Jg.

Fragestellung

Inhaltsfeld/Inhaltliche Schwerpunkte

Kompetenzen

Welche mechanischen Erfindungen veränderten das Leben der Menschen?

Wie kann ich entscheiden, welche Maschine sich am besten für eine Arbeit eignet?

Kräfte und Maschinen (3)

Kraft, Energie und Leistung, Maschinen

UF1 Konzepte der Physik unter Bezug auf übergeordnete Modelle, Prinzipien und Gesetzmäßigkeiten erläutern, auch unter Verwendung von Beispielen.

K2 Daten und andere Informationen aus fachlichen Texten, Abbildungen, Grafiken, Schemata, Tabellen und Diagrammen entnehmen und diese, ggf. im Zusammenhang mit erklärenden Textstellen, sachgerecht interpretieren.

E4 auf der Grundlage vorhandener Hypothesen zu untersuchende Variablen (unabhängige und abhängige Variablen, Kontrollvariablen) identifizieren und diese in Untersuchungen und Experimenten systematisch verändern bzw. konstant halten.

E8 Modelle, auch in formalisierter oder mathematischer Form, zur Beschreibung, Erklärung und Vorhersage physikalisch-technischer Vorgänge verwenden.

Lernvoraussetzungen – (aus der Physik und aus anderen Fächern)

Kontextthema „Das Leben Isaac Newtons“ (Klasse 7 WP): Kraft, Masse, Pfeildarstellung von Kräften

Biologie, Kontextthema „Tiere und Pflanzen in der Umgebung“: Steckbrief erstellen

Fragestellungen; Konzepte

(Zeitumfang)

Konkretisierte Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler können…

Absprachen zum Unterricht (Methoden, Medien, Experimente, Leistungsüberprüfung…)

obligatorisch oder fakultativ

Wie erleichtern Werkzeuge und einfache Maschinen den Alltag?

Kräfte, Kraftwandler, Hebel, magnetische Kräfte und Felder

(8 Ust)

Informationen zur historischen Bedeutung des Einsatzes von Maschinen selbständig aus geeigneten Quellen beschaffen, einschätzen und zusammenfassen. (K5)

Kraftwandlungen bei einfachen Werkzeugen erläutern und damit deren Funktion und Wirkung erklären. (E1, E8)

bei Versuchen (u. a. mit Kraftwandlern und einfachen Maschinen wie Hebel und Flaschenzug) selbstständig die zu messenden Größen benennen und systematisch den Einfluss dieser Größen untersuchen. (E4)

die Funktionsweise einfacher mechanischer Maschinen über die Wandlung, Umlenkung, Aufteilung und Gleichgewichte von Kräften erklären und mithilfe von Kraftvektoren darstellen. (UF1, UF3, UF4)

bei der Beobachtung von Vorgängen (u. a. an einfachen Maschinen) zwischen der Beschreibung der Beobachtungen und der Deutung dieser Beobachtungen unterscheiden. (E2)

bei Versuchen (u. a. mit Kraftwandlern und einfachen Maschinen wie Hebel und Flaschenzug) qualitative und einfache quantitative Zusammenhänge ableiten, formal beschreiben und für Vorhersagen nutzen. (E6)

Einstieg in den Kontext: Conceptmap

Projekt Mechanische Erfindungen: Arbeitsteilige

Gruppenarbeit zu verschiedenen einfachen Maschinen (Hebel; Flaschenzug, Rampe):

Leitfragen:

· Wie kann ich die Phänomene mit Experimenten veranschaulichen

· Wie kann ich die Kräfte mit Kraftpfeilen anschaulich darstellen

· Wie kann ich Zusammenhänge erkennen, quantitativ beschreiben und für Vorhersagen nutzen.

· Welche Anwendungsbeispiele gibt es?

Ergebnisse des Projekts werden in der eigenen Klasse oder für eine Parallelklasse aufbereitet und präsentiert.

Kraftwirkung an Werkzeugen durch Kraft und Hebelarm beschreiben.

Der Begriff Drehmoment wird mit Bezug auf den Hebel (Drehmomentschlüssel) eingeführt.

Im Rahmen einer Betriebserkundung erkunden die Schülerinnen und Schüler den Einsatz von Werkzeugen und Maschinen.

Welche Kriterien gibt es für den Einsatz von Werkzeugen und einfachen Maschinen?

Energie und Leistung (mechanisch und elektrisch), Energieerhaltung, Energieformen, Energieumwandlung

(8 Ust)

mechanische Energieumwandlungsprozesse an Beispielen erläutern und Ergebnisse dieser Prozesse mit dem Energieerhaltungssatz erklären. (UF1)

die Goldene Regel der Mechanik zur Funktion einfacher Maschinen als Spezialfall des Energieerhaltungssatzes deuten. (UF1)

mathematische Beschreibungen zur Berechnung von Energieumwandlungen (heben, hochsteigen, fallen) nutzen und die Energieumsätze vergleichen. (E8)

Energieumwandlungen an Maschinen mit Hilfe von Energieflussdiagrammen darstellen. (K1)

in einfachen Zusammenhängen Überlegungen und Entscheidungen zur Arbeitsökonomie und zur Wahl von Werkzeugen und Maschinen treffen und ihre Entscheidungen mit physikalischen Argumenten stützen. (B1)

in Anwendungssituationen den Einsatz von Maschinen abwägen und begründen. (B2)

an Beispielen Beziehungen zwischen Kräften, Energie und Leistung darstellen. (UF2)

Vernetzung mit dem Fach Geschichte: Die Entwicklung der Dampfmaschine;

Goldene Regel der Mechanik

Berechnungen an der Rampe oder am Flaschenzug durchführen.

Der Begriff Leistung wird im Zusammenhang mit elektrischen Winden (Kran) eingeführt. Ein Kran hebt schwere Gewichte in kurzer Zeit an.

Versuche zur Fragestellung: Welche Leistung kann ein Mensch beim Heben erbringen? Welche Leistung erbringt ein Kran beim Heben?

In verschiedenen Situationen (z.B. Gegenstände anheben, Schrauben festziehen und lösen, Sägen, Gartenarbeit) Kriterien für den Einsatz von Maschinen und Werkzeugen angeben. Dabei auch die Begriffe Kraft, Energie und Leistung verwenden.