Jg.

Fragestellung

Inhaltsfeld/Inhaltliche Schwerpunkte

Kompetenzen

Wie kann elektrische Energie eingespart werden?

Wie wird elektrische Energie im Haushalt verteilt und welche Schutzmaßnahmen gibt es?

Elektrizität und ihre Wirkungen (2)

Elektrische Energie und Leistung

Gesetze des Stromkreises

E7 Elemente wesentlicher physikalischer Modellierungen situationsgerecht und begründet auswählen und dabei ihre Grenzen und Gültigkeitsbereiche beachten.

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

K3 ein gegliedertes Protokoll anlegen, Versuchsabläufe und Beobachtungen nachvollziehbar beschreiben und die gewonnenen Daten vollständig und in angemessener Genauigkeit darstellen.

B1 für Entscheidungen in physikalisch-technischen Zusammenhängen Bewertungskriterien und Handlungsoptionen ermitteln und diese einander zuordnen.

Lernvoraussetzungen – (aus der Physik und aus anderen Fächern)

Kontextthema „Elektrische Geräte im Alltag“ (Jg. 6): Stromkreis; Parallel- und Reihenschaltung; Stromwirkungen; Energietransport durch elektrischen Strom; Energieumwandlungen; Leiter und Nichtleiter; einfaches Modell des elektrischen Stroms

Kontextthema „Gewitter“: Kräfte zwischen Ladungen; Kern-Hülle-Modell des Atoms; Eigenschaften von Ladungen; Spannung

Fragestellungen; Konzepte

(Zeitumfang)

Konkretisierte Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler können…

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

obligatorisch oder fakultativ

Wieviel „Watt“ haben verschiedene Elektrogeräte?

(1 Ust)

bei der Auswertung technischer Daten von Elektrogeräten die für die Ermittlung des Energiebedarfs wesentlichen Angaben identifizieren. (K2)

Begriff Leistung P: Einheit 1 W = 1VA

Wie kann der Energiebedarf von Elektrogeräten und Haushalten bestimmt werden?

Wie kann man elektrische Energie einsparen?

elektrische Energie, elektrische Leistung, Wirkungsgrad, Energieumwandlung

(3 Ust)

den Zusammenhang zwischen elektrischer Energie und elektrischer Leistung beschreiben und das physikalische Verständnis von Leistung vom Alltagsbegriff abgrenzen. (UF2, UF4)

mathematische Berechnungen nutzen, um den Energiebedarf und die Betriebskosten von Elektrogeräten vorherzusagen (E8).

die Energieumwandlungen bei verschiedenen elektrischen Geräten mit Energieflussdiagrammen darstellen. (K7)

den Energiebedarf eines Haushalts mit verschiedenen Diagrammformen darstellen und Vor- und Nachteile verschiedener Diagrammformen benennen. (K4)

verschiedene Energiesparmöglichkeiten bezüglich ihrer Effizienz mit Bezug auf physikalische Konzepte (Wirkungsgrad, Nutzungsdauer, finanzieller Aufwand, Leistung) beurteilen. (B1)

Kriterien zum Gebrauch von Elektrizität im Haushalt abwägen (Sicherheit, Kosten, Komfort, Umweltverträglichkeit). (B2)

Energieumwandlungsketten

Berechnung der Energie E=P ? t

Beispiel zu Energiesparmaßnahmen mit Bezug zur Formel begründen: (Leistungsreduzierung, Einschaltzeit.)

mögliches Projekt: jährlichen Energiebedarf von vier Elektrogeräten im Haushalt bestimmen und in einem Diagramm darstellen.

oder:

jährlichen elektrischen Energiebedarf der Schule abschätzen

Wie kann man sich die Energieübertragung im Stromkreis vorstellen?

