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Naturwissenschaften Klasse 10.1: Elektrofahrzeuge (ca. 15 Unterrichtsstunden)
Im Folgenden werden die Unterrichtsvorhaben konkretisiert und die erforderlichen Absprachen der Fachkonferenz festgehalten. Die Konkretisierung ist nur für eine Auswahl von Vorhaben vollständig ausgeführt. Für andere Vorhaben finden sich in der Download-Fassung Vorlagen, die noch um verbindliche Absprachen zu Inhalten und zur Unterrichtsgestaltung ergänzt werden müssen.
Folgende Elemente finden sich in den Konkretisierungen: Eine erste tabellarische Übersicht beschreibt den Rahmen des entsprechenden Unterrichtsvorhabens. Es finden sich Bezüge zum Lehrplan wie die ausführlicheren Formulierungen der Kompetenzschwerpunkte sowie Angaben zu zentralen Konzepten bzw. Basiskonzepten. Außerdem werden Vereinbarungen zur Leistungsbewertung genannt, und es wird auf Vernetzungen innerhalb des Fachs und zwischen Fächern hingewiesen.
In einer zweiten Tabelle werden die für die Abstimmung der Fachgruppe notwendigen und damit verbindlichen Absprachen festgehalten. Dieses betrifft Absprachen zu konkreten Inhalten und zum Unterricht mit Bezug auf die im Lehrplan beschriebenen konkretisierten Kompetenzen des jeweiligen inhaltlichen Schwerpunkts.
Am Schluss jedes konkretisierten Unterrichtsvorhabens finden sich Hinweise, Tipps usw. zum Unterricht, die zwar nicht verbindlich, aber zur Gestaltung des Unterrichts hilfreich sind.
Bezug zum Lehrplan:
Inhaltsfeld:
Elektrische Energieversorgung
Inhaltlicher Schwerpunkt:
- Elektromagnetismus und Induktion
- Elektromotor und Generator
Übergeordnete Kompetenzen (Schwerpunkte)
Die Schüler können …
- Untersuchungen und Experimente selbstständig, zielorientiert und sachgerecht durchführen und dabei mögliche Fehlerquellen benennen. (E5)
- Modelle, auch in formalisierter oder mathematischer Form, zur Beschreibung, Erklärung und Vorhersage verwenden. (E8)
Leistungsbewertung
- Produkt: Bau eines Elektromotors, Lernplakat
- Beobachtungen: Qualität und Ergebnis aus Experimentierphasen und Stationenlernen
- Mappenführung
Verbindung zu den Basiskonzepten
Basiskonzept Energie
Elektrische Energie, Energiewandler
Basiskonzept Wechselwirkung
Magnetfelder von Leitern und Spulen, elektromagnetische Kraftwirkungen, Induktion
Basiskonzept System
Elektromotor, Generator
Vernetzung innerhalb des Faches und zu anderen Fächern
Wirkungen elektrischen Stroms, Elektromagnete (Kl. 6)
Erde im Weltall (Kl. 8)
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Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Lehrplans Die Schülerinnen und Schüler können … |
Verbindliche Absprachen zu den Inhalten innere Differenzierung |
Verbindliche Absprachen zum Unterricht |
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Umgang mit Fachwissen |
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den Aufbau und die Funktion von Elektromotor, Generator und Transformator beschreiben und mit Hilfe der magnetischen Wirkung des elektrischen Stromes bzw. der elektromagnetischen Induktion erklären. (UF1) |
Basisbauelemente von Elektromotor und Generator (Stator, Rotor, Kommutator inkl. Kohlebürsten als Schleifkontakte) Wiederholung aus 5/6: Ferromagnetismus: Anziehung durch Magnete, Magnetpole, magn. Polgesetz, Magnetisierung / Entmagnetisierung Funktionsweise eines Polschuhs magnetische Wirkung des elektrischen Stroms Abhängigkeit der magnetischen Kraftwirkung von Stromstärke, Windungszahl Einfluss von Weicheisenkernen Problem des nicht selbstanlaufenden Motors Relativbewegung von Spule und Dauermagnet als Voraussetzung für eine Induktionsspannung Änderung des Magnetfeldes in einer Spule als Ursache für eine Induktionsspannung |
