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Bei­spie­le

In­fo­box

Diese Seite ist Teil einer Ma­te­ria­li­en­samm­lung zum Bil­dungs­plan 2004: Grund­la­gen der Kom­pe­tenz­ori­en­tie­rung. Bitte be­ach­ten Sie, dass der Bil­dungs­plan fort­ge­schrie­ben wurde.

Schal­tung von Kon­den­sa­to­ren
Selbst­stän­di­ge Er­ar­bei­tung

Ziel: Sie sol­len dem Schul­buch mög­lichst ef­fi­zi­ent einen Sach­ver­halt ent­neh­men, ihn ver­ste­hen und an­wen­den.

Frage:

Wel­che Ka­pa­zi­tät er­hält man, wenn man meh­re­re Kon­den­sa­to­ren zu­sam­men­schal­tet?

Auf­ga­be:
  1. Su­chen Sie im Schul­buch das ent­spre­chen­de Ka­pi­tel.
  2. Ent­neh­men Sie dem Ka­pi­tel die zu­ge­hö­ri­gen Glei­chun­gen. Über­le­sen Sie zu­nächst die Her­lei­tun­gen und ver­su­chen Sie so schnell wie mög­lich eine Ant­wort auf die ge­stell­te Frage zu fin­den.
  3. Ma­chen Sie sich klar, was die Glei­chun­gen aus­sa­gen.
  4. Er­stel­len Sie einen mög­lichst kur­zen und prä­gnan­ten Heft­auf­schrieb. Be­schrän­ken Sie sich wie bei einem Spi­cker auf das Al­ler­wich­tigs­te.

Kon­trol­le: Über­prü­fen Sie, ob Sie alles rich­tig ver­stan­den haben.

  1. Wel­cher Satz ist rich­tig:
    1. Bei der Par­al­lel­schal­tung von Kon­den­sa­to­ren ist die Er­satz­ka­pa­zi­tät
      1. grö­ßer als die größ­te Ein­zel­ka­pa­zi­tät
      2. grö­ßer als die kleins­te Ein­zel­ka­pa­zi­tät
      3. klei­ner als die kleins­te Ein­zel­ka­pa­zi­tät
    2. Bei der Rei­hen­schal­tung von Kon­den­sa­to­ren ist die Er­satz­ka­pa­zi­tät
      1. klei­ner als die größ­te Ein­zel­ka­pa­zi­tät
      2. klei­ner als die kleins­te Ein­zel­ka­pa­zi­tät
      3. grö­ßer als die kleins­te Ein­zel­ka­pa­zi­tät
  2. Schal­ten Sie drei Kon­den­sa­to­ren mit einer Ka­pa­zi­tät von je 1 μF auf mög­lichst viele ver­schie­de­ne Arten zu­sam­men und be­rech­nen Sie je­weils die Er­satz­ka­pa­zi­tät

Er­gän­zung: Wenn Sie neu­gie­rig ge­wor­den sind, kön­nen Sie sich nun auch die Her­lei­tun­gen der Glei­chun­gen an­schau­en.

Ge­schwin­dig­keits­ab­hän­gig­keit der Masse
Pla­n­ar­beit

Pro­blem­stel­lung:

Eine Kon­se­quenz der spe­zi­el­len Re­la­ti­vi­täts­theo­rie ist, dass die Masse eines jeden Kör­pers von sei­ner Ge­schwin­dig­keit ab­hängt.

Ist m 0 die Ru­he­mas­se eines Kör­pers (v = 0) und be­wegt sich der Kör­per mit der Ge­schwin­dig­keit v an uns vor­bei, so mes­sen wir eine Masse von

m(v)=m0/sqrt(1-(v/c)^2)

c = 3⋅10 8  m/s = 300000 km/s ist die Licht­ge­schwin­dig­keit.

Fra­gen:
  • Was be­deu­tet diese For­mel an­schau­lich?
  • Wie sieht das Schau­bild die­ser Funk­ti­on aus?
  • Wieso ist uns die­ser Ef­fekt noch nie auf­ge­fal­len? Ab wel­cher Ge­schwin­dig­keit spielt die re­la­ti­vis­ti­sche Mas­sen­zu­nah­me etwa eine Rolle?
  • Wel­che Kon­se­quen­zen kann man dar­aus zie­hen?
Auf­ga­ben:

Klä­ren Sie diese Fra­gen mit Ih­rem­Ta­schen­rech­ner TI 83 mit mög­lichst wenig Hil­fe­stel­lung.

Tipp: Set­zen Sie m 0  = 1 Mas­sen­ein­heit. Er­set­zen Sie in der Glei­chung den Quo­ti­en­ten v/c durch eine Va­ria­ble. Sie gibt den An­teil der Ge­schwin­dig­keit von der Licht­ge­schwin­dig­keit an.

