Illustrierende Aufgaben zum LehrplanPLUS. Leiter und Isolatoren am Beispiel Weidezaun

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1 Leiter und Isolatoren am Beispiel Weidezaun Stand: 11. Februar 2017 Schulart Jahrgangsstufe Fach Realschule 7, 8 II/III Physik Kompetenzerwartung(en) entsprechend dem Fachlehrplan Die Schülerinnen und Schüler... entwickeln zu einfachen technischen Problemstellungen geeignete elektrische Schaltungen und bauen diese nach einem selbständig erstellten Schaltbild unter Anleitung funktionsfähig auf. (Kompetenzerwartung 7 I ) nutzen ihre Kenntnisse über die Leitfähigkeit verschiedener Materialien sowie über die Wirkungen des elektrischen Stroms, um Grundregeln für den Umgang mit diesem abzuleiten und sich vor Gefahrensituationen im Alltag zu schützen. (Kompetenzerwartung 7 I und 8 II/III ) bauen zu einfachen technischen Problemstellungen nach einem vorgegebenen Schaltbild und unter Anleitung geeignete elektrische Schaltungen auf. (Kompetenzerwartung 8 II/III ) 1

2 Leiter und Isolatoren am Beispiel Weidezaun Arbeitsaufträge Die neue Weide (Abb.1) soll mit einem elektrischen Weidezaun eingezäunt werden. 1. Informiere Dich über die Funktionsweise eines elektrischen Weidezauns. 2. Welche Bauteile benötigt man, um einen funktionierenden elektrischen Weidezaun aufzubauen? 3. Zeichne ein Schaltbild der Zaunanlage und erkläre mit dessen Hilfe die Funktionsweise des Zauns. 4. Welche Eigenschaften muss das Material haben, aus dem die Seile (Abb. 2) bestehen, wenn der Elektrozaun funktionieren soll? Erkläre. 5. Bei den Zaunpfählen bietet sich die Auswahl zwischen Kunststoffpfählen, Metallpfählen und Holzpfählen (Abb. 3-5). Was ist bei welchem Material beim Befestigen des Seils zu beachten? Begründe. 6. Bei eingeschaltetem Weidezaungerät soll die Weide betreten werden können. Dazu sind am Eingang besondere Griffe (Abb. 6) angebracht. Beschreibe deren Aufbau und erkläre deren Funktionsweise physikalisch. 7. Beschreibe die Funktionsweise der Erdung des Minuspols des Weidezaungeräts (Abb. 7 und 8). Quellen- und Literaturangaben Alle Bilder: ISB Seite 2 von 7

3 Illustrierende Aufgaben zum LehrplanPLUS Realschule, Physik, Jahrgangsstufe 7, 8II/III Bilder zu den Aufgaben Abb. 1: Pferde auf der Weide Abb. 3: Kunststoffpfahl Abb. 2: Seil fu r einen Weidezaun Abb. 4: Metallpfahl Seite 3 von 7 Abb. 5: Holzpfahl

4 Illustrierende Aufgaben zum LehrplanPLUS Realschule, Physik, Jahrgangsstufe 7, 8II/III Abb. 6: Griff Abb. 7: Weidezaungera t Abb. 8: Erdung Hinweise zum Unterricht Zu Aufgabe 1: (Stand: 11. Februar 2017) Lo sungsvorschlag zu 2: Pfa hle evtl. Isolatoren Ba nder oder Seile aus Material, das den elektrischen Strom leitet. elektrisches Weidezaungera t Erdung zu 3: Die Seile des Zauns, die aus einem Material bestehen, das den elektrischen Strom leitet, sind mit einem Pol des elektrischen Weidezaungera ts verbunden. Die Erde bildet den anderen Pol dieses offenen Stromkreises. Beru hren die Tiere den Zaun, wird der Stromkreis u ber die Tiere geschlossen. Seite 4 von 7

5 Abb. 9: Schaltskizze zu 4: Die Seile bestehen aus elektrischen Leitern. Dies sind etwa blanke Drähte aus verzinktem Stahl oder Aluminium oder aus mehreren sehr dünnen leitfähigen Drähten (0,2 bis 0,3 mm Durchmesser), die in ein Kunststoffgewebeband oder ein Kunststoffseil eingewebt sind. zu 5: Zum Beispiel aus (Stand: 11. Februar 2017) An Pfählen aus harzreichem Holz, zum Beispiel Tannenholz, kann unter Umständen auf den Isolator verzichtet werden. Gleiches gilt für Kunststoffpfähle. zu 6: Das Innere der Griffe besteht aus elektrisch leitendem Material, das Äußere besteht aus elektrisch nicht leitendem Material und kann somit gefahrlos berührt werden. zu 7: Da die Seile des Zauns, die aus einem Material bestehen, das den elektrischen Strom leitet, mit einem Pol des elektrischen Weidezaungeräts verbunden sind, bildet die Erde den anderen Pol dieses offenen Stromkreises. Berühren die Tiere den Zaun, wird der Stromkreis über die Erde geschlossen. Seite 5 von 7

