Schülerversuche zu Magnetismus

Transkript

1 Schulversuchspraktikum Physik WS 00/01 Protokoll zum Thema: Schülerversuche zu Magnetismus Rauecker Petra Schauer Magdalena

2 Inhaltsverzeichnis: Klasse Unterstufe Seite Eigenschaften von Magneten Seite Magnetpole Seite Arbeitsblatt zu Magneten und Magnetpolen Seite Mögliche Fragen zur Wiederholung Seite Klasse Unterstufe Seite Magnetfelder Seite Arbeitsblatt magnetische Feldlinien Seite Darstellungen für Feldlinienbilder Seite Magnetfeld der Erde Seite 17 Seite 2

3 1. 2. Klasse Unterstufe 1.1. Eigenschaften von Magneten Versuch 1: Lernziel: Die Schüler sollen auf einfache Weise und durch eigenes Probieren, die Eigenschaften eines Magneten kennenlernen, und welche Stoffe von einem Magneten angezogen werden. Material: Stabmagneten Eisennagel Bleistift Zwirnfaden Nickel- Stück Kobalt Plättchen Stecknadel Gummiball Knopf Usw. Man legt die oben angeführten Gegenstände auf einen Tisch und nähert den Magneten den einzelnen Stücken langsam an. Man merkt alle Gegenstände die aus Eisen bzw. aus Stahl sind werden vom Magneten angezogen. Magneten ziehen also Gegenstände aus Eisen, Nickel oder Kobalt an. Die Anziehung wirkt auch umgekehrt. Hinweise: Unter den Körpern sollten viele versch. Metallgegenstände außer Eisen sein. Oft wird nämlich vermutet, dass Magneten allgemein Metalle anziehen. Seite 3

4 Versuch 2: Lernziel: Den Schülern soll noch einmal die wechselseitige Anziehung von Magnet und Eisennagel gezeigt werden. Material: Stabmagnet Eisennagel 2 Glasröhrchen Man legt einen Eisennagel auf zwei kleine Glasröhrchen und nähert einen Pol eines Magneten dem Nagelkopf. Beginnt sich der Nagel zu bewegen, sieht man den Magneten vorsichtig weiter weg. Nun legt man den Magneten auf die beiden Rollen und nähert einem Magnetpol einen Eisennagel. Setzt sich der Magnet in Bewegung, zieht man den Nagel vorsichtig weg. Der Magnet und der Eisennagel ziehen einander wechselseitig an. Hinweise: Der Versuch kann auch mit einem Hufeisenmagneten durchgeführt werden. Möchte man den Magneten über eine größere Strecke entlangziehen, so kann man auch mehrere Röhren auslegen. Beim Wegziehen ist vorsichtgeboten, da sich im Moment der starken Anziehung Magnet und Eisen ziemlich schnell nähern. Seite 4

5 1.2. Magnetpole Lernziel: Die Schüler sollen erklären können, wo die Anziehungskraft eines Magneten am stärksten ist. Die Schüler sollen wissen, welche Pole es gibt, und deren Wirkungsweise zueinander. Versuch 1 Auch als Schülerversuch geeignet! Material: Stabmagnet Hufeisenmagnet Viele Nägel Zunächst wird der Stabmagnet über einen Haufen Nägel gelegt und langsam hochgehoben. Dasselbe dann auch noch einmal mit einem Hufeisenmagneten. Das Ergebnis ist, dass die Nägel nur an den Enden des Magneten hängen bleiben. Die beiden Stellen eines Magneten mit der stärkeren magnetischen Anziehungskraft nennt man Magnetpole. Seite 5

6 Versuch 2: Lernziel: Die Schüler sollen angeben können, warum man die Pole eines Magneten mit Nord- und Südpol bezeichnet. Material: Stabmagnet Faden Ein Stabmagnet wird an einem Faden aufgehängt, er muss sich in waagrechter Richtung frei drehen können. Nach einiger Zeit stellt er sich so ein, dass ein bestimmtes Ende nach Norden (und natürlich das andere Ende nach Süden) zeigt. Den nach Norden weisenden Pol eines waagrecht drehbaren Magneten nennt man Nordpol. Das andere Ende nennt man Südpol. Bei Magneten werden Nordpole meist mit rote, Südpole mit grüner Farbe gekennzeichnet. Seite 6

7 1.3. Arbeitsblatt zu Magneten und Magnetpole Mit diesem Blatt sollen die Schüler Grunderfahrungen mit dem Magneten machen. Sie sollen dabei herausfinden, dass sich gleichnamige Pole abstoßen und verschiedennamige Pole einander anziehen. Im zweiten Versuch des Arbeitsblattes, soll das Ganze noch einmal spielerisch erarbeitet und gefestigt werden. Die dritte Aufgabe besteht darin, die Drehrichtung einer Magnetnadel in der Nähe eines festen Magnetpols zu bestimmen. Weiters soll auch noch die Reichweite eines Magneten untersucht werden. Zum Schluss soll die Wechselseitige Anziehung zwischen zwei Magnetnadeln untersucht werden. Das Arbeitsblatt kann in Einzelarbeit oder in Gruppenarbeit erarbeitet werden. Je nachdem, wie viele Kompassnadel und Stabmagneten zur Verfügung stehen. Am besten man teilt die Magnete und Magnetnadeln aus und lässt die Schüler das Arbeitsblatt erarbeiten und vergleicht am Ende der Stunde die Ergebnisse. Ungefähre Dauer des Arbeitsblattes: eine Einheit. Seite 7

