Physik

Arbeitsblätter Physik

  • »Massenträgheit« Petra Spielvogel
    Das Laufrätsel war mal ein Versuch, die Idee eines Laufdiktats auf den Physikunterricht zu übertragen. Ich habe die Stationen im ganzen Schulhaus in dreifacher Ausfertigung verteilt. Die Schüler mussten dann pro Tisch alle die richtigen Lösungen auf ihrem Blatt haben. Die ersten, die im Klassenzimmer zurück waren, bekamen einen Preis.
    PDF-Datei (300 KByte)

  • »Wirkungen von Kräften« Petra Spielvogel
    Sechs Begriffe zu unterschiedlichen Wirkungen von Kräften müssen zugeordnet werden. Die Silben der Begriffe sind vorgegeben.
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  • »Zusammengesetzte Kräfte«
    Einige Aufgaben zum Abschätzen und Konstruieren von zusammengesetzten Kräften. Achtung: Beim Ausdrucken darf der Acrobat Reader die Seiten nicht verkleinern!
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  • »Ableseübungen«
    Das Ablesen analoger Messgeräte bereitet Schülern immer wieder Probleme. Diese Übungen helfen vielleicht ein wenig weiter. Die Corel-Versionen enthalten eine Anleitung, wie man relativ schnell weitere Aufgaben herstellen kann.
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  • »Vom Thermometer zur grafischen Darstellung«
    Die Messergebnisse eines Schülerversuchs (Wasser wird einfach nur erhitzt) werden nicht direkt von der Tabelle ins Diagramm übertragen sondern über zwei anschauliche Zwischenschritte.
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  • »Gegenstrom« Martin Huber
    „Excel-Simulation einer künstlichen Niere, bei der das Dialysat einmal entgegengesetzt und einmal parallel zum Blut strömt. Veranschaulicht meiner Meinung nach ganz gut das Lösen komplizierterer Probleme mittels »Finiter Differenzen«“.
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  • m »Vectorjockey« Martin Huber
    „Arbeitsblatt zum Einsatz mit dem (sehr guten) Shareware-Programm Vectorjockey. Ich habe das Programm eingesetzt, um den Begriff »Beschleunigung« in einer und zwei Dimensionen einzuführen. Den Schülern sollten bereits die Geschwindigkeit als Vektor und der zurückgelegte Weg als Fläche im v-t-Diagramm bekannt sein.“
    PDF-Datei
    Und auf der CD auch das Programm.
  • m »Würfeldiffusion« Martin Huber
    Würfelspiel zur Veranschaulichung der Tatsache, dass die Diffusion lediglich auf der vollkommenen Zufälligkeit der Bewegung beruht und damit der Begriff »Diffusionsdruck«, der die Existenz einer gleichmäßig verteilenden Kraft suggeriert, eigentlich recht irreführend ist. Den Schülern sollte die brownsche Molekularbewegung bereits bekannt sein.
    Die Anleitung finden Sie auf der zweiten Seite der PDF-Datei.
    PDF-Datei





Ausmalaufgaben Physik

Die Arbeitsblätter enthalten Aufgaben, deren Lösungen durch die Schüler selbst über ein Puzzle kontrolliert werden können. In jedem Feld des Puzzles stehen nämlich Lösungen oder irreführende ähnliche Begriffe. Die Lösungen gilt es zu finden und die zugehörigen Felder mit Bleistift auszumalen. Dabei ergibt sich eine Lösungsfigur, an der man auf einen Blick erkennen kann, ob alle Aufgaben richtig gelöst worden sind. Ausmalaufgaben sind eigentlich nur eine andere Form von »Malen nach Zahlen«. Die Vorlagen dazu sind wesentlich leichter herzustellen und die Schüler bearbeiten sie mindestens ebenso gern.

Das Lösungsblatt enthält immer alle Lösungen und das ausgemalte Lösungswort bzw. die Figur. Man sollte den Schülern sehr deutlich nahelegen, die Aufgaben mit Bleistift zu lösen und auch die Puzzleteile nur dünn mit Bleistift auszumalen bzw. zu schraffieren.

Nähere Erläuterungen und eine ausführliche Anleitung, wie Sie selbst auch einmal ein Arbeitsblatt mit dieser Lösungskontrolle entwerfen können, finden Sie hier.

Bastelanleitungen Physik

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  • »Kaugummischachtel-Amperemeter« Herbert Klinglmair
    Anleitung für die Herstellung eines einfachen Nachweisgeräts für elektrischen Strom. Das Word-Original befindet sich auf der CD.
    PDF-Datei
  • »Anspitzerdosen-Batterie« Herbert Klinglmair
    Anleitung für die Herstellung eines galvanischen Elements aus handelsüblichen Bauteilen. Für den Einsatz in Deutschland muss sie vielleicht noch etwas angepasst werden. Das Word-Original befindet sich auf der CD.
    Zip-Datei




Bastelvorlagen Daumenkinos

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Daumenkinos haben mich schon fasziniert, als ich noch selbst Schüler war. Leider reichten lange Zeit weder mein handwerkliches Geschick noch meine zeichnerischen Fähigkeiten aus, so etwas selbst herzustellen.

  • »Daumenkino Selbstbau InkScape«
    Vorlagen für die Herstellung eigener Daumenkinos. Jedes ›Einzelbild‹ ist nummeriert und enthält Markierungen zum Lochen bzw. Ausschneiden für das Zusammenkleben mit Heißkleber. Einzelbilder (falls Sie ein AniGif verwenden wollen) rasten automatisch an den Hilfslinien und Rändern der Karten ein.
    16 Bilder
    20 Bilder

  • »Daumenkino-01«
    PDF-Datei
  • »Daumenkino-02«
    PDF-Datei

  • »Daumenkino-03-05« (Gibt es leider nur auf der CD.)

