1.1.2 Physikalische Probleme mathematisch lösen und Ergebnisse kritisch prüfen und plausibilisieren
Unterrichtsmaterial zum Lernziel: Die Maturandinnen und Maturanden können physikalische Probleme mathematisch lösen und Ergebnisse kritisch prüfen und plausibilisieren.
⚠ Neu versucht die KI ungefähr das Niveau zu ermitteln. Bitte helfen Sie, indem Sie die Gewichtung der Kriterien mitbewerten! Generelles Feedback gern an marc@eduskript.org.
Hochwasser modellieren: Denken in Modellen (Projektwoche Gürbetal)
Umfassendes Material einer Projektwoche, in der Schüler:innen mit Vensim Fliess- und Hochwasserprozsse modellieren: von der entleerenden PET-Flasche über Flaschen in Serie bis zum Eichen realer Modelle am Gürbehochwasser 2007/1990 mit echten hydrologischen Daten. Enthalten sind ein ausgearbeitetes Skript mit Experimenten, Modellierungsaufträgen und Präsentationsteil.
Experimentelle Zugänge zur Strukturbildung
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Skript GF4: Materie, Wärme, Energie – Wärmelehre und der Energiesatz
Umfangreiches, ausgearbeitetes Unterrichtsskript zur Wärmelehre für das Grundlagenfach Physik: von der historischen Atomismus-Debatte (Aristoteles vs. Demokrit, Brownsche Bewegung, Ölfleckversuch) über Aggregatzustände, thermische Ausdehnung und Dichte bis zum Energieerhaltungssatz, Wirkungsgrad und Stromkosten. Enthält viele Rechenaufgaben mit Lösungen, Experimenten und einer Zusammenfassung.
Skript G1: Licht, Sehen, Abbildungen – Geometrische Optik
Umfangreiches, sorgfältig didaktisiertes Unterrichtsskript zur geometrischen Optik (Lichtstrahlen, Sehwinkel, Schatten, Spiegel, Linsen, Auge, Mikroskop). Es beginnt mit eigener Beobachtung optischer Phänomene im Schulhaus, führt vom Phänomen zum Modell und bietet durchgehend aktivierende Aufgaben, praktische Untersuchungen und Lösungen. Die Aufgaben sind erstaunlich originell und mit echtem Bezug zur Lebenswelt der Schüler:innen (Schulhausfotos, Ping-Pong-Tisch, Daumensprung, Sonnentaler, camera obscura).
Skript SE: Wir fangen mit Forschen an – Schnurpendel und elementare Akustik
Umfangreiches, sorgfältig aufgebautes Skript, das die Lernenden die physikalische Erkenntnisgewinnung am Schnurpendel selbst durchspielen lässt: Beobachten, Protokollieren, Messen, Grafik darstellen, Formel aufstellen und testen, danach Anwendungsaufgaben und eine Werkstatt zur Akustik mit Oszilloskop. Didaktisch sehr rund mit Zielen, Lösungen, Repetitionsaufgaben und Alltagsbezügen (Pendeluhr auf dem Mond, Ringturnen, Schallplatte).
In 10 Sekunden 800 Meter! – Lift der Gotthard-NEAT
Kritische Lese-Aufgabe auf Basis eines Zeitungsberichts über den schnellen Bauaufzug der Gotthard-NEAT. Die Schüler:innen prüfen die Behauptung «10 Sekunden für 800 Meter» physikalisch, indem sie die nötige Beschleunigung abschätzen und mit dem Leserbrief argumentieren. Mit Pluszeichen-Zeichen z.B. eine Lehrkraft, die Unterschrift nicht. Zuständig für die Prüfung ist K:physik-gf:1.3.3.
Problems for the 26th IYPT 2013
Die 17 offenen Problemstellungen der Physik-Olympiade (IYPT 2013) fordern zu eigenständiger experimenteller Untersuchung, Modellbildung und Optimierung auf. Es handelt sich um reine Aufgabenlisten ohne Erklärungen oder Lösungen – hochwertiges Rohmaterial für forschendes Lernen. Geeignet für Schwerpunktfach, Olympiade-Vorbereitung oder Maturaarbeiten.
