Aufladung von Körpern (Filmsequenz 3:50 min): Reibung kann verschiedene Materialien elektrostatisch aufladen. Die Art der Ladung, die durch Reibung entsteht, ist abhängig von den Materialien, die aneinander gerieben werden. Die Ursache der Ladungen liegt in den Bausteinen Elektrostatik in Technik und Alltag (Filmsequenz 1:40 min): Elektrostatik kann in der Industrie von großem Nutzen sein. So kann sie beim Lackieren von Autos zum Einsatz kommen. Wir können elektrostatische Phänomene aber auch alltäglich beobachten, beispielsweise, wenn uns durch 4 elektrostatische Aufladung die Haare zu Berge stehen. Erscheinungsformen der Elektrostatik (4 Bilder) Vier Bilder geben einen Überblick über verschiedene Erscheinungsformen der Elektrostatik (Blitze, Aufladung durch Teppich, Aufladung von Bernstein, fliegende Haare) und erklären diese kurz. Menü „Ladungstransport“ Das Elektroskop (Filmsequenz 2:20 min): Versuche mit einem negativ geladenen Kunststoffstab sowie einem positiv ge- ladenen Glasstab zeigen, dass man mit einem Elektroskop erkennen kann, ob ein Objekt elektrisch geladen ist, nicht jedoch, welche Ladung es trägt. Ladungsmessung mit dem Elektroskop (2 Bilder) In zwei Bildern (mit Infotext) wird gezeigt, wie sich ein Elektroskop bei Kontakt mit verschieden geladenen Objekten (Kunststoffstab und Glasstab) verhält. Ladungstrennung und Ladungsausgleich (Filmsequenz 3:40 min): Anhand eines Atommodells wird erklärt, wie sich Elektronen in Leitern und Nicht- 5 leitern verhalten und wie elektrischer Strom entsteht. Zum besseren Verständnis werden die Phänomene von Ladungstrennung und Ladungsausgleich am Beispiel eines elektrischen Schlags an einer Türklinke erklärt. Fließrichtung von Elektronen (2 Grafiken) Die Grafiken (mit Infotext) zeigen die Fließrichtungen von Elektronen bei unterschiedlichen Kombinationen von neutralen, negativen und positiven Materialien. Innerhalb einer Gewitterwolke kommt es zu einer großräumigen Ladungstrennung und dadurch zu Ladungsunterschieden innerhalb der Wolke und zwischen Wolke und Erde. Wird der Ladungsunterschied zu groß, kommt es zu einem Ladungsausgleich durch einen Blitz. Gewitter (Filmsequenz 1:50 min): Ein besonders eindrucksvolles Beispiel für einen Ladungsausgleich stellen die Blitze während eines Gewitters dar. Wie entsteht ein Blitz? (3 Grafiken) In drei Grafiken wird die Entstehung eines Blitzes erklärt. 6 Wohin bei Gewitter? (Grafik) Bei Gewitter kann ein Aufenthalt im Freien lebensgefährlich sein. In dieser Grafik wird aufgezeigt, welche Plätze bei Gewitter gemieden werden sollten und wo es am sichersten ist. Menü „Influenz“ Influenz und der Faradaysche Käfig (Filmsequenz 4:00 min): Eine Ladungssortierung tritt auf, wenn sich ein geladener Körper in der Nähe eines ungeladenen, leitenden Körpers befindet. Die Influenz bewirkt eine Ladungsverschiebung und Ladungstrennung der leicht beweglichen Elektronen auch ohne direkte Berührung. Bei Nichtleitern kann es in der Nähe geladener Körper zu einer Polarisierung kommen. Auf dem Effekt der Influenz beruht auch der Faradaysche Käfig. Er schützt gegen Blitzschlag, indem er überzählige Ladungen auf seiner Oberfläche ableitet. Auch ein Auto ist ein Faradayscher Käfig. Das Auto – Ein Faradayscher Käfig (3 Grafiken) Auch ein Auto stellt einen Faradayschen Käfig dar. Schlägt ein Blitz in oder neben einem Auto ein, werden die Blitzladungen über die Karosserie für uns ungefährlich in die Erde abgeleitet. Das elektrische Feld (Grafik) Der Raum um einen elektrisch geladenen Körper, in dem elektrische Kräfte wirken, wird als elektrisches Feld bezeichnet. Es lässt sich mit Feldlinien beschreiben. Influenz (2 Grafiken) Die Grafiken zeigen den Einfluss einer positiven Ladung auf die Ladungen eines zunächst ungeladenen elektrischen Leiters. 