LS 04 Ein Schaubild zum Teilchenmodell und zu den Aggregat zuständen lesen und erklären

Transkript

1 LS 04 Wärme und Temperatur 14 LS 04 Ein Schaubild zum Teilchenmodell und zu den Aggregat zuständen lesen und erklären Zeit Lernaktivitäten Material Kompetenzen 1 PL 5 L gibt einen Überblick über den bevorstehenden Ablauf der Stunde. 2 EA 15 S lesen den Text und betrachten die Einzelteile des unfertigen Schaubildes. Sie suchen nach Erklärungen und Ideen zur Fertigstellung. 3 PA 10 Die Tandempartner tauschen ihre Ideen aus und klären Unklarheiten. 4 EA 20 Die S setzen in Einzelarbeit das Schaubild zusammen, sie ergänzen die Zeichnungen und Fachbegriffe. 5 GA 20 In der Gruppe werden die Ergebnisse gegenseitig vorgestellt, gegebenenfalls verbessert und eine Vorstellung besprochen. 6 PA 10 Im Doppelkreis werden die Ergebnisse wechselseitig vorgestellt. 7 PL 10 Zur Absicherung stellen die S Restfragen, ein Lösungsblatt zur Selbstkontrolle wird genutzt. M1 M1, Schere, Kleber M2 Fachsprache verwenden physikalische Sachverhalte strukturieren, beschreiben und wiedergeben Aussagen der Mitschüler beurteilen und gegebenenfalls berichtigen Merkposten Doppelkreis bilden: Die Schüler stellen sich im Kreis mit Blick nach innen auf. Jeder zweite macht einen Schritt nach innen, dreht sich um und stellt sich vor sein rechtes Gegenüber. Erläuterungen zur Lernspirale Ziel der Doppelstunde ist, die vorhandenen Kenntnisse der Schüler zu Aggregatzuständen zu strukturieren und mit Fachwissen zur inneren Energie von Teilchen und dem Teilchenmodell zu erweitern. Die Schüler sollen in der Lage sein, physikalische Sachverhalte mithilfe des Modells zu versprachlichen. Zum Ablauf im Einzelnen: Im 1. Arbeitsschritt erläutert der Lehrer das Vorgehen für die folgende Stunde. Fragen der Schüler zum Verlauf können beantwortet werden. Anschließend erhalten die Schüler im 2. Arbeitsschritt das zerstückelte Schaubild (M1). Der erläuternde Text zum Schaubild und das eigene Wissen soll die Schüler befähigen, alles zu einem Ganzem zusammenzusetzen. Alternativ kann statt den Erläuterungen auch das eigene Lehrbuch eingesetzt werden. Eine weitere Möglichkeit wäre ein Film, der die notwendigen Erläuterungen liefert. Im 3. Arbeitsschritt erklären die Schüler das Teilchenmodell einem Tandempartner. Eventuell auftretende Fragen zur inneren Energie der Teilchen oder auch der Wärmearten können gegenseitig diskutiert werden. Im nächsten 4. Arbeitsschritt sollen die Schüler das Schaubild zusammenstellen. Dazu schneiden sie die Einzelteile aus und kleben sie richtig auf. Alternativ können die Schüler auch ein Schaubild selbst entwerfen und aufzeichnen. Wichtig ist hierbei, dass die notwendigen Begriffe in das Schaubild eingearbeitet werden. Im 5. Arbeitsschritt sollte sich eine Gruppe von drei bis vier Schülern bilden. Sie stellen sich ihre Lernprodukte gegenseitig vor, lassen sich Bestätigung und Ratschläge geben. Eventuell muss etwas verbessert oder deutlicher dargelegt werden. Das Schaubild soll ein Hilfsmittel zur Erläuterung des Sachverhaltes sein. Im 6. Arbeitsschritt bilden sie einen Doppelkreis. Die Schüler des Innenkreises beginnen mit der Erläuterung des Teilchenmodells. Die Schüler des Außenkreises berichtigen notfalls und ergänzen, wenn nötig. Nach einem Platzwechsel durch den Innenkreis berichten nun die Schüler des Außenkreises. Zur Absicherung der Ergebnisse können die Schüler im 7. Arbeitsschritt im Plenum eventuell aufgetretene Restfragen stellen. Zusätzlich legt der Lehrer ein Lösungsblatt (M2) zum Beispiel in Form einer Folie auf. Die Schüler können so ihre Ergebnisse vergleichen.

