Klasse 9: Energie, Leistung und Radioaktivität

Einführung und Orga

Sowohl in der Mechanik als auch der Elektrizitätslehre ist der Begriff der Energie von entscheidender Bedeutung. Deshalb untersuchst du einfache Maschinen wie zum Beispiel den Flaschenzug und vergleichst die Leistung von Maschinen mit denen des Menschen. Du lernst, wie Generatoren Strom erzeugen und wie mit Hilfe von Transformatoren elektrische Energie über weite Strecken transportiert werden kann. In der Kernphysik beschäftigst du dich mit dem Aufbau von Atomen, dem Entstehen von radioaktiver Strahlung und der Anwendung in Medizin und Technik sowie zur Energieversorgung.

Zum Unterricht:

  • Pro Halbjahr wird eine Klassenarbeit geschrieben.
  • Die Note der Klassenarbeit macht 1/3 und die mündliche Note 2/3 der Halbjahresnote aus.
  • Du benötigst das Physikbuch "Impulse 2", das zu Hause bleiben kann.
  • Du benötigst zwei karierte Hefte: ein A4-Heft mit Rand und ein A5-Heft ohne Rand.

Klassenarbeiten 2020/2021

Tafelskript

Das PDF mit der Tafelmitschrift kann hier heruntergeladen werden.


Wiederholung Klasse 8

In der ersten Phase werden wir uns der Nacharbeit der wesentlichen Inhalte des vergangenen Schulhalbjahres (sofern erforderlich) widmen.

1. Elektrizität, Theorie und Experiment

  • Typische Schaltungen (Parallel-, Reihen-, Ampel-, Treppenschaltung)
  • Erklärung der Spannung und Stromstärke im Wassermodell
  • Messung der Stromstärke und der Spannung
  • Kirchhofsche Gesetze
  • Ohmsches Gesetz
  • Anwendung der kirchhofschen Regeln und des Ohmschen Gesetzes
  • Funktionsweise der Messinstrumente

2. Druck und Auftrieb

  • Auflagedruck: Definition und ein paar Aufgaben.

Einfache Kraftmaschinen

Am Ende des Kapitels könnt Ihr:

  • Vorzüge von Seil und Rolle als Kraftwandler benennen

3. Seil-Rolle-Flaschenzug

Für diesee Einheit braucht ihr:

  1. das Physikbuch auf Seite 40
  2. Film: Flaschenzug Wissen macht Ah
  3. Film: Flaschenzugunfall Schadensmeldung

A. Lies die Lektion „Seil-Rolle-Flaschenzug" Seite 40

Tausche dich mit deiner Sitznachbarin/ deinem Sitznachbar über die folgenden Fragen aus und notiere in deinem Heft:

  • Zeichne das Bild B2 a) und b) ab.
  • Bennene die lose und die feste Rolle.
  • Beschreibe die Zugkraft an der losen und der festen Rolle, wenn die Gewichtskraft des Körpers immer gleich ist und die Gewichtskraft der Rolle vernachlässigbar klein ist.
  • Inwiefern sind lose und feste Rollen Kraftwandler?

B. Präsentiere deine Antworten vor der Klasse

C. Schaue den Film "Flaschenzug Wissen macht Ah"

D. Think-Pair-Share

Wie groß ist die Zugkraft im Bezug auf die Lastkraft (Rollengewicht vernachlässigbar) in den Abbildungen B2 c) und d) S.40?

E. Recherchiere auf Seite 41 und notiere in deinem Heft

  • Welcher Nachteil wird beim Einsatz einer losen Rolle beobachtet?
  • Welche Formel kann angewendet werden, um bei einem Flaschenzug die Zugkraft zu berechnen? Überlege, warum diese Formel gilt?
  • Nenne ein weiteres Beispiel für die Anwendung eines Flaschenzuges.
HA: A1 S41.
Rechenübungen: A23, A24 S44

Radioaktivität

Am Ende dieses Kapitels könnt ihr:

  • Aufbau der Atome und die Größenverhältnisse ihrer Bestandteile beschreiben.
  • über die Entdeckung der Radioaktivität recherchieren und referieren.
  • mit Hilfe der Nuklidkarte radioaktive Zerfallsprozesse darstellen.
  • auf die Auswirkungen verschiedener Strahlungsarten deuten und ihre Ursachen erklären.
  • das Prinzip des Nachweises und der Messung von Strahlung erklären.
  • die Einheiten benennen, die biologische Strahlenwirkung systematisieren und die Strahlungsbelastung beurteilen.
  • Altersbestimmung mit C-14 erklären.
  • Konsequenzen der Nutzung physikalischer Forschungsergebnisse an Beispielen (z.B. Atombombe, Kernkraftwerk, Positronen- Emissions-Tomographie, Radiologie) diskutieren und beurteilen.
  • Den Aufbau und die Funktionsweise der Kernkraftwerke erklären.

4. Das Atom

Für diese Einheit braucht ihr:

  1. Vorbereitungssript: "Schülerlabor Radioaktivität"
  2. Nuklidkarten

A. Recherchiere im Vorbereitungsskript und beantworte die oben stehenden Fragen

  1. Woraus besteht ein Atom und wie ist es aufgebaut?
  2. Was bezeichnet man als Nukleonen?
  3. Was bezeichten die Kernladungszahl Z und die Massenzahl A?
  4. Wie wird das Symbol eines Atoms in der Kernphysik mit der Kernladungszahl und der Massenzahl notiert?
  5. Was sind Isotope?
  6. Was beschreibt die Halbwertszeit?
  7. Im welchen mathematischen Verhältnis steht der Durchmesser des Atoms zum Durchmesser seines Kerns?

Die Antwort muss nicht mit vollständigen Sätzen beantwortet werden. Du kannst Bilder zeichnen, Tabellen erstellen, Stichwörter gruppieren oder natürlich Texte schreiben.

