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.
⚠ 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.
Simulation: Elastischer und unelastischer Stoß
Eine interaktive Simulation zweier Wagen, deren Stoß elastisch oder vollkommen unelastisch erfolgen kann. Masse, Geschwindigkeit, Zeitlupe und Darstellung von Geschwindigkeiten, Impulsen oder kinetischen Energien sind frei einstellbar; der unveränderte Schwerpunkt und die Energiebilanz werden sichtbar gemacht.
Energieformen bei harmonischen Schwingungen – Experiment mit Motion-Detektor und Logger Pro
Ausführlich ausgearbeitetes Labor-Experiment zum Federpendel, bei dem Schüler:innen Position und Geschwindigkeit messtechnisch erfassen und daraus kinetische und Federenergie berechnen sowie den Energieerhaltungssatz prüfen. Enthält einleitende Vorhersage-Aufgaben, eine detaillierte Versuchsanleitung zur Bestimmung der Federkonstante, Auswertungsaufgaben und anspruchsvolle Erweiterungen. Didaktisch wertvoll durch die Vorhersage-Überprüfung-Struktur und die reale Messung mit digitalen Hilfsmitteln.
Achterbahn-Loop: Energie und Zentripetalkraft
Interaktive Lernumgebung mit Simulation zu Achterbahnschleifen: Zentripetalbeschleunigung, Normalkraft und Energieerhaltung werden anschaulich eingeführt. Dazu gehören mehrere quantitative Aufgaben mit vorgegebenen Zahlenwerten, die mit der Simulation überprüft werden können.
Experimentelle Zugänge zur Strukturbildung
Diese staatsprüfungsnote...
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.
Simulation: Elastischer und unelastischer Stoß zweier Wagen
Interaktive HTML5-Simulation, in der Schüler:innen elastische und vollkommen unelastische Stöße zweier Wagen frei erkunden können: Massen und Anfangsgeschwindigkeiten sind einstellbar, und Geschwindigkeiten, Impulse oder kinetische Energien werden grafisch dargestellt. Der Schwerpunkt liegt auf Impuls- und Energieerhaltung; die zugehörigen Formeln werden in einem mathematischen Anhang bereitgestellt.
Carnot-Prozess – interaktive Simulation
Eine interaktive Simulation zum idealisierten Carnot-Kreisprozess, in der Stoffmenge, Adiabatenexponent, Temperaturen und Volumina variiert werden können. Dazu eine klare Beschreibung der vier Teilprozesse sowie die Berechnung des Wirkungsgrads. Diagramme (p-V und S-T) machen den Kreisprozess visuell zugänglich.
Kollisionen im Vergleich: Wand oder entgegenkommendes Auto?
Arbeitsblatt mit Lösungen zur Frage, ob ein Autounfall gegen eine Wand oder gegen ein gleichschnell entgegenkommendes Fahrzeug gefährlicher ist. Die Lernenden berechnen kinetische Energien, stellen Energiebilanzen auf und widerlegen mit Energiebetrachtungen eine verbreitete Fehlannahme. Der berufliche Rahmen und der Mythbusters-Bezug machen das Material lebendig.
Uranus – Abituraufgabe mit ausführlicher Lösung (LEIFIphysik)
Mittelschwere bayerische Abituraufgabe (2001) zur Astronomie: Aus der synodischen Umlaufzeit werden siderische Umlaufzeit und große Halbachse des Uranus bestimmt, daraus Radius, Masse, Dichte und Strahlungsbilanz berechnet. Die vollständige, verständlich formulierte Lösung macht das Material auch zum Selbststudium geeignet.
Rollende Körper im Rennen: Trägheitsmoment und Energieverteilung
Interaktive Simulation, in der Schüler:innen verschiedene Körper (Zylinder, Kugel, Ring, Scheibe) ein Rennen eine Rampe hinunter rollen lassen. Begleitende Aufgaben führen zur Rolle der Massenverteilung, des Trägheitsmoments und der Aufteilung kinetischer Energie in Translations- und Rotationsanteil, inklusive Frage nach Unabhängigkeit von Masse und Radius.
Looping-Achterbahn-Simulation
Interaktive Simulation einer rollenden Kugel auf einer Looping-Kreisbahn mit einstellbaren Parametern (Radius, Ausgangshöhe, g, Masse), Darstellung von Geschwindigkeits- und Kraftvektoren sowie Zeitmessung. Sie unterscheidet drei charakteristische Fälle (Schwingung, Abheben, gelungener Überschlag) und erklärt die physikalische Grenzhöhe von 2,5·R qualitativ.
