Von der zweiten zur dritten Dimension - Darstellung elektrischer Felder durch Potentialgebirge

Von der zweiten zur dritten Dimension

Gymnasium

Physik

11. | 12. Klasse

11 - 15 Unterrichtsstunden

23.11.2021

digitaler Beitrag

Beschreibung

Der elektrische Strom ist aus unserer modernen Welt nicht mehr wegzudenken. Jeden Tag nutzen wir ihn und sind auf ihn angewiesen. Doch was kommt da eigentlich aus der Steckdose? Warum funktioniert damit ein Föhn? Warum geht Gefahr von elektrischem Strom aus? In dieser Unterrichtseinheit wird eine Möglichkeit aufgezeigt, wie sich Schülerinnen und Schüler selbstständig grundlegende physikalische Begriffe erarbeiten können. Dabei wird differenziert und anschaulich mit Bewegungs- und Denkmodellen gearbeitet, um den elektrischen Strom begreifbar zu machen. Der elektrische Strom ist aus unserer modernen Welt nicht mehr wegzudenken. Jeden Tag nutzen wir ihn und sind auf ihn angewiesen. Doch was kommt da eigentlich aus der Steckdose? Warum funktioniert damit ein Föhn? Warum geht Gefahr von elektrischem Strom aus? In dieser Unterrichtseinheit wird eine Möglichkeit aufgezeigt, wie sich Schülerinnen und Schüler selbstständig grundlegende physikalische Begriffe erarbeiten können. Dabei wird differenziert und anschaulich mit Bewegungs- und Denkmodellen gearbeitet, um den elektrischen Strom begreifbar zu machen.
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# Elektrische Ladungen und Felder
# zweidimensionale und dreidimensionale Darstellung des Potentials elektrischer Felder
# Anwendung von CAS oder GTR in der Physik

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Kompetenzen

Klassenstufe:11./12. Klasse (Qualifikationsphase)
Dauer:11 bis 15 Unterrichtsstunden
Kompetenzen:Modelle inklusive ihrer Grenzen erkennen, gezielte Anwendung von CAS und GTR in der Physik zur Anwendung von Modellen
Thematische Bereiche:Elektrische Ladungen und Felder, 2- und 3-dimensionale Darstellung des Potentials elektrischer Felder, Anwendung von CAS oder GTR in der Physik
Medien:Texte, grafische Darstellungen, CAS oder GTR

Inhaltsangabe

1. Stunde

Thema:Kreisförmiges elektrisches Feld um eine Ladung
M 1 (Ab)Feld im Abstand von einem Teilchen
M 2 (Tk)Tippkarten zu M 1

2. Stunde

Thema:Einstieg in das Potential eines Radialfeldes um eine Ladung
M 3 (Ab)Das Potential des Radialfeldes
Thema:Grundlegende Operationen mit Maxima/wxMaxima
M 1a (Ab)Grundlagen von wxMaxima
M 2a (Ab)Funktionen
M 3a (Ab)Funktionsgraphen

3./4. Stunde

Thema:Zweidimensionale Darstellung von Potentialfeldern mit mehreren Ladungen
M 4 (Ab)Gemeinsame Felder zweier Ladungsträger
M 6 (Ab)Gemeinsame Felder mehrerer Ladungsträger
M 5 (Tk)Tippkarten zu M 4

5./6. Stunde

Thema:Potentialfelder von zwei Ladungsträgern
M 7 (Ab, LEK)Von zwei Dimensionen zu drei Dimensionen
M 8 (Tk)Tippkarten zu M 7
Thema:Stromstärke und Spannung in der Parallelschaltung; Lernerfolgskontrolle
M 4a (Ab)Graphen mit drei Dimensionen (1)
M 5a (Ab, LEK)Graphen mit drei Dimensionen (2)

7.–9. Stunde

Thema:Potentialfelder von mehr als einer Ladung
M 9 (Ab)Mehr als eine Ladung (1)
M 10 (Ab, LEK)Mehr als eine Ladung (2)

Minimalplan

Die Arbeitsblätter M 1 bis M 6 können auch mit anderen digitalen Medien bearbeitet werden, die zu 3-D-Zeichnungen fähig sind. Die Arbeitsblätter M 1a bis M 5a können dann ausgelassen werden. Einige Aufgabenstellungen der Arbeitsblätter M 5 und M 6 beinhalten Befehle für Maxima/wxMaxima. CAS wie Maple oder Mathematica besitzen äquivalente Befehle. Andere CAS jedoch u. U. nicht. Hier sollte überprüft werden, ob entsprechende Befehle existieren.

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