Physik der freien Hand: Mit Freihandversuchen erfolgreich experimentieren

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1 Physik der freien Hand: Mit Freihandversuchen erfolgreich experimentieren 7. Juli 2011 Münster Alexander Strahl von: (ebenfalls als Flash Präsentation online)

2 Legitimation Geräte zerlegen / zusammenbauen Versuche aufbauen, etwas bauen Versuche durchführen, messen Versuche beobachten Sich ein Gerät ausdenken, erfinden Sich eine eigene Meinung bilden Technische Neuerungen diskutieren Nutzen von Technik beurteilen Schülerversuche im Unterricht: Nur 10 % der Gymnasiallehrer und Lehrerinnen setzen Schülerexperimente ein. In anderen Schulformen ist der Anteil nur unwesentlich höher. Eine Vermutung prüfen 28 Berechnen, n lösen 17 Einem Vortrag zuhören 16 Einen Physiktext lesen 8 Lernfaktoren (Gerhard Roth) - Motivation und Glaubhaftigkeit des Lehrenden - Individuellen kognitiven und emotionalen Lernvoraussetzungen der Lernenden - Die allgemeine Motiviertheit und Lernbereitschaft der Schüler - Die spezielle Motiviertheit der Schüler für einen bestimmten Stoff, Vorwissen und aktueller emotionaler Zustand - Der spezifische Lehr- und Lernkontext Dinge, die für den Lernenden neu, d.h. nicht anschlussfähig sind, fallen durch die Gedächtnisnetze hindurch, weil sie nirgendwo Brücken zu bereits vorhandenem Wissen bilden können. [Gerhard Roth]

3 Neurowissenschaftliche Argumente Die Rolle der Emotion beim Lernen ist nicht zu unterschätzen. [Ralf Spitzer] Emotionale und soziale Aspekte des Lernens spielen eine mindestens ebenso wichtige Rolle für das Schulgeschehen, wie die intellektuell-kognitive. [Joachim Bauer] Hippocampus bewusstseinsfähiges Gedächtnis Assoziationen kreativ leichter Stress positive Gefühle Freude, Spaß Amygdala (Mandelkern) unbewusste Konditionierung Regeln reine Reproduktion starker Stress negative Gefühle Angst, Furcht Gelernt wird nicht nur am besten, wenn damit eine Aktivität des Lernenden verbunden ist, sondern wenn diese Aktivität auch Spaß macht. [Ulrich Hermann] Alles, was beim Lernen Freude macht, unterstützt des Gedächtnis. [Johann Amos Comenius ( )]

4 Ørsted-Versuch 1 Kompass Isolierter Kupferdraht 4,5 V Batterie Was Ørsted kann, können Sie schon lange! Lassen Sie einen elektrischen Strom durch einen geraden Leiter fließen! Legen Sie den Kompass auf den Tisch und beobachten Sie, wie sich die Kompassnadel ausrichtet. Verbinden Sie die Enden des Drahtes mit den Kontakten der Batterie und halten Sie den Draht parallel zur Kompassnadel über den Kompass.

5 Wirbelstrombremse 2 Aluminiumprofil ohne Schlitze Aluminiumprofil geschlitzt Dauermagnetmurmel Eisenmurmel 4 Styropor-Stopfen Bremsen Sie mit Wirbelströmen! Lassen Sie die Murmeln rollen! Beobachten Sie die Unterschiede! Versehen Sie die Enden der U-Profile mit den Styropor-Stopfen. Halten Sie das U-Profil ohne Schlitze mit der Öffnung nach oben in einem Winkel von ungefähr 45 zum Tisch. Lassen Sie die Murmeln nacheinander das U-Profil hinunterrollen. Die eine Murmel ist ein Dauermagnet und das U-Profil ist aus Aluminium. Rollt die dauermagnetische Kugel an dem Aluminiumprofil hinunter, werden durch die Änderung des Magnetfeldes Wirbelströme in dem Aluminiumprofil induziert. Nach der Lenzschen Regel wirken diese der Ursache entgegen und bremsen die Kugel. Ist das Aluminiumprofil geschlitzt, können sich nur viel geringere Wirbelströme ausbilden.