Hil­fe­stel­lung:
  1. Füh­ren Sie einen Sys­tem - RESET durch:
    • 2nd MEM 5 1 2
  2. De­fi­nie­ren Sie die Funk­ti­on:
    • Y= Y 1 =1/(1-X 2 ) ½ ENTER 2nd QUIT
  3. Be­trach­ten Sie das Schau­bild:
    • Schau­bild de­fi­nie­ren
      • WINDOW X min  = 0 X max  = 1 X scl  = 0,1 Y min  = 0 Y max  = 10
    • Schau­bil­der be­trach­ten
  4. Be­trach­ten Sie die Funk­ti­ons­wer­te in der Ta­bel­le:
    • Ta­bel­le de­fi­nie­ren
      • 2nd TBLSET TblStart = 0 ENTER ΔTbl = 0.01 ENTER 2nd QUIT
    • Ta­bel­len­wer­te be­trach­ten
      • 2nd TABLE
      • GRAPH

En­er­gie und En­er­gie­dich­te des ma­gne­ti­schen Fel­des
Pla­n­ar­beit

Pro­blem­stel­lung:

Aus dem Aus­schalt­vor­gang bei einer Spule konn­te ge­schlos­sen wer­den, dass in ihrem ma­gne­ti­schen Feld En­er­gie ge­spei­chert ist. Wie lässt sich diese En­er­gie be­rech­nen?

Ziele:
  • Für alle:
    • Eine Glei­chung zur Be­rech­nung der En­er­gie im Feld einer strom­durch­flos­se­nen Spule ken­nen, ver­ste­hen und an­wen­den kön­nen.
    • Die Glei­chung für die En­er­gie­dich­te ken­nen, ver­ste­hen und an­wen­den kön­nen.
  • Für Schü­ler, sie sich mehr zu­trau­en:
    • Die Glei­chung für die En­er­gie­dich­te einer schlan­ken Spule her­lei­ten kön­nen.
  • Für Schü­ler, die sich viel mehr zu­trau­en:
    • Die Glei­chung für die En­er­gie des ma­gne­ti­schen Fel­des einer strom­durch­flos­se­nen Spule her­lei­ten kön­nen.
Hilfs­mit­tel:

Buch Dorn-Bader S. 70, 71

Zeit:

1 Schul­stun­de plus häus­li­che Ar­beits­zeit

Zur Vor­be­rei­tung:

Noch ohne Buch , auf dem Schmier­blatt!

  • Von wel­chen Grö­ßen wird die En­er­gie des ma­gne­ti­schen Fel­des einer strom­durch­flos­se­nen Spule ab­hän­gen?
  • Von wel­chen Grö­ßen wird die En­er­gie­dich­te des ma­gne­ti­schen Fel­des ab­hän­gen?
  • Be­trach­ten Sie die ent­spre­chen­den Glei­chun­gen für das elek­tri­sche Feld und ver­su­chen Sie, Glei­chun­gen für den ma­gne­ti­schen Fall zu er­ra­ten. Ein­hei­ten­kon­trol­le!
Auf­ga­ben

Ent­schei­den Sie, wel­che der ge­nann­ten Ziele Sie er­rei­chen möch­ten. Ent­neh­men Sie die ent­spre­chen­den In­for­ma­tio­nen dem Lehr­text im Buch und er­stel­len Sie damit IHREN Heft­auf­schrieb.

Kon­troll­fra­gen

Über­prü­fen Sie Ihre Lern­zie­le. Wie viele Auf­ga­ben Sie be­ar­bei­ten, hängt davon ab, was Sie sich vor­ge­nom­men haben. (Buch Dorn-Bader)

Auf­ga­be 1
Buch S. 71: A1 {18 J; 15,3 J; 36,7 m; 233}
Auf­ga­be 2
Buch S. 71: A2 {6,3 mH; 0,31 J}
Auf­ga­be 3
Schrei­ben Sie die ge­lern­ten Glei­chun­gen aus­wen­dig auf. Was be­deu­ten die ein­zel­nen Grö­ßen in der Glei­chung?
Auf­ga­be 4
Be­schrei­ben und er­klä­ren Sie die Bil­der auf S. 71 in B2 mit ei­ge­nen Wor­ten.
Auf­ga­be 5
Er­klä­ren Sie eine der Her­lei­tun­gen, die Sie sich vor­ge­nom­men haben, Ihrem Part­ner auf einem zu­nächst lee­ren Blatt Pa­pier.

Down­load

Un­be­kann­te For­meln im Un­ter­richt: Her­un­ter­la­den [doc] [64 KB]