MILLIKAN-Versuch: Steige-Fall-Methode (LEIFIphysik)
Ausführlich aufbereitete Unterrichtseinheit zum Millikan-Versuch mit Aufbau, vollständiger theoretischer Herleitung der Ladungsbestimmung nach der Steige-Fall-Methode, gestuften Rechenaufgaben und einer Simulation zur Aufnahme eigener Messwerte inklusive Auswertung. Die Materialien kombinieren physikhistorischen Kontext, Formelherleitung und eigenständiges virtuelles Experimentieren.
Skript GF3: (Fast) überall sind Kräfte im Spiel – Kinematik und Dynamik
Umfangreiches, sorgfältig aufgebautes Unterrichtsskript zur Kinematik und Dynamik für das Grundlagenfach Physik am Gymnasium Kirchenfeld Bern. Historische Zugänge (Aristoteles, Galilei, Newton), vielfältige Aufgaben mit Lösungen und Zusammenfassung decken den Trägheitssatz, beschleunigte Bewegungen und Kräfte ab.
Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit in Plexiglas mithilfe eines Laserentfernungsmessers
Aufgabenblatt zu einem Experimentvideo: Lichtgeschwindigkeit in Plexiglas wird mit einem Laserentfernungsmesser indirekt bestimmt. Die Musterlösung führt Schritt für Schritt durch das geschickte Umkehren des Messprinzips (der LEM rechnet mit falscher Geschwindigkeit). Enthält Versuchsaufbau-Anleitung, vollständige Musterlösung mit Formeln und kreative Teilaufgaben (vertonen, eigenes Erklärvideo).
Negativ Myonen – Lösung (LEIFIphysik)
Physikalische Aufgabe mit ausführlicher, vollständiger Lösung: Radius der Bohrschen Bahnen eines in einen Kern (Z) eingefangenen Negativ-Myons, Energieniveaus mit Ionisationsenergie des Wasserstoffatoms skaliert (Faktor 207·Z²), Niveauschema für Beryllium sowie Photonenenergien beim Einfang und beim Übergang n=2→1 (Röntgenbereich).
Wettbewerbsaufgabe: Schief gestellter Leuchtstab vor einer Sammellinse
Aus der 1. Runde des Wettbewerbs Physik (Fortgeschrittene): Untersucht wird, wo und wie groß der kleinste Lichtfleck ist, den eine Sammellinse von einem zur optischen Achse geneigten Leuchtstab erzeugt. Der Materialtext enthält die vollständige Musterlösung mit Strahlkonstruktion (Haupt- und Parallelstrahl), Bildpunkten A' und B' sowie dem Schnittpunkt der abbildenden Bündel als Ort des kleinsten Flecks. Eine anspruchsvolle Aufgabe mit konkreter zeichnerischer Lösung, die astigmatische Abbildungsfehler anschaulich macht.
Der MILLIKAN-Versuch: Steige-Sink-Methode mit Simulation
Ausführlich aufgebautes LEIFIphysik-Material zum MILLIKAN-Versuch, das Versuchsaufbau, vollständige theoretische Herleitung (Kräftegleichgewichte, STOKES-Reibung) und eine konkrete Durchführungsanleitung mit Auswertung kombiniert. Eine begleitende Simulation erlaubt selbständiges Aufnehmen von Messwerten, eingebaute Aufgaben reichen von kurzen Berechnungen bis zur vollständigen Herleitung der Formel für die Tröpfchenladung. Der historische Kontext und die Möglichkeit, mit 'echten' Messdaten zu arbeiten, machen das Material über Routineunterricht hinaus ansprechend.
Zwänzgerli – Statistische Auswertung der Massenverteilung von 20-Rappen-Münzen
Ein Physiklehrer beschreibt ein Praktikumsbeispiel, bei dem Schüler:innen die Massen von 166 echten Münzen selbst wiegen und mit einem grafikfähigen Taschenrechner statistisch auswerten: Histogramm, Glockenkurve, lineare Regression gegen den Jahrgang, Fehlerschranken und Signifikanz. Das Material betont ausdrücklich, dass Lernende echte, ungeschönte Daten gewinnen und kritisch diskutieren sollen.
Zielwurf – Darts mit der Wurfparabel: Wie trifft man eigentlich?
