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Physik in der Oberstufe SJ 14/15

Dies ist die begleitende Flipchart zum Physikunterricht in der Oberstufe am KKG.
by

René Wenzel

on 24 November 2014

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Transcript of Physik in der Oberstufe SJ 14/15

Aufgabe:

Erstellt eine Lehrbuchseite (A4) für das neue Buch
"Physik für Dummies"
zum Thema:
Coriolis-Kraft


Abgabe zum Ende der heutigen Unterrichtsstunde in analoger oder digitaler Form!

Hinweis:
Eventuell wäre eine Kurzzusammenfassung der Kräfte bei der Kreisbewegung nützlich für die Leserinnen und Leser.
Aufgabe:
Bestimmt die Masse des angehängten
Körpers mit Hilfe der Versuchsanordnung.

Beachtet die
Hinweise
auf dem Aufgbenblatt!


Auf dem Lehrertisch liegen
Tippkarten
für euch bereit, wenn ihr an einer Stelle nicht weiterkommen solltet.

Achtet bitte beim Experimentieren auf die umherfliegenden Korken (der anderen Gruppen).
Überlagerung von Bewegungen
Körper können mehrere Bewegungen gleichzeitig ungestört ausführen
->
resultierende Bewegung
Aufgabe:
Bestimmen Sie den Ortsfaktor am Kurt-Körber-Gymnasium mittels einer Dunkelzeitmessung.

Fertigen Sie ein vollständiges Protokoll an.
Physik in der Oberstufe
Kinematik
Dynamik
Himmelsmechanik
Themen Klasse 11/12
Mechanische Schwingungen
Mechanische Wellen
Weitere Informationen
Bezugssysteme
Bewegen sich die beiden Schüler wenn sie in der Bahnsitzen?
Nein, da sie ja nur herum sitzen!!!
Ja klar, da sie ja bis zur Haltestelle fahren!!!
http://www.leifiphysik.de/
Schwerpunktthemen für das Abitur
Harmonische Schwingungen
Gravitation
Elektrische Felder
Mechanik
Elektrizitätslehre und Magnetismus
Optik/Wellenoptik
Quantenphysik
Physik der Atomhülle
Kernphysik
Thermodynamik
Einführung
Tafelanschrieb
Translation
Liste der Operatoren
Experiment: Luftkissenbahn
Übungsaufgaben - Kinematik
Zusammenhänge:
Der freie Fall
Felix Baumgartners - Freefall
Achtet nach dem Absprung auf die Geschwindigkeits- und Höhenanzeige. Was fällt euch auf?
Roswell/Hamburg - Felix Baumgartner kniete nieder auf dem Wüstensand und reckte die Fäuste. Der 43-jährige Österreicher hatte den Wahnsinnssprung tatsächlich überstanden. Er war
39 Kilometer
über der Erde aus einer Kapsel gekippt und dann mit bis zu
1342 km/h
zu Boden gerast. Im freien Fall von
4:19 Minuten
durchbrach er sogar die
Schallmauer
. Dabei hatte er aber mehrere äußerst heikle Situationen zu überstehen - es ging um Leben und Tod.
[...]
Dass Baumgartner überhaupt
Mach 1,25
erreichen konnte und damit ein Viertel schneller war als der Schall, verdankt er zwei Faktoren: Zum einen ist die
Luft in Höhen von über 30 Kilometern sehr dünn
und
bremst wenig
. Fallschirmspringer erreichen im freien Fall normalerweise nur etwa 200 km/h. Zum anderen
sinkt die Schallgeschwindigkeit
, wenn es so
kalt
ist wie in 20, 30 Kilometer Höhe. Bei 20 Grad ist der Schall etwa 1285 km/h schnell. Als Baumgartner 1342,8 km/h erreichte, lag die Schallgeschwindigkeit nur bei rund 1078 km/h.
[...]
Auszüge aus dem Artikel auf Spiegelonline (
15.10.2012
):
Quelle:
http://www.spiegel.de/wissenschaft/mensch/schallmauer-durchbrochen-felix-baumgartner-ueber-seinensprung-a-861298.html
Wurfbewegungen
Experiment: Ortsfaktor
Die Fallbeschleunigung (Ortsfaktor)
http://www.schuelerlexikon.de/SID/f16d5fa5bb8d4f4db4236b9f07105947/lexika/physik/cont/cont0200/cont0259/full.htm
Unterschiedliche Orte - unterschiedliche Werte
Die Fallbeschleunigung hat an verschiedenen Orten unterschiedliche Werte. Nachfolgend sind einige dieser Werte in m/s² angegeben:

am Äquator an der Erdoberfläche: 9,787
an den Polen an der Erdoberfläche: 9,832
mittlerer Wert für die Erdoberfläche: 9,807 oder 9,81
100 km über der Erdoberfläche: 9,52

1 000 km über der Erdoberfläche: 7,33

an der Mondoberfläche: 1,62
an der Marsoberfläche: 3,71
an der Oberfläche der Sonne: 274
Zusammengesetzte Bewegungen
Beispiel: Schiffahrt
Ein Schiff fährt mit 18 Knoten quer zur Strömungsrichtung eines breiten Flusses. Die Strömungsgeschwindigkeit beträgt 0,8 m/s.
Wie groß ist der zurückgelegte Weg nach 20 Sekunden?
Das Schiff legt etwa einen Weg von 186 m zurück.
Dynamik beschreibt die Zusammenhänge zwischen Kräften und Bewegungen.
Kräfte
Kraft gibt an, wie stark ein Körper auf einen anderen Körper einwirkt.
Newtonsche Gesetze
1. Trägheitsgesetz