Hinweise zum Bau von Daumenkinos

  • »Wie komme ich an geeignete Motive?«
    Beim Surfen stößt man immer wieder auf mehr oder weniger gelungene animierte Grafiken. Mit Hilfe der richtigen Programme lassen sich diese ganz leicht in Daumenkinos umsetzen. Noch besser als AnimGifs sind natürlich geeignete AVI- bzw. MOV-Dateien. Wer über ein Smartphone verfügt, sollte eigentlich keinen Mangel an Motiven haben.

  • »Wie bekomme ich ein AniGif von einer Web-Seite gespeichert?«
    Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf die Grafik und speichern Sie sie unter einem geeigneten Namen ab.

  • »Manche AniGifs lassen sich nicht speichern?!?«
    Suchen Sie nach dem Browsercache, in dem u.a. alle Grafikdateien zwischengespeichert werden, die mal über den Bildschirm geflimmert sind. Dort haben die Dateien zwar sehr eigenartige Namen, aber über die Endung (*.GIF) und das Datum kann man die Menge der in Frage kommenden Dateien stark eingrenzen.
    Eine andere Möglichkeit sind Programme, die es erlauben, beliebige Teile des Bildschirms ›einzufangen‹, auch wenn diese animiert sind.

  • »Wie erhalte ich die Einzelbilder aus AnimGifs?«
    Laden Sie das Bild in Irfan-View. Unter → Optionen finden Sie einen Menuepunkt, der alle Frames als JPeg-Datei in ein eigenes Verzeichnis extrahiert.

  • »Wie erhalte ich die Einzelbilder aus Videos?«
    Laden Sie den Film in den VLC-Mediaplayer. Stoppen Sie kurz vor der gewünschten Sequenz und steppen Sie im ›E‹inzelschrittmodus durch die Sequenz und machen Sie jeweils einen Schnappschuss, den Sie in die Vorlage einfügen.

Die fertige Vorlage sollte nach dem Ausdrucken laminiert und dann sorgfältig in die Einzelbilder zerschnitten werden. Zum Zusammenkleben werden im Netz mehrere Methoden beschrieben, ich selbst habe die besten Erfahrungen mit Heißkleber gemacht. Das genau ausgerichtete Paket wurde in einen Schraubstock gespannt, ein wenig verbogen (aufgefächert) und dann dünn mit Heißkleber bestrichen. Sobald der Heißkleber aufgebracht war, wurde das Paket wieder gerade gebogen und die beklebte Stelle mit Wäscheklammern fixiert.
Nach dem Abkühlen des Heißklebers werden die Wäscheklammern entfernt und der geklebte ›Rücken‹ mit Isolierband umwickelt.



Begriffe errechnen Physik

Aufgabenblätter mit unterschiedlich vielen Aufgaben. Als Lernzielkontrolle werden Wörter bzw. Begriffe aus 100 Buchstaben ermittelt, die in einem 10x10-Raster angeordnet sind. So ganz nebenbei üben die Schüler den Umgang mit Koordinatenangaben. Fast jedes Arbeitsblatt enthält zwei A5-Aufgabenblätter.

  • »Strom - Spannung - Widerstand«
    13 Aufgaben. In der Datei ist das Aufgabenblatt gleich zweimal enthalten.
    Lösungsbegriff: Energiesparen
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Brettspiele Physik

Die Arbeitsblätter sollten auf Karton geklebt oder noch besser laminiert werden.

  • »Mechanik« Petra Spielvogel
    42 Aufgabenkarten für das Spiel 4 gewinnt. Falls noch nicht geschehen, müssen Sie sich noch die Vorlagen für das Spielbrett, die Spielsteine und die Rückseiten der Aufgabenkarten laden.
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Kammrätsel Physik

Kreuzworträtsel Physik

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  • »Stromkreis« Axel Tiemann
    Über 40 Begriffe aus dem Bereich Elektrizitätslehre. Eher für die oberen Klassen der Sek.-I geeignet.
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  • »Akustik«
    Über 30 Begriffe aus den Bereichen Schall und Hören.
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  • »Stromkreis« Heribert Daxl
    Über 20 Begriffe aus dem Bereich Elektrizität. Grundschule Klasse 3.
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  • »Berühmte Köpfe der Physik«
    27 der berühmtesten Köpfe mit mehr oder weniger irreführenden Umschreibungen.
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  • »Elektrostatik«
    Begriffe aus dem Bereich ›Statische Elektrizität‹. Nur auf der CD.
  • »Optik-01«
    Ca. 40 Begriffe aus dem Bereich Optik-I (Lichtquellen, Lichtausbreitung, Reflexion etc.).
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Lernzirkel Physik

  • »Wärmelehre« Matthias Lang
    An sechs Stationen werden Experimente zum Thema »Wärmeausbreitung« durchgeführt und beschrieben.
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  • »Masse und Trägheit« Petra Spielvogel
    An fünf Stationen werden Experimente zum Thema »Masse und Trägheit« durchgeführt und beschrieben.
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  • »Statische Elektrizität« Petra Spielvogel
    An sechs Stationen werden einfache Experimente aus dem Gebiet der Elektrostatik durchgeführt und beschrieben.
    PDF-Datei





Gedächtnisspiele (TL und Beamory) Physik

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Die Begriffe Pairs, Remember, Paare aufdecken oder Gedächtnis- oder Memospiel stehen alle für ein weit verbreitetes Gesellschaftsspiel, dessen bekanntesten Namen ich hier nicht nutze, um nicht schon wieder in eine Abmahnfalle zu tappen.