Ein kompakter Artikel, der den Zielwurf beim Dart modelliert, die Treffbedingung mit der Wurfparabelgleichung formaliert und die Lösungsmenge auf der (α₀, v₀)-Parameterebene visualisiert. Die Diskussion der Ergebnisabbildung (warum man in der Praxis flach wirft) verbindet die formale Analyse anschaulich mit der Erfahrungswelt der Lernenden.
Das Gesetz von Darcy zum Volumenstrom
Ein ausgearbeitetes Schülerexperiment zur Wasserströmung durch ein Wattefilter als Analogie zum ohmschen Gesetz: Die Autoren leiten aus Darcys Gesetz eine Exponentialfunktion für den sinkenden Wasserspiegel her und stellen sie dem reibungsfreien Torricelli-Modell (Parabel) gegenüber. Messdaten, Kurvenfits und Residuenanalyse belegen überzeugend das Darcy-Gesetz; das Material betont didaktisch motivierte Definitionen und das Prinzip der Gegenprobe.
Hyperbolischer Kepler
Aufsatz eines Gymnasiallehrers, der aus den ersten zwei keplerschen Gesetzen das Gravitationsgesetz und das dritte keplersche Gesetz herleitet und die keplerschen Gesetze auf hyperbolische Bahnen (Meteoriten, Swingby-Raumsonden) überträgt. Die Herleitung mit Flächensatz und Vektoralgebra wird durch eine numerische Simulation (Euler-Cromer) getestet. Als Ausblick werden Lichtablenkung und Rutherford-Streuung genannt.
Evolventenpendel
Ein anspruchsvolles Material von Martin Lieberherr zum Fadenpendel um einen Zylinder: Herleitung der Bewegungsgleichung (energetisch und per Lagrange), numerische Integration mit Python und Vergleich mit einem eigenen Video-Tracking-Experiment. Geeignet für Schwerpunktfach oder Projekte mit guten Klassen.
Lungengängig – Warum Feinstaub in die Lunge gelangt
Der Artikel untersucht mit einer Grössenabschätzung und einer einfachen Differentialgleichung, warum Aerosolpartikel der Stokes-Reibung folgen und in die Lunge gelangen. Er zeigt anschaulich die Anwendung der Infinitesimalrechnung auf ein reales Phänomen und enthält einen Exkurs zum υ²-Widerstandsgesetz. Gedacht fürs Schwerpunktfach Physik mit Anwendungen der Mathematik.
Wir fangen mit dem Forschen an: Schnurpendel und elementare Akustik
Ausführliches Einheitsskript, das Lernende die physikalische Erkenntnisgewinnung am Beispiel des Schnurpendels selbst durchspielen lässt: Beobachten, Protokollieren, Messreihen, Messunsicherheiten und Herleitung der Pendelformel, danach Anwendungsaufgaben und y-t-Diagramme. Der zweite Teil ist eine Werkstatt zur elementaren Akustik, in der Töne als schnelle Schwingungen mit Oszilloskop und einfachen Experimenten untersucht werden.
Aufgaben des 3. International Young Physicists' Tournament (IYPT) 1990
Dieses Dokument enthält die 17 Aufgaben des 3. IYPT (1990) in einer kommentierten kritischen Edition mit ausführlichen Anmerkungen zur Textüberlieferung. Die offenen Forschungsaufgaben (Ball auf oszillierendem Kolben, Wolkengrenzen, Fraktale, Segnersches Rad u.a.) verlangen eigenständige Modellbildung, Experimente und quantitative Abschätzungen. Der grosse philologische Apparat dient der historischen Dokumentation, nicht dem Unterricht.
Extrasolare Planeten in der habitablen Zone von Kepler-62 (Abituraufgabe mit Lösung)
Mehrschrittige Abituraufgabe (Bayern 2016) zur Astrophysik: Entfernungsbestimmung über den Entfernungsmodul, Sternradius via Stefan-Boltzmann-Gesetz, habitable Zone, große Halbachse über das 3. Keplersche Gesetz und Planetenradius über die Transitmethode. Es liegt eine vollständige, sauber hergeleitete Musterlösung mit Kontrollergebnissen vor. Das Thema Exoplaneten und habitable Zone ist für Schüler:innen attraktiv, didaktisch ist das Material aber eine klassische Prüfungsaufgabe ohne Einstieg oder Visualisierung.
