Didaktische FWU-DVD. Elektrostatik
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- Insa Bach
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Transkript
1 Didaktische FWU-DVD Elektrostatik
2 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. 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. 2
3 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
4 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. 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 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. 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
5 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 geladenen 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
6 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. Gewitter (Filmsequenz 1:50 min): Ein besonders eindrucksvolles Beispiel für einen Ladungsausgleich stellen die Blitze während eines Gewitters dar. 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. Wie entsteht ein Blitz? (3 Grafiken) In drei Grafiken wird die Entstehung eines Blitzes erklärt. 6
7 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
8 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 Kern- Hülle-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 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. 8
9 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 Verwendung im Unterricht Arbeitsblätter Materialien Hinweise zum Einsatz der DVD im Unterricht 7 Arbeitsblätter (mit Lösungsvorschlägen) Interaktionen Reibungselektrizität Ladungen erkennen Grafiken Fließrichtung von Elektronen Das Elektroskop Entstehung eines Blitzes Wohin bei Gewitter? Influenz Das Auto Ein Faradayscher Käfig Feldlinien Filmkommentar Begleitheft Programmstruktur Weitere Medien Links Filmkommentar als PDF- und Word-Dokument ausführliches Begleitheft zur DVD Übersicht über den Aufbau der DVD Info zu ergänzenden FWU-Medien kommentierte Linksammlung zum Thema 9
10 Programmstruktur Elektrostatik Programmstruktur Untermenüs Grundlagen der Elektrostatik Hauptmenü Die Entdeckung der Elektrostatik Aufladung von Körpern Reibungselektrizität 2:00 min 3:50 min 1:40 min Elektrostatik Elektrostatik Grundlagen der Elektrostatik Film 22 min Elektrostatik in Technik und Alltag 1:40 min Erscheinungsformen der Elektrostatik 4 Bilder Ladungstransport Influenz Arbeitsmaterial Arbeitsmaterial (im ROM-Teil der DVD) Legen Sie die DVD in das DVD- Laufwerk 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 Ladungstransport Das Elektroskop Ladungsmessung mit dem Elektroskop Ladungstrennung und Ladungsausgleich Fließrichtung von Elektronen Gewitter Wie entsteht ein Blitz? Wohin bei Gewitter? Influenz Influenz und der Faradaysche Käfig Influenz Das Auto Ein Faradayscher Käfig Das elektrische Feld 2:20 min 2 Bilder 3:40 min 2 Grafiken 1:50 min 3 Grafiken Grafik 4:00 min 2 Grafiken 3 Grafiken Grafik 10
11 Produktionsangaben Elektrostatik (DVD) Produktion FWU Institut für Film und Bild, 2010 DVD-Konzept Dr. Maike Schuchmann, Svenja Weiß, Henrike Quarch DVD-Authoring und Design msm-studios GmbH im Auftrag des FWU Institut für Film und Bild, 2010 Bildnachweis: Fotolia: Yuri Davidov Grafiken Harald Frater Arbeitsmaterial Roland Bergmann, Nadja Podbregar Computeranimation Harald Frater Schnitt Harald Frater Fachberatung und Konzept Roland Bergmann, Werner Müller Redaktion Dr. Maike Schuchmann, Svenja Weiß Bildnachweis 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 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 Grünwald Telefon (089) Telefax (089) info@fwu.de vertrieb@fwu.de Internet 11
12 Didaktische FWU-DVD 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: 2010 Laufzeit: 22 min Filmsequenzen: 8 Bilder: 6 Grafiken: 12 Sprache: Deutsch DVD-ROM-Teil: Unterrichtsmaterialien Arbeitsblätter: 7 Interaktionen: 2 Adressaten: Allgemeinbildende Schule (Klasse 8-11) 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 Systematik: Physik Elektrizitätslehre Elektrostatik FWU Institut für Film und Bild in Wissenschaft und Unterricht gemeinnützige GmbH Geiselgasteig Bavariafilmplatz Grünwald Telefon +49 (0) Telefax +49 (0) info@fwu.de Lehrprogramm gemäß 14 JuSchG GEMA Alle Urheber- und Leistungsschutzrechte vorbehalten. Nicht erlaubte / genehmigte Nutzungen werden zivil- und / oder strafrechtlich verfolgt. Systemvoraussetzungen bei Nutzung am PC: DVD-Laufwerk und DVD- Player-Software, empfohlen für Windows ME/2000/XP/ Vista/Windows Bestell-Hotline: +49 (0) vertrieb@fwu.de
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