Naturwissenschaften

Kinematik der Speziellen Relativitätstheorie

Veröffentlicht am 02.05.2011
  • Sekundarstufe II
  • mindestens 5 Unterrichtsstunden oder freie Zeiteinteilung bei selbstständiger Bearbeitung außerhalb des Unterrichts
  • Arbeitsmaterial, Audiovisuelles Medium, Primärmaterial/Quelle, Arbeitsblatt interaktiv
  • 1 Arbeitsmaterial

Die hier vorgestellte Lerneinheit zur Kinematik der Speziellen Relativitätstheorie nutzt interaktive Webseiten mit dynamischen GeoGebra-Applets. Animierte Simulationen aus der Lernumgebung bieten Visualisierungsmöglichkeiten, die auf dem Papier und an der Tafel nicht realisierbar sind und die das Verständnis erleichtern.

Didaktisch-methodischer Kommentar

Kinematik der SRT - prägnant und kompakt

Weder für die Lehrkraft noch für die interessierten Schülerinnen und Schüler ist es befriedigend, wenn Formeln vom Himmel fallen, insbesondere wenn es um die populäre Relativitätstheorie geht. Andererseits sehen zeitlich knapp kalkulierte Lehrpläne meist nur eine Mitteilung oder einen Hinweis auf die Gleichungen der Zeitdilatation oder der Längenkontraktion vor. Intention der hier vorgestellten interaktiven Lerneinheit ist es daher, die Kinematik der Speziellen Relativitätstheorie möglichst prägnant und kompakt zu erläutern, ohne auf die Herleitung der zugehörigen Formeln zu verzichten. Die Schülerinnen und Schüler erfahren dabei auch, dass mathematische Grundkenntnisse fundamental, ja hier sogar ausreichend sind, um zu neuen Erkenntnissen zu gelangen. Die erarbeiteten Formeln sollten in Anwendungsaufgaben (beispielsweise Durchqueren der Atmosphäre von Myonen oder Reise zu ?-Centauri) gefestigt werden. In der Unterrichtspraxis führte die Lerneinheit stets automatisch zu Diskussionen, die auf das Zwillingsparadoxon, das Hafele-Keating-Experiment und die Kausalitätsproblematik abzielten und von der Lehrkraft aufgenommen werden konnten.

Anknüpfungspunkt für die Dynamik der SRT

Auf diese Weise erhalten die Lernenden trotz der Einschränkungen des alltäglichen Unterrichtbetriebs einen über bloße Mitteilungen hinausgehenden Einblick in die SRT, der als Basis für weiterführende, eigenständige Forschungen und als Anknüpfungspunkt für die Dynamik der SRT dienen kann.

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Vermittelte Kompetenzen

Die Schülerinnen und Schüler sollen

  • die Bedeutung der Postulate der Speziellen Relativitätstheorie verstehen.
  • die Notwendigkeit einer präzisen Definition von Ort und Zeit eines Ereignisses einsehen.
  • die Relativität der Gleichzeitigkeit als zwingende Konsequenz der Postulate erkennen.
  • die Formel für die Zeitdilatation herleiten und anwenden können.
  • die Formel für die Längenkontraktion herleiten und anwenden können.
  • die Zitate aus Originalarbeiten richtig deuten und dem Gelernten zuordnen können.

Kurzinformation zum Unterrichtsmaterial

ThemaKinematik der Speziellen Relativitätstheorie
AutorClaus Wolfseher
FachPhysik
ZielgruppeOberstufe
Zeitraummindestens 5 Unterrichtsstunden oder freie Zeiteinteilung bei selbstständiger Bearbeitung außerhalb des Unterrichts
Technische VoraussetzungenInternetbrowser mit aktiviertem JavaScript, Java Runtime (JRE Version 1.4 oder höher, kostenfrei)

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Avatar Claus Wolfseher

unterrichtet am Katharinen-Gymnasium Ingolstadt die Fächer Mathematik, Physik und Informatik. Auf seiner Homepage finden Sie weitere interaktive Materialien.

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