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15. Der Schweredruck des Wassers und der Luft 1 von 26 Der Schweredruck des Wassers und der Luft Axel Donges, Isny im Allgäu Niveau: Sek. I Dauer: 7 9 Unterrichtsstunden Der Beitrag enthält Materialien für: ü Offene Unterrichtsformen ü Schülerversuche ü Fachübergreifenden Unterricht ü Lehrerversuche Hinweise zur Didaktik und Methodik Im Physikunterricht sollen alltägliche und auffällige Phänomene aus Natur und Umwelt thematisiert, erhellt und aus physikalischer Sicht behandelt werden. Ein wichtiges Lernziel ist, die Bezüge der Physik zum täglichen Leben und der Umwelt aufzuzeigen. Das hier behandelte Thema Auftrieb und Schweredruck eignet sich zur Verwirklichung dieser Ziele sehr gut. Es ruft bei den Schülerinnen und Schülern i. d. R. großes Interesse hervor, da sich vielfältige Anknüpfungspunkte zwischen Physik und alltäglichen Erfahrungen der Lernenden herstellen lassen. Ziel des vorliegenden Beitrags ist es, Schülerinnen und Schülern die wesentlichen Grund lagen der Hydrostatik zu vermitteln (Auftrieb, Schweredruck). Dabei steht nicht die Theorie im Mittelpunkt. Vielmehr erarbeiten sich die Lernenden anhand einfacher Versuche die Grundlagen selbst. In M 1 beschäftigen sich die Schülerinnen und Schüler mit der Auftriebskraft. Mittels einfacher, aufeinander abgestimmter Versuche erkennen sie die Abhängigkeit der Auftriebskraft von der Eintauchtiefe und der Dichte der Flüssigkeit. In M 2 wird die experimentell erarbeitete Formel für die Auftriebskraft als gleichwertig zum archimedischen Prinzip erkannt. Drei weitere Experimente festigen die erarbeiteten Grundlagen, u.a. wird ein kartesianischer Taucher gebastelt. Der Zusammenhang von Auftriebskraft und Schweredruck wird in M 3 hergestellt und in einem Experiment das hydrostatische Paradoxon formuliert. Der Abschnitt M 4 ist den kommunizierenden Röhren gewidmet. In M 5 werden die erarbeiteten Ergebnisse auf die Luft übertragen.
2 von 26 15. Der Schweredruck des Wassers und der Luft Materialübersicht V = Vorbereitungszeit SV = Schülerversuch Ab = Arbeitsblatt/Informationsblatt D = Durchführungszeit LV = Lehrerversuch M 1 Ab, SV Untersuchungen zur Auftriebskraft D: 30 min r Waage, einige Bechergläser, Mess zylinder, Überlaufgefäß r einige Tauch körper, Schnur, Spiritus, Kochsalz M 2 Ab, SV Das archimedische Prinzip D: 10 min r Waage, Tauchkörper r Schnur, Überlaufgefäß Versuch 3 r 1 große Kunststoffflasche r 1 großes Becherglas, 1 Tropfpipette r großes Becherglas r Druckluft- bzw. Belüftungspumpe für ein Aquarium (mit einem dünnen Schlauch) r kleines Boot M 3 Ab, SV Der Schweredruck des Wassers D: 10 min r Messgerät zum Messen des Schweredrucks r Metermaß r 4 verschiedene Gefäße mit unterschiedlicher Form M 4 Ab, SV Verbundene Gefäße V: 2 min r kommunizierende Röhren r gefärbtes Wasser D: 3 min Versuch 3 r Schlauch r U-Rohr r Peleusball, Schlauch r Eimer, Auffanggefäß (z.b. großes Becherglas) r gefärbtes Wasser M 5 Ab, SV Der Schweredruck der Luft V: 1 min D: 2 min r Glas r Blatt Papier r Rezipient mit Vakuumpumpe r Auftriebswaage r Schokokuss, großes Gefäß r Kohlenstoffdioxid-Flasche a) V: 1 min D: 4 min b) V: 2 min c) V: 2 min M 6 Fo Die Erläuterungen und Lösungen zu den Materialien finden Sie ab Seite 17.
15. Der Schweredruck des Wassers und der Luft 3 von 26 M 1 Untersuchungen zur Auftriebskraft Jeder hat es schon einmal gespürt: Drückt man einen gewöhnlichen Fuß ball mit der Hand unter Was ser, so spürt man eine Kraft, die den Ball wie der an die Oberfläche be fördern will. Die se Kraft heißt Auftriebskraft. Untersuche nun diese Kraft. www.pixelio.de Dem Eisbär macht es besonders viel Spaß, den Ball mit Kraft unter das Was ser zu drücken Versuch Schülerversuch Vorbereitung: 5 min Durchführung (Versuch): 30 min Geräte r Waage, Bechergläser, Überlaufgefäß r mindestens 4 Tauchkörper r 1 Messzylinder r Schnur, Spiritus, Kochsalz Versuchsdurchführung und Aufgaben 1. Stelle ein gut zur Hälfte mit Wasser gefülltes, oben offe nes Gefäß auf eine Waage. Bestimme die Ge wichts kraft des gefüllten Gefäßes. 2. Tauche der Reihe nach vier an einer Schnur befestig te Kör per vollständig in das Wasser ein. Die Körper sol len unter schiedliche Volumina haben, nicht schwimmen und den Gefäß boden nicht berühren. Notiere deine Beobachtungen und bestim me die Auftriebskraft der einzelnen Körper.
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