Unterrichtsbaustein
Energieerhaltung im Skater Park
- Dr. Malin Klawonn
- Behörde für Schule und Berufsbildung Hamburg
04. April 2019
Einstieg
Ziele
- Die Schülerinnen und Schüler untersuchen die Umwandlung mechanischer Energie im Skater Park, nutzen Online-Simulationen zur Visualisierung und beschreiben die Grenzen des simulierten Modells.
Fachkompetenzen
- Die Schülerinnen und Schüler beschreiben Energie als Erhaltungsgröße und stellen dar, dass diese übertragen werden kann. Sie unterscheiden potenzielle, kinetische und thermische Energie und beschreiben, dass diese ineinander umgewandelt werden können. Die Formeln für potenzielle und kinetische Energie werden durch proportionale Zusammenhänge zwischen E, m, h und v vorbereitet.
Kompetenzen in der Digitalen Welt
- 5. Problemlösen & Handeln
- 5.2 Werkzeuge bedarfsgerecht einsetzen
- 5.4 Digitale Werkzeuge und Medien zum Lernen, Arbeiten und Problemlösen nutzen
Medienausstattung
- Es empfiehlt sich, dass jede Zweiergruppe ein Gerät (Tablet/ iPad, Laptop/ PC/ Mac, Smartphone) benutzt.
Details
Informationen zum Unterrichtsgegenstand
Energie tritt in verschiedenen Arten auf, die ineinander umgewandelt werden können. Dabei bleibt die Energie stets erhalten. Rollt ein Skater eine Halfpipe hinunter, so wird die potenzielle Energie graduell in kinetische Energie umgewandelt, beim Hinauffahren kehrt sich der Prozess um. Ein Teil der Energie wird durch Reibung entwertet und führt dazu, dass sich die Anteile an potenzieller und kinetischer Energie reduzieren. Anhand der vorgestellten Simulation können diese Aspekte von SchülerInnen untersucht werden, sowie Grenzen der Simulation diskutiert werden.
Beschreibung des Unterrichtsbausteins
Die Schülerinnen und Schüler arbeiten im 2er-Team und betrachten die Energieumwandlung am Beispiel eines simulierten Skaters in einer Halfpipe. Zur simulierten Bewegung des Skaters lassen sich die sich ändernden Anteile der potenziellen, kinetischen (und thermischen) Energie in Diagrammen (Balkendiagramm, Kuchendiagramm) darstellen, auch Zu- und Abnahme der Geschwindigkeit kann angezeigt werden. Die SchülerInnen lösen Aufgaben zum Verständnis der Simulation, wenden ihr Fachwissen zu Energieumwandlung an und diskutieren Grenzen des verwendeten Modells (Arbeitsauftrag 1). Anschließend untersuchen die Schülerinnen und Schüler den Einfluss der Masse und Höhe auf die potenzielle Energie, sowie den Einfluss von Masse und Geschwindigkeit auf die kinetische Energie (Arbeitsauftrag 2). Vertiefend bietet sich eine Plenumsdiskussion der Rolle der thermischen Energie an.
Bildungsplanbezug
Energie (vgl. Bildungsplan Gymnasium Sekundarstufe 1. Physik. 2011. S. 21 und Bildungsplan Stadtteilschule Jahrgangsstufen 7-11. Physik. 2011. S. 23)
Möglichkeiten der Differenzierung / Individualisierung
Die Schülerinnen und Schüler bearbeiten die Aufgaben im eigenen Tempo selbstständig, mithilfe der Zusatzaufgabe lassen sich schnelle Gruppen versorgen. Für die abschließende Plenumsdiskussion schlagen wir mögliche Fragen vor, die auf unterschiedliche Anforderungsbereiche abzielen.
Material
Hinweise & Links
Hinweise
Hinweis: Auf die Internetseite https://phet.colorado.edu mit allen Simulationen kann kostenfrei zugegriffen werden, die Installation der App wiederum ist kostenpflichtig.