Akademische Aufgaben – Eine Unterrichtsmethode
Martin Lieberherr präsentiert das Konzept der «akademischen Aufgaben»: bewusst weltfremde, aber physikalisch lehrreiche Aufgaben, die zentrale Begriffe und Grössenordnungen anschaulich vermitteln. Sieben konkrete Beispiele (Froschkönig, Regenbogenstreuung, Coulombkraft, Masse-Energie, Energie/Wärme, Dopplereffekt, Energieübertragung) mit je einer knappen Lösung und einer didaktischen Diskussion zeigen den Wert von Überschlagsrechnungen und anschliessender Reflexion.
Potentielle Energie – mit interaktiver Simulation (Nagel im Schaumstoff)
Lernseite zur potentiellen Energie mit einer simulierten Fallversuch-Anordnung: Über Schieberegler für Masse, Höhe und Ortsfaktor erkunden Schüler:innen, wovon Epot abhängt, bevor die Formel Epot = m·g·h und die Einheit Joule eingeführt werden. Prägnante Hinweise zu Nullniveau, System Erde-Körper und der Nicht-Beweisbarkeit der Energieerhaltung runden das Material ab.
Tetra-Neutronen: Relativistische Rechnung, Q-Wert und β-Zerfall (Aufgabe mit Lösung)
Lehrerfertig ausgearbeitete Kernphysik-Aufgabe (vermutlich bayerische Abitur-Stil) zur aktuellen Forschung an der TU München über mögliche Tetra-Neutronen. Die Schüler:innen berechnen relativistische kinetische Energien, Q-Werte, formulieren Reaktionsgleichungen, werten ein Messdiagramm aus und diskutieren die Absicherung experimenteller Ergebnisse. Alle Teilaufgaben sind vollständig und nachvollziehbar gelöst.
Sonnensegel-Raumsonde Cosmos 1: Strahlungsdruck und Bahnhebung
Anhand des gescheiterten echten Sondeprojekts Cosmos 1 wird durchgerechnet, wie stark Lichtdruck eine Sonnensegel-Sonde beschleunigt und wie sich ihre Umlaufbahn durch Energiezufuhr hebt. Vollständig ausgearbeitete Musterlösung mit Physik des Strahlungsdrucks, Kreisbahnenergie im Gravitationsfeld und einer Integrations-Herleitung der mittleren Beschleunigung. Der reale Missionskontext macht den Stoff greifbar, das Material ist aber primär eine vorrechnende Lösung.
Tethered Satellite (TSS-1R): Stromerzeugung im Erdmagnetfeld
Aufgabenblatt mit vollständig ausgearbeiteter Lösung zur gescheiterten NASA-Mission TSS-1R: Ein per Seil ausgesetzter Satellit erzeugt im Erdmagnetfeld Spannung und Strom, dessen Lorentz-Kraft das Shuttle abbremst. In mehreren Teilaufgaben werden Induktionsspannung, Strom, gewonnene Energie, Bremskraft sowie der Höhenverlust über eine Gravitations-Energiebetrachtung berechnet.
Rückbau von Kernreaktoren – Lösung (Abitur BY 2018 Ph12-1 A2)
Komplette Lösung einer bayerischen Abituraufgabe zur Radioaktivität: Zerfallsgesetz, β⁻-Zerfall von Kobalt-60 mit Energiespektren von Elektron und Antineutrino sowie Abschätzung der Äquivalentdosis beim Rückbau eines Reaktordruckbehälters. Der Kontext (Arbeiterschutz, Grenzwerte) ist realitätsnah und die Rechenschritte sind nachvollziehbar hergeleitet.
Drei Kugeln im Rennen: Pendel, schiefe Ebene und freier Fall
Diese Aufgabe lässt die Lernenden vergleichen, wann drei Kugeln (Pendel, Fahrbahn, freier Fall) nach dem Loslassen am Boden ankommen — intuitiv vermuten viele eine Gleichzeitigkeit, was durch den Energiesatz widerlegt wird. Musterlösung mit qualitativer Kräfteargumentation und quantitativer Berechnung aller drei Fallzeiten. Basierend auf Experiment-Idee von Toni Thanner (FWU-Filmbilder).