8 Arbeitsblatt Für die Versuche brauchst du: Stabmagnet 2 Kompassnadel Schnur Maßband Wissenswertes: Die Pole der Magnete müssen markiert sein. Zur Wiederholung: Nordpole (N) sind mit roter Farbe und Südpole (S) mit grüner Farbe gekennzeichnet. Versuch 1: Du näherst dich einem der beiden Pole der Magnetnadel mit einem beliebigen Pol des Magneten. Siehe Abbildung. Es erfolgt Abstoßung oder Anziehung. Nun probiere alle 4 möglichen Kombinationen mit Nadel und Magnet durch. Halte fest, was du bemerkt hast. Wie oft erfolgt Abstoßung? Wie oft erfolgt Anziehung? Welche Pole zeihen einander an? Welche Pole stoßen einander ab? Seite 8

9 Versuch 2: Befestige an einem Ende des Stabmagneten eine Schnur. Nimm das obere Ende der Schnur und halte den Stabmagneten über eine Kompassnadel. Versetze nun den Stabmagneten in eine kreisende Bewegung. ACHTUNG: Der Abstand zwischen Nadel und Stabmagneten muss so gewählt werden, dass die Magnetnadel nicht vom Stabmagneten angehoben wird. Welche Bewegungen der Kompassnadel können mit dem Stabmagneten erzielt werden? Versuch 3: Kennzeichne durch Pfeile die Drehrichtung (Ablenkung) der Magnetnadel! Zur Überprüfung kannst du dein Ergebnis auch mit deinem Magneten und deiner Kompassnadel nachprüfen. Wobei die grünen Flächen die Nordpole kennzeichnen. Seite 9

10 Versuch 4: Stelle zwei Magnetnadeln die sich auf gleicher Höhe befinden sollen so auf, dass sie sich nicht berühren. Versetzte nun eine der zwei Nadel in Drehung. Was passiert mit der zweiten Magnetnadel? Auf welche wichtige Eigenschaft von Magnetpolen kann dieses Ergebnis zurückgeführt werden. Versuch 5: Stelle eine Kompassnadel auf und warte bis sich die Nadel nicht mehr bewegt. Zur Wiederholung: Welche Richtung stellt sich ein? Nun näher dich der Kompassnadel mit einem Stabmagneten. In einer bestimmten Entfernung beginnt sich die Nadel zu bewegen. Bei der Annäherung des Stabmagneten an die Kompassnadel sollten sie auf gleicher Höhe liegen (anpeilen). Miss den Abstand zwischen Nadel und Stabmagneten ab welchen sich die Nadel zum Bewegen beginnt und gib in an. Abstand: Seite 10

11 1.4. Mögliche Fragen zur Wiederholung: Welche der folgenden Gegenstände werden von einem Magneten angezogen? o Glaskugel o Eisenblech o Holzstab o Gummiringerl o Reißnagel o Kupferrohr o Messingschraube o Papier Ein Stabmagnet hat die größte Anziehungskraft o In der Mitte o An einem Ende o An beiden Enden Ein Ende eines Stabmagneten heißt Nordpol, o Weil es nur am Nordpol der Erde hergestellt werden kann o Weil es bei einem frei drehbaren Magneten immer nach Norden weißt o Weil der Physiker Nord den Magneten erfand Welche Magnetpole ziehen einander an? o Nordpol Südpol o Nordpol Nordpol o Südpol Südpol o Südpol Nordpol Zwei Stabmagneten werden mit den gleichnamigen Polen zusammengelegt und fest zusammengehalten. Zwei aneinander liegende gleichnamige Pole haben nun gemeinsam? o Die gleiche Anziehungskraft o Eine größere Anziehungskraft o Eine kleinere Anziehungskraft als ein Pol allein Seite 11

12 Zum Abschluss ein kleiner Rätselspaß: a) Körper, der Eisen anzieht. b) Stoff, den ein Magnet anzieht. c) Name eines Magnetpols. d)... Pole stoßen einander ab. e) Pol, der nach Norden zeigt. LÖSUNG: Im Umrahmten Teil: Name eines Stoffes der von Magneten angezogen wird. a b d e c Seite 12

