Unterrichtseinsichten - Schuljahr 2012/2013 - Physik 7a

E-Lehre I

• Alle Massen ziehen sich gegenseitig an.
  Ein fallender Apfel wird von der Erde angezogen.
  
  Aber auch die Erde wird vom Apfel angezogen und fällt auf ihn zu.
  Kleinere Massen erreichen durch die Anziehungskräfte schnell hohe Geschwindigkeiten, große Massen nicht so schnell. Man sieht deshalb nur, dass sich der fallende Apfel bewegt, nicht aber die Erde mit so sehr viel mehr Masse.
  
• Während der Besprechung der mündlichen Noten habt ihr Euch über Wechselwirkungen im Schulbuch informiert. Mehr davon in der nächsten Stunde.

• Besprechung und Rückgabe der Klassenarbeit 2  [ Aufgaben | Lösungen ]
• Versuch zum Thema Wechselwirkung:
  Schwebemagnete auf der Waage
      
  Eine Waage wird ins Gleichgewicht gebracht dadurch, dass auf der einen Seite zwei Magnete mit Halterung liegen und auf der anderen Seite Massenstücke gelegt werden.
  Die Waage bleibt dann im Gleichgewicht, weil die Masse auf der einen Seite durch die Masse auf der anderen Seite ausgeglichen wird.
  Nun wird der obere Magnet um 180° gedreht, so dass 2 Nordpole einander gegenüber stehen.
  Der obere Magnet schwebt dann über dem unteren Magnet.
  Wird die Einstellung der Waage sich ändern? Jeweils etwa gleich viele Schülerinnen und Schüler meinten, dass die Waagschale mit dem Magneten nach oben gehen würde oder stehen bleiben würde. Ein einzelner Teilnehmer war so mutig, sich der Meinung der anderen entgegenzustellen und zu behaupten, die Waagschale mit dem Magneten würde sich nach unten bewegen.
  Der Versuch zeigte (siehe Bilder), dass das Gleichgewicht erhalten bleibt. In der nächsten Stunde werden wir klären, warum das so ist.

• Bei der Besprechung des Versuchs aus der letzten Stunde kamen wir zu sprechen auf die Funktionsweise einer Balkenwaage, auf Wechselwirkungen bei der Balkenwaage und auf die Frage, wie die Massen auf die Waage gelegt werden müssen.
• In einem Schülerversuch haben wir dann untersucht, wie die Masssenverteilung bei einer Balkenwaage funktioniert.
  
  Im Bild ist der Balken fast waagrecht, d. h. er ist im Gleichgewicht.
  Rechts hängt die Masse 30g am 10. Aufhängeknopf, links hängen 60g am 5. Aufhängeknopf.
  In diesemBeispiel gilt: Wird die Masse verdoppelt, muss die Nummer des Aufhängeknopfes halbiert werden.
  Gibt es eine mathematische Beziehung zwischen diesen Zahlenwerten, so dass man durch Rechnen voraussagen kann, wieviel Masse an welchem Knopf hängt?
  Hier folgen Eure Messergebnisse, wenn Ihr sie mir zugeschickt habt.
     
    
  
  Hausaufgabe ist, aus allen Messergebnissen eine allgemeine Formel für das Anhängen von Massen zu finden.

• Die Auswertung der Versuchsergebnisse aus der letzten Stunde ergibt, dass das Produkt von Punktnummer und Masse links und rechts jeweils gleich ist.
  Statt der Punktnummer kann man auch den Abstand vom Drehpunkt nehmen. Man nennt ihn Radius.
  Dann gilt Masse-links mal Radius-links gleich Masse-rechts mal Radius-rechts.
• Wir werden später sehen, dass man noch besser die Gewichtskraft der Massen betrachten sollte.
  Dazu müssen wir uns aber erst einmal ein bisschen mit dem Begriff Kraft beschäftigen.
• Durch Kraft kann ein Körper
  - in seinem Bewegungszustand verändert werde
  - verformt werden
• Im Schülerversuch habt ihr untersucht, wie sich eine Schraubenfeder durch die Gewichtskraft einer angehängten Masse verformt.
  
  Hausaufgabe zur nächsten Stunde: Eingabe der Messwerte in die Listen des Taschenrechners und Darstellung der Messpunkte in einem geeigneten Diagramm.
  Den Zusammenhang zwischen angehängter Masse und Verlängerung der Schraubenfeder werden wir dann in der nächsten Stunde besprechen.

• Da bei Euch die Begriffe "Länge der Schraubenfeder", "Verlängerung der Schraubenfeder" und "gemessene Länge" durcheinandergingen und die Darstellung der Messpunkte im Diagramm vielfach nicht gut gelungen war, haben wir den Versuch noch einmla durchgeführt und dabei besonders auf den Messvorgang und die Planung des Diagramms geachtet.
• Messvorgang:
• Um die Verlängerung der Schraubenfeder bei angehängter Masse zu bestimmen, muss man 2 Messungen durchführen: zuerst bei keiner angehängten Masse, dann mit angehängter Masse.
• Als Messpunkt eignet sich die Unterkante der Feder oder noch besser die unterer Kante des Massetellers.
• Beim Messen rechnet man noch nicht die Verlängerung aus, sondern schreibt sich nur die gemessenen Werte bei angehängter Masse auf.
  Die Rechnung erfolgt dann später.
• Beim Messen der Strecke muss man einen Nullpunkt festlegen.
  Dazu wählt man einen Punkt aus, der sehr gut reproduziert (=wiederhergestellt) werden kann, z. B. der Fußboden oder die quer liegende Aufhängestange.
• Beim Ablesen der Werte muss man senkrecht auf das Maßband schauen und dabei die dahinter liegende untere Fläche des Massetellers anpeilen.
  Schaut man schräg, kann das Ergebnis sehr falsch werden.
• Messwerte:
   
  
• Auswertung:
  Zunächst muss aus den Messwerten für die untere Lage des Massetellers die Verlängerung der Feder berechnet werden.
  Ist keine Masse angehängt, so beträgt die Verlängerung 0 cm. Beim 1. Messwert muss also bei der Verlängerung 0 statt 5,8 stehen.
  Auch alle anderen Messwerte müssen nun um 5,8 verkleinert werden, um den Unterschied auszurechnen:
  
• Diagramm:
  Auf der waagrechten Achse tragen wir die Werte der unabhängigen Variablen ab (also die Werte, die wir vorgeben, also die Massen),
  senkrecht die sich daraus ergebenden Werte, also jeweils die Verlängerung.
  Bei der Achsenbeschriftung achten wir darauf, dass alle Werte abgetragen werden können und dass nicht ein Teil des Diagramms ganz leer bleibt:
  In waagrechter Richtung müssen deshalb Werte von 0 bis 250 vorkommen, nicht weniger, aber auch nicht viel mehr und
  in senkrechter Richtung Werte von 0 bis 21,7, nicht weniger, aber auch nicht viel mehr.
  Dann werden die Messpunkte eingetragen:
   
  Der Versuch, eine Ausgleichsgerade (=Gerade, die so durch alle Punkte verläuft, dass alle Punkte gleichmäßig um die Gerade herum verteilt sind) zu zeichnen, zeigt durch das positive Ergebnis (=es gibt so eine Gerade), dass anscheinend eine Proportionalität zwischen den Massewerten und der Verlängerung besteht.
  Mehr dazu in der nächsten Stunde.