In­duk­ti­on und frei­er Fall

Bezug zum Bil­dungs­plan

4. Spe­zi­fi­sches Me­tho­den­re­per­toire der Phy­sik

1. Die SuS kön­nen Zu­sam­men­hän­ge zwi­schen phy­si­ka­li­schen Grö­ßen un­ter­su­chen.
2. Die SuS kön­nen Ex­pe­ri­men­te unter An­lei­tung pla­nen, durch­füh­ren, aus­wer­ten, gra­fisch ver­an­schau­li­chen und ein­fa­che Feh­ler­be­trach­tun­gen vor­neh­men.
3. Die SuS kön­nen com­pu­ter­un­ter­stütz­te Mess­wert­er­fas­sungs- und Aus­wer­tungs­sys­te­me im Prak­ti­kum selbst­stän­dig ein­set­zen.

9. Struk­tu­ren und Ana­lo­gi­en

1. Die SuS kön­nen das ma­gne­ti­sche und elek­tri­sche Feld als phy­si­ka­li­sches Sys­tem be­schrei­ben und die Grund­la­gen der Max­well­theo­rie ver­ste­hen, in der die Elek­tro­dy­na­mik auf vier Aus­sa­gen zu­rück­ge­führt wird.

Grund­kennt­nis­se wer­den bei fol­gen­den The­men er­war­tet:
In­hal­te:
In­duk­ti­on

8. Grund­le­gen­de phy­si­ka­li­sche Grö­ßen

Die SuS kön­nen mit wei­te­ren grund­le­gen­den phy­si­ka­li­schen Grö­ßen um­ge­hen: ma­gne­ti­sche Fluss­dich­te.

Un­ter­richt­li­cher Zu­sam­men­hang

Ein­satz im Prak­ti­kum der Kurs­stu­fe

Pro­blem­stel­lung

Ein Stab­ma­gnet fällt durch meh­re­re Spu­len. Der zeit­li­che Ver­lauf der in den Spu­len in­du­zier­ten Span­nung soll un­ter­sucht wer­den.

Ziel

Durch ei­ge­nes Ex­pe­ri­men­tie­ren wer­den Sie Hy­po­the­sen zum zeit­li­chen Ver­lauf der in­du­zier­ten Span­nung über­prü­fen. Da­durch ver­tie­fen Sie Ihre Kennt­nis­se zur elek­tro­ma­gne­ti­schen In­duk­ti­on und ge­win­nen zu­neh­mend Si­cher­heit im Um­gang mit dem Mess­wert­er­fas­sungs­sys­tem CASSY.

Auf­ga­ben­stel­lung

Las­sen Sie einen klei­nen Stab­ma­gne­ten durch meh­re­re in Reihe ge­schal­te­te Spu­len fal­len. Re­gis­trie­ren Sie die in­du­zier­te Span­nung mit CASSY.

Ge­rä­te

Note­book
1	Po­cket-CASSY (524 006) mit USB-Kabel
1	UIP-Sen­sor S (524 0621)
1	Stab­ma­gnet
3	Spu­len 500 Win­dun­gen (590 83)
1	LH-Spule 1000 Win­dun­gen (590 84)
Sta­tiv­ma­te­ri­al, Kabel
Glas­rohr oder Plas­tik­schlauch mit ge­eig­ne­tem Durch­mes­ser und ge­eig­ne­ter Länge
Papp­schach­tel zum Auf­fan­gen des Ma­gne­ten

Auf­bau

Be­fes­ti­gen Sie die Spu­len in einem ge­eig­ne­ten Ab­stand un­ter­ein­an­der mit Sta­tiv­ma­te­ri­al. Ein Glas­rohr oder Plas­tik­schlauch kann als Füh­rung für den Stab­ma­gne­ten die­nen.

Auf­ga­be zur Vor­be­rei­tung

Wel­chen zeit­li­chen Ver­lauf der in­du­zier­ten Span­nung er­war­ten Sie beim Durch­fal­len des Ma­gne­ten? Skiz­zie­ren Sie Ihre Vor­her­sa­ge und be­grün­den Sie!

Durch­füh­rung

1. Las­sen Sie den Ma­gne­ten durch die Spu­len fal­len und re­gis­trie­ren Sie den Span­nungs­ver­lauf!
2. Va­ri­ie­ren Sie die Ver­suchs­be­din­gun­gen. Sagen Sie in jedem Fall den zeit­li­chen Ver­lauf der in­du­zier­ten Span­nung vor­aus und über­prü­fen Sie im Ex­pe­ri­ment!
   1. Er­set­zen Sie die mitt­le­re Spule durch eine Spule mit 1000 Win­dun­gen.
   2. Än­dern Sie die Po­lung der mitt­le­ren Spule.
   3. ... Wei­te­re Ideen!

Aus­wer­tung

1. Ver­glei­chen Sie je­weils das t-U-Schau­bild mit Ihrer Vor­her­sa­ge! Fin­den Sie Ge­mein­sam­kei­ten und Un­ter­schie­de.
2. In­ter­pre­tie­ren und be­grün­den Sie den Ver­lauf des je­weils er­hal­te­nen Schau­bil­des. Set­zen Sie es in Be­zie­hung mit dem zeit­li­chen Ver­lauf der ma­gne­ti­schen Fluss­dich­te. Wel­che der vier Max­well'schen Glei­chun­gen müs­sen hier zu Rate ge­zo­gen wer­den?
3. Zu I: Ver­glei­chen Sie die Flä­chen­in­hal­te unter den Kur­ven für jede Spule! Was stel­len Sie fest? Be­grün­den Sie!
4. Zu I: Über­prü­fen Sie, ob die Span­nungs­spit­zen auf einer Ge­ra­den lie­gen. Ver­län­gern Sie diese Ge­ra­de. Wel­che Be­deu­tung hat der Durch­stoß­punkt der Ge­ra­den mit der t-Achse?

Ver­suchs­bei­spiel

Auf­ga­be I

Dia­gramm:

Auf­ga­be II.a)

Dia­gramm:

Auf­ga­be II.b)

Dia­gramm:

Down­load

In­duk­ti­on und frei­er Fall: Her­un­ter­la­den [doc] [579 KB]

 

Wei­ter mit Cassy 1: Licht­sen­sor