Kemia

Pohjan koko

Pohjan koko



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Osaamisalue - Luonnontieteet, metrologia

Fysikaalisia suhteita kuvataan yhtälöillä, joissa määritellään fyysisten suureiden väliset suhteet. On vain seitsemän fyysistä määrää, jotka eivät ole riippuvaisia ​​mistään muusta. Jokaisella näistä perussuureista on perusyksikkö, joka muodostaa SI-yksikköjärjestelmän (Système International d'Unités) perustan.

Välilehti 1
SI-yksikköjärjestelmän perussuureet
Pohjan kokosymboliPerusyksikkösymboli
pituuslmittarim
Mitatmkilogrammakg
Aikattoinens
SähkövirtaminäampA.
lämpötilaTKelvinK
Valon intensiteettiminä tai E.CandelaCD
Aineen määränMoolimol

Oppimisyksiköt, joissa termiä käsitellään

Lataus, virta ja jännite30 min.

FysiikkaSähköVirtapiiri

Tässä istunnossa otetaan käyttöön sähkövirta. Analogisen vesipiirin mallin pitäisi tukea sähkövarauksen, sähkövirran voimakkuuden ja sähköjännitteen käsitystä ja määrittelyä sekä esitellään esimerkkien avulla jännitelähteet. Virran suunta esitetään ja sähkövirran vaikutukset selitetään. Lisäksi sähkövirran voimakkuus määritellään perussuureeksi.


Laskeminen määrillä ja yksiköillä

Koot ja yksiköt esiintyvät kaikissa kouluaineissa, joissa käytetään "aritmetiikkaa". Etenkin luonnontieteissä fysiikan ja kemian aineissa tieto kuinka laskea tai "käsitellä" määriä ja yksiköitä oikein voi olla ratkaisevaa, jotta monimutkaisia ​​asioita voidaan ymmärtää helpommin. Mitoilla ja yksiköillä laskeminen on osa monien kouluaineiden perustietoja.

Sovellussuojaus kokoja ja yksikköjä muunnettaessa (täältä tulee linkki blogikirjoitukseen) muodostaa perustan tehtävien oikealle laskennalle kooilla.

Summilla ja yksiköillä laskettaessa erotetaan yleensä seuraavat laskentatavat:

  1. Mittojen yhteen- ja vähennyslasku
  2. Lukujen ja mittojen kerto- ja jakolasku
  3. Samantyyppisten suureiden kertominen ja jako
  4. Vertaa kokoja
  5. Kaavojen johtaminen (erityinen laskentamuoto määrien kanssa)

Perusmäärä - kemia ja fysiikka

Selkeillä esimerkeillä ja sanakirjalla

Täysi pehmeäkantinen painos
Kompakti
EAN: 9783817474295 (ISBN: 3-8174-7429-6)
448 sivua, pehmeäkantinen, 11 x 18 cm, 2004

4,95 euroa
kaikki tiedot ilman takuuta

SilverLine-sarjassa Compact Verlag esittelee "Large Physics Handbook" -kirjan, jossa on perusjohdanto aiheeseen monien kaavojen, lakien ja selkeiden esimerkkien kera. Fysiikka on kemian ja biologian ohella yksi luonnontieteiden päähaaroista ja siten myös päällekkäisiä tieteenaloja on paljon. Mutta yhteyksien ymmärtämiseksi on tärkeää hallita kunkin tutkimusalan perusteet. Tämä selkeästi jäsennelty lähdeteos tarjoaa kompaktin yleiskatsauksen kaikista fysiikan osaamisaloista ja sopii siksi erinomaisesti koulun oheislukemiseksi.

Arthur Thömmes, lehrerbibliothek.de

I. Mekaniikka
1. Kiinteiden aineiden mekaniikka
2. Liiketeoria
3. Nestemäisten ja kaasumaisten kappaleiden mekaniikka
4. Tärinä ja aallot

II Akustiikka
1. aallot
2. Väriaineen herättäjä

III. optiikka
1. Sädeoptiikka
2. Valon heijastus
3. Optiset instrumentit
4. Väriteoria
5. Aaltooptiikka

IV Lämpöteoria
1. Lämpötila perusmääränä
2. Lämpö energiamuotona
3. Aggregaatiotilat
4. Ihanteellisten kaasujen tilanmuutos
5. Lämmön leviäminen
6. Meteorologian perusteet

V. Sähkö
1. Magnetismi
2. Sähkö
3. Magneettikenttä ja virta
4. Sähköjohto

VI. Atomiteoria
1. Kvantti
2. Atomien rakenne
3. Atomi ja valo
4. Radioaktiivisuus


Levitä muokkausta

Fysiikan didaktiikkaa on kaikissa Saksan ja Itävallan yliopistoissa, joissa koulutetaan fysiikan erikoisopettajia. Tietty osuus ainedidaktiikasta (riippuen halutusta koulutyypistä tai toisen asteen tasosta) on säädetty liittovaltion opettajantutkintosäännöissä. Fysiikan didaktiikan professuureja ei kuitenkaan perusteta kaikkialle.