B. Präsentiere deine Ergebnisse.

5. Radium-226 und die Strahlungsarten

Für diese Einheit braucht ihr:

  1. Vorbereitungssript: "Schülerlabor Radioaktivität"
  2. Nuklidkarten

A. Recherchiere im Vorbereitungsskript und beantworte die folgenden Fragen in Einzelarbeit

  1. Wo befindet sich die Ra-226 Quelle im Strahlerstift? Zeichne!
  2. Welche Strahlungsarten kennst du?
  3. Wie ist die Aktivität eines radioaktiven Präparates definiert? Nenne ihre Einheit.
  4. Was bedeutet die Aktivität von A=7,2 kBq?
  5. Welche Halbwärtszeit besitzt Radium 226 und was bedeutet dies?

Die Antwort muss nicht mit vollständigen Sätzen beantwortet werden. Du kannst Bilder zeichnen, Tabellen erstellen, Stichwörter gruppieren oder Texte schreiben.

B. Präsentiere deine Ergebnisse

C. Bildet 3 Gruppen und beantwortet die folgenden Fragen

Fragen für die GRUPPE A: Die Alpha-Strahlung
  1. Was ist ein Alpha-Teilchen? Woraus besteht es? Zeichne!
  2. Was passiert bei einem Alpha-Zerfall? Nenne ein Beispiel.
  3. Zeichne, wie das Ereignis in der Nuklidkarte ausschaut.
Fragen für die GRUPPE B: Die Beta-Strahlung
  1. Was ist ein Beta-Teilchen? Wo kommen diese Teilchen her?
  2. Was passiert bei einem Beta-Zerfall? Nenne ein Beispiel.
  3. Zeichne, wie das Ereignis in der Nuklidkarte ausschaut.
Fragen für die GRUPPE C: Die Gammastrahlung
  1. Was wird als Gammastrahlung bezeichnet?
  2. Wann entsteht diese Strahlung?
  3. Zur welcher Änderung der Neutronen- und Protonenzahl führt die Gammastrahlung?

Die Antwort muss nicht mit vollständigen Sätzen beantwortet werden. Du kannst Bilder zeichnen, Tabellen erstellen, Stichwörter gruppieren oder Texte schreiben.

D. Präsentiert eure Ergebnisse

6. Nachweis von Radioaktivität

Für diese Einheit braucht ihr:

  1. Vorbereitungssript: "Schülerlabor Radioaktivität"
  2. Nuklidkarten

A. Recherchiere im Vorbereitungsskript und beantworte die folgenden Fragen in Einzelarbeit

  1. Wass passiert, wenn Alpha- oder Beta-Teilchen durch die Luft fliegen?
  2. Nenne den Unterschied in der Ionisationswirkung von Alpha- und Beta-Teilchen.
  3. Was passiert, wenn ein Gamma-Quant durch die Luft liegt?

Die Antwort muss nicht mit vollständigen Sätzen beantwortet werden. Du kannst Bilder zeichnen, Tabellen erstellen, Stichwörter gruppieren oder Texte schreiben.

B. Präsentiere deine Ergebnisse.

C. Lies den Textabschnitt über die Nebelkammer und beantworte mündlich

  1. Wer war der Entdecker der Nebelkammer?
  2. Wie kann die Nebelkammer radioaktive Strahlung nachweisen?

D. Recherchiere im Vorbereitungsskript und beantworte die folgenden Fragen in Partnerarbeit:

  1. Wie ist das Geiger-Müller-Zählrohr aufgebaut? Zeichne!
  2. Wie funktioniert der Nachweis der radioaktiven Strahlung?
  3. Was wir als Totzeit des Zählrohrs bezeichnet und wie lange dauer sie?
  4. Wann registriert man wegen der Totzeit nur einen Bruchteil der Aktivität eines Präparates?
  5. Wie groß sind die Totzeitverluste bei unseren Versuchen?

E. Präsentiere deine Ergebnisse.

F. Notiere im Heft die 5 "A"-Regeln des Strahlenschutzes

Überlege zu jeder Regel, wie du dich im Labor verhalten solltest.

7. Kontrollfragen

  1. Was unterscheidet radioaktive Stoffe von nicht radioaktiven?

  2. Nach einer Halbwertszeit ist nur noch die Hälfte eines Stoffes vorhanden, die andere Hälfte hat sich umgewandelt. Wie sieht es nach zwei Halbwertszeiten aus?

  3. Nach wie vielen Halbwertszeiten ist nur noch ca. 1/1000 des Stoffes vorhanden?

  4. Die Kernladungszahl eines Elements gibt an, wie viele Protonen sich im Kern befinden. Wie ändert sich diese Kernladungszahl beim α-Zerfall, β-Zerfall und bei der Aussendung eines γ-Quants?

  5. Welche Eigenschaft der Strahlung, die beim radioaktiven Zerfall entsteht, wird beim Nachweis durch ein Geiger-Müller-Zählrohr genutzt?

  6. Aus welchen Teilchen besteht der Atomkern?

  7. Wie wird das Kohlenstoffisotop mit der Kernladungszahl 6 und der Massenzahl 12 notiert?

  8. Wie groß ist der Durchmesser des Atomkerns und wie groß der Durchmesser des Atom mit Hülle?

  9. Die Kernforschung begann mit der Entdeckung der radioaktiven Strahlen. Wann wurden diese Strahlen entdeckt und wie hieß der Entdecker?