7 Verwendung im Unterricht Das Thema „Elektrostatik“ ist in den Lehrplänen aller Schulformen für die Mittelstufe vorgesehen. Bekannte Naturphänomene wie ein Gewitter können mit ihrer Hilfe erklärt werden. Neben dem Basiskonzept „System“ weisen die KMK-Bildungsstandards für das Fach Physik die Thematik auch im Rahmen der Basiskonzepte „Wechselwirkung“ (Körper können durch Felder aufeinander einwirken), „Energie“ (Elektrische Felder sind Träger von Energie) und „Struktur der Materie“ (Elektrische Eigenschaften von Stoffen kann man mit Hilfe des KernHülle-Modells erklären), aus. Modellvorstellungen als wesentlicher Bestandteil der Physik werden auf dieser DVD mit Hilfe des Atommodells erläutert. Die didaktische DVD behandelt folgende Themenschwerpunkte: • Die Entdeckung der Elektrostatik • Aufladung von Körpern • Das Atommodell • Reibungselektrizität • Elektrostatik in Technik und Alltag • Das Elektroskop • Ladungstrennung und Ladungsausgleich • Gewitter 8 • Influenz • Der Faradaysche Käfig Vorkenntnisse Einfache elektrische Grundlagen wie der Spannungsbegriff sollten bekannt sein. Weitere Grundlagen und relevanten Zusammenhänge werden im Film erklärt bzw. können mit den vorhandenen Arbeitsblättern und Grafiken aufgearbeitet werden (Arbeitsmaterial im ROM-Teil der DVD). Methodische Hinweise Der ROM-Teil der DVD enthält neben den umfangreichen Arbeitsmaterialien auch Arbeitsblätter/Worksheets als PDFund Word-Dokumente. Diese Elemente ermöglichen zusätzliche Formen des schülerzentrierten Arbeitens. • Die PDF-Dateien können ausgedruckt werden. • Die PDF-Dateien zum Ausfüllen können direkt am Computer ausgefüllt, abgespeichert und ausgedruckt werden. • Die Word-Dateien (im Ordner „Arbeitsmaterial/Word_Dateien“) können bearbeitet und so individuell an die Unterrichtssituation angepasst werden. Das Materialangebot des ROM-Teils eröffnet Chancen für einen stärker schülerzentrierten, kreativen und ergebnisorientierten Unterricht. Arbeitsmaterial Im ROM-Teil der DVD stehen Ihnen Hinweise zur Verwendung im Unterricht sowie Arbeitsblätter/Worksheets (mit Lösungen) und ergänzende Materialien zur Verfügung (siehe Tabelle). Um die Arbeitsmaterialien zu sichten und auszudrucken, legen Sie die DVD in das DVD-Laufwerk Ihres Computers ein und öffnen Sie im Windows-Explorer den Ordner „Arbeitsmaterial“. Die Datei „Inhaltsverzeichnis“ öffnet die Startseite. Über diese können sie bequem alle Arbeitsmaterialien aufrufen (PDF-Dokumente). Am unteren Rand der aufgerufenen Seiten finden Sie Buttons („Inhaltsverzeichnis“, „Startseite“), die Ihnen das Navigieren erleichtern. Diese erscheinen nicht im Ausdruck. Um die PDF-Dateien lesen zu können, benötigen Sie den Adobe Reader (im Ordner „Adobe“). Im Ordner „Arbeitsmaterial/ Word_Dateien“ finden Sie die Arbeitsblätter und den Filmkommentar auch als Word-Dokumente. Ordner Materialien Verwendung im Unterricht Hinweise zum Einsatz der DVD im Unterricht Arbeitsblätter 7 Arbeitsblätter (mit Lösungsvorschlägen) Interaktionen • Reibungselektrizität • Ladungen erkennen Grafiken • • • • • • • Filmkommentar Filmkommentar als PDF- und Word-Dokument Begleitheft ausführliches Begleitheft zur DVD Programmstruktur Übersicht über den Aufbau der DVD Weitere Medien Info zu ergänzenden FWU-Medien Links kommentierte Linksammlung zum Thema Fließrichtung von Elektronen Das Elektroskop Entstehung eines Blitzes Wohin bei Gewitter? Influenz Das Auto – Ein Faradayscher Käfig Feldlinien 9 Programmstruktur Elektrostatik Untermenüs Programmstruktur Grundlagen der Elektrostatik Hauptmenü 2:00 min Aufladung von Körpern 3:50 min Reibungselektrizität 1:40 min Elektrostatik in Technik und Alltag 1:40 min Elektrostatik Elektrostatik Die Entdeckung der Elektrostatik Film 22 min Erscheinungsformen der Elektrostatik 4 Bilder Grundlagen der Elektrostatik Ladungstransport Ladungstransport Influenz Das Elektroskop 2:20 min Ladungsmessung mit dem Elektroskop 2 Bilder Ladungstrennung und Ladungsausgleich 3:40 min Arbeitsmaterial Fließrichtung von Elektronen Arbeitsmaterial (im ROM-Teil der DVD) Legen Sie die DVD in das DVDLaufwerk Ihres Computers und öffnen Sie im Windows-Explorer den Ordner Arbeitsmaterial. Die Datei Inhaltsverzeichnis öffnet die Startseite. Verwendung im Unterricht 7 Arbeitsblätter 2 Interaktionen 7 Grafiken Filmkommentar Begleitheft Programmstruktur Weitere Medien Links 10 Gewitter Wie entsteht ein Blitz? Wohin bei Gewitter? 