Schülerexperiment: Bestimmung der Geschwindigkeit eines Körpers

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1 Schülerexperiment: Bestimmung der Geschwindigkeit eines Körpers Stand: Jahrgangsstufen 7 Fach/Fächer Benötigtes Material Natur und Technik/ Schwerpunkt Physik Maßbänder, Stoppuhren, Taschenrechner, leeres Versuchsprotokoll als Strukturhilfe, evtl. Text zum Anfertigen von Versuchsprotokollen Kompetenzerwartungen Die Schülerinnen und Schüler bestimmen experimentell auf der Grundlage eigener Messungen von Streckenlängen und Zeitspannen die Geschwindigkeit eines Körpers, reflektieren ihre Messgenauigkeiten und halten den Versuchsaufbau, die Durchführung und ihre Ergebnisse in einem Protokoll fest. Seite 1 von 6

2 Hinweise zum Unterricht Ziel: Bei diesem Schülerexperiment steht für die Schülerinnen und Schüler im Fokus, unter Anleitung systematisch zu experimentieren, ein besseres Verständnis für die Größe Geschwindigkeit zu entwickeln und unter Anleitung das Protokollieren an einem einfachen Experiment zu erlernen. Um die Schülerinnen und Schülern beim Experimentieren in der Jahrgangsstufe 7 ausreichend anzuleiten, kann ihnen z. B. in zwei getrennten Dokumenten ein Experimentierauftrag und ein vorstrukturiertes Versuchsprotokoll zur Verfügung gestellt werden (vgl. untenstehenden Vorschlag). Die obige Kompetenzerwartung legt bewusst keinen Schwerpunkt auf die Erstellung eines t-s-diagramms. Beachtet werden sollte weiterhin, dass der Lehrplan die Darstellung einer Bewegung im t-v-diagramm erst in der Jahrgangsstufe 8 vorsieht. Mögliche Organisationsformen: Der Versuch, wie unten vorgestellt, wird am besten in Vierergruppen durchgeführt. Der Zeitbedarf mit Anfertigung des Protokolls und anschließender Verbesserung beträgt ca. zwei Unterrichtsstunden. Mögliches Versuchsmaterial: Maßbänder, Stoppuhren, Taschenrechner, leeres Versuchsprotokoll als Strukturhilfe, evtl. Text zum Anfertigen von Versuchsprotokollen. Statt der Stoppuhren ist natürlich auch eine Zeitmessung mit dem Handy denkbar. Auch wenn diese an Schulen im Allgemeinen verboten sind, ist es im Sinne der Medienerziehung und auch aus Gründen der Motivation durchaus denkbar, diese im Unterricht einzusetzen. Seite 2 von 6

3 Möglicher Experimentierauftrag MESSUNG VON GESCHWINDIGKEITEN: Ergänzende Informationen zum LehrplanPLUS Bei diesem Versuch sollst du zusammen mit deinen Gruppenmitgliedern die Schrittgeschwindigkeit von jedem Gruppenmitglied messen. Hierzu wirst du die Grundgrößen messen, aus denen man die Geschwindigkeit v berechnen kann. Diese sind der zurückgelegte Weg und die dazugehörige Zeit Dazu gibt es prinzipiell zwei unterschiedliche Vorgehensweisen: 1.) Man gibt sich eine feste Strecke vor und misst die Zeit, die man dafür benötigt. 2.) Man gibt eine feste Zeit vor und misst, wie weit man in dieser Zeit kommt. Arbeitsanweisung: a) Führe alle notwendigen Messungen bei Vorgehensweise 1 und 2 durch und notiere deine Ergebnisse auf einem Schmierzettel. b) Berechne aus den Messergebnissen die dazugehörigen Geschwindigkeiten. c) Wie genau ist genau? Überlege dir, wie genau/ungenau bei der Vorgehensweise 1) und 2) deine einzelnen Messungen waren. Berechne dann für ein ausgewähltes Gruppenmitglied bei beiden Vorgehensweisen jeweils die kleinste und die größte Geschwindigkeit, die sich aufgrund der Messungenauigkeiten ergeben könnten. Finde so heraus, welche der beiden Vorgegehensweisen bei dir die Genauere war. d) Fertige nun zum Versuch ein sauberes Versuchsprotokoll an. Das beiliegende leere Protokoll hilft dir dabei, an alles zu denken, worauf es ankommt. Achte darauf, berechnete Größen ihrer Genauigkeit entsprechend zu runden. Seite 3 von 6