Beim Spiel geht es für die Mannschaften darum, zusammengehörende Paare aufzudecken, die verdeckt präsentiert werden. Sie finden hier drei unterschiedliche Methoden der Präsentation, die im Laufe der Jahre nacheinander in der hier gezeigten Reihenfolge entstanden sind - frei nach der Methode ›Das geht doch noch besser!‹:

  • Tageslichtschreiber
    Auf einer Folie sind 20 Felder verteilt, von denen jeweils zwei zusammengehören. Jedes Feld ist durch Koordinaten (1A, 2D …) eindeutig gekennzeichnet. Die Folie wird auf einen ausgeschalteten Tageslichtschreiber gelegt und die Felder werden mit Plättchen abgedeckt während die Klasse/Lerngruppe Mannschaften (mit Sprecher) bildet.
    Fazit: Hat zu Zeiten, als Beamer in den meisten Schulen noch nicht alltäglich waren, ganz gut funktioniert, wenn es auch ein wenig fummelig war.
  • Beamory
    Die ersten 12, 16 oder alle Bilder der Beamory-Zip-Datei müssen jeweils in einen Ordner entpackt werden. Das Programm Beamory wird gestartet und der Ordner wird geöffnet während die Klasse/Lerngruppe Mannschaften (mit Sprecher) bildet.
    Fazit: Vorausgesetzt, ein Beamer mit angeschlossenem Windows-Rechner steht zur Verfügung, ist die Spielweise mit diesem Programm erheblich stressfreier als die TL-Methode mit den Abdeckplättchen.
  • InkScape
    Während die Klasse/Lerngruppe Mannschaften (mit Sprecher) bildet, wird am Lehrerplatz InkScape gestartet und die gewählte Datei geöffnet. Ist InkScape auf dem Rechner mit SVGZ-Dateien verknüpft, kann man auch über den Arbeitsplatz die gewählte opmem-Datei einfach doppelklicken.
    Die Tastenkombination (nacheinander in dieser Reihenfolge) [F1], [F11], [Shift-F11] und schließlich ›4‹ bringt das Spiel formatfüllend auf den Bildschirm.
    Abdeckplättchen und ›Anzeigetäfelchen‹ für die Punkte werden mit der Maus bedient.
    Fazit: Mit weitem Abstand mein persönlicher Favorit! Voraussetzung: ein Beamer steht zur Verfügung und man kennt sich mit dem Programm InkScape etwas aus. (InkScape läuft übrigens sowohl unter Linux als auch auf dem MAC!)

So wird gespielt:
Der Mannschaftssprecher nennt nacheinander die Koordinaten von je zwei Feldern, die durch den Lehrer aufgedeckt werden. Passen die beiden Felder zusammen, bekommt die erfolgreiche Mannschaft einen Punkt und darf weitere Felder aufdecken. Passen sie nicht, werden die beiden Felder wieder abgedeckt.
Es sollte vorher festgelegt werden, ob bzw. wie sich die Mitglieder einer Mannschaft absprechen dürfen und wer der Mannschaftssprecher ist.
Um den Lerneffekt zu erhöhen, kann man den Inhalt des aufzudeckenden zweiten Feldes von der spielenden Mannschaft erst nennen lassen.

  • m »Atomphysik 1«
    Die ersten Atommodelle und ihre ›Entdecker‹.
    InkScape

  • m »Elektrizität bis 1775«
    Erkenntnisse und Namen aus den Anfängen der Elektrizitätslehre.
    InkScape

  • m »Galileo Galilei«
    Passend zum Film ›Galilei und die Sterne‹.
    InkScape

  • m »Akustik«
    Wichtige Begriffe, Zahlen, Kurven und Zusammenhänge. Zwei weitere Versionen auf der CD.
    InkScape
  • m »Widerstände bis 1 KOhm«
    Widerstände aus der E27-Reihe müssen dem richtigen Farbcode zugeordnet werden.
    InkScape

  • m »Schaltzeichen Elektronik«
    Von der Diode bis zum Transistor.
    InkScape

  • m p »Weg-Zeit-Gesetz« auf der CD auch als Beamory
    Passende Kombinationen aus Weg, Zeit und Geschwindigkeit müssen einander zugeordnet werden.
    PDF-Datei «-» InkScape
  • p »Ohmsches Gesetz«
    Passende Kombinationen aus Spannung, Stromstärke und Widerstand müssen einander zugeordnet werden (TaLi).
    PDF-Datei

  • p »Hebelgesetz« Petra Spielvogel
    Passende Kombinationen aus Kraftarm/Kraft und Lastarm/Last müssen einander zugeordnet werden.
    PDF-Datei





Phenakistoskope und Zoetrope

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Das Phenakistoskop (Lebensrad, auch Phänakistoskop) wurde um 1832 von Joseph (von) Plateau entwickelt. Auf einer runden, mit Schlitzen versehenen Scheibe sind mehrere Bilder aufgedruckt, die Momentaufnahmen aus einem Bewegungsablauf darstellen. Versieht man die Scheibe mit einer Achse, hält sie parallel vor einen Spiegel und versetzt sie in Drehung, entsteht ein deutlicher Eindruck von Bewegung, wenn man durch die Schlitze das Spiegelbild der Scheibe betrachtet.
Hinweise zur Herstellung und zum Bezug fertig gefräster Plastikscheiben.
Das AnimGif wurde mir von Harald Bendschneider zur Verfügung gestellt.
Weitere Vorlagen auf der CD und im Netz (Suchbegriff ›Phenakistoscope‹ in mehreren Schreibweisen).