Fysiikan didaktiikan historia edit

Johann Friedrich Herbart ja Johann Amos Comenius ovat jo pohtineet opetusta yleensä. Selvästi erottuva ainekohtainen didaktiikka kehittyi vasta luonnontieteiden opetuksen yleisen nousun myötä 1900-luvun alussa. Esimerkiksi Georg Kerschensteiner arvosti häntä muodollinen koulutusarvo luonnontieteet ja erityisesti fysiikka, joka sopii erityisen hyvin Havainnointi, päättely, arvostelukyky ja tahdonvoima ylentää. (vrt. Kircher 2007, 17) Tämä ajatus heijastuu tähän päivään asti vaatimuksessa, jonka mukaan fysiikan oppituntien ei tulisi ainoastaan ​​välittää propedeuttisen tieteen tarkoittaman erikoistieteen perustietoja ja työtekniikoita, vaan myös edistää "henkilökohtaista kehitystä ja sosiaalista vastuuta". " (vrt. Physics, NRW, 2001). Kansallissosialismiin mukautettuja fysiikan didaktioita, jotka työskentelivät aiheen didaktiikassa kansallissosialistisen aikakauden aikana ja sen jälkeen, olivat kirjoittajat Erich Günther [1] [2] ja Karl Hahn, jotka olivat myös aktiivisia koulupolitiikassa. [3] [4] [5]

Fyysisen tiedon muokkaaminen "tärkeäksi hyödyksi"

Kun Euroopassa ja varsinkin Saksassa fysiikan didaktiikassa muotoiltu humanistinen perusidea ja viime kädessä myös Klafkin vaatimus, että fysiikan tulisi antaa panoksensa nykyajan yleissivistävään koulutukseen käsittelemällä aikakaudelle tyypillisiä keskeisiä ongelmia, on (Kircher. 2007, 21). , anglosaksisella kielialueella on vallinnut paljon pragmaattisempi näkemys tieteellisen koulutuksen arvosta. Tämän pragmaattisen kouluteorian vaikutusvaltaisina kannattajana, in Kircher (2007, 21) kutsui John Deweyksi, joka tieteellisen tiedon hankinnassa on ennen kaikkea yksi elintärkeä hyöty, siis suoranainen evoluutioetu ihmisen selviytymistaistelussa. Tämä abstrakti perusidea heijastuu erityisesti USA:ssa korostamalla erityisesti fyysisen ja tieteellisen tiedon sosiaalista ja - paljon enemmän - taloudellista ja valtapoliittista aspektia.

Saksassa tämä fysiikan instrumentalistinen luonne siirtyi fysiikan didaktiikan painopisteeseen vasta Sputnik-shokin myötä 1900-luvun jälkipuoliskolla ja herätti keskustelua fysiikan didaktiikan humanististen ja pragmaattisten näkökohtien painotuksesta, kuten periaatteessa myös meneillään olevasta. keskustelu Nykyiset fysiikan tunnit perustuvat suhteeseen todelliseen maailmaan, jonka uskottiin katoavan. (katso tulokset ja vaikutukset fysiikan opetukseen)

Fysiikan didaktiikan tutkimus- ja opetusalueet

Fysiikan didaktiikassa on erilaisia ​​suuntauksia:

  • oppitunnin rakenne. Tähän päivään asti tätä aluetta on muovannut Heinrich Rothin mukaan klassinen luonnontieteiden opetuksen opetusrakenne. On muitakin menettelyjä, vaikkakin rakenteeltaan samanlainen.
  • fysiikan kurssin rakenne. Täysin systemaattista aihekanonia ja esimerkillistä oppimista punnittaessa Wagenscheinin kanta on käytännössä täysin voittanut.
  • Abstraktio vs. fenomenologia ja kontekstuaalinen viittaus. Viimeisen vuosikymmenen aikana on tapahtunut uudelleensuuntautuminen Muckenfußin propagoimaan kontekstiorientaatioon. Martin Wagenscheinin vaikutus näkyy tässä selvästi.

Saksassa tunnettu fysiikan didaktikko on Martin Wagenschein, joka kehitti fysiikan alan sokratis-geneettis-esimerkillisen opetuksen ja oppimisen konseptin, joka perustuu konkreettisiin ilmiöihin eikä fysiikan kaavatietoisuuteen.

Fysiikka-didaktisen tutkimuksen tulokset, erityisesti edellä mainittu uudelleensuuntautuminen Muckenfußin propagoimaan Kontekstisuuntaus, ovat tietysti tärkeitä myös koulujen fysiikan tunneilla. Tärkeä yleiset suuntaa-antavat tavoitteet fysiikan tunneille didaktisesta näkökulmasta ovat:

  • Irtautuminen erikoisalasta suhteessa Oppitunnin rakenne ja olennaisen sisällön valintakriteerit
  • Rohkeutta olla monitieteinen ja monitieteinen opetus
  • Ihmisen ja luonnontieteen välisen suhteen tematisointi - esimerkiksi käyttämällä esimerkkiä tieteellisten tulosten taloudellisesta merkityksestä ihmisen jokapäiväisessä elämässä
  • Tiedekriittisten näkökohtien tuominen luokkahuoneeseen siinä mielessä, että siirrytään pois ei-sitovaa tiedonsiirtoa yhtä kohti yhteiskuntakriittinen tiedefilosofia (Otto, Gunter sisään Schlichting / Backhaus. 1981)
  • Tieteellisen tiedon rajojen esitys
  • Perustieteellisen propedeuttisen koulutuksen tarjoaminen opetuksen ohjeen merkityksessä (prosessi- ja sisältöön liittyvät perustiedot, itsenäinen oppiminen ja työskentely, reflektointi- ja arvostelukyky, asenteet ja käyttäytyminen tieteellisessä työssä)
  • Geneettisesti kehittää tietoa kommunikaatioprosessin ilmiöistä

Seuraavassa selostetaan tarkemmin valikoituja fysiikan didaktiikan näkökohtia, jotka ovat olennaisia ​​asetettujen tavoitteiden kannalta ja niiden opetuksen merkitystä.