  10. Nenne die wichtigsten Zerfallsarten.

  11. Beschreibe kurz die Teilchen, die bei diesen Zerfällen emittiert werden.

  12. Wie ist die Aktivität A eines radioaktiven Präparats definiert?

  13. Was wird mit einem Geiger-Müller-Zählrohr ohne radioaktives Präparat gemessen?

  14. Die Umgebungsstrahlung ergibt den sogenannten "Nulleffekt". Was sind die Ursachen der Umgebungsstrahlung?

  15. Wie verhält sich die Anzahl der Impulse N bei unterschiedlichen Messzeiten?

  16. Welche Sicherheitsregel lässt sich daraus ableiten, um möglichst wenig radioaktiver Strahlung ausgesetzt zu sein?

  17. Wie verhält sich die Anzahl der Impulse N bei unterschiedlichen Abständen von dem radioaktiven Material?

  18. Welche Sicherheitsregel lässt sich daraus ableiten?

  19. Wie verhält sich die Anzahl der Impulse N mit und ohne Abschirmung?

  20. Welche Sicherheitsregel lässt sich daraus ableiten

8. Besuch des Schülerlabors Radioaktivität

Benötigtes Material:

  1. Protokollblätter: "Protokollblätter Schülerlabor"

Ablauf des Tages

9:15 Uhr

  • Begrüßung (Pforte Max-von-Laue-Str.1)
  • Besichtigung des 7,5-MV-Beschleunigers
  • Einführung im Seminarraum

10:00 Uhr

  • Experimentierphase 1

11:30 Uhr

  • Pause im Café Physik
  • Besichtigung der Experimentierhalle
  • Weiterführende Informationen im Seminarraum

13:00 Uhr

  • Experimentierphase 2

14:30 Uhr

  • Ende des BASIC-Labortages
  • Beginn der "Expertenrunde" im EXPERT-Labor

15:00 Uhr Ende des EXPERT-Labortages

Vergesst bitte nicht, für den Laborbesuch einen Taschenrechner, einen Bleistift und ein Lineal einzupacken.

Experimente:

  • Nulleffekt
  • Erste Messung mit dem Ra-226-Strahlerstift
  • Trennung von Alpha- und Beta-Strahlung
  • Reichweite von Alphastrahlen in Luft
  • Ablenkung im Magnetfeld

Falls das Schülerlabor nicht stattfinden kann, werden folgende Themen im Unterricht besprochen:

S. 216 Lorenzkraft, Ablenkung im Magnetfeld, Trennung von Alpha- und Beta-Strahlung

9. Die Strahlenbelastung des Menschen

Für diese Einheit braucht ihr:

  1. Physikbuch S. 214

A. Recherchiere im Buch

Notiere im Heft das Ergebnis deiner Recherche.

  • Welcher Strahlenbelastung ist der Mensch in Deutschland pro Jahr ausgesetzt?
  • Notiere den Anteil an Strahlenbelastung der jeweiligen Quelle in einer tabellarischen Form.
  • Woher stammt der größte Anteil an natürlicher Strahlenbelastung?

10. Einheiten der radioaktiven Strahlung

Für diese Einheit braucht ihr:

  1. Physikbuch S 222

A. Recherchiere auf Seite 222. Notiere im Heft

  1. Welche drei Einheiten zur Beschreibung der radioaktiven Strahlung gibt es und was geben diese an?
  2. Von welchen drei Faktoren hängen die Strahlenschäden ab?

B. Teilt euch in 5 Gruppen auf. Recherchiert auf Seite 223 und bereitet eine kurze Präsentation vor

Gruppe Thema, Fragen
A Zwei Arten der Strahlenschäden, Folgen kurzzeitiger Strahlenbelastung laut Tabelle B2
B Künstlich Strahlung, Tabelle B1
C Kosmische Strahlung oder Höhenstrahlung, Graph, Tabelle B1
D Terrestrisch Strahlung, Tabelle B1
F Eigenstrahlung

11. Die Lorentzkraft

Für diese Einheit braucht ihr:

  1. DEMO stromdurchflossener Leiter im Magnetfeld

1. Beobachte das Demonstrationsexperiment

Skizziere, wie die Lorentzkraft wirkt.

12. Kernumwandlungen und die C14-Methode

Für diese Einheit braucht ihr:

  1. Physikbuch S 219
  2. Nuklidkarten
  3. DEMO stromdurchflossener Leiter im Magnetfeld

1. Ließ den Textabschnitt auf S 219 und beantworte folgende Fragen im Heft:

  1. Welche Isotope des Kohlenstoffs gibt es? Welche sind radioaktiv? Schreibe das Symbol mit der Nukleonenzahl und der Massenzahl auf.
  2. Wie funktioniert die Altersbestimmung mit der C-14 Methode?
  3. Wie lässt sich das Alter des Gesteins bestimmen?

13. Aufgabenworkshop

Für diese Einheit braucht ihr:

  1. Physikbuch S 224 ff
  2. Nuklidkarten

1. KA 9 Physik

Thema: "Radioaktivität"

Inhalt 2020:

Die 1. Klassenarbeit behandelt die Themen "Radioaktivität" (Kapitel Radioaktivität ab Seite 207)

Radioaktivität:
  • Atome, Größen 208
  • Strahlungen 211
  • Strahlenbelastung des Menschen 214
  • Weitere Eigenschaften radioaktiver Strahlung 216
  • Kernumwandlung 218
  • Einheiten Radioaktiver Strahlung & Biologische Strahlenwirkung 222+223
  • Definition der Einheit Bq und die natürliche Strahlenbelastung in Sv sollte man kennen (Bq=Becquerel und Sv: Sievert)
  • Rückblick, Fragen und Aufgaben 224-226
  • Kontrollfragen aus dem Vorbereitungsskript zum Schülerlabor
  • Lorentzkraft (Wie werden bewegte geladene Teilchen im Magnetfeld abgelenkt?)

Mein Tipp: Beginne jetzt mit der Vorbereitung!


