Simulation einer Wellenwanne

Die in dieser Unterrichtseinheit eingesetzte "Simulation der Wellenwanne" wurde von dem Schüler Philipp Crocoll (19 Jahre) am Thomas-Mann-Gymnasium Stutensee (Baden-Württemberg) unterrichtsbegleitend entwickelt. Details zur Entstehungsgeschichte der Simulation im Rahmen des Jugendsoftwarepreises können Sie in den Erfahrungsberichten des Schülers und seines Lehrers nachlesen, die vielleicht auch Sie zu einer Teilnahme anspornen. Das Programm ist für den Einsatz im Physikunterricht der Sekundarstufe II konzipiert und kann als wertvolle Ergänzung und Erweiterung des Realexperiments, aber auch eigenständig ohne Realexperiment eingesetzt werden - und das sowohl im lehrerzentrierten als auch im gänzlich schülerzentrierten Unterricht. In einer simulierten Wellenwanne können Objekte wie Wellenerreger, Reflexionswände, Spalte, Gitter, Bereiche mit unterschiedlichen Ausbreitungsgeschwindigkeiten und Beobachtungsschirme eingebaut werden. Damit lassen sich vielfältige Wellenphänomene dreidimensional veranschaulichen:

• Erzeugung und Ausbreitung von Radial- und ebenen Wellen
• Beugung
• Reflexion
• Brechung
• konstruktive und destruktive Interferenz (Interferenzfelder)
• Beugung und Interferenzen am Doppelspalt oder Gitter
• stehende Wellen

Im Lernmodus des Programms erfolgt eine verständliche Einführung zur Bedienung, in der methodischen Reihe werden rund 15 kommentierte Standardversuche vorgestellt. Im freien Experimentiermodus kann beliebig experimentiert werden. Die vielfältigen Experimentiermöglichkeiten, die intuitive Benutzerführung und der hohe Motivationsgrad machen dieses Programm zu einem wertvollen Hilfsmittel für den Einsatz in und außerhalb der Schule.

Kompetenzen

Die Schülerinnen und Schüler sollen

• mithilfe des Programms "Simulation einer Wellenwanne" Versuche "aufbauen" und verschiedene Wellenphänomene veranschaulichen.
• die Wellenphänomene durch mündliche oder schriftliche Hinweise verstehen und qualitativ sowie quantitativ beschreiben lernen.

Kurzinformation

Didaktisch-methodischer Kommentar

Mechanische und elektromagnetische Wellen spielen eine große Rolle beim Verständnis naturwissenschaftlicher Vorgänge. In einer so genannten Wellenwanne wird Wasser mit Erregern zu Wellenbewegungen angeregt. Die auftretenden Wellenphänomene können damit gut experimentell untersucht und verdeutlicht werden. Die bei den Wasserwellen gefundenen Wellenbeschreibungen können strukturell auf die elektromagnetischen Wellenphänomene übertragen werden. Die Wellenwanne ist damit ein sehr wichtiges Experimentiergerät zum Verständnis der vielfältigen Wellenphänomene mechanischer und elektromagnetischer Wellen.

• Allgemeine Hinweise zum Einsatz der Software im Unterricht
  Einsatz des Simulationsprogrammes "Simulation einer Wellenwanne", mögliche Unterrichtsformen und Vertiefungsstufen.
• Voraussetzungen und vorbereitende Übungen
  Fachkenntnisse der Schülerinnen und Schüler und Hilfe für die Handhabung der Simulation.
• Themenabfolge (I)
  Erzeugung und Ausbreitung einer Welle, Beugung einer Welle am Einzel- und Doppelspalt, Reflexion einer Welle, Brechung einer Welle.
• Themenabfolge (II)
  Konstruktive und destruktive Interferenz, Doppelspalt und Gitterinterferenzen, stehende Wellen.

Arbeitsmaterial

• Arbeitsblatt
  Die Schüler- und Lehrerversion eines exemplarischen Arbeitsblatts zum Thema Erzeugung und Ausbreitung einer Welle steht hier zum Download zur Verfügung. Neben dem Programm "Simulation einer Wellenwanne" kommen verschiedene Java-Applets zum Einsatz.

Download

Internetadresse und Bezugsmöglichkeiten

• Simulation einer Wellenwanne
  Auf der Website des Programmautors finden Sie viele Informationen und Screenshots zum Programm. Neben einem Handbuch im PDF-Format steht eine Testversion der Software mit eingeschränkter Funktionalität zum kostenlosen Download zur Verfügung.

Zusatzinformation

• Links zum Thema Wellenlehre
  Hier finden Sie eine Übersicht aller Applets, auf die in der Beschreibung der Themenabfolge der Unterrichtseinheit hingewiesen wird.

Informationen zum Autor

Bernhard Kunz ist Oberstudienrat für Physik und Sport und unterrichtet seit 1983 am Thomas-Mann-Gymnasium Stutensee (Baden-Württemberg).

• Mehr Infos im Autorenverzeichnis
  Hier können Sie Kontakt mit Herrn Kunz aufnehmen. Zudem finden Sie hier eine Liste mit allen Lehrer-Online-Beiträgen des Autors.