Fysiikan koulutuksen kolme ulottuvuutta Edit

Fysiikan oppitunteja suunniteltaessa, toteuttaessaan ja arvioidessaan fysiikan opettajan tulee aina ottaa huomioon seuraavat kolme ulottuvuutta:

  • the ammatillinen ulottuvuusjoka sisältää fyysisen/tieteellisen opetussisällön.
  • the koulutusulottuvuusjoka sisältää tiedon fyysisen sisällön välittämismenetelmistä.
  • the sosiaalinen ulottuvuus, joka suhteuttaa fysiikan muodoksi katsoa ja kuvata maailmaa opiskelijoiden sosiaalisen maailman puitteissa sekä muodostaa ja ottaa vastaan ​​keskinäisiä referenssejä.

Kircher vertaa näitä ulottuvuuksia hänen ja muiden julkaisemissa vakioteoksissa Fysiikan didaktiikka kolme lasia fysiikan opettajan pitäisi käyttää. Hän korostaa erinomaista asemaa opettavaiset lasit ja käyttää siten Wagenscheinin jo luonnostelemaa mallia aineorientoitunut fysiikan didaktiikka jossa yleensä ei fysiikka vaan oppija (oppilas) on didaktisen tuntisuunnittelun lähtökohta.

Opettajan vaativa tehtävä on siis tukea oppilaita tarkalla, oppilaille räätälöidyllä tuntisuunnittelulla ja sopivien menetelmien avulla. erikoisosaamista jokapäiväisistä konteksteista ulos tuottaa.

Fysiikan oppitunti näkökulman vaihdoksena

Jo Muckenfußin vaatima fysiikan oppituntien kontekstilähtöisyys viittaa siihen, että tämä on toistaiseksi ollut aivan liian kaukana opiskelijoiden arjesta (elinympäristöstä). Tästä johtuvat haitat affektiivisella ja kognitiivisella tasolla ovat ilmeisiä. Oppilaat valittavat vain "oppia kouluun", "ei koskaan tarvitse sitä [fysiikkaa] enää koskaan" ja liian usein päättäväisesti "en ymmärrä fysiikkaa muutenkaan!".

Ratkaiseva ongelma, josta monet fysiikan opettajat eivät edes ole tietoisia, on Jungin ja muiden fysiikan didaktikkojen havaitsema arjen ja fyysisen maailmankuvan yhteensopimattomuus. [6] Arjessa itsestäänselvyytenä pidetyt asiat, kuten se, että höyhen "luonnollisesti" liukuu maahan hitaammin kuin kivi, kyseenalaistetaan ilmeisesti järjettömästi fysiikassa. On jopa väitetty ja kaikenlaisten teknisten laitteiden avulla fysiikan tunneilla "todistettu", että "todellisuudessa" kaikki kappaleet putoavat samalla nopeudella. Tämä teknisten apuvälineiden käyttö Keinotekoisen todellisuuden luominenjonka sitten pitäisi olla vielä todellisempaa kuin opiskelijoiden päivittäin kokema todellisuus, sen on lopulta näytettävä heistä paternalismina. On ymmärrettävää, että epäusko, tyytymättömyys ja alistuminen leviävät nopeasti.

Sen sijaan, että yritetään järkähtämättömästi mukauttaa opiskelijoiden jokapäiväisiä ajatuksia fyysiseen maailmankuvaan, hajottaa niitä jossain määrin, fysiikan luokan on tunnistettava ja otettava huomioon näiden alussa mainittujen kahden maailmankuvan yhteensopimattomuus antamalla opiskelijoille fysiikka vaihtoehtoinen näkökulma maailmaan. Tätä varten fysiikan opettajien tulee tarjota opiskelijoille mahdollisuuksia aktiivisesti toteuttaa tällainen näkökulman muutos ja käsitellä ongelmia ja ristiriitoja sekä prosessia sellaisenaan luokkahuoneessa. Tavoitteena on, että opiskelijat pääsevät mukaan fyysiseen maailmankuvaan pidemmäksi, ei todemmaksi näkemykseksi asioista - tai Weizsäckerin sanoin, joka myös yritti käyttää Schlichtingiä "kuvaamaan asioita sellaisina kuin emme niitä koe". . [6]

Esimerkilliset oppitunnit Edit

Esimerkillinen opetus, kuten Wagenschein sanoi vuonna 1969, etsii "yksilöä kokonaisuutena". Sen sijaan, että yrittäisimme "sovittaa" opiskelijoiden mieleen opettajakeskeisessä frontaaliopetuksessa opetussuunnitelman määräämää materiaalikaanonia, jota monet erikoisdidaktikot pitävät aivan liian laajana, perustuen "Nürnbergin suppilon" malliin. opettajakeskeistä frontaaliopetusta, opettajan tulisi didaktisesti relevanttia sisältöä ja tukea opiskelijoiden harjoittelua ja niiden ymmärtämistä mahdollisimman itsenäisesti.