Arbeit und Energie

Am Ende des Kapitels könnt ihr:

  • Goldene Regel der Mechanik an Flaschenzügen, Rampen etc. erklären und anwenden
  • Energie als quantifizierbare Größe in Beispielen aus der Umwelt erkennen und beschreiben
  • Energieformen und ihre Umwandlung beschreiben und systematisieren
  • Prinzip der Energieerhaltung an Beispielen erklären
  • zwischen den Begriffen Arbeit und Leistung unterscheiden und beide in Beziehung zueinander setzen
  • Leistung von Menschen und Maschinen vergleichen und benennen

14. Energieformen

Für diesee Einheit braucht ihr:

  1. das Physikbuch auf Seite 177
  2. Informationsmaterial auf LeifiPhysik

Lies die Lektion „Energieformen" Seiten 177-178“

Notiere in deinem Heft:

  • Wie lauten die im Buch vorgestellten Energieformen?

Lies die folgenden Lektionen auf LeifiPhysik: "Energieformen, Potentielle Energie, Kinetische Energie, Spannenergie"

Notiere in deinem Heft:

  • Wie lautet die Einheit der Energie?
  • Mit welchem Symbol (Buchstaben) wird Energie abgekürzt?
  • Wie lauten die Formeln zu Berechung der verschiedenen Energieformen?

15. Energieumwandlung und Energieerhaltung

Für diesee Einheit braucht ihr:

  1. das Physikbuch auf Seite 179
  2. Informationsmaterial auf LeifiPhysik

Lies die Lektion „Energieumwandlung und Energieerhaltung" Seite 179

Notiere in deinem Heft:

  • Was gilt für die Gesamtenergie in einem abgeschlossenen System?

Lies die folgenden Lektionen auf LeifiPhysik Energieumwandlung, Energieerhaltung

  1. Notiere in deinem Heft:

    • Wie lautet die Einheit der Energie?
    • Mit welchem Symbol (Buchstaben) wird Energie abgekürzt?
    • Wie lauten die Formeln zu Berechung der verschiedenen Energieformen?
  2. In der Lektion Energieumwandlung

    • Zeichne das Energieflussdiagramm aus der Animation in Abb. 3 ab und fülle es sinnvoll aus.
  3. Bearbeite das Quiz "Energie und Energieumwandlung" und notiere deine Lieblingsfrage und die zugehörige Antwort im Heft.

16. Leistung und Wirkungsgrad

Für diesee Einheit braucht ihr:

  1. Informationsmaterial auf LeifiPhysik

Lies die folgenden Lektionen auf LeifiPhysik: "Leistung und Wirkungsgrad"

Notiere in deinem Heft:

  • Wie lautet die Einheit der Leistung?
  • Mit welchem Symbol (Buchstaben) wird Leistung abgekürzt?
  • Wie kann ich Leistung berechnen?
  • Wie ist der Wirkungsgrad definiert und mit welchem Symbol (Buchstaben) wird er abgekürzt?
  • Warum führt die Nutzung der Fernwärme zur Verbesserung des Wirkungsgrades eines Kraftwerks?
  • Wie berechne ich den Gesamtwirkungsgrad?

Wärme und Energie

Am Ende des Kapitels könnt ihr:

  • die Konzepte Mechanische Energie und Wärmeenergie vergleichen
  • Wärmeaustausch als Energieübertragung deuten und die Wärmemenge berechnen

17. Zusammenhang zwischen Wärme und Energie

Für diesee Einheit braucht ihr:

  1. das Physikbuch auf Seite 166

A. Bilde Hypothesen:

  • Erwärme Wasser (m=100g) um 10K und bestimme die dafür erforderliche Zeit. Wiederhole den Versuch mit 200 g Wasser. Wie viel Zeit vergeht jetzt, wenn du dafür dasselbe Gefäß verwendest und die Einstellung an der Kochplatte nicht veränderst?
  • Die Temperatur einer bestimmten Wassermenge wird mit Hilfe eines Brenners um 10K erhöht. Der Vorgang dauert etwa 6 min. Wie lange benötigt man für eine Temperaturänderung von 5 K?

B. Recherchiere im Buch und notiere im Heft:

  • Wie hängen innere Energie, Bewegungsenergie und Temperatur voneinander ab?
  • Was bedeutet Wärme Q?

C. Präsentiere deine Ergebnisse aus A und B

D. Recherchiere im Buch und notiere im Heft:

  • Wie häng die Masse m des zu erwärmenden Körpers und die zugeführte Wärme Q für dieselbe Temperaturänderung zusammen?
  • Wie hängen zugeführte Wärme Q und die Themperaturänderung \Delta \theta zusammen?
  • Zeichne das Bild B1 S167 ab und erkläre welche Rolle die spezifische Wärmekapazität bei der Abhängigkeit der Temeraturänderung von der zuführten Wärme Q spielt.

E. Präsentiere deine Ergebnisse aus D

F. Aufgaben

  • A1. Berechne die nötige Energie, um 1kg Wasser um 10 K zu erwärmen.
  • A2. Am Niagara-Wasserfall fallen pro Sekunde 20 000 t Wasser 50 m hinunter. Berechne die dabei entstandene kinetische Energie (siehe A8 S164) und die damit erolgte Erwärmung des Wassers unten.

HA:

A1 S167

18. Bestimmung der spezifischen Wärmekapazität fester Stoffe

Für diesee Einheit braucht ihr:

  1. das Physikbuch auf Seite 168
  2. Experimentiermaterial: Quader aus verschiedenen Materialien, Wasser, Thermometer, isolierte Gefäße.

A. Recherchiere im Buch und bereite das Experiment

Erkläre, wie du mit Hilfe des Experimentes die spezifische Wärmekapazität verschiedene MEtalle bestimmst.

B. Präsentiere deine Idee

C. Führe das Experiment in Gruppen durch

Führe das Experiment durch und bestimme die spezifische Wärmekapazität mindestesn eines Quaders. Protokolliere das Experiment.

19. Arbeit und die Innere Energie

Für diesee Einheit braucht ihr:

  1. das Physikbuch auf Seite 169 und 170

A Recherchiere im Buch und notiere im Heft

  • Wie kannst du die innere Energie eines Stoffes durch Arbeit erhöhen?
  • Wie kannst du ein Stoff Arbeit verrichten lassen durch Erniedrigung seiner inneren Energie?

