Übersicht über Lerninhalte und Module
Ãœber diese Seite erreichen Sie die einzelnen Module der Unterrichtseinheit. Hier finden Sie alle Materialien sowie Hinweise zu deren Einsatz im Unterricht.
Bitte beachten Sie am Ende der folgenden Seiten die Hinweise auf die sich jeweils anschließende Module. Die Lese-(Klick-)Wege der verschiedenen Level "verzweigen" sich an einigen Stellen (siehe auch das Die Lorentztransformation - Fundament der SRT zum Verlaufsplan der modularen Unterrichtseinheit).
- 1. Einstieg in das Thema
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen zum Einstieg in das Thema die geometrischen Effekte der Kamerageschwindigkeit beim virtuellen Flug durch das Brandenburger Tor. - 2. Die spezielle Galileitransformation
Die Jugendlichen untersuchen, wie die Bewegung beziehungsweise die Bahn eines sich mit konstanter Geschwindigkeit bewegenden Objektes bezüglich eines Koordinatensystems beschrieben werden kann. - 3. Messen versus Beobachten
Bei der Beobachtung schnell bewegter klassischer Objekte erhalten Schülerinnen und Schüler einen ersten vom gewählten Level abhängigen Einblick in verschiedene Laufzeiteffekte des Lichts. - 3.1 Grundlagen, Zentralperspektive, klassische Retardierung
Die Jugendlichen gewinnen aus der perspektivischen Ansicht des Tores dessen reale Position mithilfe eines interaktiven Messtools (eigenständiges Arbeiten). Sie erfahren den Effekt der klassischen Retardierung am Beispiel der Abbildung eines vorbei fliegenden Würfels mit einer unendlich weit entfernten Kamera.
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3.2 Frontaler Anflug auf ein Objekt, klassische Retardierung
Das Problem der Wölbung horizontaler und vertikaler Kanten beziehungsweise die Verbiegung von Flächen wird mithilfe von Java-Applets untersucht, die den frontalen Anflug auf einfache Drahtgittermodelle simulieren.
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3.3 Seitlicher Vorbeiflug an einem Objekt, Aberration
In diesem Modul arbeiten die Schülerinnen und Schüler mit Java-Applets, die geometrische Effekte beim seitlichen Vorbeiflug mit hoher Geschwindigkeit an einfachen Objekten verdeutlichen. (Die Rückseite eines Objektes befindet sich im Blickfeld der Kamera, obwohl sie das Objekt real bereits passiert hat.)
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4. Einsteins Traum - Kontext zu Einsteins zweitem Postulat
Die Schülerinnen und Schüler setzen sich mit einem Gedankenexperiment auseinander, in dem Einstein auf einem Lichtstrahl reitet. Dies regt dazu an, die Konsequenzen der Galileitransformation zu durchdenken.
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5. Ableitung der speziellen Lorentztransformation
Nachdem mithilfe des Gedankenexperimentes "Einsteins Traum" erkannt wurde, dass die Galileitransformation modifizierungsbedürftig ist, steht die Frage nach der Form der neuen Transformation im Raum.
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6.1 Punktereignisse und ihre Transformation
In diesem Modul wird untersucht, welches Ergebnis die Lorentztransformation bei der Transformation eines Punktereignisses liefert. Zwei verschiedene Punktereignisse werden betrachtet und die Relativität der Gleichzeitigkeit wird algebraisch bewiesen.
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6.2 Zeitdilatation
Betrachtet wird das Ablesen einer in einem System ruhenden Uhr zu unterschiedlichen Zeiten: In Level 1 wird direkt die Lorentztransformation angewendet, ohne zuvor ein allgemeines Punktereignis zu transformieren. Level 2 und 3 bauen auf den Ergebnissen aus dem vorausgegangenen Modul 6.1 auf.
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6.3 Längenkontraktion
Die gleichzeitige Messung der Koordinaten der Endpunkte eines Stabes wird durch zwei Punktereignisse beschrieben. Angeschlossen wird eine Diskussion der Messzeitpunkte.
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6.4 Analyse der Bildgröße eines schnell bewegten Objektes
In dem letzten Modul der Unterrichtseinheit werden die Flüge durch das Brandenburger Tor vertiefend untersucht. Die Lorentzkontraktion der Bildweite wird als Ursache des Phänomens erkannt, dass bei den verschiedenen Flügen die Bilder des Tores bei identischer Kameraposition unterschiedlich groß sind.