Tässä yhteydessä Wagenschein puhuu "siltalaitureista", joihin opettaja sitten laittaa informatiiviset oppitunnit verkotettu "siltakaareilla". Yksityiskohtaisen asiatiedon lisäksi opiskelija hankkii tietoa, jota voidaan siirtää muille fysiikan osa-alueille tyypillisiä fyysisiä rakenteita, Työtavat ja menettelytavat fysiikasta ja yleisestä fyysisen tiedon menetelmiä.

Ihannetapauksessa esimerkillinen opetus onnistuu näin luoda paljon syvempää ymmärrystä fysiikasta tarkastelemalla yksilöä tarkasti, se, joka koskee usein kohdattua, puhtaasti sanallista, ulkoa opetettua Muistitekniikka olemassa oleviin tietorakenteisiin. Samalla se vahvistaa yksityiskohtaisen välittämisen kautta Fyysisen tiedon hankinnan prosessit perusta itsenäinen laajennus Tällä tavalla luotu tietopohja, joka täyttää siten monitieteisen vaatimuksen, että koulujen tulisi nykypäivän tietorakenteiden valossa tehdä paljon enemmän Oppimisen opettaminenperinteisenä asiatietona.

Genetic Teaching Edit

Geneettinen tai autokortti geneettinen Sokraattinen opetus asettaa opettajan ja opiskelijan välisen vuoropuhelun tiedon siirron keskipisteeseen. Opettaja kehittyy moderaattorin roolissa perustuen opiskelijoiden aikaisempaan tietoon ja jokapäiväiseen keskusteluun arkikielellä fyysiset ideat ja niihin liittyvät termit.

Oppitunnit voidaan jäsentää loogis-geneettisten ja historiallis-geneettisten näkökohtien mukaan. Kun viimeksi mainitut vaikeuttavat oppimisobjektin sisäisten rakenteiden "uudelleenlöytämistä" (Kircher 2007) fysiikan ei aina loogis-lineaarisen historiallisen kehityksen vuoksi, loogis-geneettistä lähestymistapaa tulee joka tapauksessa suosia.

Tekninen kieli ja ammatillinen osaaminen kehittyvät rinnakkain. Toisin kuin "tavallisilla" informatiivisilla tunneilla usein fyysisiä termejä Ei pakotettu opiskelijoille, vaan kehitetty oppiaineen ymmärtämisen perusteella arkikielellä. Näin tehdessään opettajan tulee myös ennen ajoittaista oppilaiden keksimien ilmaisujen käyttöä, kuten "Sähkönkulutus lampun ”- tämä ilmaus kuvaa fyysisesti merkityksellistä kontrastia Tehon kulutus, mikä on ristiriidassa sen havainnon kanssa, että sama virta, joka virtaa yhteen kuluttajaan, tulee ulos myös toiselta puolelta. Se, että termejä käytetään vasta, kun opiskelijat ovat ymmärtäneet taustalla olevat käsitteet, on tarkoitettu - kuten tämän menetelmän kannattajat väittävät - varmistaa, että käsitteellisesti oikeat oppilaiden lausunnot fysiikan tunneilla perustuvat myös vastaavaan fyysiseen ymmärrykseen.

Tarve vastata opiskelijoiden yksilöllisiin ennakkotietoihin ja heidän jokapäiväisiin ajatuksiinsa geneettisessä opetuksessa ja pitää jatkuvasti silmällä opiskelijoiden yksilöllistä oppimistilaa edellyttää korkeaa asteikkoa opettajalta "uudessa" roolissaan opetusohjelman moderaattorina. oppimisprosessi joustavuus, tarkkaan Katsella ja Kuunnella, sekä kärsivällisyyttämukauttaa opetustahti opiskelijoiden oppimistahtiin. Yleisesti ainedidaktiikan ylikuormitettuina pidettyjen opetussuunnitelmien valossa jälkimmäinen voi luultavasti toimia vain pääosin esimerkillisen opetuksen puitteissa.

Käsitteen muodostus fysiikan tunnilla

Käsitteen muodostuminen piilee sanastossa ja Prosessin ymmärtäminen on kaikkien tieteenalojen taustalla ja sillä on rooli fysiikan didaktiikassa, erityisesti siirtymisessä opiskelijoiden jokapäiväisestä kielestä fysiikan tekniseen kieleen (vrt. generatiivista opetusta) tärkeä rooli. Yleisesti käsitteen muodostamisen ymmärretään tarkoittavan prosessia Ymmärrettävää ja Luodaan käsitteistä, jota edeltää aina abstraktioprosessi. Sekä fysiikassa että yleensäkin termiä käytetään etäisyyden, eristämisen, jäsentämiseen ja rajaamiseen havaitusta todellisuudesta.