B. Präsentiere die Ergebnisse aus A


Arbeit, Energie und Leistung

Am Ende des Kapitels könnt ihr:

  • das Prinzip der Erhaltung der Energie rechnerisch an Beispielen anwenden
  • zur weiteren Energieformen (Chemische Energie, elektrische Energie, Kernenergie) recherchieren und darüber referieren
  • Energieumwandlung und Energieentwertung an Beispielen wie Kraftwerke, Energietransport, Maschinen etc. erklären
  • den Wirkungsgrad erklären und an Beispielen berechnen
  • Aufgaben zur elektrischen Arbeit und Leistung lösen.
  • das Verfahren bei der Messung der elektrischen Energie erklären.
  • das Phänomen Elektromagnetismus erklären und auf das Arbeitsprinzip des Transformators anwenden.
  • Probleme beim Transport von elektrischer Energie aufzeigen und Transportverfahren erklären.
  • Das Prinzip der elektrischen Energie als „bequemste“ Energieform erklären
  • Wirkungsgrade von Tauchsieder und Lampen messen und/oder berechnen
  • das Prinzip der Energieentwertung erklären.
  • am Beispiel der Brennstoffzelle alternative Antriebsarten erklären.
  • Die Funktion, die Vorteile und Nachteile der Verbrennungsmotoren vorstellen und ihre Wirkungsgrade vergleichen.

20. Arbeit mit Hilfe innerer Energie

Für diesee Einheit braucht ihr:

  1. Overheadmodelle verschiedener Motoren
  2. Demonstrationsversuche Stirlingmotor und Dampfmaschine
  3. das Physikbuch auf Seite 170
  4. Zugang zum Internet

Bildet drei Gruppen

Gruppe A: Experiment "Stirlingmotor"
  1. Bring den Stirlingmotor zum Laufen
  2. Überlege: Wie funktioniert der Stirlingmotor?
  3. Präsentiere und erkläre die Funktionsweise des Motors am Modell.
Gruppe B: Experiment "Dampfmaschine"
  1. Bring die Dampfmaschine zum Laufen
  2. Überlege: Wie funktioniert die Dampfmaschine?
  3. Präsentiere und erkläre die Funktionsweise der Maschine am Modell.
Gruppe C: Overheadmodelle des 2-Takt und 4-Takt Motors
  1. Mach dir die Funktionsweise des 2-Takt und des 4-Takt Motors klar.
  2. Präsentiere und erkläre die Funktionsweise der Motoren am Modell.

Lies in deinem Physikbuch die Lektion „Arbeit mit Hilfe innerer Energie" Seite 170“

Notiere in deinem Heft:

  • Wie lautet der erste Hauptsatz der Wärmelehre?
  • Beschreibe die Funktionsweise und Skizziere den Aufbau eines Motors/ einer Wärme-Kraftmaschine deiner Wahl.

21. Elektrische Energie und Leistung

Für die folgende einheit braucht ihr:

  1. das Physikbuch Seiten 180-184
  2. Informationsmaterial auf LeifiPhysik
  3. Experiment mit Zitrone oder Kartoffel
  4. Demonstrationsexperiment mit Plattenkondensator, Spannungsmessgerät und einer Glimmlampe
  5. Experiment mit Batterie, Glühbirne, zwei Multimetern und einer Stoppuhr

In den folgenden zwei bis drei Physikstunden wollen wir uns mit den Themen "Elektrische Energie, Arbeit und Leistung" beschäftigen

A. Baue eine Kartoffelbatterie

Miss die elektrische Spannung U zwischen den Elektroden aus Kupfer und Zink, die in einer Zitrone oder Kartoffel stecken.**

Notiere in deinem Heft:

  • Fertige eine Zeichung des Experimentes
  • Notiere die gemessene Spannung
  • Wieso kannst du zwischen den Elektroden eine Spannung messen?
  • Was beschreibt die elektrochemische Spannungsreihe?

Zusatzinformationsmaterial A zur Kartoffelbatterie auf LeifiPhysik

B. Lies die folgenden Lektionen auf LeifiPhysik: "Elektrische Arbeit und Leistung"

Notiere in deinem Heft:

  • Wie kann ich die elektrische Arbeit und die elektrische Leistung berechnen?

Informationsmaterial auf LeifiPhysik

Warum sich die elektrische Energie oder Leistung mit den genannten Formel berechnen lässt, ist noch nicht klar. Im folgenden gibt es noch zwei Lektionen, diesee Zusammenhänge in zwei Experimenten erklären.

C. Lass dir vom Lehrer das Demonstrationsexperiment mit dem Plattenkondensator vorführen.

  • Fertige eine Versuchsskizze in deinem Heft.

D. Lies in deinem Physikbuch die Lektion "Spannung und Energie" S.181**

Notiere in deinem Heft:

  • Warum wird an den Platten des Plattenkondensators aus V1 Arbeit verrichtet, wenn sie auseinander gezogen werden?
  • Was passiert mit der Spannung zwischen den Platten des Plattenkondensators, wenn sie auseinander gezogen werden?
  • Wodurch wird die elektrische Energie einer Ladung beschrieben?

E. Lies in deinem Physikbuch die Seite 183 "Elektrische Energie und Arbeit"

Notiere in deinem Heft:

  • Woran erkennt man in dem im Buch vorgestellten Experiment, dass die elektrische Energie E proportional zur Stromstärke I ist?
  • Was passiert mit der abgegebenen Energie, wenn der Tauchsieder bei gleicher Stromstärke und einer niedrigeren Spannung betrieben wird?
  • Welche Beziehung gibt es zwischen den Einheiten VAs, Ws, J, kWh?

