Materialien zur Lehrerfortbildung „Experimente zur Astrophysik“

(für Lehrerinnen und Lehrer, die in der Oberstufe Physik unterrichten, Lehrgangsnummer: 817460, Akademie Esslingen, 23./24. März 2006)

Experimente sind für die Schule Erfahrungsfeld und Vertrauensbasis hinsichtlich der zu vermittelnden naturwissenschaftlichen Zusammenhänge. Die Astronomie ermöglicht dabei faszinierende Bezüge. Zu Beginn des Lehrgangs wird überblicksartig eine nach physikalischen Stoffgebieten gegliederte Auswahl möglicher astronomisch relevanter Experimente für den Physikunterricht gegeben. Schulexperimente zur Mechanik und Magnetostatik, die die Sicht auf die Erde als Planet aufgreifen, werden im Themenkomplex 1 vorgestellt. Im Themenkomplex 2 geht es um Freihandexperimente, die in Verknüpfung mit der Astronomie einen lebendigen und faszinierenden Physik-Unterricht ermöglichen. Im Rahmen von Workshops werden die zuvor in Themenkomplexen vorgestellten Experimente in Gruppen zu je 3 Personen durchgeführt und dokumentiert. Die auf die Workshops folgenden Präsentationen eröffnen Freiräume für Diskussionen und schöpferische Beiträge. Der abnehmende Mond im letzten Viertel erlaubt die Beobachtung des abendlichen Sternenhimmels ohne das störende Mondlicht.

Vortrag: Experimente zur Astrophysik in der Schule
(Dr. Oliver Schwarz, Universität Landau)
Experimente sind für die Schule Erfahrungsfeld und Vertrauensbasis hinsichtlich der zu vermittelnden naturwissenschaftlichen Zusammenhänge. Die Astronomie ermöglicht dabei faszinierende Bezüge. Zu Beginn des Lehrgangs wird überblicksartig eine nach physikalischen Stoffgebieten gegliederte Auswahl möglicher astronomisch relevanter Experimente für den Physikunterricht gegeben. Dabei können aus Zeitgründen nur einige Experimente demonstriert werden, alle vorgestellten Versuche werden aber so ausführlich besprochen, dass sie mit Hilfe der Versuchsanleitungen auf der Begleit-CD selbst durchgeführt werden können.

PowerPoint-Präsentation zum Thema: Experimente zur Astrophysik in der Schule [ppt] [25,5 MB]
  Analogiebetrachtungen und Modellexperimente für stellare Zustandsgrößen [doc] [1,9 MB]
  Flächensatz und Zentralkräfte im Experiment [doc] [1,9 MB]

Vortrag: Themenkomplex 1 – Physik der Erde
Es werden Schulexperimente zur Mechanik und Magnetostatik vorgestellt, die die Sicht auf die Erde als Planet aufgreifen und damit interessante Bezüge zur Astronomie erlauben. Mit einem neuartigen Gravimeter kann die Fallbeschleunigung so genau ermittelt werden, dass man deren Breitenabhängigkeit herausarbeiten kann. Ein einfaches Magnetometer erlaubt die Bestimmung der Horizontalkomponente des irdischen Magnetfeldes. Mit Hilfe des bleibeschwerten Fahrradfelgenkreisels kann die Präzession der Erdachse modelliert werden.

Workshop zum Themenkomplex 1

In Gruppen zu je 3 Personen sollen die drei zuvor vorgestellten Experimente (Gravimeter, Magnetometer, Felgenkreisel) durchgeführt und dokumentiert werden. Pro Experiment stehen dafür ca. 50 min zur Verfügung. Die Ergebnisse werden in einer anschließenden Präsentation punktuell vorgestellt, verglichen und diskutiert.

  Gravimetrie mit Schulmitteln [doc] [2,8 MB]
  Bestimmung der Horizontalkomponente des Erdmagnetfeldes [doc] [1,4 MB]
  Abschätzung des Platonischen Jahres auf Grundlage einfacher Betrachtungen am Fahradfelgenkreisel [doc] [823 KB]

Vortrag: Themenkomplex 2 – Freihandexperimente zur Astronomie
Freihandexperimente können Motivationselement sein, sie lockern den Unterricht auf, lassen Überraschungseffekte einfacher als komplexe Experimentieranordnungen vermitteln, reduzieren als Experimente mit Dingen des täglichen Gebrauchs den Abstand zum Versuchsobjekt oftmals auch den experimentellen Aufwand für den Lehrer. In Verknüpfung mit der Astronomie ermöglichen sie einen lebendigen und faszinierenden Physik-Unterricht. Verschiedene Freihandexperimente werden vorgestellt.

Workshop zum Themenkomplex 2
Die vorgestellten Freihandexperimente werden in Gruppen zu je 3 Personen getestet. Pro Experiment stehen ca. 10-15 min zur Verfügung. Die vorliegende Dokumentation gilt es zu ergänzen. In der folgenden Präsentation sollen alle Freihandexperimente nochmals durch Teilnehmer vorgeführt werden.

Übersicht: Freihandexperimente zur Astronomie [doc] [2,8 MB]
Freihandexperiment „Die Sonnenoberfläche in der Keksdose“ [doc] [368 KB]
Konvektionsheizung – Der „Kochtopf“ auf der Sonne? [doc] [2 MB]
Allwellenastronomie – Infrarotstrahlung in der Digitalkamera [doc] [314 KB]
Freihandexperiment „Fritter – nicht für Kartoffeln“ [doc] [186 KB]
Wellenoptik und das Auflösungsvermögen von Teleskopen [doc] [11,3 MB]
Freihandexperiment „Himmel im Wasserglas“ [doc] [82 KB]
Freihandexperimente „Klappdach von Rebenstorff“ und „Kugel am Gängelband“ [doc] [276 KB]

Abendvortrag und Beobachtungen des Sternenhimmels

Herr Gymnasialprofessor a. D. Hermann Zeuner stellt in gemütlicher Runde seine Aalener Sonnenuhren vor.
Anschließend kann noch beobachtet werden. Der abnehmende Mond im letzten Viertel erlaubt Beobachtungen des abendlichen Sternenhimmels ohne das störende Mondlicht. In Anknüpfung an die Vorstellung eines Langzeitexperiments zur Präzession und das Modellexperiment mit dem Fahrradfelgenkreisel sollen zunächst die Sterne aufgesucht werden, die im Laufe des Platonischen Jahres einmal die Rolle eines Polarsterns übernahmen könnten. Die Beobachtung der Planeten Mars und Saturn kann mit Information zu Fallbeschleunigungen und Magnetfeldstärken und entsprechenden Vergleichen zur Verdeutlichung der Werte motiviert und begleitet werden. Kurz vor Mitternacht erscheint dann noch Jupiter über dem Osthorizont.


erstellt mit Sky 6

Aalener Sonnenuhren   [doc] [2,6 MB]