Die verbreitete Gleichung ?Einstein = Relativitätstheorie = Physik-Leistungskurs? beschreibt die schulische Relevanz der Einsteinschen Arbeiten nur unvollständig. Beispielhaft lässt sich diese Relevanz nämlich bereits im Mittelstufenunterricht anhand der Brownschen Bewegung aufzeigen. Die bereits 1827 von dem schottischen Botaniker Robert Brown (1773-1858) publizierte und nach ihm benannte Beobachtung erfuhr im Jahr 1905 durch Albert Einstein (1879-1955) ihre molekularkinetische Deutung. Das Phänomen kann mit einfachen Mitteln im Mikroskop sichtbar gemacht und am Computer auf Teilchenebene simuliert und veranschaulicht werden. Im Idealfall kann die Arbeit am Mikroskop und an den Rechnern im selben Raum in einer Unterrichtsstunde (mit Hausaufgabe) durchgeführt werden. Häufig wird jedoch ein Raumwechsel und damit eine Aufteilung des Entwurfs notwendig sein.
Die Brownsche Molekularbewegung
Die Schülerinnen und Schüler betrachten zunächst unter dem Mikroskop die Bewegung von Fetttröpfchen in Milch und untersuchen dann mithilfe von Animationen Teilchenbewegungen und -geschwindigkeiten.
- Physik / Astronomie
- Sekundarstufe I
- 1-2 Stunden
- Ablaufplan
- 1 Arbeitsmaterial
Beschreibung der Unterrichtseinheit
Didaktisch-methodischer Kommentar
Eine etwas genauere Teilchenvorstellung als im Daltonschen Modell sollte schon vorhanden, der Atom- und Molekülbegriff also bereits erarbeitet sein. Außerdem müssen die Schülerinnen und Schüler bereits erfahren haben, dass Atome und Moleküle in Abhängigkeit von ihrem Aufbau unterschiedliche Massen besitzen. Unter diesen Vorraussetzungen ist der hier vorgestellte Unterrichtsentwurf problemlos und flexibel im Anfangsunterricht der Fächer Chemie oder Physik (Wärmelehre) einsetzbar. Vorkenntnisse im Mikroskopieren wären zwar nützlich, sind aber keine Voraussetzung, da nur eine sehr einfache Arbeitstechnik angewandt wird.
- Unterrichtsverlauf und Arbeitsaufträge
Infos zum Mikroskopierversuch und zum Einsatz der Simulationen mit Screenshots aus der verwendeten Software.
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- brown_arbeitsblatt.zip
Anleitungen und Aufgabenstellungen zum Versuch und zu den Simulationen als PDF- und RTF-Datei in einem Rutsch.
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Vermittelte Kompetenzen
Die Schülerinnen und Schüler sollen
- im Realversuch die Brownsche Bewegung erkennen und als Folge der regellosen Bewegung der kleinsten Teilchen interpretieren.
- durch eine Simulation zunächst eine gefestigte Vorstellung von "regelloser" (statistischer) Teilchenbewegung gewinnen.
- wissen, dass sich die Teilchen eines Körpers bei gegebener Temperatur mit sehr unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegen.
- erkennen, dass bei einer Temperaturerhöhung der Anteil (!) der Teilchen mit höherer Geschwindigkeit zunimmt und dass die Teilchengeschwindigkeit darüber hinaus von der Teilchenmasse abhängt.
- die gewonnenen Erkenntnisse bei der Interpretation von Alltagsphänomenen anwenden können (Sieden einer Flüssigkeit).
- an einem einfachen Beispiel die Bedeutung von Albert Einstein für die moderne Naturwissenschaft kennen lernen.
Zusatzinformationen
- Brownsche Molekularbewegung
Informationen und Animationen zum Thema Brownsche Molekularbewegung aus dem Internet.