13 2. 4. Klasse Unterstufe Zum Einstieg in den Magnetismus können noch ein paar Versuche von vorher wiederholt werden Magnetfelder Lernziel: Der Schüler soll angeben können, was man unter einem Magnetfeld versteht und erläutern können, was magnetische Feldlinien angeben. Zum Einstieg kann man Versuch 1 vom Arbeitsblatt vorne machen. Die Erklärung lautet nun: Die Kraft des Magneten wirkt nach allen Seiten und wird mit zunehmender Entfernung vom Magneten schwächer. Im Raum um einen Magneten entsteht also ein Kraftfeld. Es wird als Magnetfeld bezeichnet Arbeitsblatt magnetische Feldlinien: Mit dem folgenden Arbeitsblatt sollen die Schüler verschiedene Möglichkeiten kennenlernen, wie man Feldlinien von Magneten sichtbar machen kann. Weiters sollten sie auch bei Signifikanten Formen von Magneten (Ringmagnet, Stabmagnet,...) den Feldlinienverlauf skizzieren können. Seite 13

14 Arbeitsblatt: WICHTIG: Im Raum um einen Magneten besteht ein Kraftfeld. Es heißt Magnetfeld. Die magnetischen Feldlinien geben für jeden Punkt des Magnetfeldes die Richtung an, in die sich eine Magnetnadel aufgrund der dort herrschenden magnetischen Kraft einstellt. Feldlinien weisen immer vom Nordpol zum Südpol! Für die folgenden Versuche benötigst du: dünnen Karton 2 Stabmagneten Hufeisenmagnet Ringmagnet Eisenspäne Lege den dünnen Karton jeweils auf die verschiedenen Formen von Magneten. Nun streue auf den Karton vorsichtig Eisenfeilspäne. Durch leichtes klopfen mit den Fingern kannst du die Ausrichtung der Eisenspäne noch verbessern. Zeichne nun zu den unten dargestellten Magneten die Feldlinienbilder! Kennzeichne durch Pfeilspitzen die Richtung der Feldlinien! b) a) c) d) Seite 14

15 2.3. Weitere Möglichkeiten für die Darstellung von Feldlinien: Die Feldlinien können mit diesem Versuch auf einem Karton fixiert werden. Material: Heißes Kerzenwachs Pristolkarton Alter Pinsel Eisenspäne Verschiedene Formen von Magneten Bunsenbrenner Das warme Wachs wird mit einem Pinsel auf den Karton gestrichen. Das Wachs nun auf dem Karton auskühlen lassen. Anschließend unter den Karton einen Magneten legen und vorsichtig Eisenspäne auf den Karton streuen. Wenn ein schönes Feldlinienbild sichtbar ist, den Bunsenbrenner anzünden und zunächst eine Zeitlang brennen lassen. Anschließend mit dem Bunsenbrenner das Wachs wieder erwärmen, dazu hält man den Bunsenbrenner in schräger Lage über den Karton. Damit der Bunsenbrenner nicht zum Spucken anfängt, muss er vorher eine Zeitlang brennen. Auf diese Art und Weise können die Feldlinien schön fixiert werden. Seite 15

16 Material: Overheadprojektor Glasplatte Unterlagenklötzchen 2 Hufeisenmagnete Ringmagnet Magnetknöpfe Kleiner Hufeisenmagnet Projektion von Feldlinienbildern: Versuchdurchführung: Der bzw. die Magnete werden auf den Overheadprojektor gelegt. Auf den bzw. die Magnete legt man eine Glasplatte die mit Holzklötzchen so fixiert wird, dass sie waagrecht liegt. Auf die Glasplatte streut man über die Magnete Eisenpulver und klopft solange mit dem Finger auf die Platte bis sich die Späne entlang der Feldlinien angeordnet haben. Da die Magnete verschieden hoch sind, muss das projizierte Bild jedes Mal scharf eingestellt werden. Auf den unten beigefügten Bildern sind einige Mögliche Bilder dargestellt. Seite 16

17 2.4. Magnetfeld der Erde Eine leicht drehbare Magnetnadel stellt sich immer in die Nord- Südrichtung ein. Es wirken daher auf sie magnetische Kräfte. Das bedeutet: Im Raum um unsere Erde besteht ein Magnetfeld. Wie jedes Magnetfeld kann man auch das Magnetfeld der Erde durch Feldlinien beschreiben. Der magnetische Südpol der Erde liegt derzeit nördlich von Kanada, der magnetische Nordpol südlich von Australien. Die magnetischen Feldlinien der Erde verlaufen bogenförmig. Eine Magnetnadel mit waagrechter Achse stellt sich in die Richtung der Feldlinien ein, wie unten abgebildet. Versuch: Material: Heizkörper Magnetnadel Man nähert dem oberen Teil eines eisernen Heizkörpers erst den Nordpol, dann den Südpol einer Magnetnadel. Der Nordpol wird angezogen und der Südpol abgestoßen. Nun wiederholt man den Versuch am unteren Ende des Heizkörpers. Diesmal wird der Nordpol abgestoßen und der Südpol angezogen. Der Heizkörper wird durch das Magnetfeld der Erde magnetisch. Wobei der obere Teil zum Südpol wird und der untere Teil zum Nordpol. Seite 17