3.2.2 Mit Hilfe des Energieerhaltungssatzes argumentieren und diesen zur rechnerischen Problemlösung einsetzen
Unterrichtsmaterial zum Lernziel: Die Maturandinnen und Maturanden können mit Hilfe des Energieerhaltungssatzes argumentieren und diesen zur rechnerischen Problemlösung einsetzen.
Das Federpendel und der harmonische Oszillator
Dieses Lehrmittel behandelt ausführlich das waagrechte und senkrechte Federpendel als Beispiele für harmonische Oszillatoren. Es enthält mathematische Herleitungen zu Schwingungsdauer, Frequenz und Gesamtenergie sowie ein Anwendungsbeispiel zur Massenbestimmung in der Schwerelosigkeit.
Ideale Kreisprozesse und Wirkungsgrad
Dieses Lehrmaterial behandelt thermodynamische Kreisprozesse, Wärmekraftmaschinen sowie Wärmepumpen und erklärt die Berechnung des thermischen Wirkungsgrads anhand des Stirling- und Carnot-Prozesses. Es vergleicht reversible und irreversible Prozesse und beleuchtet die theoretischen Grenzen des Wirkungsgrads in der Praxis.
Thermodynamische Prozesse und Zustandsänderungen von Gasen
Der Text behandelt thermodynamische Prozesse und Zustandsänderungen von Gasen im Detail. Es werden isobare, isochore, isotherme sowie adiabatische Prozesse erklärt, der erste Hauptsatz der Thermodynamik eingeführt und die Darstellung im p-V-Diagramm erläutert.
Arbeit im Gravitationsfeld
Das Lehrmaterial behandelt die Hubarbeit im Gravitationsfeld bei grossen Höhen, die Herleitung über Integralrechnung sowie elementare Summenapproximation und führt die Begriffe der konservativen Kraft, Bindungsenergie, des Gravitationspotenzials und von Äquipotenzialflächen ein.
Energie und mechanische Energieformen
Dieses Lehrmittelkapitel führt den Begriff der Energie über die physikalische Arbeit ein und behandelt detailliert mechanische Energieformen wie Lage-, Spann- und Bewegungsenergie. Zudem werden der Energieerhaltungssatz, das Prinzip abgeschlossener Systeme und praxisnahe Berechnungen anhand von Beispielen wie Achterbahnen und Pendeln erläutert.
Energiesatz in der Mechanik
Dieses Unterrichtsmaterial verbindet potenzielle und kinetische Energie anhand einer realen Fallbewegung. Mittels einer Videoanalyse wird der Zusammenhang zwischen der Lageenergie, der Bewegungsenergie und der Geschwindigkeit experimentell untersucht.
Stösse: Impulserhaltung im Sport und Simulationen
Das Material behandelt Stösse anhand von realen Beispielen aus dem Sport wie Curling und Hornussen sowie Java-Applets zur Simulation elastischer und unelastischer Stösse. Es enthält Aufgaben zur Geschwindigkeitsabschätzung und Videoanalysen von zentralen und schiefen Stössen.
Rotationsenergie und Trägheitsmoment am Maxwellrad
Das Material behandelt die Rotationsenergie und das Trägheitsmoment anhand des Beispiels eines Maxwellrades. Es wird diskutiert, wie Näherungen für das Trägheitsmoment durch Zeitmessungen beim Abrollen überprüft und angepasst werden können.
6 Schülerexperimente mit Vernier LabPro
Eine Sammlung von sechs Schülerexperimenten für die Sekundarstufe II, die Themen wie Koordinatensysteme, Beschleunigungsmessungen, Kräfte und den Energieerhaltungssatz behandeln. Die Versuche nutzen digitale Hilfsmittel und Messwerterfassung, um physikalische Zusammenhänge experimentell zu erforschen.