  • »Flying Bird«
    Aus Vorlagen der offenen Grafik-Bibliothek erzeugt.
    8 Bilder

  • »Phenakistoskop Vorlagen für InkScape«
    Mit etwas InkScape-Erfahrung ist die Erstellung eines neuen Phenakistoskopes eine Sache von wenigen Minuten. Vorlagen und Beispiele findet man zuhauf bei Youtube. Und so funktioniert die Sache:
    Laden Sie eine passende Vorlage und speichern Sie sie gleich wieder unter einem neuen Namen ab. Fügen Sie das erste Bild oben zunächst einmal zwischen die beiden schwarzen Kerben ein. Ziehen Sie aus dem horizontalen und vertikalen Lineal je eine neue Hilfslinie, mit denen eine Ecke des Bildes festgelegt wird. Klicken Sie noch einmal auf das Bild und verschieben Sie das Rotationszentrum in die Mitte der Scheibe (rastet dort automatisch an den schon vorhandenen Hilfslinien ein). Lassen Sie das Bild nun mit gedrückter Strg-Taste an seinen neuen Platz rotieren.
    Wiederholen Sie die Schritte mit den übrigen Bildern: Einfügen, an Hilfslinien ausrichten, Rotationszentrum verschieben und an neuen Platz rotieren.
    06 Bilder
    08 Bilder
    12 Bilder

Die nächsten drei Vorlagen wurden mit einer der InkScape-Vorlagen oben erzeugt. Die Bilder stammen aus Youtube-Videos und wurden mit Gimp bearbeitet (nur auf der CD).

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  • »Laufender Clown«
    Mit einer der InkScape-Vorlagen oben erzeugt.
    12 Bilder

  • »Rollende Bälle«
    Ein Ball rollt in einem Rohr. Auf der CD enthält die Datei fünf weitere Seiten mit rollenden bzw. hüpfenden Bällen.
    8 Bilder

  • »Laufender Mann« Harald Bendschneider
    Siehe erstes Bild in dieser Abteilung.
    16 Bilder

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Vier weitere Phenakistoskope finden Sie auf der CD.

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  • »Vorlage Phenakistoskop«
    Für eigene Zeichentrickfilme! Die Schüler können in die vorgezeichneten Kästchen eigene Entwürfe zeichnen und diese dann ›zum Leben erwecken‹. Es gibt verschiedene Versionen, die sich nur durch Größe und Anzahl der Bilder unterscheiden.
    6 Bilder «-» 8 Bilder «-» 10 Bilder «-» 12 Bilder


Eine Weiterentwicklung des Phenakistoskops war das Zoetrop, auch Zootrop, Wunder- oder Schlitztrommel genannt. In seiner einfachsten Form war es ein mit z.B. 12 Schlitzen versehener Zylinder, in den ein Papierband mit ebenfalls 12 Bildern eingelegt werden konnte.
Gegenüber dem Phenakistoskop bietet das Zoetrop den Vorteil, dass mehrere Personen gleichzeitig die bewegten Bilder beobachten können. Zudem kann man mit einer einzigen Wundertrommel mehrere Filme betrachten, indem man einfach die Filmstreifen auswechselt.

Die Vorlagen sind für eine Trommel mit einem Innendurchmesser von 20 cm konzipiert. Die vier Streifen müssen in der richtigen Reihenfolge zusammengeklebt werden, die schwarzen Abschnitte muss man vorher abschneiden. Auf der zweiten Seite jeder Vorlage findet sich eine Vorlage für die Schlitze. Auch hier müssen die vier Streifen zusammengeklebt werden. Wird dieser auf dem schwarzen Streifen, der später mal die Zylinderwand wird, befestigt, kann man mit einem scharfen Teppichmesser die Schlitze leicht ausschneiden.
Weitere Vorlagen auf der CD.

Lochkarten-Quiz (Stöpselkasten) Physik

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Bitte achten Sie beim Ausdrucken jeder Vorlage unbedingt darauf, dass die Dateien maßhaltig gedruckt werden. Das Häkchen ›Seitengröße‹ oder ›Auf Seitengröße anpassen‹ im Druckmenü des Acrobat Readers darf unter keinen Umständen gesetzt sein, sonst passen die Karten nicht in die Schubladen, bzw. die Löcher von Schublade und Karte sind nicht deckungsgleich!
Richtig gedruckt sind die Karten, wenn das A4-Blatt rundherum genau einen Zentimeter Rand hat.
Lesen Sie hier, wie man die Karten selbst herstellt sowie Hinweise zum Selbstbau oder Bezug fertiger Schubladen.

Falls Sie sich weitere Versionen wünschen, schicken Sie mir die Vorschläge doch einfach zu, ganz gleich welches Dateiformat. Wenn ich Zeit habe, baue ich daraus dann neue Karten.

  • »Elektrik-01«
    Ableseübungen an analogen Messgeräten. Siehe auch passendes Arbeitsblatt.
    PDF-Datei





Programme Physik

  • »Soundkarten-Oszillograph« nur Link
    Der Soundkarten-Oszillograph empfängt Signale mit eine Abtastrate von 44.1 kHz und 16Bit von der Soundkarte des Rechners. Die Quelle der Daten kann im Windows Audio Mixer festgelegt werden (Mikrofon, Line-In oder Wave). Der abgedeckte Frequenzbereich hängt von der Soundkarte ab, aber 20-20000Hz sollte jede moderne Soundkarte bereitstellen. Die untere Grenzfrequenz wird hierbei durch die AC Kopplung des Line-In Eingangs bestimmt. Der Mikrofoneingang ist bei den meisten Soundkarten lediglich ein mono Eingang.
    Der Oszillograph beinhaltet einen 2-Kanal Signalgenerator, der Sinus, Dreieck, und Sägezahn Signalformen erzeugen und auf dem Line-Out ausgeben kann. Diese Signale können über den Windows Mixer wieder vom Oszillographen verarbeitet werden, um z.B. Lissajous’sche Figuren im x-y Graph zu erzeugen.
    Das Programm und die Dokumentation werden kostenlos für private und (nicht-kommerzielle) Ausbildungszwecke sowie Schulen und Universitäten zur Verfügung gestellt.
    Seite von Christian Zeitnitz





Puzzles Physik

Die Arbeitsblätter sollten auf Karton geklebt oder noch besser laminiert werden.

