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Orientierungsbereich (Sprungmarken)

Unterrichtsvorhaben Nr. VII (Physik / Chemie) - Kontext: Schiffe nach dem Vorbild der Natur (16 Unterrichtsstunden)

Bezug zum Lehrplan:

Inhaltsfeld:

Fortbewegung in Wasser und Luft

Inhaltliche Schwerpunkte:

  • Statischer und dynamischer Auftrieb
  • Eigenschaften von Gasen und Flüssigkeiten
  • Strömungen

Übergeordnete Kompetenzerwartungen des KLP WP (Schwerpunkte)

UF2 Konzepte unterscheiden und auswählen – einfache naturwissenschaftlich-technische Vorgänge beschreiben und dabei Fachbegriffe angemessen und korrekt verwenden

UF4 Wissen vernetzen – erworbene naturwissenschaftliche Kenntnisse in vergleichbaren Kontexten anwenden

E3 einfache naturwissenschaftliche Konzepte nutzen, um Vermutungen zu naturwissenschaftlichen Fragestellungen zu begründen

K9 naturwissenschaftliche Probleme im Team bearbeiten und dafür Aufgaben untereinander aufteilen sowie Verantwortung für Arbeitsprozesse und Produkte übernehmen

Lernvoraussetzungen und Vernetzung innerhalb des Faches und mit anderen Fächern

  • Physik Jg. 7: Messung von Kräften, Geschwindigkeit
  • Chemie Jg. 8: Dichtebestimmung
  • Kontextthema: Von Heißluftballon zum Düsenjet


Vorhabenbezogene Konkretisierung:

Fragestellungen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans

Die Schülerinnen und Schüler können …

Zentrale Handlungssituationen

Dazu erhalten die Schülerinnen und Schüler die Gelegenheit …

Warum hat ein Schiff im Meer weniger Tiefgang als in einem Fluss?

  • den statischen Auftrieb von Körpern in Flüssigkeiten und Gasen mit Hilfe des Archimedes‘schen Prinzips und des Konzepts des Schweredrucks erklären (UF2),
  • aufgrund von Berechnungen und Abschätzungen Auftriebskräfte in unterschiedlichen Flüssigkeiten und Gasen vorhersagen (E8, E3),
  • die Dichte von Gasen, Flüssigkeiten und festen Körpern bestimmen, gewonnene Werte mit Literaturwerten vergleichen und bei Abweichungen mögliche Fehlerquellen identifizieren (E5, E9),

Experimentelle Bestimmung der Auftriebskraft in verschiedenen Flüssigkeiten (reines Wasser, Salzwasser, ... ).

Demonstrationsexperimente zum Schweredruck in Flüssigkeiten.

Bestimmung der Dichte von Feststoffen und Flüssigkeiten mit verschiedenen Verfahren (Eintauch-, Überlaufverfahren, Aräometer, Pyknometer).

Fehlerbetrachtungen bei den verschiedenen Messverfahren.

Was haben U-Boote und Fische gemeinsam?

  • Analogien in Natur und Technik zur Regelung des Auftriebs aufzeigen (UF4),

Experimente mit selbstgebauten kartesischen Tauchern und U-Boot-Modellen

Warum sind Katamarane schneller als Einrumpfschiffe?

  • den Einfluss von unterschiedlichen Faktoren (Form, Querschnittsfläche, Strömungsgeschwindigkeit) auf den Strömungswiderstand beschreiben und Maßnahmen zu seiner Optimierung erläutern (UF1, UF4),
  • den Verlauf von Strömungen mit Stromlinien darstellen und deuten (UF4),
  • die Nutzung von Erkenntnissen aus der Natur zur Optimierung des Strömungswiderstands an Beispielen beschreiben (UF4),
  • die Nutzung von naturwissenschaftlichen Erkenntnissen zu Strömungen bei der Konstruktion von Luft und Wasserfahrzeugen hinsichtlich ihres Effekts auf die Reduzierung des Rohstoffverbrauchs bewerten (B1).

Experimenteller Vergleich des Strömungswiderstandes verschiedener geometrischer Formen im Wasser.

Experimentelle Bestimmung der Abhängigkeit des Strömungswiderstandes von der Fläche.

Erzeugung von Stromlinienbildern mit Velourpapier (Küchenpapier).

Experimente zur Optimierung von Schiffsrumpfformen aus Schwimmknete im „Blumenkasten-Strömungskanal“.

Von der Kogge zum Containerfrachter

· Kriterien zur Beurteilung der Entwicklung von Wasserfahrzeugen benennen (B1)

Kriterien geleitete Recherche zur historischen Entwicklung von Handelsschiffen.

Linkliste: (geprüft am 18.01.2017)

1.

Planet Schule: Schiffe

2

Experimente zum Schweredruck (Schule.de)

3.

Genius Community: Strömungswiderstände

4.

Physik Journal 2004: Experimente zum Selberbauen

5.

Uni Leipzig: Bauanleitung U-Boot-Modelle

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© 2020 Qualitäts- und UnterstützungsAgentur - Landesinstitut für Schule - Letzte Änderung: 22.02.2017