Fysikaalisten käsitteiden muodostumiseen liittyy aina niiden abstrahoituvan toimintatavan vuoksi selkeyden menetys. Se ottaa nuo ilmiöt todellisuudesta poikkeavuuksia ja Säännöllisyydet, jotka ovat kiinnostavia fysiikan kontekstissa. Tapahtuu aktiivinen mukautumis- (sopeutuminen) ja assimilaatio (omistaminen) prosessi, joka Jean Piaget'n mukaan muodostaa kaiken ihmisen oppimisen perustan. Jos tämä prosessi onnistuu, eli jos termi on onnistuneesti upotettu (assimiloitu) olemassa olevaan tietorakenteeseen, oppija voi käyttää sitä tulevaisuudessa tarjotakseen tieteellisesti tarkan (= fyysisen) kuvauksen ympäristönsä poikkeavuuksista ja säännönmukaisuuksista katsomatta. sopeutua kokonaisuuteen.

Kuten näkyvä esimerkki voimasta osoittaa, fyysisiä termejä käytetään kuitenkin usein kontrasti niiden slangivastineiksi. Jos joku ymmärtää puhekielessä traktorin voimalla esimerkiksi tämän kohteen ominaisuuden, niin se tarkoittaa Voiman käsite fysiikassa aina esineiden välistä vuorovaikutusta varten. Siksi on sitäkin tärkeämpää tehdä fysiikan käsitteiden muodostumisesta läpinäkyvää fysiikan tunneilla ja Fyysisten termien ja arkipäiväisten termien erot ei suljeta pois, vaan siihen on puututtava kohdistetusti. (katso myös opetusesimerkkejä osoitteesta Schlichting ja Backhaus, 1981) On myös tärkeää tuoda opiskelijoille esille jokaisen fyysisen käsitteen muodostuksen tavanomaiset ja empiiriset rajaehdot ja siten antaa heille käsitys, että maailmankuvaus fysiikan käsitteissä on vain yksi, mutta ei ainoa oikea kuvaus. luonnon.

Fysiikan didaktiikan perusmuuttujat edit

Vaikka perusmäärät (perusyksiköt) asiantuntijatieteen fysiikka mukaan Kansainvälinen yksikköjärjestelmä (SI, Système international d'unités) päätetään on tämän hyväksyminen ihmisen tekemä sopimus fysiikan didaktiikka ei ole pakollista, eikä se lähemmin tarkasteltuna missään tapauksessa ole järkevää. Sähkövirtaa käsittelevässä luentosarjassa olisi teoriassa ajateltavissa ottaa perussuureena jännite U SI:ssä perussuureen määrittämän virran sijaan. Tällainen menettely voisi olla perusteltua esimerkiksi luvussa Analogiat käsitellyn vesianalogian yhteydessä, jos paine-erot sijoitettaisiin tarkastelun keskipisteeseen virtauskäsitteen sijaan.

Ottaen huomioon luonnontieteiden elämänmaailman merkityksen "apuna selviytymään maailman kanssa" (Bleichroth, 1961), opetusohjeissa määrätyn SI-yksikköjärjestelmän käyttöönotto on järkevää. Se on joka tapauksessa tärkeämpää kuin fysiikan didaktiikan perusyksiköiden varsinainen valinta Tieto vaihtoehdon olemassaolostajoita tulisi myös käsitellä selkeästi luokassa. Yksi fysiikan oppituntien tavoitteista on antaa opiskelijoille fysiikka yhtenä kokonaisuutena mahdollinen näkökulma maailmaan tuoda lähelle. Siksi on tärkeää välittää opiskelijoille, että tavanomaisten perusyksiköiden sijaan Pituus, massa, aika, ampeeri, termodyn. Lämpötila, aineen määrä, valon intensiteetti mitä tahansa muuta kokojärjestelmää voidaan myös käyttää, sitä yhtä Kaikentyyppisten kokojen perusta lomakkeita. Periaatteessa voidaan olettaa, että suurempi perussuureiden määrä mahdollistaa suoremman viittauksen arkikokemukseen, mutta samalla sisältää riskin tulla niin sekavaksi, että suureiden väliset suhteet eli todelliset fyysiset suhteet jäävät piiloon. Siksi on järkevää rajoittaa peruskokojen määrää seuraavien didaktisesti merkityksellisten kriteerien mukaisesti:

Fysiikan oppituntien peruskoot pitäisi olla.

  • eloisa olla
  • Elämänmaailman merkitys opiskelijoiden omalle
  • monitieteinen olla relevanttia (esim. energia fysiikassa, biologiassa, kemiassa)
  • Omaisuuden luonne olla
  • mahdollisuus yhtenäinen kuvaus monia erilaisia ​​ilmiöitä
  • vain luokassa hankala tai mahdoton johtaa muista muuttujista olla