Zusatzinformationsmaterial auf LeifiPhysik

F. Experimentiere: Miss die elektrische Energie eines Stromkreises aus einer Flachbatterie und einer Glühbirne

Notiere in deinem Heft:

  • Experimentprotokoll Energiemessung
  1. Aufbau
  2. Messung/ Beobachtung
  3. Auswertung/ Interpretation

Mögliche Hausaufgabe

Bestimme die Energiekosten, wenn die im Experiment umgewandelte elektrische Energie vom ortlichen Stromanbieter gelefert worden wäre.

Lies in deinem Physikbuch die Lektion "Elektrische Arbeit und Leistung" S. 184 und notiere in deinem Heft:

  • Wodurch wird im Stromnetz eines Haushaltes, das bei konstanter Spannung von V=230V betrieben wird, eine höhere elektrische Leistung erbracht?
  • Berechne die benötigte Leistung und die benötigte Stromstärke für den Betrieb einer Herdplatte mit der Angabe 230V/2000VA.
  • Berechne die ungefähren Energiekosten für den Jahresbetrieb dieser Herdplatte. 0,25 Euro/kWh (Mainova 2014).

22. Leistung und Wirkungsgrad

Für die folgende Unterrichtseiheit braucht ihr:

  1. das Physikbuch S186, S192
  2. das Tafelskript oder Tafelmitschrift

Lies die Arbeitsaufträge genau durch, bearbeite die Aufgaben und beachte den Abgabetermin.

A. Recherchiere im Buch S186 und notiere in deinem Heft:

  • Was gilt normalerweise für das Verhältnis der Nutzungsenergie zur aufgewandten Energie? Kannst du dir vorstellen, warum das so ist?
  • Wie ist der Wirkungsgrad definiert und mit welchem Symbol (Buchstaben) wird er abgekürzt?

B. Bearbeite die folgende Aufgabe in deinem Heft

  • A15 S192

Fertige anschließend Fotos deiner Lösung und schicke sie mir per Dateiupload zu. Ich werde eine oder zwei der Einsendungen als Musterlösung in der Tafelmitschrift veröffentlichen.

23. Transport elektrischer Energie über lange Strecken

Für die folgende Unterrichtsstunde braucht ihr:

  1. das Physikbuch Seiten 188-189
  2. Internetzugang

A. Schaue den Youtube-Film Übertragung von elektrischer Energie an.

  • Notiere im Etherpad: Physik 9c: Was hat dir an diesem Film gefallen?

B. Recherchiere im Physikbuch

Recherchiere im Physikbuch auf S. 188-189 (Lektion "Transport elektrischer Energie") und beantworte im Heft:

  • Warum kommt es zu Übertragungsverlusten in Fernleitungen und wie löst man das Problem? Benutze die auf Seite 189 angegebenen Formeln.
  • Warum verwendet man dabei Wechselspannung?

C. Bearbeite die Aufgabe:

Über 200 km Entfernung soll mit einer Spannung von 380kV die elektrische Leistung P= 250MW übertragen werden. Es wird ein Kabel aus Aluminium mit der Querschnittsfläche A=3cm^2 benutzt. Wie groß sind die Leitungsverluste? (Eine Hilfe befindet sich auf Seite 191 im Beispiel 3)


Energiewirtschaft

Am Ende des Kapitels könnt ihr:

  • über die regenerative Energieerzeugung aus Wind- und Sonnenenergie diskutieren sowie die Vorteile und Nachteile der Geothermie darlegen
  • über die Zukunft der Energieversorgung diskutieren
  • zur Nutzung von Energie in Haushalt und Technik recherchieren und referieren
  • sich über die Energieversorgung und erneuerbare Energien informieren und darüber diskutieren
  • Zu den Strompreisen recherchieren und darüber referieren

24. Projektwochen "Energiewirtschaft" Teil 1

Für die folgende Unterrichtseinheit braucht ihr:

  1. Physikbuch Kapitel "Energienutzung und Energieentwertung" S. 193-206"
  2. Internetzugang
  3. Etherpad: Physik 9c
  4. Tafelmitschrift zur Selbstkontrolle
  5. Tafel Miro https://miro.com/app/board/o9J_kt6Ap9o=/ wenn Ihr an der Videokonferenz teilnehmt

Im Weiteren Verlauf der Lerneinheit werdet Ihr in Gruppen eine Präsentation zu einem der unten genannten Themen vorbereiten. Du bist einer Gruppe zugeordnet, die Zuordnung erfährst du in meiner Tafelmitschrift. Wir beginnen mit zwei Begriffen.

A. Recherchiere im Internet zum Thema "Primär- und Sekundärenergie" und notiere im Heft:

  • Erkläre die Begriffe "Primär- und Sekundärenergie".
  • Gib den jählichen Energiebedarf Deutschlands und die von der Energiewirtschaft bereitgestellten Primärenergieformen an (prozentualle Angaben).
  • Gib an den jählichen Bedarf Deutschlands an elektrischer Energie und die von der Energiewirtschaft bereitgestellten Energieformen zur ihrer Gewinnung (prozentualle Angaben).

B. Wähle ein Thema aus und bereite ein Inhaltsverzeichnis der Präsentation im Heft vor.

Bitte verständige dich mit den Mitgliedern deine Gruppe, wähle ein Thema und überlegt euch ein Inhaltsverzeichnis für Eure Präsentation. Notiere den Gruppenbuchstaben neben dem Thema im Etherpad Physik 9c und sende mir eine Nachricht, in der Du mir das von Euch gewählte Thema mitteilst. Mehr müsst ihr zuerst nicht tun!