Wahrheit oder Lokführer-Latein? Die Lokomotive BR 101 als beschleunigtes Bezugssystem
Eine anspruchsvolle Physikaufgabe rund um eine amüsante Anekdote über die Elektrolokomotive Baureihe 101: In mehreren Teilschritten werden Beschleunigung, Leistung und Energiebilanz berechnet und die Behauptungen des Lokführers physikalisch geprüft. Mit ausführlicher Musterlösung inklusive Teilchenbewegung im beschleunigten Bezugssystem und Bahnkurvenbestimmung.
Radioaktives Cäsium in Wildschweinfleisch (Abituraufgabe mit Lösung)
Mittelschwere Abituraufgabe zum β-Zerfall von Cäsium-137 mit Bezug zum Tschernobyl-Fall in Wildschweinfleisch. Enthält Zerfallsgleichungen, Q-Wert-Berechnung, Aktivität mit biologischer Halbwertszeit und Äquivalentdosis – jeweils mit ausführlicher Musterlösung. Der realweltliche Kontext (Grenzwerte, Strahlenbelastung in Deutschland) macht die Aufgabe spannend und alltagsnah.
Der Blitz – Aufgaben zur elektrischen Energie, Leistung und Spannung
Aufgabenserie mit vollständigen Lösungen rund um einen echten Blitzschlag: Kosten des Blitzes, potenzielle Energie, elektrische Leistung im Vergleich zum Kernkraftwerk, Spannung und Verdampfung von Wasser. Der realitätsnahe, leicht überraschende Kontext (Blitz kostet 225 €, Leistung von 431 Kernkraftwerken) macht die Routineaufgaben lebendig. Didaktisch solide mit sauberer formaler Darstellung, aber ohne Einstieg, Schülerversuch oder Selbstcheck.
Gefährliches Tauziehen: Energie im elastischen Nylonseil
Eine realitätsnahe, glaubwürdig Aufmerksamkeit erzeugende Physikaufgabe zum elastischen Seil beim Tauziehen mit echtem Zeitungsartikel als Kontext. Die Lösung ist vollständig mit Hookescher Feder, Deformationsenergie und Energieerhaltung. Die Problemstellung ist überraschend und spannend, die Rechnung aber Routine-Hookesches Gesetz.
Carnot-Prozess – Simulation (LEIFIphysik)
Interaktive HTML5-Simulation des Carnot-Kreisprozesses mit einstellbaren Parametern (Stoffmenge, Adiabatenexponent, Temperaturen, Volumina) und Darstellung im p-V- bzw. S-T-Diagramm. Begleitend werden die vier Teilprozesse erläutert und der Wirkungsgrad η = 1 − T_K/T_W hergeleitet. Ideal für die eigenständige Exploration von Kreisprozessen im Schwerpunktfach.
Heimversuche zu Energie und Bewegung (Knete, Pendel, Gummiband, Ball, JoJo, Münzkatapult)
Eine Sammlung von sechs einfachen Heimversuchen mit Alltagsmaterialien (Knete, Pendel, Gummibandauto, Flummi, JoJo, Münzkatapult), bei denen Schüler:innen selbst experimentieren, messen und Energieumwandlungen untersuchen. Mit konkreten Arbeitsaufträgen, Tabellen- und Diagrammaufgaben sowie einer ausführlichen Erklärung zum Münzkatapult inklusive Formeln und Fehlerbetrachtung.
Fadenstrahlrohr: Bestimmung der Elektronenmasse mit Simulation und Auswertungsaufgaben
Vollständig ausgearbeiteter, geleiteter Versuch zum Fadenstrahlrohr, mit dem die spezifische Ladung e/me und die Elektronenmasse bestimmt wird. Der Aufbau wird anschaulich beschrieben, eine Simulation angeboten, und gestufte Aufgaben führen von der Herleitung der Geschwindigkeit über die Lorentz-Kraft bis zur Kreisbahn. Das Material verbindet Realexperiment, theoretische Herleitung und quantitative Auswertung auf gymnasialem Niveau.
Wasserrakete: Freihandexperiment mit Rückstoß und Impulserhaltung
Anleitung für ein spektakuläres Freihandexperiment mit einer Getränkeflasche als Wasserrakete, inklusive Materialliste, Durchführung, Sicherheitshinweisen und humorvollen Praxistipps. Ergänzend wird eine Überschlagsrechnung zur Steighöhe mit Impulserhaltung und Bernoulli-Gleichung durchgeführt und mit der Beobachtung verglichen.
