Aufbruch zum Mond

Aufbruch zum Mond

Gymnasium

Physik

11. | 12. | 13. Klasse

12 - 14 Unterrichtsstunden

Bestandteile

interaktives Material

Beschreibung

Am 21. Juli 1969 betraten erstmals Menschen den Mond. Heute ist das Interesse am Mond neu entfacht: Unbemannte Mondmissionen von Nationen wie China, Indien und Israel gut 50 Jahre nach den Mondlandungen der USA haben nun auch Amerikaner und Russen veranlasst, sich dem Mond wieder zuzuwenden. Das Thema Raumfahrt in Richtung Mond ist aktuell wie selten zuvor. Die motivierende Kraft, die dem Ganzen innewohnt, sollte im Physikunterricht genutzt werden.
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Kompetenzen

Klassenstufe/Lernjahr:10–12 (G8), 11–13 (G9)
Dauer:12–14 Unterrichtsstunden
Kompetenzen:Qualitative und quantitative Bearbeitung von Bewegungsvorgängen in Gravitationsfeldern, Grundlagen des Raketenantriebs, Umgang mit Simulationen und Mathematiksoftware, Berechnung von Beschleunigungen und Geschwindigkeiten von Raketen, historische und gesellschaftlich relevante Aspekte der Weltraumfahrt
Thematische Bereiche:Beschleunigte Bewegungen in Gravitationsfeldern, Raketenantrieb
Medien:Computersimulationen, Taschenrechner, Mathematiksoftware

Inhaltsangabe

Ab = Arbeitsblatt, LEK = Lernerfolgskontrolle

1./2. Stunde

Thema:Einstieg in das Thema Mond
M 1 (Ab)Der Erde entkommen – die erste kosmische Geschwindigkeit
M 2 (Ab)Der Erde entkommen – die zweite kosmische Geschwindigkeit
Kompetenzen:Bekanntes Wissen in neuen Zusammenhängen anwenden, Umgang mit Formeln, konkrete Berechnungen, Anwenden einer Computersimulation, Bewerten von Ergebnissen
Benötigt:
  • Taschenrechner, Formelsammlung, Computer für Simulation umlauf.exe
Inhalt:Herleitung der ersten und zweiten kosmischen Geschwindigkeit, konkreter Bezug zur Raumfahrt zum Mond durch konkrete Berechnungen

3./4. Stunde

Thema:Klassische Mechanik
M 3 (Ab)Die Flugbahn zum Mond – ein Dreikörperproblem
Kompetenzen:Das System Erde-Mond als dynamisches Konstrukt verstehen
Benötigt:
  • Computer für Simulation Apollo.exe
Inhalt:Die Flugbahn zum Mond mithilfe einer Computersimulation experimentell erkunden und nachvollziehen

5./6. Stunde

Thema:Exkurs in die Literatur zu Jules Verne
M 4 (Ab)Jules Verne und der Flug zum Mond
Kompetenzen:Einordnung und Beurteilung eines fiktionalen Textes (fantastische Literatur) unter physikalischen Gesichtspunkten
Inhalt:Textausschnitte und grafische Darstellungen aus Jules Vernes Roman „Von der Erde zum Mond“ werden physikalisch hinterfragt

7.–10. Stunde

Thema:Raketenphysik
M 5 (Ab)Beschleunigung und Geschwindigkeit einer Rakete
Kompetenzen:Bewegungsgesetze verstehen und anwenden unter der Voraussetzung einer abnehmenden Masse des beschleunigten Körpers, Umgang mit Mathematik-Software
Inhalt:Beschleunigungsfunktion einer Rakete, Ermittlung der Endgeschwindigkeit durch Flächenberechnung mit einer Mathematik-Software
M 6 (Ab)Mit einer einstufigen Rakete den Weltraum berühren
Kompetenzen:Bekanntes Wissen in neuen Zusammenhängen anwenden, Umgang mit Formeln, konkrete Berechnungen, Bewerten von Ergebnissen
Benötigt:
  • Taschenrechner und Computer mit Mathematiksoftware (GeoGebra)
Inhalt:Beschleunigungsfunktion und Endgeschwindigkeit einer einstufigen Rakete ermitteln, Bezug zur Raumfahrtgeschichte: Redstone-Mercury-Rakete, mit der Alan Shepard als erster Amerikaner den Weltraum berührte
M 7 (Ab)Saturn V – die Superrakete
Kompetenzen:Informationen aufnehmen
Benötigt:
  • Daten und Abbildung
Inhalt:Daten und Abbildung der Saturn-V-Rakete
M 8 (Ab)Mit der Superrakete zum Mond
Kompetenzen:Bekanntes Wissen in neuen Zusammenhängen anwenden, Umgang mit Formeln, konkrete Berechnungen, Bewerten von Ergebnissen
Benötigt:
  • Taschenrechner und Computer mit Mathematiksoftware (GeoGebra)
Inhalt:Berechnung und Ermittlung der Beschleunigungsfunktionen und Brennschlussgeschwindigkeiten der Rakete nach Abschalten der einzelnen Stufen,Bezüge herstellen zur Kreisbahngeschwindigkeit und Entweichgeschwindigkeit aus Material M 1

11./12. Stunde

Thema:Internetrecherche und Lernerfolgskontrolle sowie Exkurs für Experten
M 9 (Ab)Lunochod – ein fahrbares Labor auf dem Mond
Kompetenzen:Rechercheauftrag
Benötigt:
  • Text
Inhalt:Informationen zum ersten fahrbaren, ferngesteuerten Mond-Rover der damaligen Sowjetunion
M 10 (LEK)Lernerfolgskontrolle
Kompetenzen:Bekanntes Wissen in neuen Zusammenhängen anwenden, Umgang mit Formeln, konkrete Berechnungen, Bewerten von Ergebnissen, Erklären von physikalischen Zusammenhängen
Benötigt:
  • Taschenrechner und Computer mit Mathematiksoftware (GeoGebra)
Inhalt:Berechnung der kosmischen Geschwindigkeiten für den Mond, Dynamik des Systems Erde-Mond, Berechnung und Ermittlung von Beschleunigung und Endgeschwindigkeit einer Wasserrakete
M 11 (Ab)Für Experten: eine Herleitung der Raketenformel

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