  • »Was weißt du vom Schall?«
    Schnippel-Puzzle mit einem Kreis als Lösungsfigur. Die wichtigsten Aussagen zum Thema Schall.
    PDF-Datei

  • »Meilensteine in der Entwicklung der Elektrizität«
    Schnippel-Puzzle mit einem Kreis als Lösungsfigur. Die wichtigsten Entdeckungen vom Bernstein bis zur elektromagnetischen Induktion und ihre Entdecker.
    PDF-Datei

  • »Elektrizität« Elke Trüber
    Alle wichtigen Größen und Formeln aus dem Bereich »Elektrizität«.
    PDF-Datei





Drehterzett Physik

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Zwei bis vier laminierte Papierscheiben sind drehbar übereinander angeordnet. Auf der untersten (größten) Scheibe stehen 15, 18 oder 20 Aufgaben oder Größen, auf den anderen Scheiben jeweils ebensoviele Operatoren bzw. Größen, auf der obersten Scheibe steht die Lösung. Nur wenn alle Scheiben richtig zueinander gedreht sind, ergibt sich pro Segment eine passende Aufgabe.
Die Scheiben müssen nicht lange erklärt werden, wirken sehr stark motivierend und eignen sich bestens für Freiarbeit, Rechenstationen oder zur Beschäftigung von Schülern, die andere Aufgaben schon erledigt haben. Besonders die Ausgaben mit vier Scheiben dürften auch für bessere Schüler nicht so leicht zu knacken sein. Auf der CD sind alle Rechenscheiben auch im Corel-Format und komplett mit Lösung. Zusätzlich finden Sie dort mehr als 10 spezielle Vorlagen zur schnellen und leichten Erstellung neuer Scheiben. Die Sparausgaben sind etwas kleiner, benötigen dafür zur Herstellung aber nur ein laminiertes A4-Blatt.
Hinweise zur Herstellung. Vorlagen für eigene Rechenscheiben.

  • »Spannung, Strom, Widerstand«
    ›Sparausgabe‹ mit nur drei Scheiben. Auf der CD sind neben den Corel-Dateien und den Lösungen weitere Versionen. Version-3 enthält die Werte für Spannung, Strom und Widerstand auf den drei Scheiben kunterbunt gemischt.
    PDF-Datei-1




Sonstiges Physik

  • »Mendocino-Motor« (nur Link)
    Auf einer (nahezu) frei schwebenden, magnetisch gelagerten Achse sind Solarzellen und Spulen angebracht. Trifft genügend Licht von einer Seite auf den Rotor, fängt er an sich zu drehen. Der Selbstbau ist nicht ohne, da von den Solarzellen durch die Luftspulen nur sehr geringe magnetische Kräfte erzeugt werden.
    Bausätze und betriebsbereite Motoren

  • »Barometer zur Höhenbestimmung« (nur Link)
    Niels Bohr zugeschriebene Anekdote, in der er verschiedene Möglichkeiten zur Bestimmung der Höhe eines Wolkenkratzers mit Hilfe eines Barometers beschreibt.
    PDF-Datei

  • »Morsealphabet« (nur Link)
    Pro Din A4-Blatt jeweils zwei Versionen, einmal zum Kodieren, einmal zum Dekodieren. Im Netz finden Sie eine ganze Reihe von Truetype- und Postscript-Fonts, um sehr leicht eigene Botschaften zu verfassen.
    PDF-Datei





Spiele Physik

Suchrätsel Physik

In einem großen Quadrat stehen 400 Buchstaben wahllos durcheinander. Bei näherem Hinsehen entdeckt man jedoch eine ganze Reihe von Begriffen aus dem jeweiligen Fachgebiet, die mit Bleistift eingekreist werden müssen. Jeder gefundene Begriff ergibt einen Punkt, rückwärts geschriebene oder gar auf dem Kopf stehende Begriffe werden mit je 5 Punkten belohnt.

  • »Wärmelehre«
    23 Begriffe aus dem Bereich der Wärmelehre, Auflösung auf der zweiten Seite. Die gleichen Begriffe gibt’s auch als Zahlenrätsel.
    PDF-Datei




Versuchsanleitungen Physik

In dieser Abteilung werden Versuche und Hinweise gesammelt.

  • »Sicherheitsaspekte beim Betrieb eines Bandgenerators« (06.01.2009)
    Bei der Internetrecherche während des Baus eines eigenen Bandgenerators mit einer 30cm-Kugel bin ich über einige Dinge gestolpert, die ich bei der Planung des Gerätes nicht bedacht habe.

