Zu Beginn der Einheit wird beispielhaft gezeigt, wie in der Natur und in der Technik elektromagnetische Wellen entstehen. So ist etwa das für den Menschen sichtbare Licht nur ein kleiner Teil dessen, was an elektromagnetischen Wellen aus dem Weltall auf die Erde trifft. Die den meisten Menschen aus der Medizin bekannten Röntgenstrahlen entstehen beim Abbremsen schneller Elektronen und können vom Menschen nicht wahrgenommen werden – erst beim Betrachten eines Röntgenbildes sieht man, dass die Strahlung beim Durchdringen des menschlichen Körpers ein Abbild bestimmter Körperteile erzeugt. Die Erzeugung einer Dipolschwingung mittels eines Erregerschwingkreises wird erläutert und durch verschiedene Übungsaufgaben ergänzt.
Vermischtes rund um Dipol und elektromagnetische Wellen
Unterrichtseinheit
Der Beitrag zeigt zunächst beispielhaft, wie in der Natur und in der Technik elektromagnetische Wellen entstehen. Im weiteren Verlauf wird die Erzeugung einer Dipolschwingung mittels eines Erregerschwingkreises erläutert und durch verschiedene Übungsaufgaben ergänzt.
- Physik / Astronomie
- Sekundarstufe II
- 2 Unterrichtsstunden
- Ablaufplan, Übung
- 2 Arbeitsmaterialien
Beschreibung der Unterrichtseinheit
Unterrichtsablauf
Inhalt
-
Vorgespräch
In einer kurzen Diskussionsrunde werden aus der Natur kommende beziehungsweise in der Technik erzeugte elektromagnetische Wellen an Beispielen erläutert.
10 Minuten -
Einstieg
Anhand von Arbeitsblatt 1 und Aufgabe 1 sowie einem Lehrerversuch erfahren die Lernenden, wie ein Sendedipol durch einen Erregerschwingkreis zu hohen Frequenzen angeregt werden kann.
20 Minuten -
Vertiefung des Stoffes
Die Arbeitsweise eines Dipols kann ergänzend anhand eines schwingenden Seiles mit dem entsprechenden Schulversuch erläutert werden. Die Aufgabe 1 und 2 (Arbeitsblatt 1) sollen als Hausaufgabe bearbeitet werden.
15 Minuten -
Besprechung der Hausaufgabe
Die Fragestellungen der Hausaufgabe werden besprochen, verbessert und erläutert (Arbeitsblatt 1).
10 Minuten -
Festigung des Stoffes
Die Aufgabe 3 und 4 (Arbeitsblatt 1) können als Partnerarbeit bearbeitet werden, bevor sie dann im gesamten Plenum besprochen und erläutert werden.
35 Minuten
Didaktisch-methodischer Kommentar
Vermischtes rund um Dipol und elektromagnetische Wellen
Die Erzeugung von Dipolschwingungen und der damit verbundenen Ausbreitung elektromagnetischer Wellen gehört zu den schwierigen Themen der Schulphysik. Das Thema mit seinen sowohl in der Herleitung als auch in der Anwendung schwierigen Gleichungen kann deshalb nur in der Kursphase der Oberstufe des Gymnasiums intensiver besprochen werden.
Vorkenntnisse
Gute Vorkenntnisse zu den Gesetzmäßigkeiten des elektrischen und magnetischen Feldes einschließlich der Besonderheiten bei Spulen und Kondensatoren müssen zur Besprechung des Themas auf jeden Fall vorhanden sein.
Didaktische Analyse
Die Schülerinnen und Schüler sehen bei der Besprechung von Dipol und Entstehung von elektromagnetischen Wellen, dass in der Physik oft verschiedene Abläufe gleichzeitig betrachtet werden müssen. Gerade auch die Entstehung eines Nah- und Fernfeldes bei der Ausbreitung elektromagnetischer Wellen ist dabei nicht leicht zu verstehen.
Methodische Analyse
Durch zahlreiche Beispiele und den Vergleich mit Seilwellen bei der Beschreibung und Erläuterung der Vorgänge bei einer Dipolschwingung können die Gesetzmäßigkeiten eventuell leichter zu verstehen sein. Wesentlich komplexer wird die Übertragung der Schwingungen vom Sende- zum Empfangsdipol, insbesondere dann, wenn man darauf eingeht, wie Sprache oder Musik damit übertragen werden.
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Unterrichtsmaterial "Vermischtes rund um Dipol und elektromagnetische Wellen" zum Download
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In Arbeitsblatt 1 wird die Vielfalt der elektromagnetischen Wellen in Natur und Technik erläutert. Anschließend folgen eine schematische Erklärung der Funktionsweise eines Sendedipols sowie ergänzende Aufgaben zu elektromagnetischen Wellen.
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In Arbeitsblatt 1 wird die Vielfalt der elektromagnetischen Wellen in Natur und Technik erläutert. Anschließend folgen eine schematische Erklärung der Funktionsweise eines Sendedipols sowie ergänzende Aufgaben zu elektromagnetischen Wellen.
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Dieses Arbeitsblatt enthält die Lösungen zu den Fragestellungen und Übungsaufgaben.
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Vermittelte Kompetenzen
Fachkompetenz
Die Schülerinnen und Schüler
- wissen, wie ein Sendedipol durch einen Erregerschwingkreis zu Schwingungen angeregt wird.
- können die Gesetzmäßigkeiten, die den Dipol und elektromagnetische Wellen beschreiben, anwenden und Berechnungen ausführen.
- kennen die vielfältigen Möglichkeiten, die in Natur und Technik zur Aussendung von elektromagnetischen Wellen führen.
Medienkompetenz
Die Schülerinnen und Schüler
- recherchieren selbständig Fakten, Hintergründe und Kommentare im Internet.
- können die Inhalte von Videos, Clips und Animationen auf ihre sachliche Richtigkeit hin überprüfen und einordnen.
Sozialkompetenz
Die Schülerinnen und Schüler
- lernen durch Partner- und Gruppenarbeit das Zusammenarbeiten als Team.
- setzen sich mit den Ergebnissen der Mitschülerinnen und Mitschüler auseinander und lernen so, deren Ergebnisse mit den eigenen Ergebnissen konstruktiv zu vergleichen.
- erwerben genügend fachliches Wissen, um mit anderen Lernenden, Eltern und Freunden wertfrei diskutieren zu können.