4 Mögliches Versuchsprotokoll als Strukturhilfe MESSUNG VON GESCHWINDIGKEITEN VERSUCHSPROTOKOLL Ziel: Aufbau (Skizze): Beschreibung der Durchführung: 1.) 2.) Durchführung Ermitteln von Messwerten: 1.) fest vorgegebener Messwert: Genauigkeit dieses Wertes: Zeit / s Genauigkeit der Messwerte für die Zeit: 2.) fest vorgegebener Messwert: Genauigkeit dieses Wertes: Strecke / m Genauigkeit der Messwerte für die Strecke: Auswertung - Ermitteln der Bestimmungsgröße v: 1.) Geschwindigkeit / 2.) Genauigkeit der Geschwindigkeitswerte: Geschwindigkeit / Genauigkeit der Geschwindigkeitswerte: Seite 4 von 6

5 MESSUNG VON GESCHWINDIGKEITEN VERSUCHSPROTOKOLL (mögliches Ergebnis) Ziel: Es soll die Schrittgeschwindigkeit der einzelnen Gruppenmitglieder mit zwei unterschiedlichen Vorgehensweisen gemessen werden Aufbau (Skizze): Beschreibung der Durchführung 1.) Mit dem Maßband wird eine Strecke von 10 m ausgemessen. Dann wird für jedes Gruppenmitglied die Zeit gestoppt, die es für diese Strecke benötigt. 2.) Das Maßband wird am Boden ausgelegt. Jedes Gruppenmitglied startet vom Nullpunkt und geht so weit, wie es in 5 Sekunden kommt. Messergebnisse Ermitteln der notwendigen Messwerte: 1.) fest vorgegebener Messwert: Genauigkeit dieses Wertes: Tim Marie Jonas Anne Zeit/s 7,2 6,4 8,1 5,0 Genauigkeit der Messwerte für die Zeit: Stoppen) 2.) fest vorgegebener Messwert: Genauigkeit dieses Wertes: (0,2 s Reaktionszeit beim Starten und 0,2 s beim Tim Marie Jonas Anne Strecke /m 8,2 7,1 4,6 3,9 Genauigkeit der Messwerte für die Strecke: (Die zurückgelegte Strecke ist nicht mehr so genau abzulesen, da man sich zum Ablesen mit der Person mitbewegen und gleichzeitig die Stoppuhr im Blick haben muss) Auswertung - Ermitteln der Bestimmungsgröße v: 1.) Tim Marie Jonas Anne Geschwindigkeit / 1,4 1,6 1,2 2,0 2.) Genauigkeit der Geschwindigkeitswerte: ca. (Man berechnet z. B. bei Tim die maximale und die minimale Geschwindigkeit, die sich aufgrund der Messungenauigkeiten auch ergeben könnten) Tim Marie Jonas Anne Geschwindigkeit / 1,6 1,4 0,9 0,8 Genauigkeit der Geschwindigkeitswerte: ca. Seite 5 von 6

6 Anmerkungen: Ergänzende Informationen zum LehrplanPLUS Möglicher alternativer Experimentiervorschlag: Statt des obigen Versuchs wäre es auch denkbar, dass die Schülerinnen und Schüler auf einem Experimentierwagen oder auf einem ferngesteuerten Auto eine tropfende Pipette befestigen und mithilfe des entstandenen Tropfenbildes die zurückgelegten Wegstrecken des Gefährts in den einzelnen Zeitintervallen messen und daraus die entsprechenden Durchschnittsgeschwindigkeiten für die einzelnen Abschnitte berechnen. Messungenauigkeiten können hier ebenfalls gut diskutiert werden. Das Tropfenbild lässt sich bei geeignetem Untergrund im Anschluss auch in Ausschnitten abfotografieren und im daran anschließenden Unterricht ( Stroboskopbildaufnahmen zweidimensionaler Bewegungen) interpretieren. Es bietet sich dann an, in die Aufnahmen Geschwindigkeistpfeile einzuzeichnen bzw. in Kurvensituationen Zusatzgeschwindigkeiten zu konstruieren. Seite 6 von 6