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Pendel

Pendel. Nina Völkel. Inhalt. Einordnung des Themas in den Lehrplan Motivationsmöglichkeiten Didaktische Überlegungen Lernziele Vorkenntnisse Versuch Angestrebte Ergebnisse Mögliche Probleme. Einordnung des Themas in den Lehrplan.

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Presentation Transcript

  1. Pendel Nina Völkel

  2. Inhalt • Einordnung des Themas in den Lehrplan • Motivationsmöglichkeiten • Didaktische Überlegungen • Lernziele • Vorkenntnisse • Versuch • Angestrebte Ergebnisse • Mögliche Probleme

  3. Einordnung des Themas in den Lehrplan • Richtlinien und Lehrpläne für die Sekundarstufe II – Gymnasium / Gesamtschule • Sachbereich: Mechanik • Mechanische Schwingungen Schwingungsvorgänge und Schwingungsgrößen harmonische Schwingung

  4. Motivationsmöglichkeiten • Schüler erarbeiten das mathematische Pendel selbstständig in Form eines Forschungsauftrages. • Alltagsbezug

  5. Didaktische Überlegungen • Selbstständiges planen und durchführen der Experimente • Physikalische Gesetze und Begriffe erarbeiten • Erscheinungen in der Technik aus physikalischer Sicht beobachten und analysieren

  6. Lernziele Die Schüler sollen • den, Zusammenhang zwischen Periodendauer und Pendellänge beim mathematischen Pendel erkennen. • die Fallbeschleunigung g bestimmen. • das, Mathematisches Pendel als harmonischen Schwinger erkennen.

  7. Vorkenntnisse • Grundbegriffe: Schwingungsdauer, Frequenz, Periode, Amplitude und Elongation • Harmonische Schwingung

  8. Versuch • Forschungsauftrag: Eine Uhrenfirma aus der Schweiz möchte gerne von ihnen ein Uhrenpendel konstruiert bekommen dessen Periodendauer genau 1 Sekunde beträgt.

  9. Versuch • Material: Verschiedene Massestücke als Pendelkörper, dünner und fester Faden, Waage, Lineal, Winkelmesser, Stativmaterial, Befestigungsklemme, Haken, Stoppuhr.

  10. Aufbau Aufbau nach Skizze • An ein Stativ wird eine Querstange befestigt. An dieser wird ein fester Haken montiert. • Der Faden mit dem Massestück wird mit einer verschiebbaren Zwinge an dem Stativ befestigt und durch den Haken geführt.

  11. Versuch 1 • Aufgabenstellung: 1. Untersuchen sie an dem mathematischen Pendel den Zusammenhang zwischen Pendellänge l und der Schwingungsdauer T.

  12. Durchführung • Lenken sie das Fadenpendel um maximal 10° aus der Ruhelage aus. Halten sie bei allen Wiederholungen diesen Winkel als Auslenkung ein. • Messen sie nun die Zeit, die das Pendel für 10 volle Schwingungen benötigt (3 Messungen). • Verändern sie mindestens viermal die Pendellänge.

  13. Auswertung • Bestimmen sie den Mittelwert der Schwingungsdauer T für eine Schwingung bei jeder Pendellänge. • Tragen sie die Messwerte in ein l-T –Diagramm ein. • Welchen mathematischen Zusammenhang kann man aus dem l-T- Diagramm entnehmen.

  14. Versuch 2 • Aufgabenstellung: 2. Überprüfen sie, ob bei einer bestimmten Pendellänge die Schwingungsdauer auch von der Masse und der Amplitude des Pendelkörpers abhängt!

  15. Durchführung • Halten sie die Pendellänge bei und ändern sie die Massestücke am Pendelende. • Jeweils zwei Messungen mit drei verschiedenen Massestücken bei 10 Pendelschwingungen.

  16. Durchführung • Halten sie die Pendellänge und die angehängte Masse bei und ändern sie den Auslenkwinkel. Achten sie dabei darauf, dass sie den Winkel nicht über 10° wählen. • Für drei verschiedene Winkel sind jeweils zwei Messungen pro Winkel bei zehn Pendelschwingungen durchzuführen.

  17. Auswertung • Bestimmen sie den Mittelwert der Schwingungsdauer T für eine Schwingung. • Fertigen sie ein m-T bzw. φ-T-Diagramm an.

  18. Versuch 3 • Aufgabenstellung: 3. Bestimmen sie durch mindestens 10 Messungen die Schwingungsdauer T. Berechnen sie aus den Messdaten für l und T die Fallbeschleunigung g.

  19. Durchführung • Führen sie 10 Messungen mit je 5 Schwingungen durch und stoppen die Zeit.

  20. Auswertung • Bestimmen sie den Mittelwert für die Schwingungsdauer für eine Schwingung. • Vergleichen sie den von Ihnen ermittelten Wert für g mit dem Literaturwert und berechen Sie Ihre Abweichung. • Woran könnte die Abweichung liegen?

  21. Versuch 4 • Was müssen sie nun beim Bau des Pendels für die Schweizer Uhrenfirma vorher beachten? • Wie muss das Pendel laut ihren Ergebnissen aus den vorherigen Experimenten konstruiert werden? • Überprüfen sie ihr theoretisches Ergebnis durch ein Experiment.

  22. Angestrebte Ergebnisse • Die Schwingungsdauer nimmt mit der Pendellänge zu. • Die Schwingungsdauer ist unabhängig von der Masse. • Frequenz und Schwingungsdauer sind unabhängig von der Amplitude.

  23. Mögliche Probleme Pendellängenbestimmung • Wo ist der Drehpunkt? • Wo ist der Schwerpunkt? Winkelbestimmung • Wo ist der Ursprung?

  24. Ende

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