    Kapazität, Spannung und Energie
    Einfache Reibungselektrisiermaschinen erzeugen hohe Spannungen, indem sie durch Reibung bzw. Berührung auf einer Scheibe oder Kugel aus sehr gut isolierendem Material Ladung generieren, die auf einer ebenfalls isoliert angebrachten Metallkugel gesammelt wird. Diese Geräte kommen im Betrieb schnell an ihre Grenzen, da es immer schwieriger wird, noch mehr Ladung auf die Metallkugel aufzubringen, je höher die bereits erzeugte Spannung ist.
    Im Prinzip funktioniert ein selbsterregter Bandgenerator nach der gleichen Methode. Der geniale Trick ist, dass die Ladung nicht von außen zugeführt wird, sondern vom Inneren der Kugel. Wie schon Michael Faraday herausgefunden hat, ist das Innere der Kugel praktisch immer feldfrei, da dort aufgebrachte Ladungen sofort nach außen abfließen, wo sie zur Erhöhung der Spannung beitragen.
    Theoretisch kann auf diese Weise immer mehr Ladung zugeführt werden und die Spannung auf der Außenseite kann ins Unermessliche steigen.
    Praktisch treten allerdings schon ein paar Grenzen auf, die letztlich mit der Durchschlagsfestigkeit der Luft, dem Kugelradius und dem Abstand der Kugel zur Erde bzw. dem nächsten leitenden Gegenstand zusammen hängen.
    Eine Kugel mit einem Durchmeser von 20cm kann z.B. nicht höher als etwa 300kV geladen werden, spätestens dann kommt es zu Koronaentladungen oder sogar zu einem Funken, wodurch die Ladung wieder reduziert wird. In der Praxis liegt dieser Wert deutlich niedriger, aber bei extrem trockener Luft kommt man ihm schon sehr nahe.
    Die 20cm-Kugel hat eine Kapazität von etwa 11pF, was bei Höchstspannung einer gespeicherten Energie von ca. 500mJ entspricht. Ein elektrischer Schlag mit dieser Energie ist für einen gesunden Menschen zwar nicht gefährlich, aber doch ziemlich schmerzhaft.
    Da aus verständlichen Gründen keine Messreihen durchgeführt werden, ab welcher Energie ein Funke körperlichen Schaden anrichtet, hat man nach Berichten über Fälle von Bewusstlosigkeit und Lähmungen, die bei Überschlägen mit ca. 10J aufgetreten sind, eine Grenze von 1J gesetzt. Eine elektrische Entladung mit dieser Energie gilt für einen gesunden Menschen als sicher noch nicht gesundheitsgefährdend.

    Eine Kugel mit einem Durchmesser von 30cm kann man bei idealen Bedingungen auf eine Maximalspannung von 450kV aufladen. Bei einer Kapazität von ca. 16pF entspricht das einer Energie von etwa 1,7J. Dieser Wert liegt schon deutlich über der als sicher anerkannten Grenze von 1J.

    Aus diesen theoretischen Überlegungen leiten sich einige ganz praktische Sicherheitsregeln ab, die im Umgang mit einem Bandgenerator dieser Größe gelten sollten:
    • Blitzentladungen sollten niemals direkt in den Körper erfolgen
    • die Kugel sollte bei ausgeschaltetem Motor entladen werden, bevor sie berührt wird
    • Geladene Personen (Haarexperiment) sollten über einen sehr hochohmigen Gegenstand entladen werden. Alternativ kann die Entladung auch über eine Nadel oder Zirkelspitze erfolgen, die eine geerdete Person mit der Spitze voran dem Probanden langsam nähert.

  • »Radioaktiver Luftballon« (05.02.2007)
    Die Zerfallsprodukte des überall in der Luft vorhandenen Radons werden üblicherweise mit einem elektrisch geladenen Draht eingesammelt, den man nach einiger Zeit mit Papier abstreift. Sehr eindrucksvoll gelingt dieser Nachweis der natürlichen Radioaktivität auch mit einem einfachen Luftballon!
    Der Ballon wird so prall wie möglich aufgeblasen (große Oberfläche), an einem Bindfaden befestigt, mit geeignetem Reibzeug (Wolle) möglichst stark elektrisch negativ geladen und schließlich so aufgehängt, dass er sich nicht zu schnell wieder entladen kann. Nach ein paar Minuten kann man die Luft aus dem Ballon ablassen und mit einem Geigerzähler die erhöhte Radioaktivität der Hülle nachweisen. Im Vergleich mit einem unbehandelten Ballon konnten bis zu achtfach höhere Zählraten gemessen werden. Lange ›Sammelzeiten‹ waren dabei nicht so effektiv wie möglichst starke Aufladung des Ballons.

  • »Rundfunk wie bei Marconi« (05.02.2007)
    Den meisten Menschen ist die eigentliche Bedeutung des Wortes ›Rundfunk‹ nicht mehr gegenwärtig. Handys, Radio und Fernsehen gehören heute wie selbstverständlich zum täglichen Leben. Dabei ist es gerade mal etwas mehr als 100 Jahre her, dass Guglielmo Marconi die ›Hertzschen Wellen‹, die durch einen elektrischen Funken erzeugt wurden, über mehr als 1km Entfernung zum drahtlosen Transport von Morsezeichen benutzen konnte. Zum Empfang benutzte Marconi seinerzeit einen Fritter oder Kohärer, ein Glasröhrchen, das mit Feilspänen aus Silber oder Nickel gefüllt war. Wurde dieses Röhrchen starken elektromagnetischen Wellen ausgesetzt, verringerte sich der Widerstand zwischen den beiden ins Glas eingeschmolzenen Kontakten. Nach kurzer Erschütterung war der Fritter wieder einsatzbereit.
    Mit unglaublich einfachen Mitteln lassen sich diese faszinierenden Experimente Marconis im Klassenraum wiederholen. Mit einem Selbstbau-Fritter lassen sich die von einem Funken oder Hochspannungslichtbogen erzeugten elektromagnetischen Wellen leicht in mehreren Metern Entfernung nachweisen.