Mitä tulee tavoitteeseen, tietoisuus opiskelijoissa Empirismin ja konvention yhteys Perusparametreja valittaessa käsitteen muodostusprosessin (ks. edellinen kappale), joka väistämättä kulkee käsi kädessä perusyksikön määrittelyn kanssa, tulee olla mahdollisimman läpinäkyvä ja ymmärrettävä luokkahuoneessa. Tämä läpinäkyvyys voidaan saavuttaa esimerkiksi Schlichting / Backhaus valittu kolmesta vaiheesta Tasa-arvo, moninaisuus ja yhtenäisyys tukea taloudellisesti. Kun opiskelijat havaitsivat ja hyväksyivät tarpeen ottaa käyttöön uusi muuttuja kuvaamaan tunnistettuja poikkeavuuksia ja säännönmukaisuuksia käsitteen muodostumisen alussa ilmiötä koskevien havaintojen ja mallintamisen kautta, ensimmäinen askel on laadullinen taso määrittää milloin ominaisuus lausutaan yhtäläisesti kahdessa objektissa (tasa-arvo). Sen jälkeen puolikvantitatiivinen vertailu (Monimuotoisuus) tutkii ilmaisun eri asteita voidakseen lopulta käyttää Aseta asteikko (yksikkö) termi määrittämällä a Perusyksikkö määritetään perusparametriksi. Sen tosiasian, että opiskelijat itse tekevät tämän kolmivaiheisen toimenpiteen, ei pitäisi rakentaa vain syvempää ymmärrystä itse peruskoon, vaan myös tietoisuuden edellä mainitusta mielivaltaisuus perusparametrien määrittelyssä - erityisesti viimeisessä kolmesta vaiheesta - kannustetaan. Tähän liittyy maailman fyysisen kuvauksen suhteellistaminen a tiedekriittistä didaktiikkaajotka pitävät Ajokortti se kutsuu fysiikkaa nimellä osa maailman ymmärtämistä ymmärtää.

Fysiikan opetusmenetelmät Edit

Didaktisesta näkökulmasta fysiikan oppituntien tehokkuus riippuu erityisesti käytetyistä opetustekniikoista eli tiedon välittämisen menetelmistä.

Analogioita fysiikan luokassa Edit

Analogioilla on aina ollut keskeinen rooli ihmisen kognitiivisessa prosessissa, koska ne helpottavat pääsyä niihin uutta, aiemmin tuntematonta tietoa katsomisesta Luottamushenkilöt. Gottfried Wilhelm Freiherr von Leibnizin sanotaan kerran sanoneen: "Naturam cognosci per analogiam", mikä tarkoittaa "luontoa ymmärretään vain analogian kautta". Vastaavasti tärkeä, ellei kiistaton keino tiedon välittämiseksi.

Fysiikan tunneilla analogioita voidaan käyttää missä tahansa uudessa aiheessa tai esineessä

  • Ulkomuoto (neliö / pyöreä, punainen / keltainen, ...)
  • Objektin ominaisuudet (nestemäinen / kaasumainen, kova / pehmeä ...) tai
  • Rakenne ja/tai toiminta

vastaamaan. Näistä kolmesta mahdollisesta perus- ja toisen asteen oppimisalueiden välisestä vastaavuudesta jälkimmäinen, rakenteellinen/toiminnallinen analogia, osoittautuu ylivoimaisesti tuottavimmaksi fysiikan tunneilla.

Tyypillisiä analogioita fysiikan tunneilla ovat:

  • atomimallit (planetaarimalli Bohrin mukaan, rusinakakkumalli Thomsonin mukaan, ...)
  • Gravitaatiovoima ja sähköstaattinen vetovoima
  • Sähkö/vesikierto

Analogioiden käyttöä luokkahuoneessa havainnollistetaan nyt alla esimerkin avulla Sähkö/vesikierto-analogia (H. Schwedesin mukaan), joiden kanssa koululaisten sukupolvet ovat jo tutustuneet yksinkertaisten sähköpiirien toimivuuteen, selitettiin ja keskusteltiin.

Kircher muotoilee edellä olevan perusteella. 3 tasoa seuraavista fysiikan didaktiikan kannalta merkityksellisistä analogian ulottuvuuksista:

    O = objektin taso (Vesiletku

sähköjohto, hana

sähkövirta I, vedenpaine-ero Δp

Kuten suluissa olevat esimerkit osoittavat, vesikierto ja yksinkertaiset sähköpiirit osoittavat yhtäläisyyksiä kaikilla kolmella analogiatasolla. Samaan aikaan fysiikan didaktiikassa oletetaan yleisesti, että suurin osa opiskelijoista näkee veden käyttäytymisen veden kierrossa tutumpana kuin sähkövirran, joka on tuttu myös jokapäiväisestä elämästä. Didaktisesta näkökulmasta on siksi järkevää tarkkailla ja kuvata veden käyttäytymistä (toisen asteen oppimisalue) pääsy sähköpiirien hoitoon (ensisijainen oppimisalue) saavuttaa.

Käyttääksesi analogioita:

Tällaisia ​​analogioita käyttäessään fysiikan opettajien on huolehdittava asianmukaisen suunnittelun, tiedustelujen ja ohjeiden avulla, että

  • opiskelijat eivät unohda ensisijaista oppimisaluetta
  • opiskelijat tiedostavat ne kolmen tason O, M, E näkökohdat, joihin analogia pätee
  • opiskelijat tietävät analogian rajat (esim. "vesi loppuu avoimesta putkesta, sähkö ei!")

Etenkin kvanttifysiikassa ja muilla modernin fysiikan alueilla analogioiden rakentamismenetelmä ei saavuta rajansa vain fysiikan tunneilla, vaan myös erikoistieteissä. Näille fysiikan osa-alueille ei ole olemassa riittäviä analogioita elämän maailmassa, minkä vuoksi täällä on avautumassa tulevaisuuden fysiikka-didaktisen tutkimuksen ala.