Stromstärke, Spannung, Widerstand, Gittermodell der Metalle

(8 Ust)

einen Stromkreis als System beschreiben und darin die Beziehungen zwischen Bewegungen freier Ladungsträger, Spannung, Widerstand und Stromstärke darstellen. (UF1)

Vorzüge und Grenzen verschiedener Analogiemodelle zu elektrischen Stromkreisen erläutern. (E7)

zu Gesetzmäßigkeiten in elektrischen Stromkreisen Hypothesen entwickeln, diese mithilfe von Analogiemodellen begründen und Möglichkeiten zur Überprüfung angeben. (E3, E8)

Spannungs- und Stromstärkemessungen planen (Schaltung entwickeln, Schaltzeichnungen erstellen, konstante, abhängige und unabhängige Größen bestimmen) und unter sachgerechter Verwendung der Messgeräte durchführen. (E5, E4)

die Temperaturabhängigkeit von Widerständen mithilfe des Metallgittermodells qualitativ erklären und experimentell bestimmen. (E8, E5)

die Abhängigkeit des elektrischen Widerstands eines Leiters von dessen Eigenschaften (Länge, Querschnitt, Material) mit einem einfachen Leitungsmodell erklären. (E8, UF1)

die Leistung sowie den Widerstand in elektrischen Stromkreisen über Messungen von Spannung und Stromstärke bestimmen. (E6)

für Messungen und Berechnungen (u. a. bei Stromkreisen) Größengleichungen verwenden und die korrekten Maßeinheiten verwenden. (E5)

für eine Messreihe mit mehreren Variablen (u. a. zu elektrischen Schaltungen) selbstständig eine geeignete Tabelle anlegen. (K4)

Fahrradkettenanalogie, Wasserkreislaufanalogie, Gravitationsanalogie mit Kugelbahn

Schülergerechte Bedienungsanleitung für Messgerät ist im Ordner in der Sammlung abgeheftet.

Begriffe für Messgeräte: Spannungsmesser und Stromstärkemessgerät oder Strommesser

Qualitative Experimente zur Untersuchung der Temperaturabhängigkeit oder der Längenabhängigkeit des Widerstandes von Leitern selbstständig planen und durchführen (Hilfe: Methodenbox Untersuchungen planen).

Lernprodukt Versuchsprotokoll (wird eingesammelt und bewertet)

Wie sind elektrische Bauteile (Elektrogeräte, Schalter, Sicherungen,…) im Haushalt verschaltet?

Parallel- und Reihenschaltung

(4 Ust)

bei verzweigten elektrischen Stromkreisen begründet Reihenschaltungen und Parallelschaltungen identifizieren und die Aufteilung von Strömen und Spannungen an den Verzweigungen erläutern. (UF3)

Messdaten zu Stromstärke und Spannung in unterschiedlichen Stromkreisen auswerten, daraus qualitative und einfache quantitative Zusammenhänge ableiten und diese formal beschreiben. (E6)

Experimente zur Spannungs- und Strömestärkemessung bei der Reihen- und Parallelschaltung von Geräten und Energiequellen (Batterien und Akkus) durchführen.

Nicht erforderlich: komplexe formale Berechnungen bei Parallelschaltungen

Wie funktioniert eine Sicherung?

Stromstärke, Gittermodell der Metalle

(4 Ust)

mithilfe des Feldlinienmodells magnetische Felder um stromdurchflossene Leiter und Spulen beschreiben. (UF1, UF4)

Spannungs- und Stromstärkemessungen planen (Schaltung entwickeln, Schaltzeichnungen erstellen, konstante, abhängige und unabhängige Größen bestimmen) und unter sachgerechter Verwendung der Messgeräte durchführen. (E5, E4)

Elektromagnet wiederholen und Magnetfeld durch Feldlinien darstellen

Abhängigkeit des Magnetfeldes von der Stromstärke untersuchen.

Funktion von Schmelzsicherungen und Sicherungsautomaten erarbeiten.

Modellversuch zum Sicherungsautomaten selbst planen: Der Stromkreis muss bei einer Stromstärke von 1 A unterbrochen werden. (Material: Netzgerät mit einstellbarer Strombegrenzung, Spule 600 Wdg, Experimentierlampe aus der Optikbox, Blattfeder)