Kreisbewegungen (Leitprogramm)
Dieses Leitprogramm führt Schülerinnen und Schüler im Umfang von 8 bis 10 Lektionen in die physikalischen Grundlagen von Kreisbewegungen ein. Es behandelt sowohl kinematische als auch dynamische Aspekte sowie den Energiesatz anhand von alltäglichen Beispielen und Anwendungen.
Wärmearbeit (Werkstatt)
Diese Unterrichtswerkstatt behandelt verschiedene Wärmekraftmaschinen wie Dampfmaschinen, Stirlingmotoren, Verbrennungsmotoren, Kühlschränke und Wärmepumpen. Sie setzt Vorkenntnisse in Mechanik und Wärmelehre voraus und umfasst Anwendungen von Kreisprozessen sowie Energieumwandlungen.
Dampf- und Gasturbinen
Dieses Lehrmaterial erklärt die physikalischen Grundlagen und Funktionsweisen von Dampfturbinen, Gasturbinen und Raketentriebwerken. Es behandelt thermodynamische Kreisprozesse wie den Clausius-Rankine-Kreisprozess und den Joule-Kreisprozess sowie deren praktische Anwendungen in Kraftwerken und der Luftfahrt.
Entropie und der Zeitpfeil
Dieses Lehrmaterial behandelt die Entropie, den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik, die Qualität von Energie und den Begriff der Energieentwertung. Anhand von Beispielen wie dem Gasteilchen-Modell und dem Stirling-Prozess wird die statistische Deutung der Unordnung veranschaulicht.
Thermodynamisches Gleichgewicht und Mischtemperatur
Der Text behandelt das thermodynamische Gleichgewicht, die Bestimmung der Mischtemperatur mithilfe der Richmannschen Mischungsregel und die Herleitung dieser Formel über die Energieerhaltung. Zudem wird das Erreichen der Gleichgewichtstemperatur als asymptotischer Prozess anhand des Newtonschen Abkühlungsgesetzes erläutert und an einem konkreten Beispiel angewendet.
Simulation zu elastischen und unelastischen Stössen
Diese interaktive HTML5-Simulation veranschaulicht elastische und vollkommen unelastische Stösse von zwei Wagen. Benutzer können Massen, Geschwindigkeiten sowie Stoßarten anpassen und dabei physikalische Grössen wie Impuls und kinetische Energie beobachten.
Simulation zum Looping-Versuch
Das Material beschreibt eine Simulation zu einem Modellversuch einer Looping-Achterbahn, bei der Parameter wie Kreisradius, Ausgangshöhe und Masse eingestellt werden können. Es können verschiedene physikalische Grössen, Geschwindigkeitsvektoren sowie Kräfte wie Gewichts-, Kontakt-, Tangential- und Radialkräfte visualisiert werden.
Erhaltungssätze der Mechanik: Energieerhaltung und ballistisches Pendel
Dieses Unterrichtsmaterial behandelt den Energieerhaltungssatz der Mechanik anhand der Herleitung für den freien Fall in Form einer Bildfolge. Zudem werden Anwendungen wie das ballistische Pendel durch Videoverweise und eine physikalische Fragestellung zu einer Wasserfontäne im Technorama vertieft.
Demonstration von Stoßvorgängen
Das Material beschreibt eine Versuchsanordnung zur Demonstration von Energieerhaltung und Impulserhaltung bei vollkommen elastischen Stößen.
Kernenergie - Sammlung von Erklärungen und Medien
Das Material bietet eine Sammlung von Verweisen auf Erklärvideos, Wikipedia-Artikel und Präsentationsfilme zum Thema Kernenergie, Bindungsenergie und Masse-Energie-Äquivalenz. Lernende sollen sich anhand dieser Medien in die Thematik einarbeiten und das Gelernte anwenden.
Unterrichtsmaterial zum Thema Impuls und Impulserhaltung
Diese Materialsammlung bietet Links zu Videos, Aufgaben, Musterlösungen und praktischen Beispielen rund um das Thema Impuls, Impulserhaltung und Stösse. Es dient als nützliche Übersicht und Linksammlung für den Physikunterricht auf Gymnasialstufe.