Perpetuum Mobile mit Magnet und Eisenkugel – interaktive Animation
Eine Animation zeigt ein scheinbar funktionierendes Perpetuum Mobile: Ein Magnet zieht eine Eisenkugel eine Rampe hinauf, danach fällt sie zurück und der Kreislauf beginnt von vorn. Die Lernenden werden durch die Frage «funktioniert es oder doch nicht?» zum Nachdenken über Energieerhaltung angeregt und können die Animation erkunden.
Wasserballon und Schlauchmilch
Ausgehend vom Alltagserlebnis eines auf den Boden gefallenen Milchbeutels wird der Druck beim Aufprall eines Wasserballons untersucht. Nach einer theoretischen Abschätzung über den Staudruck wird der Aufprall experimentell mit einer Kraftmessplatte vermessen, der Druck aus der Kraftspitze berechnet und der Kraftstoss mit dem Impulssatz verglichen. Ein charmantes, physikalisch sauberes Experimentierprotokoll mit echten Messdaten.
Skript SF3: Warum gibt es Kraftwerke mit Kühltürmen? (Thermodynamik)
Umfangreiches Schwerpunktfach-Skript zur Thermodynamik: von Wiederholungen zum atomaren Aufbau der Materie über die universelle Gasgleichung und den Luftdruck bis zu Entropie, Wärmepumpen, Wärmetransport und der Leitfrage «Warum haben Kraftwerke Kühltürme?». Enthält viele Aufgaben (inkl. Fermi-Aufgaben), Experimente, eine Tabellenkalkulations-Aufgabe zur barometrischen Höhenformel sowie Lösungen und Zusammenfassung.
Positronen-Emissions-Tomographie – β⁺-Zerfall und Massendefekt (Abituraufgabe mit Lösung)
Umfassende Physikaufgabe zum bayerischen Abitur 2017 über die PET: Zerfallsgleichung, Q-Wert über Massendefekt, Zerstrahlung von Positron und Elektron, Ortsbestimmung mit Detektorring, Aktivität/Masse-Berechnung und Äquivalentdosis. Der Text enthält komplette, nachvollziehbar hergeleitete Lösungen mit Formeln und Zahlenwerten sowie einen realen medizinischen Kontext.
Vergiftung durch Polonium-210 – Radioaktiver Zerfall am realen Mordfall (Abituraufgabe mit Lösung)
Eine Abituraufgabe (Bayern 2008) zum α-Zerfall von Polonium-210, eingebettet in den spektakulären Fall Litvinenko. Die Lernenden ordnen das Isotop einer Zerfallsreihe zu, stellen die Zerfallsgleichung auf, berechnen den Q-Wert, Aktivität, tödliche Dosis und Wärmeleistung. Die vollständigen, nachvollziehbar aufgebauten Lösungen sind enthalten.
Skript S2: Vertiefungen zur Mechanik – schiefer Wurf, Reibung, Impuls
Umfangreiches Ergänzungsskript zum Grundlagenfach-Mechanik-Skript G2 mit Kapiteln zum schiefen Wurf, zur Bewegung mit Reibung (Haft-, Gleit-, Roll- und Luftwiderstand) sowie zu Impuls und Impulserhaltung. Es verbindet kurze Theorie und Herleitungen mit vielen experimentellen Aktivitäten (Papierkegel, Luftkissenbahn, Curling-Bildserien) und alltagsnahen Aufgaben samt Lösungen und Hinweisen zu selbständigen Messprotokollen.
Bungee-Sprung: Energieerhaltung und ungedämpfte Schwingung
Ein mehrteiliges Aufgabendokument zum Bungee-Sprung mit vollständig ausgearbeiteten Lösungen, das Energieerhaltung, Hookesches Gesetz, Grenzfälle harmonischer Schwingung und die Schwingungsdauer kombiniert. Die Aufgaben sind durchgängig formal-mathematisch gerechnet, mit einer qualitativen Skizzenaufgabe (Energie-Diagramm) und einer Erkläraufgabe zur Teilschwingung.
Simulation: Newtons Wiege (Energie- und Impulserhaltung)
HTML5-Simulation der Newtonschen Wiege von Walter Fendt, eingebettet in LEIFIphysik, mit der sich Energie- und Impulserhaltung beim zentralen Stoß erkunden lassen. Dazu eine Aufgabe: verschiedene Anzahlen ausgelenkter Kugeln untersuchen und mit den Erhaltungssätzen nachweisen, dass ein bestimmter Stoßausgang physikalisch unmöglich ist. Knappes Material mit erkundendem Zugang und einer anspruchsvollen Beweisaufgabe.