2. Grundgesetz der Mechanik

3. Wechselwirkungsgesetz
Mechanische Arbeit
a) Hubarbeit

b) Federspannarbeit

c) Beschleunigungsarbeit

d) Reibungsarbeit
Kreis- und Drehbewegungen
(aus: Physik: Gymnasiale Oberstufe; Paetec)
Kräftecartoons
Wie viel Kraft müssen wir aufwenden um die Seile gerade zu bekommen?
Physik auf dem Schulhof
Aufgabe: Simmuliert als Gruppe einen Zeiger, der um einen Punkt rotiert.
Aufgabe:
Bearbeitet mit eurer/eurem Banknachbarin/Banknachbarn die Aufgaben des Arbeitsblattes!
(Zeit: 10 Minuten)
Aufgabe:
Bearbeitet die Aufgaben a) bis d) und beantwortet die Frage:
Was passiert wenn die Erde sich nicht drehen würde?

Haltet eure Lösung auf der Folie fest. Eine Schülerin bzw. ein Schüler wird am Ende der Stunde die Aufgabe an der Tafel präsentieren.

Zeit: 20 Minuten
Drehung der Erde um die eigene Achse
Kräfte bei der Kreisbewegung
Ausgangspunkt: Welches Bezugssystem?
Interialsystem
Beschleunigtes Bezugssystem
Betrachten von außen (Inertialsystem) die gleichförmige Kreisbewegung eines Massenpunktes:
Führt ein Körper eine gleichförmige Kreisbewegung aus, so muss zum Kreismittelpunkt hin eine Beschleunigung wirken, die für die Richtungsänderung sorgt.
Zentripetal-beschleunigung:
Zentripetalbeschleunigung
2. Newton - Axiom
Zentripetalkraft
Achtung:
Zentripetalkraft ist
keine
zusätzliche Kraft - sie ist die
resultierende
aller am Körper wirkenden Kräfte!
"Ein Körper bewegt sich auf einem Kreis, dadurch entsteht eine Zentripetalkraft"

Richtig oder Falsch?
Aussage ist Falsch!
Die Zentripetalkraft ist die Ursache für die Kreisbewegung!
Strategie zum Lösen von Aufgaben mit Kreisbewegungen:
Grundwissen: Kraftarten; Newtonschen Axiome
1. Schritt: Übersicht erstellen
2. Schritt: Kraftvektoren einzeichnen
3. Schritt: Beträge der Kräfte (Formeln zur Berechnung)
4. Schritt: Verknüpfung zur Lösung
Alle Kräfte die am kreisenden Körper angreifen!
2 Fragen beantworten:
Wo ist der Angriffspunkt?
Wer oder was ist für die Entstehung verantwortlich?
Beispiele:
Kettenkarussell
Auto in einer Kurvenfahrt
Fahrradfahrer
Beschleunigtes Bezugssystem
Inertialsystem
Kugel ist aus unserer Sicht von der Scheibe aus
in Ruhe
.
Trotzdem können wir
eine Kraft
ablesen.
Es muss eine zusätzliche Kraft unbekannten Ursprungs wirken, damit die
resultierende Kraft
auf einen ruhenden Körper Null ist.

Federwaage bewirkt eine Kraft in Richtung Kreiszentrum. Neue Kraft, die diese Kraft aufhebt, wirkt demzufolge in entgegengesetzter Richtung vom Kreismittelpunkt weg ->
Zentrifugalkraft

Experiment:
Massenbestimmung eines Körpers mittels Kreisbewegung
Selbstreflexion meines Lernprozesses
Brainstorming - Schwingungen
Aufgabe:

Bildet 4er Teams und beantwortet die beiden folgenden Fragen:

Wo im Alltag begegnen euch Schwingungen?

Welche Fragen möchtet ihr im Zusammenhang mit Schwingungen in den folgenden Stunden klären?

Haltet euer Ergebnis auf Flipchartpapier fest. Nach der Arbeitszeit soll ein Teammitglied den anderen Teams euer Ergebnis kurz vorstellen.
Zusammenhang - Kreisbewegung und Schwingung
Experiment:
Projektion einer Federschwingung und einer Kreisbewegung
Beobachtung:
Die Schattenprojektion des schwingenden Körpers an der Feder bewegt sich synchron zur Schattenprojektion eines Körpers, der sich auf einer Kreisbahn bewegt.
Frage:
Was haben die projizierten Schwingungen der beiden Schatten gemeinsam?
Periodendauer T
Amplitude A
Geschwindigkeit/Beschleunigung
Rückstellkraft
Experiment: Federschwinger
Aufgabe:
Bestimme den Zusammenhang der Periodendauer eines Federschwingers mit der Masse des Pendelkörpers.



Erstellt dazu ein vollständiges Protokoll
(analog oder digital)
.

Arbeitet in 2er Teams.

Arbeitszeit:
bis 10 Minuten vor dem Stundenende
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