Rahmen
  • Vorereitungszeit: mehrere Wochen
  • Präsentationsdauer: 10 Minuten
  • Als Präsentation kann ein Plakat, eine Powerpoint-Datei, Folien für den OHP oder handschriftliche oder ausgedrukte Blätter für die Dokumentenkamera dienen.
Phasen
Arbeitsphase Erklärung
. Projektwochen "Energiewirtschaft" Teil 1
Inhaltsverzeichnis erarbeiten Die Gruppen lesen sich in das Thema ein, recherchieren nach Material und erstellen ein Inhaltsverzeichnis der Präsentation. Dieses kann auch noch später verändert werden.
Abgabe 1 Alle Gruppen senden dem Lehrer ein Inhaltsverzeichnis zu.
. Projektwochen "Energiewirtschaft" Teil 2
Entwurf der Präsentation Die Gruppen lesen sich in das Thema ein, recherchieren nach Material und erstellen einen ersten Entwurf der Präsentation.
Abgabe 2 Alle Gruppen senden dem Lehrer ihre vorläufigen Präsentationen zu. Bereiche, die noch nicht fertig sind, müssen mit einem Titel benannt werden, können aber noch leer sein.
. Projektwochen "Energiewirtschaft" Teil 3
Präsentation wird fertig Die Präsentation wird vervollständigt und abgeschlossen.
Abgabe 3 Alle Gruppen senden dem Lehrer ihre fertigen Präsentationen zu.
. Projektwochen "Energiewirtschaft" Teil 4
Präsentation Jede Gruppe hält ihre Präsentation unter Beachtung der vorgegebenen Präsentationsdauer. Nach der Präsentation dürfen Fragen gestellt werden. Diese Arbeitsschritt kann unter Umständen in Form einer Videokonferenz oder einer Videoaufnahme erfolgen.

Es ist sicherlich sinnvoll, sich die folgenden Fragen zu stellen:

  1. Wie wird die Energie erzeugt?
  2. Gibt es Beispiele existierender (lokaler) Kraftwerke (Leistung?, Kosten pro kWh?, Wirkungsgrad?) oder Beispiele existierender Lösungen?
  3. Wie groß ist der Anteil dieser Energieform im vergleich zu anderen Formen?
  4. Wie groß ist die Nachhaltigkeit?
Themen
Gruppe Thema der Präsentation  
? 1. Geothermie (industrieller und privater Maßstab)
? 2. Energietransport, Effizienz und Sicherheit, Smart Grids/ intelligentes Netz
? 3. Windkraftwerke, Kosten-Nutzen
? 4. Solarkraft, Effizienz in Deutschland
? 5. Wasserkraftwerke, Pumpspeicher
? 6. Energieerzeugung vor Ort/ Energiewende/ intelligente Bauweise und Wärmedämmung, Passivhäuser
? 7. Gezeiten, Wellenkraftwerke
? 8. (Erd)gaskraftwerk, Biogaskraftwerk
? 9. Kohlekraftwerke

Die Präsentation wird nach folgenden Kriterien bewertet.

25. Projektwochen "Energiewirtschaft" Teil 2

Für die folgende Unterrichtseinheit braucht ihr:

  1. Physikbuch Kapitel "Energienutzung und Energieentwertung" S. 193-206"
  2. Internetzugang

A. Gruppentreffen am 18.05.20 um 11:00 Uhr:

Um in Gruppen zu arbeiten, könnt ihr euch in den folgenden Gruppenräumen treffen. Natürlich dürft ihr auch andere Anbieter aussuchen und euch eigene Videokonferenzen einrichten. Diese Liste ist nur ein Vorschlag.

Gruppe Raum  
A Raum Gruppe A
B Raum Gruppe B
C Raum Gruppe C
D Raum Gruppe D
E Raum Gruppe E
F Raum Gruppe F
G Raum Gruppe G

B. Besprechung der Inhaltsverzeichnisse

Ab 14:00 Uhr lade ich euch zu einer Videokonferenz über Jitsi ein. Mindestens eine Person aus der Gruppe sollte anweisend sein. Wir werden den von euch vorgeschlagenen Inhaltsverzeichnis besprechen.

Bitte kommt zu der euch zugewiesenen Zeit in den folgenden Raum:

am 18.05.20 um Gruppe Thema der Präsentation  
14:00 Uhr D 1. Geothermie (industrieller und privater Maßstab)
14:10 Uhr A 3. Windkraftwerke, Kosten-Nutzen
14:20 Uhr C 3. Windkraftwerke, Kosten-Nutzen
14:30 Uhr G 4. Solarkraft, Effizienz in Deutschland
14:40 Uhr F 5. Wasserkraftwerke, Pumpspeicher
14:50 Uhr B 7. Gezeiten, Wellenkraftwerke
15:00 Uhr E 9. Kohlekraftwerke

C. Erarbeitung des Entwurfes

Alle Gruppen haben Ihr Thema gewählt oder haben ein Thema zugewiesen bekommen. In den folgenden zwei Wochen beschäftigt ihr euch mit:

Arbeitsphase Projektwochen "Energiewirtschaft" Teil 2
Entwurf der Präsentation Die Gruppen lesen sich in das Thema ein, recherchieren nach Material und erstellen einen ersten Entwurf der Präsentation.
Abgabe 2 Alle Gruppen senden dem Lehrer ihre vorläufigen Präsentationen zu. Bereiche, die noch nicht fertig sind, müssen mit einem Titel benannt werden, können aber noch leer sein.

Die Präsentation wird nach folgenden Kriterien bewertet.

26. Projektwochen "Energiewirtschaft" Teil 3

Für die folgende Unterrichtseinheit braucht ihr:

  1. Physikbuch Kapitel "Energienutzung und Energieentwertung" S. 193-206"
  2. Internetzugang
  3. Etherpad: Physik 9c
  4. Tafelmitschrift zur Selbstkontrolle
  5. Tafel Miro https://miro.com/app/board/o9J_kt6Ap9o=/ wenn Ihr an der Videokonferenz teilnehmt

A. Besprechung der Präsentationen

Ab 9:00 Uhr lade ich euch zu einer Videokonferenz über BigBlueButton. Mindestens eine Person aus der Gruppe sollte anweisend sein. Wir werden eure Präsentation besprechen.