Tschernobyl: Cäsium-137 – Zerfall, effektive Halbwertszeit und Strahlenbelastung durch Waldpilze
Ein umfangreiches Abitur-artiges Übungsblatt mit vollständig ausgearbeiteter Lösung zur Radioaktivität: β-Zerfall von Cs-137, Q-Wert-Berechnung aus Atommassen, Aktivität und effektive Halbwertszeit aus Messkurven sowie Abschätzung der Äquivalentdosis durch Pilzverzehr. Der reale Tschernobyl-Kontext und die abschliessende Bewertung der Strahlenbelastung machen das Material trotz Routinestruktur ansprechend.
Photoeffekt: Hallwachs-Versuch und Lenard-Röhre (Abituraufgabe mit Lösungen)
Mehrteilige Abituraufgabe zum Photoeffekt: historisches Hallwachs-Experiment, Deutung des Spannungsverlaufs einer Vakuumphotozelle, quantitative Berechnung der Grenzspannung mit der Einstein-Formel sowie Energiebestimmung der Elektronen über die Kreisbahn im Magnetfeld. Ausführliche, formale Musterlösungen sind enthalten.
Enif und Kugelsternhaufen M15 – Astronomische Berechnungen (Abituraufgabe mit Lösung)
Abiturähnliche Aufgabe am Beispiel des Sterns Enif im Herbstviereck: Entfernungsmodul, Leuchtkraft, Stefan-Boltzmann, HR-Diagramm, Sternentwicklung, Parallaxe und Helligkeitsabschätzung. Die vollständigen, sauber durchgerechneten Lösungen machen das Material auch für Selbststudium nutzbar.
Der Lampendieb: Wettbewerbsaufgabe zur Schaltungsanalyse mit Musterlösung
Wettbewerbsaufgabe (Bundesweiter Wettbewerb Physik 1977, 2. Runde) über eine symmetrische Lampenschaltung: Welches Lämpchen kann ein Dieb entnehmen, ohne dass es auffällt? Die ausführliche Musterlösung entwickelt Ersatzschaltbilder, berechnet Teilspannungen und zeigt feinsinnig, dass die Drahtüberbrückung eine dumme Idee war. Die kleine Dieb-Rahmengeschichte macht die Routineaufgabe einer Kreisanalyse zu einem kleinen Rätsel.
Warum bleiben Trabanten auf gebundenen Bahnen? – Das effektive Potenzial
Der Artikel erklärt anschaulich, warum Satelliten auf festen elliptischen Bahnen bleiben, indem die Gesamtenergie in Polarkoordinaten ausgedrückt und das effektive Potenzial mit Drehimpulserhaltung hergeleitet wird. Herleitungen sind vollständig in Fussnoten ausgeführt, es fehlen jedoch Aufgaben und Lösungen.
Ballon-Physik: Auftrieb, Gasgesetz und die Bedingung zum Abheben
Das Material erklärt anschaulich, warum Ballone fliegen, und leitet mit dem Archimedischen Auftrieb und dem allgemeinen Gasgesetz die Bedingung für das Abheben von Gas- und Heißluftballons her. Es enthält Formeln, eine Tabelle mit Gasdichten und mehrere Rechenaufgaben mit Realbezug, allerdings ohne Lösungen.
Methode der kleinen Schritte: Bewegungen numerisch berechnen
Das Material führt anschaulich in die numerische Integration von Bewegungsgleichungen über die Methode der kleinen Schritte ein, validiert die Methode an der konstant beschleunigten Bewegung und zeigt deren Umsetzung in einer Tabellenkalkulation (Excel). Mit durchgerechneten Beispielen und Schritt-für-Schritt-Anleitung zur Tabellenkalkulation werden realistischere Bewegungen (Luftreibung, Rakete) als Anwendungsgebiet erschlossen.
Millikan-Versuch: Steige-Fall-Methode mit Simulation
Umfassendes Material zum Millikan-Versuch mit vollständiger Theorie der Steige-Fall-Methode, historischer Einordnung und einer Simulation zur virtuellen Messdatenaufnahme. Zwischen den Theorieabschnitten eingebettete Rechenaufgaben führen Schritt für Schritt zur Herleitung der Ladungsformel inklusive Cunningham-Korrektur, gefolgt von einer strukturierten Durchführungs- und Auswertungsanleitung.