Hyviä analogioita, jotka edellä. Riittävät kriteerit, mutta voidaan käyttää a Sillan kaari ajokortin merkityksessä eli yhteyspisteenä tiedon siirtämiseksi opiskelijoiden aiemmasta tiedosta aiemmin tuntemattomille fysiikan alueille. Voit käyttää sitä edellisenä ennakkojärjestäjänä mielekästä oppituntien ottamista (Kircher, 2007. 166) sekä myöhempää havainnollistamista varten ja siten edistävät merkittävästi fyysisen tiedon rakenteellista verkottumista ja sen ankkuroimista opiskelijoiden jokapäiväiseen tietoon.

Demonstraatio ja opiskelijakokeilut Muokkaa

Ei ole epäilystäkään siitä, että kokeella on aina ollut keskeinen rooli fysiikan kognitiivisessa prosessissa. Ilman sitä kohdennettu luonnon valmistelu fysiikan hypoteesin vahvistamiseksi fysiikan olisi mahdotonta saavuttaa perimmäistä tavoitettaan kuvata ja selittää luontoa fysiikan kielellä. Kokeet ovat siksi yksi keskeisistä fysikaalisista prosesseista, jotka ovat jo käytössä Meranon periaatteet ankkuroitiin pakolliseksi opetussisällöksi luonnontieteen fysiikan tunneille vuonna 1906 ja se on edelleen nykypäivän opetussuunnitelmissa.

On sitäkin hämmästyttävämpää, kuinka harvoin kokeita tehdään fysiikan tunneilla - varsinkin lukiossa. Syitä tähän on monia. "kokoelma on vanhentunut / riittämätön", ylikuormitettu opetussuunnitelma ei jätä tarpeeksi aikaa kokeiluille, kokeet ovat liian monimutkaisia ​​tai eivät ole toteutettavissa koulussa, nämä ovat vain muutamia syitä, miksi fysiikan opettajat antavat itserajoituksen kokeilussa.

Vuodelta 2007 ilmestyneessä Physikdidaktik-teoksessa (ks. lähteet), jota hän oli mukana toimittamassa, Willer viittaa toiseen seikkaan: opettajien riittämättömään koulutukseen erityisesti lukioissa. Hyvin teoriatiheässä opinnoissa on liian vähän tilaa kokeilulle ja fyysisen tiedon välittämiselle kokeiden kautta. Ei siis ole yllättävää, että tätä levitetään valmistuneiden luokissa teoriapainotteisena luokkana, joka on vain satunnaisesti täynnä esittelyyrityksiä.

Fysiikan opettajat näyttävät olevan yleisesti samaa mieltä siitä, että erityisesti opiskelijakokeilut voivat lisätä opiskelijoiden oppimismenestystä, siirtokykyä ja motivaatiota - ilmeisesti niin varmaa, ettei aiheesta ole vielä tehty laajoja kenttätutkimuksia! Yksittäisiä tutkimuksia 1970-luvun lopulta, kuten mm Corell (1969) tai Weltner (1969), in denen die Lernerfolge von Physikunterricht mit Schülerversuchen mit den Ergebnissen aus Unterricht mit Demonstrationsversuchen bzw. ganz ohne Versuche verglichen wurden, belegen zwar die eingangs genannte Hypothese, haben aber aufgrund methodische Ungenauigkeiten insbesondere in Bezug auf die Konstanz verschiedener externer Einflussgrößen (Lehrereinstellung zu den Unterrichtstypen, Zeitpunkt des Unterrichts ↔ Konzentrationsfähigkeit der Schüler etc.) eher exploratorischen Charakter.

Was die Schüler selbst betrifft, so zeigen Studien von Schecker (1985) und Behrendt (1990) bereits die Auswirkungen der oben angedeuteten Diskrepanz zwischen dem Umfang an Schülerexperimenten an Hauptschulen und Gymnasien: Während die von Behrendt 1990 befragten Hauptschüler generell großes Interesse an Schülerexperimenten und dem Arbeiten mit Laborgeräten zeigten, stellte Schecker 1985 bei einer Befragung von Gymnasialschülern der Sekundarstufe II (Klassen 11–13) fest, dass diese lediglich an den physikalisch relevanten Ergebnissen der Versuche interessiert waren, den Versuchen selbst und dem Prozess des Zustandekommens physikalischen Wissens jedoch keine Beachtung schenkten. Man kann wohl davon ausgehen, dass die unterschiedlichen Schülereinstellungen ein Ergebnis der von den Schülern in ihrem bisherigen Physikunterricht erlebten Behandlung von (Schüler-)Versuchen ist. Dabei sollte angemerkt werden, dass die im Gymnasialbereich praktizierte Reduktion des Experiments auf den relevanten Ergebnisbereich den eminent wichtigen Verstehensprozess, der mit der Versuchsplanung und -Durchführung einhergeht, bewusst ausklammert und das Experiment damit seiner didaktischen Qualitäten beraubt.