Die ISS am Nachthimmel – Aufgaben und Lösungen
Aufgabensammlung mit vollständigem Lösungsvorschlag zur Internationalen Raumstation: Kreisbahn und Umlaufzeit, Vergleich der scheinbaren Bewegung mit einem Verkehrsflugzeug, Hohmann-Transfer bei der Bahnanhebung, scheinbare Helligkeit und Solarmodule. Die authentische, packende ISS-Thematik wird mit sauber formalisierten, kontrollierbaren Lösungen verbunden.
Der Pistolenstern – astronomische Berechnungen zur scheinbaren Helligkeit, Strahlungsmasse und Sternentwicklung
Mehrgliedrige Abituraufgabe (mit vollständigen Musterlösungen) zum hellsten Stern der Milchstrasse: Berechnung der scheinbaren Helligkeit über Entfernungsmodul und Leuchtkraftvergleich, der jährlich abgestrahlten Masse über E=mc², des Sternradius über das Stefan-Boltzmann-Gesetz sowie eine Erörterung der Sternentwicklung massereicher Sterne. Die Lösungen sind sauber hergeleitet und rechnerisch vollständig, der Zugang aber rein formell und ohne didaktische Einstiege – ein sehr gutes Prüfungsmaterial, das nur mit Lehrperson oder als fortgeschrittene Übung funktioniert.
Superkondensatoren: Doppelschicht, Energieinhalt und Einsatz im Elektroauto (Aufgabe mit Lösung)
Ausführliche Abituraufgabe mit vollständigem Lösungsweg, die Superkondensatoren über das Plattenkondensator-Modell quantitativ untersucht: Kapazität, gespeicherte Energie, Abschätzungen zum Platzbedarf und eine offene Stellungnahme zum Bremsenergie-Rekuperieren im Elektroauto. Der Lebensweltbezug (Elektroautos) und die Abschätz- und Plausibilisierungs-Runden machen das Material lebendig; die Musterlösung ist sauber strukturiert, aber eher als Prüfungsmaterial denn als Lernmaterial gestaltet.
Bungeespringen Teil 2: Energiebetrachtungen am Bungeesprung
Aufgabenblatt mit vollständigen Lösungen zur Energieanalyse eines Bungeesprungs: Energieformen identifizieren, tabellarische und funktionale Energiebilanzen aufstellen, tiefsten Punkt und Maximalgeschwindigkeit berechnen. Der realistische Kontext Bungeespringen macht die formale Behandlung des Energieerhaltungssatzes anschaulich und motivierend.
Das Low-Cost-Zyklotron – Abituraufgabe mit Lösung
Abituraufgabe zum Zyklotron: Aus der Kräftebilanz (Lorentzkraft als Zentripetalkraft) wird die Zyklotronfrequenz hergeleitet und anschliessend ein fiktives 'Low-Cost-Zyklotron' mit Haushaltwechselspannung durchgerechnet (Energiezuwachs, Magnetfeld, Beschleunigungszeit, Bahnradius). Die vollständige Musterlösung endet mit der überraschenden Erkenntnis, dass der Bahnradius 9,5 km beträgt und das Gerät damit unrealisierbar ist.
Radioaktive Leuchtfarben – Abituraufgabe (BY 2016 Ph12-2 A3)
Abituraufgabe zur Alpha-Zerfallskette und zur Abschirmung radioaktiver Strahlung am realistischen und historisch packenden Beispiel der Radium-Uhrenmalerinnen («Radium Girls»). Enthält vollständige Musterlösung mit Q-Wert-Berechnung, Zerfallszahl und Äquivalentdosis samt plausibilisierendem Vergleich mit heutigen Grenzwerten.
Zündkerze im Ottomotor – Elektrisches Feld, Zündspule und Glimmphase (Aufgaben mit Lösungen)
Eine Abituraufgabe mit vollständiger Musterlösung (LEIFIphysik): Feldlinien und Äquipotentiallinien einer Zündkerze, Kapazitäts- und Feldstärkerechnung, Funktionsweise der Zündanlage (Selbstinduktion, Hochtransformieren) sowie Energiebilanzen und elektromagnetische Schwingung. Der Autobenzin-Bezug ist nah an der Schülerwelt, die Aufgaben anspruchsvoll und prüfungsartig.