Flächeninhalte in der Physik (Interaktives Tafelbild)
Interaktives Tafelbild, das anschaulich herleitet, wie Flächen unter Graphen per Integral physikalische Größen (z.B. Weg, Impuls, Ladung, Arbeit) liefern — inklusive Einheiten-Betrachtung und Rechenaufgaben zum entdeckenden Lernen.
Charakteristik einer Glühlampe
Ein Praktikums- und Analysematerial, in dem die Strom-Spannungs-Charakteristik einer Glühlampe gemessen und als Potenzfunktion I ∝ U^a modelliert wird. Mit doppelt-logarithmischer Darstellung, linearer Regression und einer theoretischen Herleitung (Wärmestrahlung, temperaturabhängiger Widerstand) wird das nicht-ohmsche Verhalten quantitativ erklärt. Elegantes Beispiel, um Regressionsmethoden und Modellbildung an realen Daten zu üben.
Kelvin-Spulenpaar: Absolutmessung magnetischer Dipolmomente
Ein von Martin Lieberherr (MNG Rämibühl) verfasstes Experimentalheft zum Kelvin-Spulenpaar, einer Anti-Helmholtz-Anordnung mit d=√3·r für einen konstanten Feldgradienten. Theoretische Herleitung aus dem Biot-Savart-Gesetz, Messung des Gradienten mit Hallsonde und Bestimmung eines Kompassnadel-Dipolmoments über Kraftmessung und Schwingungsdauer, inklusive Fehlerbalken und Konsistenzprüfung.
Axialer Abbildungsmassstab – wie Linsen in der Tiefe anders verzerren
Ein von einer Lehrperson verfasster, mathematisch anspruchsvoller Text zum axialen (Tiefen-)Abbildungsmassstab dünner Sammellinsen: Herleitung der Beziehung db/dg = -A², berechnete Bilder von Gittern und Kreisen sowie der Beweis, dass die Abbildung geradentreu ist und Kreise auf Kegelschnitte abbildet. Entstanden aus einer Prüfungsaufgabe, mit persönlichen didaktischen Reflexionen und offenen Denkaufgaben für Schüler:innen.
Einheiten 2.0 – Von Umrechnungsfaktoren zu versteckten Gesetzen
Eine kurze Unterrichtssequenz, die physikalische Grössen und Einheiten zum Ausgangspunkt kreativen Denkens macht: Die Eins wird auf ein Dutzend Arten geschrieben, in Umrechnungsfaktoren versteckt sich E = mc², Magnituden werden in Dezibel umgerechnet und die neu definierten SI-Einheiten Ampere und Kelvin werden aus Schülervorstand gerechnet und mit einem einfachen Rohr-Föhn-Experiment mit PhyPhox erfahrbar gemacht. Didaktisch durchdacht mit vielen Anekdoten und echten Anknüpfungspunkten für den Unterricht.
Praktikum GYM4: Exponentiell oder nicht? – Untersuchungen mit LabPro und Excel
Praktikumsanleitung für messbasierte Untersuchungen von Abnahme-Prozessen (Abkühlung, Stimmgabel, gedämpfte Schwingung, Lichtintensität, Magnetfeldstärke) mit LabPro-Sensoren und Excel-Auswertung. Enthält einen Anhang zur Exponentialfunktion, Halbwertszeit und logarithmischen Skala mit Herleitung. Die Schüler:innen prüfen mit Trendlinien und Log-Skalen, ob Prozesse exponentiell verlaufen, und liefern einen Bericht mit Rohdaten, Diagrammen und Kommentar.
Skript GE: Wir fangen mit Forschen an — Schnurpendel und elementare Akustik
Umfangreiches Skript, das Erstklässler des Gymnasiums den ganzen Forschungsprozess vom Beobachten über Messreihen, Messunsicherheiten und Grafiken bis zur Pendelformel selbst durchspielen lässt. Anschliessend folgen mit einer Postenwerkstatt zur Akustik eigenständige Experimente und Aufgaben zu Schallschwingungen. Enthält viele anschauliche, teils überraschende Aufgaben (Mondpendeluhr, Seilakrobat, Ringturnen, Kranhöhe) und Lösungen im Anhang.
