Bei den mit „*“ gekennzeichneten Versuchen sind die Materialien im Wesentlichen in der Sammlung des Didaktiklabors vorhanden.
In anderen Fällen wird auf die Sammlung des Physikalischen Praktikums zurückgegriffen.
A) Themenkreise vorrangig für die 1. und 2. Versuchsreihe
- Messverfahren für die geradlinige Bewegung; t–s Gesetz *
Hier soll mit unterschiedlichen Verfahren der Orts-Zeit-Registrierung gearbeitet werden, um zu überprüfen, welche Messmöglichkeiten und welche Möglichkeiten der Visualisierung sich jeweils aus dem gewählten Verfahren ergeben. Ziel ist hier, zu erkennen, dass unterschiedliche Messverfahren zu unterschiedlichem Nachdenken über die für die Beschreibung notwendigen Begriffe führt.
Zur Verfügung stehen insbes.:- Metallpapierregistrierung
- Lichtschranken und el. Stoppuhr
- Bewegungsmesswandler (Cassy-System)
- Ultraschall-Entfernungsmesser (Cassy, Vernier)
- Laser-Entfernungsmesser
- Präzisionsmessungen zur geradlinig beschleunigten Bewegung (gleichmäßig und nicht gleichmäßig beschleunigt);
Zu beachten ist ein möglichst reibungsfreier Aufbau oder ein Aufbau mit Reibungsausgleich. * - Überlagerung von Bewegungen, der horizontale Wurf, Unabhängigkeitsprinzip *
Hier kommt insbesondere die videografische Registrierung zum Einsatz (Kamera, Smartphone) - Rollreibung, Gleitreibung und Haftreibung *
Experimentelle Untersuchung von Begriffen, die für das tägliche Leben bedeutsam sind. - Addition und Zerlegung von Kräften *
- Wie bekommt man eine Übersicht über die auf einen Körper wirkenden Kräfte?
- Wie bestimmt man die Hangabtriebs- und die Normalkraft?
- Visualisierungen der Kräftezerlegung mit Drehfederkraftmessern an der Magnettafel
- Licht und Farben *
- spektrale Zerlegung des Lichts (z.B. mit Prisma oder Wasserquader)
- subtrative und additive Farbmischung
- Geometrische Optik, Linsenabbildungen *
- Experimente zu Grundlagen optischer Abbildungen auf der optischen Bank
- dicke und dünne Linsen, Linsenfehler
- Visualisierungen von Strahlengängen mit Linsenmodellen an der Magnettafel.
- Bestimmung des Brechungsindexes optischer Medien, Lichtgeschwindigkeit in Medien
- klassische Methoden der geometrischen Optik (Messung von Brechungswinkeln)
- moderne Methoden (Laser-Entfernungsmesser)
- Fernrohr und Mikroskop *
Gemeinsam ist beiden Instrumenten, dass frei im Raum entstehendes reelles Zwischenbild durch eine Lupe betrachtet wird. Ist diese Gemeinsamkeit unterrichtlich nutzbar zu machen?Ooder gibt es einen triftigen Grund, dass Schulbücher diesen Aspekt meistens nicht zeigen? Kann man dieses Zwischenbild im Experiment demonstrieren? - Das Magnetfeld eines langen Leiters (einer langen Spule, einer Leiterschleife).*
Zur Messung kann man eine Hallsonde, eine kleine Spule, oder eine Kompassnadel verwenden. Welches sind Vor- oder Nachteile der jeweiligen Verfahren? - Elektrische Stromkreis als System: Stromstärke, Spannung, Widerstand*<br />
Differenzierung zwischen Stromstärke und Spannung, Kirchhoff’sche Regeln, Definition des Widerstands, Kennlinie einer Glühlampe, Kennlinie einer LED - Energietransport mit elektrischen Stromkreisen: Energie und Leistung *
Hier bieten sich insbesondere Experimente mit handbetriebenenem Generator und Motoren an (DynaMot). - Energieerhaltung, Energieumwandlungsprozesse in der Mechanik *
Hier bietet sich eine Vielzahl von experimentellen Möglichkeiten, von einfachen Pendelschwingungen, über zweidimensionale Bewegungen (z.B. Vergleich von Lageenergie und kinetischer Energie mittels Wurfweitenmessungen) bis hin zur Untersuchung des Durchfahrens eines Loopings. - Energieumwandlungsprozesse (mechanisch <–> elektrisch <–> thermisch) *
- Grundphänomene der Elektrostatik *
Hier geht es z.B. darum den Schülern die Unterschiede zwischen magnetostatischen und elektrostatischen Kräften experimentell zu verdeutlichen. - Akustik: Töne, Klänge, Spektren *
- Stimmgabeln
- Schwebungen
- Spracherkennungen (Spektren von Vokalen)
- Schallgeschwindigkeit
B) Themenkreise vorrangig für die 2. und 3. Versuchsreihe
- Messung der Fallbeschleunigung, Gegenüberstellung unterschiedlicher Versuchsanordnungen *
Lerngruppen schlagen häufig vor, Messungen mit der Stoppuhr zu machen. Die ersten Bemühungen führen schnell zur Frage nach genaueren Verfahren. Hier soll z.B. untersucht werden, ob unterschiedlich Halterungen des Fallkörpers zu unterschiedlichen Ergebnissen führen. - Das Grundgesetz der Mechanik *
F = m*a oder delta_v = 1/m*F*delta_t ?