6 Elektromagnet 3 4,5 V Batterie isolierter Draht großer Nagel Büroklammern Bauen Sie einen Elektromagneten! Wickeln Sie den Draht um den Nagel. Wickeln Sie den Draht schraubenartig um den Nagel. Verbinden Sie die Enden des Drahtes mit den Kontakten der Batterie. Schließen Sie den Stromkreis, nehmen Sie eine Büroklammer auf und öffnen Sie den Stromkreis wieder. Überprüfen Sie die Funktionsweise des Elektromagneten mit den Büroklammern.

7 Kompass 4 Schälchen Wasser Rasierklinge (entschärft) / Nagel in Styropor Magneten Kompass (zur Überprüfung) Bauen Sie einen Kompass! Die Rasierklinge bzw. der Nagel muss magnetisiert werden. Magnetisieren Sie die Rasierklinge indem Sie mehrfach in eine Richtung mit einer Seite des Magneten über die Rasierklinge streichen. Legen Sie diese dann vorsichtig auf das Wasser und warten Sie, ob sich etwas tut. Überprüfen Sie die Nordrichtung mittels Kompass.

8 Elektromotor 5 4,5 V Batterie 2 Büroklammern Kupferlackdraht Magnet Bauen Sie einen Elektromotor! Benutzen Sie die Büroklammern als Aufhängung für die Spule. Biegen Sie die Kontakte der Batterie nach oben. Befestigen sie die Büroklammern so an den Kontakten, dass die Spitzen der Büroklammern beide zur gleichen Seite der Batterie zeigen. Nun können die Büroklammern die Spule halten. Legen sie den Magneten so auf die Batterie, dass er der Spule möglichst nah ist, diese aber noch frei drehen kann. Legen Sie die Batterie an die Tischkante und geben Sie der Spule einen kleinen Anschwung.

9 Rayleigh-Streuung 6 Plastikflasche (farblos, durchsichtig) Taschenlampe Wasser Kaffeesahne Lassen Sie das Blau des Himmels leuchten und bewundern Sie das Rot des Sonnenuntergangs! Wenige Tropfen Kaffeesahne genügen, um die Wasserflasche zum Atmosphärenmodell zu machen. Geben Sie wenige Tropfen Kaffeesahne in das Wasser in der Plastikflasche, verschließen diese wieder und schütteln Sie sie. Halten Sie die Taschenlampe an den Flaschenboden und betrachten Sie das gestreute Licht von allen Seiten.

10 Unsichtbarkeitselixier 7 Unsichtbarkeitselixier Becherglas Glasstab Lassen Sie den Glasstab verschwinden! In der Flasche ist ein Unsichtbarkeits-Elixier! Geben Sie das Unsichtbarkeits-Elixier aus der Flasche in ein Becherglas. Tauchen Sie den Glasstab ein. Wenige Tropfen Kaffeesahne genügen, um die Wasserflasche zum Atmosphärenmodell zu machen.

11 Wolke in der Flasche 8 Plastikflasche (weich) Wasser Streichhölzer Zaubern Sie eine Wolke in die Flasche! Wie entstehen Kondensstreifen am Himmel? Geben Sie etwas Wasser in die Plastikflasche und schütteln Sie. Zünden Sie ein Streichholz an und pusten Sie den Rauch in die Flasche. Verschließen Sie die Flasche. Drücken Sie die Flasche zusammen und lassen Sie die Flasche wieder los.

12 Reaktionszeit 9 Lineal Messen Sie Ihre Reaktionszeit! Fangen Sie das Lineal! Lassen Sie einen Partner das Lineal halten. Halten Sie eine oder beide Hände unter das Lineal. Nun lässt Ihr Partner das Lineal los, und Sie fangen es auf. Aus der Fallstrecke können sie Ihre Reaktionszeit berechnen: s t = 1 2 gt2 t s = 2s g Mit g = 9,81 m s 2 ergibt sich die folgende Tabelle: s [cm] t [ms] s [cm] t [ms] s [cm] t [ms] s [cm] t [ms]

13 Bénard-Experiment 10 Glasschüssel (flach) Miso-Suppe (instant) Heißes Wasser Betrachten Sie Ihre Miso-Suppe! Beobachten Sie die Strömungen in der Suppe! Geben Sie heißes Wasser in ein Becherglas. Öffnen Sie die Misopaste und rühren sie diese in das Wasser ein. Anschließend in Ruhe lassen und beobachten!

14 Bénard-Experiment