Übungsserie: Vulkanisch aktiver Jupitermond Io – Gravitation und Wurfphysik
Eine anspruchsvolle Aufgabenserie mit vollständigen, Schritt-für-Schritt-Lösungen rund um den Jupitermond Io: Fallbeschleunigung berechnen, Lavabrocken-Auswurf mit variablem Gravitationsfeld über den Energiesatz, schiefer Wurf, Krater-Variation sowie qualitative Erklärungen zu Bahngeschwindigkeit, Gezeitenverformung und der inneren Aufheizung. Der attraktive reale Kontext (Vulkanismus, Sonde Galileo) macht das eher formal rechnende Material lebendig.
Der Tischtennisball als Golfball – Elastizitätszahl und Luftwiderstand
Aufgabenserie zum freien Fall, zur Energieerhaltung beim Abprallen und zur Reichweite von Bällen mit Luftwiderstand. Anknüpfend an eine Sport-REALITÄTsituation (Flexon will mit einem Tischtennisball golfen) werden Formeln angewendet, kritisch hinterfragt und mit energetischen Argumenten plausibilisiert. Alle Teilaufgaben sind mit ausführlichen Musterlösungen versehen.
Marsoppositionen und Hohmannbahn – Aufgaben mit Lösungen
Zweiteilige Aufgabenserie zur synodischen Periode des Mars, Oppositionen und zur Pathfinder-Mission, inklusive vollständigen Lösungen. Die Aufgaben verbinden Kepler-/Gravitationsgesetze mit einem realen Raumfahrtbeispiel (Hohmannbahn, Solarzellen, Signallaufzeit) und enthalten Kontrollergebnisse sowie eine qualitative Erklärungsfrage. Als Matura-/Klausurvorbereitung ansprechend, erklärt aber selbst kaum Konzepte.
Der Pfeil im Zeitlupenvideo: Beschleunigung und Flugphase
Aufgabenblatt zur Analyse einer Hochgeschwindigkeitsaufnahme eines Bogenschusses mit ausführlichen Lösungen. Die Schüler:innen bestimmen Geschwindigkeit und Beschleunigung aus Streckenabständen, erstellen t-s- und t-v-Diagramme und rechnen die Abschussgeschwindigkeit über die Energieerhaltung her. Ein offener Experimentier-Auftrag zur Dehnungskonstante rundet das Material ab.
Trampolin: Energieumwandlungen mit Simulation erkunden
Interaktives Arbeitsmaterial mit einer Trampolin-Simulation, in der Schüler:innen mit Schiebereglern Masse, Höhe und Steifigkeit variieren und Energieformen in Diagrammen beobachten. Begleitende Aufgaben führen vom qualitativen Benennen der Energieformen über das Finden von Maximalwerten bis zur quantitativen Bestimmung der Federkonstante. Der Alltagbezug (Trampolinspringen) macht das Thema greifbar, Lösungen sind jedoch nicht im Material enthalten.
Luftwiderstand – Interaktive Simulation mit Herleitung der cw-Formel
Ein interaktives Lernmaterial mit Animation, in der Geschwindigkeit und Körperform variiert und die Luftwiderstandskraft beobachtet werden kann. Dazu liefert es eine qualitative Eigenschaftsbeschreibung, eine energetische Herleitung der Formel F_LR = ½·A·c_w·ρ·v² sowie ausführliche Schritt-für-Schritt-Gleichungsumformungen nach allen Größen. Reine Rechenaufgaben mit Lösungen fehlen, dafür ist das Erkunden der Simulation und das Umformungsrezept didaktisch sauber aufbereitet.
Aladdin und der Geist in der Wunderlampe
Humorvoller didaktischer Aufsatz, der mit Reibung, Dampfdruck und statistischer Wahrscheinlichkeit prüft, ob ein Alkoholdampf-Geist in die Lampe passt und von selbst zurückkehrt. Die Rechnungen zeigen, dass der Rückweg extrem unwahrscheinlich ist und als Analogie für den 2. Hauptsatz der Thermodynamik dient.
Praktikum: Fallbeschleunigung des Superballs
Ein durchdachtes Praktikum, in dem Lernende mit Superball und Handstoppuhr die Fallbeschleunigung messen und dabei gezielt Messunsicherheiten nach der Minimum-Maximum-Methode behandeln. Durch mehrfaches Hüpfen werden längere Zeitdauern und kleinere relative Fehler erreicht; die zugehörige Formel wird geometrisch-physikalisch hergeleitet und von den Lernenden analog weiterentwickelt. Mit strukturierten Protokolltabellen und der Frage nach der optimalen Sprungzahl verbindet das Material sorgfältige Messtechnik mit einem zugänglichen, alltagsnahen Experiment.
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.