Hier wird die Sinnhaftigkeit einer Definition im Experiment überprüft. Wenn die Bewegung eines Wagens unter dem Einfluss einer konstanten Kraft untersucht werden soll: Nehme ich die normale Fahrbahn oder die Luftkissenfahrbahn, mache ich die Zeitmessung manuell mit Stoppuhren, oder elektronisch über Lichtschranken? Soll der Wagen durch ein Gewicht an einem Faden gezogen werden, oder soll mit einer schiefen Ebene gearbeitet werden – oder gar mit der Atwoodschen Fallmaschine? Sind das Fragen, die nur von der Geräteausstattung abhängen, sind es Geschmacksfragen, oder ist dahinter mehr zu entdecken? - Kreisbewegung und Zentralkraft
Freihandexperimente, Messungen zur Zentralkraft
Im Zusammenhang mit den Experimenten so bedacht werden, welche Möglichkeiten zur theoretischen Herleitung es gibt, welche gedanklichen bzw. mathematischen Voraussetzungen zu bedenken sind. - Stoßversuche, Impulserhaltungssatz an einfachen Beispielen
Experimentelle Untersuchung sowohl mit einer Luftkissenfahrbahn als auch mit einer guten Rollenfahrbahn, Überlegungen zur Definition der Masse und der Kraft. - Wege zum Induktionsgesetz *
Als Einstieg kann die Schütteltaschenlampe dienen, sowie Versuche zur Veranschaulichung des Grundphänomens der Induktion. Die Versuchsreihe muss quantitativ ausgewertete Anteile enthalten, die das Induktionsgesetz bestätigen. Wichtig ist hier, dass je nach Versuchsanordnung unterschiedliche Grade der Mathematisierung erforderlich sind. Damit zusammen hängt auch, dass die Experimente unterschiedlich komplex sein können. - Untersuchungen an Transformatoren *: Unbelasteter Transformator, belasteter Transformator.
Die Experimente sind mit dem niedersächsischen „Abiturkasten“ zu erarbeiten. - Messungen an einem Aufbau–Plattenkondensator. *
(Dieser Kondensator verwendet gesicherte Spannungen bis etwa 450 V.)- Kraft auf einen geladenen Probekörper im elektrischen Feld
- Feldstärke in Abhängigkeit von Plattengröße, Ladespannung und Plattenabstand
- Gelingt mit dem Aufbau eine epsilon-null-Bestimmung?