Thermodynamik – Unterrichtsplanung Wärmelehre mit Experimenten und Newtonschem Abkühlungsgesetz
Umfangreiche Unterrichtsplanung zur Wärmelehre mit zahlreichen Experimenten, Videos, Alltagsbezügen und Formelblatt sowie einem Skript mit Beispielaufgaben und Lösungen. Den Höhepunkt bildet das anspruchsvolle Dokument zum Newtonschen Abkühlungsgesetz, das die Differentialgleichung vollständig herleitet und damit die klassische Kaffee-Milch-Frage mathematisch beantwortet. Didaktisch lebendig (Denksportaufgaben, Bier im Kühlschrank, Wasserfall-Schätzung), aber als Mitschrift/Ablaufplan ohne durchgängige Lösungen.
Venusdurchgang und die Bestimmung der Astronomischen Einheit – Abituraufgabe mit Lösungen
Mehrteilige Abituraufgabe (im bayerischen Stil, Lösung von LEIFIphysik) zur Venus: Bahnskizze mit Konjunktionen und Elongationen, Keplers drittes Gesetz, der 8-Jahre-Rhythmus der Venusdurchgänge sowie zwei Methoden zur Bestimmung der Astronomischen Einheit (Parallaxenmodell mit zwei Beobachtungsorten und Radarlaufzeitmessung). Den Abschluss bildet eine quantitative Abschätzung mit dem Stefan-Boltzmann-Gesetz, warum der Venusdurchgang einem Sonnenfleck ähnelt. Alle Teilaufgaben sind mit vollständigem, formalem Lösungsweg versehen; eine referenzierte Abbildung fehlt allerdings.
Der Wasserstrahl
Ein ausgearbeitetes Unterrichtsbeispiel, in dem der sich verjüngende Wasserstrahl am Hahn mit der Kontinuitätsgleichung und dem freien Fall theoretisch hergeleitet und per Foto-Experiment mit Regressionsauswertung überprüft wird. Enthält Originalmessdaten, graphische Auswertung und konkrete Vorschläge für ein Schülerexperiment mit Diskussion der Modellgrenzen.
Physik: Was ist Physik? – Messen und Zählen (Kapitel 0–1)
Skript-Kapitel der KME Zürich mit einer einführenden Reflexion über die Natur und Methodik der Physik (Experiment vs. Theorie, Falsifizierbarkeit) sowie einer gründlichen Einführung ins physikalische Rechnen: SI-Einheiten, Präfixe, Einheitenumrechnung, Dimensionsanalyse, wissenschaftliche Schreibweise und signifikante Stellen. Enthält zahlreiche Übungen mit (verdeckten) Lösungen sowie historische Exkurse zur Meterdefinition und zur Erdvermessung nach Eratosthenes.
Bestimmung der PLANCK-Konstante mit LEDs (Abituraufgabe mit Lösung)
Prüfungsähnliche Aufgabe mit vollständigem Lösungsvorschlag: Aus dem Energiestufenmodell und dem Modell des pn-Übergangs wird die Photonenemission von LEDs hergeleitet und daraus die PLANCK-Konstante aus Kennlinien und einem f-E-Ph-Diagramm experimentell bestimmt. Die Aufgabenserie schliesst mit der Berechnung der Photonenanzahl über die Quantenausbeute. Der quantenphysikalische Zugang über ein Alltagsbauteil (LED) ist der lebendige Kern des Materials.
Myonen-Experiment von Rossi und Hall: Zeitdilatation quantitativ überprüfen
Eine anspruchsvolle Aufgabe mit vollständiger Musterlösung, die anhand der realen Messdaten von Frisch und Smith (1963) auf dem Mount Washington die Zeitdilatation der Speziellen Relativitätstheorie nachrechnet. In graten Teilschritten werden Flugzeit im Erdbezugssystem, radioaktives Zerfallsgesetz, Eigenzeit der Myonen und der Lorentz-Faktor bestimmt und mit dem theoretischen Wert verglichen. Der authentische, überraschende Befund (31 statt 408 beobachteter Myonen ohne Zeitdilatation) macht das Material über ein Routine-Übungsblatt hinausgehend spannend.