    Fritter - I
    Ein Reststück Plexiglas (12x12x40mm3) wurde längs durchbohrt und an den beiden Enden mit einem M6-Gewinde versehen. In die beiden Gewinde wurden zwei Schrauben gedreht, im Zwischenraum zwischen den beiden Schrauben liegen etwa 20mm3 frisch gefeilte Eisenspäne.
    Das war’s auch schon! Die Idee stammt von Homemade Coherer, wo Sie noch weitere selbstgebaute Fritter finden. http://www.sparkbangbuzz.com/els/coherer-el.htm

    Fritter - II
    Auf ein Stück Restholz wurden zwei Aluminiumröhrchen vom Schrott im Abstand von einigen Zentimetern parallel mit ein paar Nägeln fixiert. Auf die beiden Röhrchen wurde ein drittes Röhrchen gelegt.
    Fertig!
    Die Idee habe ich vom http://lehrerfortbildung-bw.de -Server, die Abteilung selbst gibt es wohl nicht mehr.

    Mit dem Eisenpulver-Fritter konnte ich Funkwellen über 3-4 Meter nachweisen, mit der Konstruktion aus Aluminiumröhrchen gelang dies wesentlich eindrucksvoller über Entfernungen von bis zu 20 Metern (durch eine Betonwand). Nach 20 Metern mussten wir aufhören, weil der fahrbare Wagen mit dem Empfänger nicht weiter konnte.

    Ganz entscheidend waren bei allen Versuchen zwei Dinge:

    1. Sowohl Sender als auch Empfänger müssen eine Antenne (Dipol) haben.
    2. Die Betriebsspannung des Fritters darf 1V nicht (wesentlich) übersteigen. Versuche mit 6V und einem Glühlämpchen als Anzeige funktionierten selbst dann nicht, wenn der Funkensender den Fritter fast berührte.

    Als Funkensender diente ein PHYWE Transformator mit 600 Wdg. primär und 12.000 Wdg. auf der Sekundärseite. Als ›Unterbrecherkontakt‹ für den Primärstrom (10-12V=) wurde ein Taster missbraucht. Die Funkenstrecke, zwei aus Edelstahl gedrückte Halbkugeln vom Schrott, wurde mit Krokodilklemmen an der Sekundärspule befestigt. Die Funkenlänge betrug 3-4mm. Einfache Laborkabel (1m) mit Krokoklemmen bildeten die Dipole für Sender und Empfänger. Einen (wahrscheinlich) besseren Funkensender findet man auf http://www.infogr.ch/roehren/zuendspule/default.htm. Als Anzeige lässt sich im Empfänger entweder ein Messgerät (1mA) mit Vorwiderstand oder eine kleine Schaltung mit zwei npn-Transistoren, ein paar Widerständen und einer Leuchtdiode verwenden. Einen entsprechenden Schaltplan und ein Platinenlayout finden Sie hier:
    PDF-Datei

    Noch größere Reichweiten ergaben sich, wenn die Primärspule mit Netzspannung betrieben wurde und anstelle des Funkens ein Hochspannungslichtbogen entstand. Hier sprach der Empfänger in einem Abstand von fast 20 Meter selbst dann noch sicher an, wenn die Funkwellen durch eine Schülerkette und eine Betonwand gedämpft wurden.
    Große Vorsicht ist hierbei allerdings geboten, denn an der gesamten Sendeantenne liegt mit 5000-10000 |_| Volt eine absolut lebensgefährliche Spannung an.

    Ebenfalls recht beeindruckend fanden die Schüler den Funkensender, der nur aus dem Innenleben eines Feuerzeugs vom Discounter und einem Stück Klingeldraht (50cm) bestand. Jedesmal wenn aus dem Piezokristall ein Funken an das Ende des Drahtes sprang, sprach der Aluminium-Fritter sicher an. Die Reichweite des Feuerzeug-Senders betrug erstaunliche 6 Meter.
    Wenn mehrere dieser Sender im Einsatz waren, konnten die Schüler selbst eindrucksvoll das Problem der Überlagerung von Funkwellen verschiedener Sender erleben.
    Auch mit dem Elektrophor (s.u.) ließ sich der Fritterempfänger auslösen. Obwohl der Kuchen nicht besonders stark aufgeladen wurde und die Funken kaum länger als etwa 1 cm waren, ging die Leuchtdiode des Aluröhrenempfängers jedesmal an. Die Reichweite entsprach etwa der des Feuerzeug-Senders.

  • »Elektrophor als Mini-Influenzmaschine« (28.12.2006)
    Aus zwei Metallplatten und einem Stück Plastik lässt sich sehr leicht ein Elektrophor herstellen:
    Auf die erste, geerdete Metallplatte wird die Plastikscheibe (der Kuchen) gelegt und heftig mit geeignetem Material gerieben. Die zweite Metallplatte wird mittels eines daran befestigten isolierenden Griffs auf die Plastikscheibe gelegt und während des Auflegens mit dem Finger berührt. Wenn die obere Platte auf dem Plastik liegt, kann man den Finger wegnehmen.
    Hebt man die obere Metallplatte am isolierenden Griff schnell senkrecht hoch, ist sie plötzlich sehr stark elektrisch geladen.
    Das Auflegen (mit Berühren) und anschließende Wegnehmen lässt sich nahezu beliebig oft wiederholen. Alessandro Volta nannte es daher elettroforo perpetuo. Es lassen sich leicht Funken von mehreren Zentimetern Länge ziehen.
    Punkte, die beachtet werden sollten:

    • Der Elektrophor erzeugt nur dann beeindruckende Funken, wenn das Plastik stark elektrisch aufgeladen wurde. Man kann die Ladung direkt nach dem Reiben deutlich spüren, wenn man sich mit dem Gesicht der Plastikscheibe langsam nähert. Es muss nicht nur an der Nase ›kribbeln‹.
    • Man kann die obere Platte auch nach dem Auflegen berühren, erhält dann aber jedesmal einen mehr oder weniger starken elektrischen Schlag.
    • Der ’isolierende Griff’ kann z.B. aus drei Nylonfäden bestehen, die am Rand der oberen Platte befestigt werden. Besser ist allerdings ein PVC-Stab oder -rohr, das in einer mit einem Loch versehenen Scheibe steckt, die auf der Platte angeklebt wurde.
    • Die obere Platte sollte keine scharfen Kanten oder Ecken haben, da an solchen Stellen leicht Koronaverluste auftreten können.
    • Handys, MP3-Player etc. können bei Experimenten mit dem Elektrophor leicht ihr Leben aushauchen und sollten daher nicht auf dem Tisch liegen.

    Wie funktioniert’s?
    Beim Auflegen der oberen Metallplatte auf das geladene Plastik erfolgt in der Metallplatte durch Influenz eine vertikale Ladungstrennung. Insgesamt bleibt die Metallplatte noch ungeladen.
    Angenommen, die Plastikscheibe ist positiv geladen (z.B. Plexiglas mit Wolle gerieben). Dann bewegen sich die freien Elektronen in der Platte mit Griff um so mehr nach unten, je näher die Platte dem Kuchen kommt.
    Würde man die Platte direkt wieder wegnehmen, würden sich die unten versammelten Elektronen wieder gleichmäßig im Metall verteilen.
    Berührt man die obere Platte beim Absenken(!) mit dem Finger (oder erdet sie sonst irgendwie von oben), können dadurch Elektronen nachfließen und die Ladungstrennung ausgleichen. Nach dem Aufsetzen befinden sich sehr viel mehr Elektronen in der Platte als vorher, werden durch die elektrische Anziehung des positiven Kuchens aber gebunden, d.h. die obere Platte erscheint ungeladen.
    Nimmt man jetzt den Finger weg, versperrt man den überschüssigen Elektronen den Rückweg, den diese sofort nehmen würden, würde man die Platte wieder vom Plastik entfernen. Sie ist also geladen.
    Jetzt kommt die geerdete (untere) Platte ins Spiel. Ohne sie wäre die Ladung der oberen Platte sehr gering und eine Funkenentladung wäre eher unspektakulär.
    Beide Platten zusammen mit dem Plastik dazwischen bilden allerdings einen Kondensator mit beachtlicher Kapazität, so dass beim Annähern mit Berührung sehr viel mehr Elektronen in die obere Platte strömen.

    Beim schnellen Abheben der oberen Platte wird die Kapazität des Kondensators verringert, was bei gleich bleibender Ladung auf der oberen Platte automatisch zu einer Vergrößerung der Spannung zwischen beiden Platten führt. Das elektrische Feld um die obere Platte wird dabei so stark, dass hörbare Koronaentladungen (Knistern) entstehen.

    Automatischer Elektrophor
    Das Ableiten einer der beiden durch Influenz getrennten Teilladungen kann automatisch erfolgen, wenn man in die Plastikscheibe ein Loch bohrt und dieses mit einem genau passenden Metallstift wieder verschließt. Beim Aufsetzen der oberen Scheiben wird diese durch den Stift leitend mit der unteren Scheibe verbunden, was automatisch den gewünschten Effekt hervorruft.
    Noch leichter lässt sich dieser Automatismus erreichen, wenn man einfach einen Streifen Alufolie so ›um die Kante‹ der Plastikscheibe klebt, dass er oben und unten jeweils etwa 2 cm in die Platte hineinreicht.
    Für Schülerexperimente empfehle ich aber den manuellen Elektrophor. Bei der Benutzung muss die Anleitung genau befolgt werden und jedem wird schlagartig klar, wie die Ladung in die obere Platte hinein kommt, wenn er sie erst nach dem Aufsetzen berührt ...





Zahlenrätsel Physik

Zahlenrätsel sind irgendwo verwandt mit Kreuzworträtseln. In jedem Kästchen steht eine Zahl, gleiche Zahlen bedeuten gleiche Buchstaben. Im Gegensatz zu Kreuzworträtseln geht es hier weniger um die Beschreibung von Begriffen als um die Begriffe selbst. Einige Buchstaben werden vorgegeben, der Rest ergibt sich dann praktisch von selbst.
Für die besseren Schüler könnte man die Zusatzaufgabe stellen, aus dem Zahlenrätsel ein Kreuzworträtsel zu machen (d.h. die Umschreibung der Begriffe zusammenzustellen). Oft zeigt es sich dabei, dass so mancher Begriff noch etwas unfertig in ihren Köpfen herumspukt.
Vermutlich ist natürlich genau das Zahlenrätsel, das Sie gerade jetzt im Unterricht gebrauchen könnten, hier noch nicht aufgeführt. Tun Sie doch etwas dagegen! Ich brauche von Ihnen nur eine E-Mail mit den gewünschten Begriffen.

  • »Wärmelehre«
    23 Begriffe aus dem Bereich Wärmelehre-I (Wärmeausbreitung, Aggregatzustände etc.). Jedes Arbeitsblatt enthält gleich zwei Rätsel.
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  • »Optik-02«
    Über 50 Begriffe aus dem Bereich Optik-I (Lichtquellen, Lichtausbreitung, Reflexion, selbstleuchtend, beleuchtet etc.).
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