6 Abdeckung weiterer Kompetenzen und Ziele entsprechend dem Lehrplan Die Schülerinnen und Schüler... sind aufgrund ihrer physikalischen Kenntnisse in der Lage, grundlegende Funktionsweisen technischer Geräte zu erklären. Im Physikunterricht entwickeln sie zudem die Fähigkeit, sich selbständig Funktionsprinzipien moderner Technologie anhand von Fachtexten zu erschließen. Sie bewerten die mit dem technischen Fortschritt verbundenen Chancen und Risiken für den Einzelnen, die Gesellschaft und die Umwelt und nehmen vor dem Hintergrund unterschiedlicher Meinungen in der Gesellschaft, z. B. im Zusammenhang mit dem Klimaschutz, einen eigenen Standpunkt ein. Sie berücksichtigen in Kontexten, in denen das Fach Physik einen Beitrag zur technischen Bildung leistet, auch ökologische, ökonomische und soziale Aspekte. (Fächerübergreifendes Ziel: Technik) erkennen, dass Kenntnisse über Sicherheitsaspekte beim Experimentieren, insbesondere über den sicheren Umgang mit elektrischer Energie, optischer Strahlung und Schallwellen, eine wichtige fachliche Grundlage für den verantwortungsvollen Umgang mit technischen Geräten und die Bewertung möglicher Gefahrensituationen im häuslichen Umfeld bilden. Auch Wirkungen ionisierender Strahlung auf den menschlichen Organismus lernen sie im Fach Physik sachgerecht einzuschätzen. So können sie z. B. Chancen und Risiken therapeutischer wie diagnostischer Verfahren in der Medizin besser einschätzen. (Fächerübergreifendes Ziel: Gesundheit) sind in der Lage, sich physikalische Kenntnisse aus Fachtexten zu erschließen, Informationen zu recherchieren und Arbeitsergebnisse in Dokumentationen und Präsentationen adressatengerecht aufzubereiten. In fachlichen Diskussionen zeigen sie Offenheit und Bereitschaft, eigene Ideen und Vorstellungen einzubringen und sich mit Gegenargumenten kritisch auseinanderzusetzen. Die sach- und adressatengerechte Kommunikation in schriftlicher und mündlicher Form setzt vor allem Verständnis und bewusste Verwendung der Fachsprache voraus. Dazu gehört auch, fachspezifische Darstellungsformen, wie etwa Tabellen, Diagramme sowie physikalische und mathematische Symbole, gezielt und korrekt zu verwenden. (Prozesskompetenz Kommunikation) fassen Informationen aus passgenauen Quellen zusammen und präsentieren diese unter Verwendung fachsprachlich korrekter Formulierungen adressatengerecht. Unter Anleitung beschreiben sie Aufbau, Durchführung und Ergebnis von Versuchen sowie Aufbau und Funktionsweise von einfachen technischen Geräten. Schaltbilder, Strahlengänge und Diagramme fertigen sie mit der notwendigen Genauigkeit an. (Grundkompetenz 7 und 8 II/III ) nutzen ihre Kenntnisse aus der Mechanik, der Optik und der Elektrizitätslehre, um in Alltagssituationen, beispielsweise im Straßenverkehr oder im Umgang mit elektrischem Strom, Gefahren sinnvoll einzuschätzen und ihr Handeln entsprechend anzupassen. (Grundkompetenz 7) formulieren, ausgehend von ihren Beobachtungen und Vorerfahrungen, Hypothesen zur Erklärung einfacher physikalischer Phänomene der Mechanik, der Optik, des Magnetismus Seite 6 von 7

7 und der Elektrizitätslehre. Sie führen angeleitet und begleitet qualitative und quantitative Experimente unter Berücksichtigung der Sicherheitshinweise durch und werten diese aus. Physikalische Zusammenhänge untersuchen sie unter Anleitung graphisch und numerisch. (Grundkompetenz 8 II/III ) Seite 7 von 7