2 15 Wärme und Temperatur LS 04.M1 04 Ein Schaubild zum Teilchenmodell und zu den Aggregatzuständen lesen und erklären Unvollständiges Schaubild zum Teilchenmodell 1. Lies den Text zum Teilchenmodell. Modelle helfen zu verstehen. Mit ihnen kann man sich physikalische Zusammenhänge besser vorstellen und erklären. Ein Modell, das die Aggregatzustände fest, flüssig und gasförmig erklärt, ist das Teilchenmodell. Es besagt, dass jeder Körper oder Stoff aus kleinen kugelförmigen Teilchen aufgebaut ist. Im festen Eiswürfel haben die Teilchen einen festen Platz. Sie sind regelmäßig angeordnet und haben nur wenig innere Energie. Deshalb schwingen sie nur leicht an ihrem Platz hin und her. Wird den Eiswürfeln Wärme (Schmelzwärme) zugeführt, steigt die innere Energie der Teilchen, sie bewegen sich immer mehr, stoßen einander an und brauchen mehr Platz. Die Eiswürfel werden zu einer Flüssigkeit. Führt man der Flüssigkeit weiter Wärme (Verdampfungswärme) zu, steigt die innere Energie der Teilchen weiter an, der Platzbedarf wird noch größer. Schließlich wird der Zusammenhalt ganz aufgelöst und die Teilchen entfernen sich voneinander. Das Wasser ist jetzt gasförmig. Mittlerweile hat sich die Temperatur von 0 C auf zirka 100 C erhöht. Der Vorgang funktioniert bekannterweise auch umgekehrt. Beim Kondensieren wird Wasserdampf zu einer Flüssigkeit. Dabei wird Kondensationswärme an die Umgebung abgegeben. Die innere Energie der Teilchen veringert sich, sie bewegen sich langsamer, kommen enger zusammen. Wenn flüssiges Wasser erstarrt, wird Erstarrungswärme frei. Jetzt ist die innere Energie der Teilchen so gering, dass sie ihren Platz nicht mehr verlassen können. 2. Schneide die Einzelteile des Schaubildes aus, ordne sie und vervollständige sie zu einem Gesamtbild. fest flüssig gasförmig sich kaum sich etwas sich stark verdampfen schmelzen erstarren Schmelzwärme Erstarrungswärme aufgenommen die Temperatur sinkt Verdampfungswärme Kondensationswärme abgegeben die Temperatur steigt kondensieren innere Energie der Teilchen steigt innere Energie der Teilchen sinkt

3 LS 04.M2 Wärme und Temperatur 16 Mögliche Lösung aufgenommen innere Energie der Teilchen steigt die Temperatur sinkt die Temperatur steigt gasförmig sich stark Verdampfungswärme Schmelzwärme fest sich kaum Erstarrungswärme Kondensationswärme flüssig sich etwas abgegeben innere Energie der Teilchen sinkt verdampfen kondensieren schmelzen erstarren