Zerlegen eines Elektromotors, ggf. defekte Modellmotoren von Schülern mitbringen lassen; Bedeutung des Kommutators thematisieren (Graphit als Leiter!) Hinweis: Sollte die Magnetisierung in 5/6 nur deskriptiv behandelt worden sein, wäre hier eine Vertiefung mit Hilfe der Modellvorstellung von Elementarmagneten notwendig. Oersted-Versuch als Schüler-versuch Kurzschluss thematisieren! Schülerreferat zum geschichtlichen Kontext Hinweis: Lehrmaschinensammlung hat nur jeweils einen Zweipol bzw. Dreipolrotor, Absprache mit Parallelkurs notwendig! Schülerversuche „Auf den Spuren Faradays“ freies Experimentieren, aber: Experimentierprotokoll notwendig Schülerreferat zu Leben und Werk von Faraday vergeben! |
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magnetische Felder stromdurchflossener Leiter und Spulen im Feldlinienmodell darstellen und mit Hilfe der „Drei-Finger-Regel“ die Richtung der Lorentzkraft auf stromdurchflossene Leiter im Magnetfeld bestimmen. (UF3, E8)) |
magnetische Felder als Wirkungsbereich der magnetischen Kraft Feldlinien zur modellhaften Beschreibung des Magnetfeldes Regeln zur Darstellung von Feldern durch Feldlinien Feldformen (homogenes, inhomogenes Magnetfeld) Gemeinsamkeiten und Unterschiede der Felder von Ferromagneten und Elektromagneten Überlegung, welche Aspekte zum Themenfeld Magnetismus sich in welchem Modell angemessen beschreiben lassen Notwendigkeit und Grenzen von Modellvorstellungen |
Hinweis: an Modellvorstellungen in anderen Inhaltsfeldern erinnern! auch Konventionsregeln zur Darstellung des Elektronenflusses: ,U Linke-Faust-Regel Begriffe: homogenes, inhomogenes Magnetfeld Präsentation im Lernplakat |
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Erkenntnisgewinnung |
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bei elektrischen Versuchsaufbauten Fehlerquellen systematisch eingrenzen und finden. (E3, E5) |
Suche und Analyse von Fehlerquellen in Funktionsmodellen von Elektrolehrmaschinen bzw. in selbstgebastelten Elektromotoren oder Minigeneratoren |
Aufbau von Funktionsmodellen mit Fehlfunktion! |
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Kommunikation |
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in einem Projekt, etwa zu Fragestellungen der lokalen Energieversorgung, einen Teilbereich in eigener Verantwortung bearbeiten und Ergebnisse der Teilbereiche zusammenführen. (K9) |
Schülerprojekt zum Thema „Energiewandler“: Aspekte zu Aufbau und Funktionsweise unterschiedlicher Motoren- bzw. Generatorentypen eigenständig bearbeiten und in einen geeigneten Kontext stellen (z.B. Gleichstrom vs. Wechselstrommotoren) Modellmotor oder Mikrogenerator nach Anleitung selbstständig zusammenbauen, Probleme beim Zusammenbau thematisieren und in Teamarbeit erfolgreich lösen. |
Frau NN als Expertin der Modelleisenbahngruppe zum Thema: „Gleich- oder Wechselstromantrieb für Modellbahnen“ einladen Eschke – Elektromotor (www.eschke.com); alternativ: Bau eines Minigenerators, Anleitung: Prisma Physik 7-10, Seite 333 |
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Bewertung |
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Vor- und Nachteile nicht erneuerbarer und regenerativer Energiequellen an je einem Beispiel im Hinblick auf eine physikalisch-technische, wirtschaftliche, und ökologische Nutzung auch mit Bezug zum Klimawandel begründet gegeneinander abwägen und bewerten. (B1, B3) |
Vorteile und Nachteile eines elektrischen Antriebs gegenüber eines traditionellen Kraftstoffmotors Stellungnahme zu Umweltverträglichkeit und Wirtschaftlichkeit |
Recherche im Internet, Präsentation mit einem Lernplakat Thematisierung: Hybridtechnik! Evtl. Pro und Kontra Diskussion. |
Bemerkungen, Hinweise, Tipps:
Besuch des Rheinischen Industriemuseums E.
Kooperation mit den Stadtwerken D. zum Thema Elektromobilität