AUDI verfolgt BMW – Gerichtsurteil durch Kinematik bestätigt
Eine mehrteilige Aufgabenserie mit vollständigen Lösungen: Aus Bremswerten und Schrecksekunde soll rechnerisch nachgewiesen werden, dass zwei Fahrzeuge bei einer Vollbremsung kollidiert wären. Die Aufgaben führen vom v-t-Diagramm über Anhaltewege bis zum Gleichsetzen zweier Zeit-Ort-Terme. Der authentische Rechtsfall (Einspruch gegen Bußgeldbescheid) macht die Routineaufgaben zu einer spannenden Detektivfrage.
Flughöhe aus einer Luftaufnahme abschätzen (Olympiastadion München)
Eine Original-Aufgabe mit vollständiger Lösung: Aus einer Luftaufnahme des Münchner Olympiastadions (Brennweite 500 mm, Negativformat 60 mm) wird mit der Linsengleichung die Flughöhe grob abgeschätzt und anschliessend die Bildgrösse mit einem Normalobjektiv berechnet. Die Aufgabe verbindet Linsenoptik mit realer Grössenabschätzung und Plausibilisierung, inklusive einblendbarem Tipp.
Kernfusion im ITER-Reaktor – Abituraufgabe mit Lösungen
Mehrstufige, formal gestellte Aufgabe zur D-T-Fusion: Massendefekt und Freiwerdende Energie, Impulsverteilung auf Neutron und Heliumkern, Neutronennachweis, Brutreaktion mit Lithium, Helium-Massenstrom im Reaktorbetrieb sowie Lorentzkraft als Einschlussmechanismus und Temperaturabschätzung über die kinetische Gastheorie. Ausführliche Musterlösungen mit Rechenwegen sind enthalten. Der reale ITER-Reaktor als Kontext gibt der eher klassischen Rechenhalte einen aktuellen Bezug.
Bestrahlung von Uran mit Neutronen – Abituraufgabe (Bayern 2007 LK)
Mittelschwere Physik-Leistungskurs-Aufgabe zum historischen Hahn-Strassmann-Experiment: Radiumzerfall, α-neutron-Reaktion mit Q-Wert-Berechnung, thermische Neutronen und Moderatorwirkung von Paraffin. Enthält vollständige, sauber hergeleitete Lösungen mit aktuellen Atommassendaten. Der historische Bezug und die mehrstufige Verzahnung von Quantenphysik, Kernphysik und kinetischer Gastheorie machen das Blatt über Routineaufgaben hinaus interessant.
Bremskraft übertrifft Motorkraft
Eine mittelschwere Aufgabe zur Leistungsabschätzung bei einer Vollbremsung: Aus dem Zeitungsartikel soll die Angabe von 800 kW Bremsleistung an einem Rechenbeispiel (1100 kg, 72 km/h in 2,5 s) überprüft werden. Daneben werden konzeptuelle Fragen zur Reibung, zur Verwechslung von Leistung und Temperatur sowie zum Vergleich der nötigen Geschwindigkeit für 800 kW Bremsleistung mit Musterlösungen beantwortet.
Zwei Bahnen auf einem Gleis: Ausweichstrecke
Wettbewerbsaufgabe aus dem bundesweiten Wettbewerb Physik zur Planung einer Ausweichstrecke für Trambahnen: Gesucht ist die minimale Länge der Ausweichstrecke, damit sich entgegenkommende Züge nicht kollidieren. Die vollständige Lösung leitet über eine Zeitgleichheit-Bedingung eine Formel für die minimale Länge her und berechnet die Ergebnisse für gleich lange und verschieden lange Züge.
Fall mit STOKES-Reibung — Simulation mit Tabellenblatt
Didaktisch sauber aufgebaute Erklärung zum freien Fall mit STOKES-Reibung: Kräftebilanz, Ortsachse und die Methode der kleinen Schritte werden anschaulich und mit Formeln eingeführt. Die Simulation wird mit einem JavaScript-Snippet und einem interaktiven Tabellenblatt mit Diagrammen umgesetzt, sodass Lernende das Grenzwverhalten (Kräftegleichgewicht, Endgeschwindigkeit) selbst erkunden können. Aufgaben und Lösungen fehlen, daher eher Material für den geleiteten Unterricht.