4 51 Wärme und Energie LS 03 LS 03 Wärmetransport im Marktplatz untersuchen Zeit Lernaktivitäten Material Kompetenzen 1 PL 5 L gibt einen Überblick über den bevorstehenden Ablauf der Stunde. 2 EA 20 Die S erarbeiten an einem Marktstand eine der Wärmetransportarten. 3 PA 10 Im Tandem besprechen die S ihre Ergebnisse und planen die Gruppenpräsentation. 4 GA 30 Die S informieren sich auf dem Marktplatz über die Wärmetransportarten in mindestens 3 Runden. M1 bis M4 Karten, Pinnnadeln, dicke Stifte, Klebe streifen 5 PA 10 In PA planen die S eine Präsentation im Plenum. M5 6 PL 15 Ausgewählte Tandems stellen ihre Ergebnisse vor. aktiv zuhören Fachwissen selbstständig erschließen Experimente planen und durchführen Sachverhalte strukturiert darstellen und zusammenfassen Beispiele zur Erläuterung physikalischer Sachverhalte heranziehen Erläuterungen zur Lernspirale Merkposten Jede der Informationskarten M1a bis M4a sollte auf verschiedenen Farben 6-mal kopiert und laminiert werden. Ziel der Doppelstunde ist es, die Wärmetransportarten Wärmeleitung, -strömung und -strahlung zu erkennen, voneinander zu unterscheiden und an Beispielen erklären zu können. Dazu wird der Klassenraum als Marktplatz genutzt. Gruppentische für max. 6 Schüler bilden die Markstände. An jedem Marktstand liegen in entsprechender Anzahl laminierte Informationskarten bereit. Sie sind jeweils auf der Rückseite von 1 bis 6 nummeriert. Zum Ablauf im Einzelnen: Im 1. Arbeitsschritt erläutert der Lehrer den geplanten Stundenverlauf. Da an den Marktständen kleine Versuche gemacht werden können, ist auf den Umgang mit offenem Feuer hinzuweisen. Im 2. Arbeitsschritt suchen sich die Schüler einen Arbeitsplatz auf dem Markt aus. Für jeden Schüler befindet sich eine identische Informationskarte am Stand. In Einzelarbeit bearbeiten die Schüler an ihrem selbst gewählten Marktstand die Thematik. Dazu lesen sie die Informationskarten und machen sich Notizen. Im 3. Arbeitsschritt erfolgt der Austausch über die gewonnen Erkenntnisse mit einen Partner vom Marktstand. Klärende Gespräche und Nachfragen innerhalb der Gruppe sind ausdrücklich erlaubt. Außerdem führen sie einen Versuch gemeinsam in der Gruppe durch. Dazu liegt jeweils die Informationskarte M1b bis M4b bereit. Der Lehrer entscheidet selbst, ob das Experimentiermaterial bereits am Marktstand steht oder ob die Schüler es sich holen sollen. Am Ende dieser Phase sollte jeder Schüler in der Lage sein, die Wärmetransportart bzw. das Thema thermisches Gleichgewicht zu erklären und am Beispiel zu verdeutlichen. Im folgenden 4. Arbeitsschritt werden die Informationen auf dem Markt angeboten. Dazu verbleibt jeweils der Schüler mit der Nummer 1 am Marktstand. Alle anderen suchen sich einen neuen Stand aus. Die präsentierenden Schüler erhalten Zeit, die anderen zu informieren und Versuche vorzuführen bzw. zu erläutern. Die Gäste am Marktstand stellen Fragen und machen sich Notizen, um für den nächsten Arbeitsschritt vorbereitet zu sein. Nach Abschluss der ersten Runde kommt der Schüler mit der Nummer 2 an den ursprünglichen Marktstand zurück. Alle anderen suchen sich einen neuen Stand. Jeder Schüler sollte alle Wärmetransportarten an einem Marktstand besucht haben. Mit einem Partner arbeiten die Schüler im 5. Arbeitsschritt die Informationen aus den Marktplatzrunden auf. Sie klären ihre Fragen, rekapitulieren und vervollständigen eine Übersicht (M5). Damit bereiten sie sich auf einen kurzen Vortrag vor, der auch durch einen der Versuche unterstützt werden kann. Die partnerschaftlichen Runden können mehrfach stattfinden, um so mehr Sicherheit bei den Schülern zu gewährleisten. Im letzten, 6. Arbeitsschritt werden einzelne Schüler ausgelost, die über Wärmeleitung, -strömung oder -strahlung berichten sollen. Noch offene Fragen können in einer abschließenden Runde geklärt werden. Bei mehr als 24 Schülern sollte es einen Markstand doppelt geben. Materialliste: Holzklötzchen Nägel Messbecher Thermometer Wasserkocher Messuhr Stäbchen aus verschiedenen Materialien Flügelrad Reflektorlampe Gerät zur Wärmeleitung Reagenzgläser

5 LS 03.M1a+b Wärme und Energie Wärmetransport im Marktplatz untersuchen LS 03.M1a Thermisches Gleichgewicht Kannst du sagen, was ein thermisches Gleichgewicht ist und wie es dazu kommt? Ein tiefgefrorenes Produkt hat mindestens eine Temperatur ϑ von 18 C. Was passiert mit ihm, wenn es der Raumtemperatur von etwa 20 C ausgesetzt wird? Natürlich, es taut auf. Warum ist das so? In der höheren Raumtemperatur steckt mehr thermische Energie als im Gefriergut. Mit dieser Energie wird das Gefrorene aufgetaut. Dies kann geschehen, weil vom wärmeren zum kälteren Körper ein thermischer Strom fließt, bis der Temperaturunterschied ausgeglichen ist. Die Höhe des Temperaturunterschiedes ist der Antrieb für den thermischen Strom. Je höher er ist, desto schneller findet der Temperaturausgleich statt. Sind die Temperaturen der beiden Körper gleich, ist das thermische Gleichgewicht hergestellt und der thermische Strom versiegt. Führe den Versuch zum thermischen Gleichgewicht durch. thermischer Strom Raum mit hoher Temperatur ϑ hoch Gefrorenes mit niedriger Temperatur ϑ tief Temperatur: Formelzeichen: ϑ (Theta) Einheit: C (Grad Celsius) Temperaturunterschied = hohe Temperatur niedrige Temperatur ΔT = ϑ hoch ϑ tief ΔT = 20 C ( 18 C) ΔT = 38 K LS 03.M1b Versuchsbeschreibung Material: Wasserkocher, zwei Thermometer, zwei Bechergläser, Messuhr Versuchsaufbau: Versuchsdurchführung: Führe den Versuch durch und notiere die Werte in der Tabelle: Zeit in s ϑ hoch ϑ tief Trage die Werte in das Zeit-Temperatur-Diagramm ein: Temperatur in C Baut den Versuch auf. Die zwei Bechergläser müssen ineinanderpassen. Fülle ins innere Glas heißes Wasser (ca. 50 C). Im äußeren Glas ist kaltes Leitungswasser. Rühre regelmäßig um und miss die Temperaturen in beiden Bechergläsern im Abstand von 30 s t in s