Elektrostatik fachlicher Hintergrund und Unterrichtsvorschläge. Stiftung Bildungspakt Bayern

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1 Elektrostatik fachlicher Hintergrund und Unterrichtsvorschläge Stiftung Bildungspakt Bayern Florian Ziegler und Andreas Hartinger Universität Augsburg 04. Oktober

2 Warum sollte man elektrostatischen Phänomenen im Sachunterricht Raum geben? Die Menschheit kannte die statische Elektrizität lange vor der fließenden Elektrizität. Die Erklärung ist hilfreich beim Aufbau einer Modellvorstellung zum Strom. Alle Experimente lassen sich mit einfachen Materialien und völlig gefahrlos durchführen. 2

3 Bohr sches Atommodell: Kern: Protonen und Neutronen Atomhülle: Elektronen In Atomen herrscht ein Gleichgewicht zwischen positiven und negativen Ladungen. Sie sind nach außen elektrisch neutral. Unterschiedliche Ladungen ziehen sich an, gleiche Ladungen stoßen sich ab. Bildquelle: Zentrale für Unterrichtsmedien ( 3

4 Werden bei elektr. Nichtleitern äußere Elektronen (z.b. durch Reibung) entfernt, so entsteht ein Ladungsüberschuss. Luftballon und Pullover ziehen sich gegenseitig an. 4

5 Warum zieht der geladene Luftballon aber elektrisch neutralen Pfeffer an? Die überschüssigen Elektronen am Luftballon drücken die Elektronen im Pfeffer von sich weg. Die positiven Pfeffer-Ladungen sind dadurch näher am Luftballon als die negativen. 5

6 Warum beginnen die Papiermännchen zu tanzen? Durch die Ladungsverschiebung in den Atomen der Papiermännchen werden diese von den überschüssigen Elektronen auf dem Kunststofflineal angezogen. 6

7 Warum beginnen die Papiermännchen zu tanzen? Gehen Elektronen vom Lineal auf die Papiermännchen über, stoßen sich die beiden Materialien wieder gegenseitig ab. Die Papiermännchen fallen auf den Untergrund zurück. 7

8 Warum beginnen die Papiermännchen zu tanzen? Die zusätzliche negative Ladung wird an den Untergrund ab-gegeben und die wieder neutralen Papiermännchen werden erneut angezogen 8

9 Warum verbiegt sich der Wasserstrahl? Wasser ist ein Dipol, da im Wasser-molekül Ladungsverschiebungen bestehen. δ- δ+ δ+ 9

10 Warum verbiegt sich der Wasserstrahl? Die überschüssigen Elektronen auf dem Plastiklineal üben eine Anziehungskraft auf die positiv (teil-) geladenen Wasserstoffatome aus und geben dem Wasserstrahl dadurch einen Richtungsimpuls. 10

11 Vorschläge für den Unterricht 11

12 1. Der Luftballon und seine Anziehungskraft: Phänomenbegegnung: Haare stehen zu Berge Vorwissen und erste Vermutungen Experimentierphase 1: mit Salz und Pfeffer (KV 18) Gesprächskreis Input: Modellvorstellung (TA-Bild + AB) (KV 19+20) Transfer: Warum standen die Haare zu Berge? 12

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14 1. Der Luftballon und seine Anziehungskraft: Experimentierphase 2: andere Gegenstände anziehen (KV 21 oben) Schüler setzen weitere eigene Ideen um (KV 21 unten) 14

15 2. Forscheraufträge aus dem Phänomenkreis: Anwenden der Erkenntnisse, Überprüfen der Vermutungen, Vertiefung und Transfer in weiteren Forscheraufträgen (KV 22-25) Unterstützung durch Hilfekarten, Anregung durch weitere Nichtleiter Evtl. Anfertigen eigener Skizzen zur Erläuterung 15

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17 Individuelle Förderung und Differenzierung: Salz und Pfeffer -Versuch schafft gemeinsame Erfahrungsgrundlage für anschließendes Gespräch Versuchsreihen sind offen und können von Schülern gut variiert werden Zuwendung der Lehrkraft zu Schülern gut möglich, die in die Erklärung des sich wiederholenden Phänomens noch einmal mit Anleitung einsteigen wollen. Angebot von Hilfekarten 17