2 Grafiken 1:50 min 3 Grafiken Grafik Influenz Influenz und der Faradaysche Käfig 4:00 min Influenz 2 Grafiken Das Auto – Ein Faradayscher Käfig 3 Grafiken Das elektrische Feld Grafik Produktionsangaben Elektrostatik (DVD) Produktion FWU Institut für Film und Bild, 2010 DVD-Konzept Dr. Maike Schuchmann, Svenja Weiß, Henrike Quarch Computeranimation Harald Frater Schnitt Harald Frater Fachberatung und Konzept Roland Bergmann, Werner Müller DVD-Authoring und Design msm-studios GmbH im Auftrag des FWU Institut für Film und Bild, 2010 Redaktion Dr. Maike Schuchmann, Svenja Weiß Bildnachweis: Fotolia: Yuri Davidov Wir danken folgenden Institutionen für die freundliche Unterstützung Odysseum Science Adventure Köln Hochspannungslabor der FH Düsseldorf Physikalisches Institut der Universität Köln Geschwister-Scholl-Gymnasium Düsseldorf Ford-Werke GmbH Köln Grafiken Harald Frater Arbeitsmaterial Roland Bergmann, Nadja Podbregar Bildnachweis Begleitheft Dr. Maike Schuchmann, Svenja Weiß Pädagogische Referenten im FWU Dr. Maike Schuchmann, Svenja Weiß, Henrike Quarch Produktionsangaben zum Film Elektrostatik Produktion MMCD NEW MEDIA GmbH, Düsseldorf im Auftrag des FWU Institut für Film und Bild, 2010 Buch und Regie Harald Frater, Nadja Podbregar Nur Bildstellen/Medienzentren: öV zulässig © 2010 FWU Institut für Film und Bild in Wissenschaft und Unterricht gemeinnützige GmbH Geiselgasteig Bavariafilmplatz 3 D-82031 Grünwald Telefon (089) 6497-1 Telefax (089) 6497-240 E-Mail [email protected] [email protected] Internet www.fwu.de 11 Didaktische FWU-DVD 46 02709 Elektrostatik Sie lässt unsere Haare zu Berge stehen, verpasst uns einen Schlag, wenn wir eine Türklinke anfassen und ist Schuld, wenn es blitzt und donnert: die Elektrostatik. Was aber verbirgt sich hinter diesem seltsamen Phänomen? Diesen Fragen geht die didaktische DVD auf den Grund und erklärt auf verständliche Weise, was unter den Begriffen Ladungstransport, Influenz und Faradayscher Käfig zu verstehen ist und wie ein Blitz entsteht. Umfangreiches Arbeitsmaterial und interaktive Übungen im ROM-Teil ergänzen die didaktische DVD. Erscheinungsjahr: Laufzeit: Filmsequenzen: Bilder: Grafiken: Sprache: DVD-ROM-Teil: Unterrichtsmaterialien Arbeitsblätter: 7 Interaktionen: 2 Adressaten:Allgemeinbildende Schule (Klasse 8-11) 2010 22 min 8 6 12 Deutsch Schlagwörter: Aufladung, Atom, Blitz, elektrischer Strom, Elektrizität, Elektronen, Elektroskop, Faradayscher Käfig, Gewitter, Influenz, Ladung, Ladungsausgleich, Ladungstransport, Ladungstrennung, Ladungsverschiebung, Modelle, Polarisierung, Reibung, Reibungselektrizität, Spannung, Thales von Milet, William Gilbert FWU Institut für Film und Bild in Wissenschaft und Unterricht gemeinnützige GmbH Systematik: Physik Elektrizitätslehre Elektrostatik Telefon +49 (0)89-6497-1 Geiselgasteig Bavariafilmplatz 3 82031 Grünwald Telefax +49 (0)89-6497-240 [email protected] www.fwu.de Lehrprogramm gemäß § 14 JuSchG GEMA Alle Urheber- und Leistungsschutzrechte vorbehalten. Nicht erlaubte / genehmigte Nutzungen werden zivil- und / oder strafrechtlich verfolgt. www.fwu-shop.de Bestell-Hotline: +49 (0)89-6497-444 [email protected] Systemvoraussetzungen bei Nutzung am PC: DVD-Laufwerk und DVDPlayer-Software, empfohlen für Windows ME/2000/XP/ Vista/Windows 7 4602709010 4602709010