Bitte kommt zu der euch zugewiesenen Zeit in den folgenden Raum:

B. Zweite Besprechung der Präsentationen am Mittwoch, 3.06.20 um 14:00 Uhr

Um 14:00 Uhr biete ich noch eine Besprechungsrunde den Gruppen an, die um 9:00 Uhr nicht teilnehmen konnten.

nr am 3.06.20 um Gruppe Thema der Präsentation Kommentare   besprochen?
01 9:00 Uhr D 1. Geothermie (industrieller und privater Maßstab) Abbildungen, Graphiken fehlen, sehr textlastig nein
02 9:10 Uhr A 3. Windkraftwerke, Kosten-Nutzen - ja
03 9:20 Uhr C 3. Windkraftwerke, Kosten-Nutzen Karte für die zwei Beispiele, Windenergie pro Einwohner (Anwesend) ja
04 9:30 Uhr G 4. Erdgas und Biogas Anzahl der Gaskraftwerke in Deutschland ja
05 9:40 Uhr F 5. Wasserkraftwerke, Pumpspeicher Strommix-Deutschland-Statistik sehr alt, Kraftwerkeverteilung in Deutschland mit Karte ja
06 9:50 Uhr B 7. Gezeiten, Wellenkraftwerke - ja
07 10:00 Uhr E 9. Kohlekraftwerke Karte oder Graphik mit Verteilung der KKW in Deutschland fehlt, was ist die mittlere Leistung eines KKW? ja

C. Letzte Arbeiten an der Präsentation.

In der letzten Woche wird eure Präsentation fertig.

Arbeitsphase Erklärung
Präsentation wird fertig Die Präsentation wird vervollständigt und abgeschlossen.
Abgabe 3 Alle Gruppen senden dem Lehrer ihre fertigen Präsentationen zu.

27. Vorträge "Energiewirtschaft"

Für die folgende Unterrichtseinheit braucht ihr:

  1. Eure Präsentation
Tag Uhrzeit Gruppe Thema der Präsentation  
Di. 16.06.20 13:00 Uhr D 1. Geothermie (industrieller und privater Maßstab)
Di. 16.06.20 13:15 Uhr A 3. Windkraftwerke, Kosten-Nutzen
Di. 16.06.20 13:30 Uhr C 3. Windkraftwerke, Kosten-Nutzen
Di. 16.06.20 13:45 Uhr G 4. Erdgas und Erdgaskraftwerke
Di. 16.06.20 14:00 Uhr B 7. Gezeiten, Wellenkraftwerke
Di. 16.06.20 14:15 Uhr F 5. Wasserkraftwerke, Pumpspeicher
Di. 16.06.20 14:30 Uhr E 9. Kohlekraftwerke

Die Präsentation wird nach folgenden Kriterien bewertet.

28. Energiespeicherung

Für die folgende Unterrichtseinheit braucht ihr:

  1. Leifi Physik

A. Beantworten Sie folgende Fragen

  • Nenne Gründe für das speichern von Energie?
  • Welche Möglichkeiten haben wir, Energie elektrisch zu speichern?
  • Welche Möglichkeiten haben wir, Energie mechanisch zu speichern?
  • Welche Möglichkeiten haben wir, Energie thermisch zu speichern?
  • Welche Möglichkeiten haben wir, Energie chemisch zu speichern?

B. Bereite einen kurzen Vortrag vor (5 Min.)

Die Vorträge finden gleichzeitig in Zweiergruppen statt.

Warum und wie speichern wir Energie?

C. Bearbeite folgende Aufgabe im Heft

29. Planspiel Energiewende

Für die folgende Unterrichtseinheit braucht ihr:

  1. Spielanleitung
  2. Spielplan
  3. Einen oder mehrere Würfel
  4. Einen Drucker, Kleber, Scheren

Das Spiel stammt von der Website https://www.energie-macht-schule.de und dauert eine Doppelstunde.

A. Die Vorbereitung

  • Schneidet alles aus und klebt die Würfel zusammen.
  • Bildet 4 Gruppen: Verbraucher, Wärmekraftwerk, erneuerbare Energien, Stromnetz
  • Der Lehrer erklärt die Spielregeln
  • Jede Gruppe beschreibt ihre Perspektive (je eine Karte mit spezieller Perspektive) damit alle die Ausganglage verstehen.

B. Das Spiel

  • Phase 1: Spiel mit verdeckten Karten (Würfeln,ziehen,Aufgabeerfüllen)
  • Zwischenbilanz: Ist die Erzeugung und Verbrauch auf gleichem Niveau?
  • Phase 2: Spiel mit offenen Karten (Würfeln,ziehen,Aufgabeerfüllen)

C. Die Auswertung und Reflexion

Intuitive Spielanalyse
  1. Was ist passiert?
  2. Was haben die Spieler empfunden?
Spielreflexion und Distanzierung
  1. Wie lässt sich der Spielverlauf erklären?
  2. Wie bewerten die Gruppen das Spielergebnis?
  3. Was hat das Ergebnis beeinflusst?
Transfer
  1. Welche Aspekte des Spielverlaufs waren realistisch?
  2. Welche nicht?
  3. Welche Relevanz hat das Ergebnis des Planspiels für unseren
  4. Blick auf die Realität?
Spielkritik
  1. Was haben wir gelernt?
  2. Was nicht?
  3. Was nehme ich persönlich mit?
  4. Wie könnte man das Spiel verbessern?

THEMEN DER KLASSE 9: Radioaktivität | Arbeit und Energie | Wärme | Arbeit, Energie und Leistung

Impressum

Bei Fragen wenden Sie sich bitte an:

Thomas Pawletko
Heinrich-von-Gagern-Gymnasium
Bernhard-Grzimek-Allee 6-8
60316 Frankfurt am Main
Telefon: 069 212-35150 | Fax: 069 212-40537 | Schulhomepage