- Exponenzielle Prozesse *
z.B. Kondensatorentladung, reibungsbehaftete Bewegungen - Kondensator und Spule im Gleichstromstromkreis *
- Einschaltstrom bei einem Gleichstromkreis mit Spule
- Lade- und Entladekurven beim Kondensator
- Kondensator und Spule im Wechselstromkreis *
Messungen sind durchzuführen mit Oszilloskop und Funktionsgenerator. Auch das CASSY-System kann eingesetzt werden.- 1-Sekunden-Schwingkreis
- RC-Glieder, Zeitkonstante tau=R⋅C
- Mechanische und elektrische Schwingungen *
Beides sind Themen im Bildungsplan der gymnasialen Oberstufe. Daher wäre es optimal, wenn zwei Gruppen die beiden Themen abgestimmt aufeinander behandeln würden.- mechanische Schwingungen:
- Fadenpendel
- Drehpendelschwingungen (Messungen zur Schwingungsgleichung)
- gekoppelte Pendel, Resonanz
- elektrische Schwingungen
- Prinzip des elektrischen Schwingkreises, veranschaulicht an einem niederfrequenten Kreis (1-Sekunden-Schwingkreis)
- Übergang zu hochfrequenten elektrischen Schwingungen, erzwungene Schwingungen und Resonanz
- mechanische Schwingungen:
- Licht als elektromagnetische Welle, Beugung und Interferenz *
- Experimente mit weißem Licht einer Glühlampe
- Experimente mit dem Overheadprojektor
- Experimente mit Laserlicht. Es ist verführerisch, das Thema Interferenz von vorneherein mit dem Laser als Lichtquelle zu beginnen. Besser ist es, zur Demonstration zunächst mit weißem Licht zu arbeiten. Damit wird an Erfahrungen angeknüpft, die alle in einer Lerngruppe haben, denn Regenbogen kennen alle. Will man mit Glühlicht arbeiten, muss dann ein etwas komplexerer optischer Aufbau erstellt werden. Das sollte man können. Aber man sollte auch wissen, dass der Schreibprojektor hier eine große Hilfe sein kann.
Hier soll insbesondere der Gang vom Einfach- über den Doppelspalt zum Gitter in einer sinnvollen Reihe behandelt werden.
- Polarisation des Lichtes *
- Grundlagen technischer Anwendungen (LCD-Displays, Sonnenbrillen, 3D-Filme Polfilter in der Fotografie)
- Brewsterscher Winkel
- Drehung der Polarisationsebene in Zuckerlösung
- Gesetz von Malus
- Experimente zu den Gasgesetzen *
- Zusammenhänge zwischen den thermischen Zustandsgrößen (z.B. Gesetz von Boyle-Marriott)
- Thermische Kreisprozesse, Stirlingprozesse
Hier geht es um die Veranschaulichung der Grundlagen von Kreisprozessen, insbes. am Heißluftmotor - Radioaktivität: Grundphänomene *Nullrate, Stochastik, Strahlungsarten, Abschirmung
Untersuchungen zum „Nulleffekt“ geben erste Hinweise auf den stochastischen Charakter der hier zu untersuchenden Phänomene. Untersuchungen an natürlichen Strahlern lassen sich durch Analogieexperimente ergänzen. - Interferometerversuche *
Mit einfachen Aufbauten, die sich mit Lego-Steinen und kleinen Spiegeln realisieren lassen, kann man das Prinzip eines Interferometers demonstrieren. - Wellen: Interferenz, Huygen’sches Prinzip, ebene Wellenfronten *
zentrale Apparatur ist hierdie Wellenwanne - Wärmestrahlung *
Moderne Infrarotsensoren in Verbindung mit Smartphones ermöglich neuartige Experimente zur Sichtbarmachung der Wärmestrahlung. In der Versuchsreihe sollen die Möglichkeiten und Grenzen für den Einsatz im Unterricht deutlich werden. - Vom Hallwachseffekt zum Planckschen Wirkungsquantum *
Für die Bestimmung der maximalen kinetischen Energie der Fotoelektronen gibt es zwei verschiedene Verfahren. Schulüblich ist der Weg über den äußeren Fotoeffekt. Aber auch der innere Fotoeffekt über Leuchtdioden wird zunehmend verwendet. In der Versuchsreihe soll der klassische Aufbau mit einer Cäsium-Elektrode verwendet werden. Kurz zu diskutieren sind die Vor– und Nachteile im Hinblick auf die Unterstützung des Gedankengangs (Lernwegs) vom Hallwachs-Effekt zum Photoeffekt).
- Hallwachseffekt
- äußerer Fotoeffekt
- h-Bestimmung
- der LED-Versuch kann gegebenenfalls ergänzend gegenübergestellt werden