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Unterrichtsbaustein - Informationen

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Untersuchung des Federpendels
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Unterrichtsbaustein

Untersuchung des Federpendels

Über den Beschleunigungssensor eines an einer Feder pendelnden Smartphones werden Einflüsse von m, D und y(0) auf T ermittelt.

  • Arne Sorgenfrei
  • Ole Koch
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06. Juni 2019

Einstieg

Ziele
  • Die Schülerinnen und Schüler bestätigen mithilfe des Beschleunigungssensors ihres Smartphones experimentell die Formel für die Schwingungdauer eines Federpendels.
Fachkompetenzen
  • Experimentieren: Experiment planen, beobachten, messen, Daten aufbereiten, Schlüsse ziehen
Kompetenzen in der Digitalen Welt
  • 1. Suchen, Verarbeiten & Aufbewahren
  • 5. Problemlösen & Handeln
Detaillierte Teilkompetenzbeschreibungen
  • 1.2 Auswerten und Bewerten
  • 1.3 Speichern und Abrufen
  • 5.2 Werkzeuge bedarfsgerecht einsetzen
Medienausstattung
  • 1 Smartphone pro Kleingruppe

Details

Informationen zum Unterrichtsgegenstand
Dieser Versuch und die Auswertung bestätigen die Formel für die Schwingungsdauer. Es wird deutlich, dass die Schwingungsdauer von der Masse und der Federkonsanten abhängen. Über der Formel für die Schwingungsdauer können mithilfe des Smartphones letztlich Federkonstanten von vorhandenen Federn bestimmt werden.
Beschreibung des Unterrichtsbausteins
Der Versuch kann als Schülerexperiment in die Einheit "harmonische Schwingung" integriert werden. Der Versuch ist insbesondere zur Anwendung und Festigung von Inhalten zur harmonischen Schwingung geeignet. Nach der Einführung in die App (Auslesen des Beschleunigungssensors) sind die Schülerinnen und Schüler in der Lage das Experiment selbstständig durchzuführen. Je nach Wahl des Materials kann man den Versuch auch zu Hause durchführen lassen. Die Schülerinnen und Schüler bräuchten aus der Sammlung nur die jeweiligen Federn. Kontrollmöglichkeiten bieten die Tipps und Lösungen hinter den QR-Codes.
Bildungsplanbezug
Wellenkonzept (vgl. Bildungsplan Physik Sek 2., S. 16)
Möglichkeiten der Differenzierung / Individualisierung
Hilfestellungen sind auf dem Arbeitsblatt enthalten. Man kann statt Stativmaterial auch Alltagsmaterial wie Tisch/Stuhl mit Stift/Stab als Halterung und Klebeband verwenden. Auf diese Weise kann das Experiment auch zu Hause durchgeführt werden. Die exakten Messwerte lassen sich per Exel-Datei exportieren und auswerten.

Material

    • UBaustein_Physik_20_Anhang_Bsp._Versuchsaufbau_zu_Hause.jpg
    • UBaustein_Physik_20_Anhang_Bsp._Versuchsaufbau_mit_Stativmaterial.jpg
    • UBaustein_Physik_20_Anhang_Bsp._Graph_Phyphox_am_Smartphone.jpg
    • UBaustein_Physik_20_Anhang_Bsp._Graph_+_Tabelle_SPARKvue_am_Smartphone.jpg
    • Transparenter_Verlauf.pdf
    • Transparenter_Verlauf.docx
    • Kurz-Anleitung_SPARKvue.pdf
    • Kurz-Anleitung_SPARKvue.docx
    • Bsp._Daten_aus_Phyphox.xlsx
    • Arbeitsblatt.pdf
    • Arbeitsblatt.docx
  • Hinweise & Links

    Hinweise
    Das Experiment kann mit diversen Apps durchgeführt werden, die den Beschleunigungssensor des Smartphones auslesen können. Die App "SPARKvue" bietet den Vorteil, dass sowohl Graph als auch Datentabelle gleichzeitig ausgegeben werden können. Datenpunkte können direkt in der App am Graphen oder aus der Tabelle ausgelesen werden. Alternativ kann man die App "Phyphox" verwenden. Die App "Phyphox" bietet den Vorteil, dass sie in vielen Bereichen der Physik einsetzbar ist, sodass die Einführung in diese App langfristig von Vorteil sein kann. Leider lassen sich Datenpunkte am Smartphone kaum direkt ablesen, sodass ein Export der Daten notwendig wird. Dieser Vorgang ist etwas umständlicher als bei "SPARKvue".
    Weiterführende Literatur und Links
    • LeifiPhysik
    • Beispielvideo: Federpendel-Experiment

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