Neben der fachspezifischen Relevanz des Experimentes, als zentralem Erkenntnismittel der Physik und seiner didaktischen Relevanz im Verstehensprozess physikalischer Zusammenhänge und deren Entstehung kommt dem Experiment in Form von sogenannten Freihandversuchen auch eine wichtige Stellung im Hinblick auf den Lebensweltbezug des Physikunterrichts zu. Die mit Dingen aus dem Alltag der Schüler „freihand“ durchgeführten Versuche zwingen Schüler dazu, scheinbar Banales, wie den Schatten eines mit Wasser gefüllten Glases, zu hinterfragen. Freihandversuche können auf diese Weise das Auge der Schüler für die physikalischen Phänomene des Alltags schärfen und den nötigen Perspektivwechsel, den eine physikalische Betrachtung der Umwelt erfordert, üben und bewusst machen.

Inwieweit Schüler vom Einsatz von Experimenten – seien es nun Demonstrations- oder Schülerversuche – profitieren hängt letztlich nicht von der Quantität ihres Einsatzes, sondern von ihrer qualitativen Einbettung in den Unterricht ab. Um die fachlichen und didaktischen Vorteile von Experimenten im Physikunterricht nutzen zu können, müssen Physiklehrer nicht nur in ausreichendem Maße experimentieren und experimentieren lassen, sie müssen das Experiment vielmehr als eine Erkenntnismethode der Physik darstellen und den Erkenntnisprozess anhand des Experimentes offenlegen sowie in einem für die Schüler angemessenen Tempo nachvollziehen (vgl. genetischer Unterricht).


Beschreibung Abgeleitete Einheiten und Vorsätze

Abgeleitete Einheiten und Vorsätze

Ein sehr wichtiger Bestandteil der Naturwissenschaften ist das Experimentieren, denn nur durch Experimente kann man Ideen und Theorien überprüfen. Dabei werden meistens Messungen durchgeführt, die Messwerte liefern. Um diese Werte sinnvoll aufschreiben oder angeben zu können, braucht man für jede messbare Größe Einheiten. Damit Wissenschaftler aus den verschiedensten Ländern sinnvoll zusammenarbeiten können, gibt es ein internationales Einheitensystem, das sogenannte SI-System. In diesem sind die Einheiten für sieben Basisgrößen festgelegt. Die entsprechenden SI-Einheiten spielen in der Physik eine wichtige Rolle.

Das Internationale Einheitensystem

Die Basisgrößen und Einheiten

Im Internationalen Einheitensystem sind die sieben Basisgrößen festgelegt. Sie heißen Basisgrößen, weil sie nicht durch andere Größen ausgedrückt werden können. Umgekehrt kann aber jede Größe, die keine Basisgröße ist, durch die Basisgrößen ausgedrückt werden. Die sieben Größen im SI-System sind die Zeit, die Länge, die Masse, die Stromstärke, die Temperatur, die Stoffmenge und die Lichtstärke. Zu jeder Basisgröße gehört auch eine Basiseinheit. Auch hier gilt, dass man alle anderen Einheiten von den SI-Einheiten ableiten kann. In der folgenden Tabelle findest du alle sieben Basiseinheiten mit Symbol und der dazugehörigen Basiseinheit:

Basisgröße Symbol Einheit Einheitenzeichen
Zeit $t $ Sekunde $ ext$
Länge $ l $ Meter $ ext $
Masse $m $ Kilogramm $ ext $
Stromstärke $ I $ Ampere $ ext $
Temperatur $T $ Kelvin $ ext $
Stoffmenge $n$ Mol $ ext $
Lichtstärke $I_< ext>$ Candela $ ext $ SI-Einheiten Definition

Eine wichtige Besonderheit der SI-Einheiten ist, dass es für ihre Werte feste Definitionen gibt, die auf physikalischen Konstanten beruhen. Die Dauer einer Sekunde ist beispielsweise über einen quantenmechanischen Vorgang in einem Cäsium-Atom definiert, deswegen wird auch manchmal der Begriff Atomsekunde verwendet. Die Länge eines Meters ist über die Lichtgeschwindigkeit festgelegt, die als Naturkonstante ebenfalls einen definierten Wert besitzt.

Es ist wichtig, dass die Größe der SI-Einheiten auf fest definierten Konstanten beruht, weil so Messungen und Experimente vergleichbar sind. Es können keine Unterschiede auftreten, die nur an verschiedenen Definitionen für die Einheiten liegen.

Einheitenvorsätze

Manchmal ist es praktisch, Einheiten mit sogenannten SI-Präfixen zu versehen. Dadurch können Angaben übersichtlicher gemacht werden und das Rechnen wird erleichtert. Und viele dieser Präfixe, also Vorsätze, benutzen wir auch intuitiv in unserem Alltag. Wenn dich jemand nach der Entfernung zwischen Berlin und Ankara fragt, wirst du die Antwort kaum in Metern (2.050.000$

ext$) sondern in Kilometern (2.050$

ext$) geben. Genauso nutzt du, zum Beispiel beim Zeichnen mit dem Geodreieck, ganz selbstverständlich die Einheit Millimeter, was ein tausendstel Meter ist. Und die Festplatte deines Computers hat vielleicht einen Speicherplatz von einem Terabyte. Das ist viel praktischer, als von $1.000.000.000.000$ Byte, also einer Billionen Byte zu sprechen. Die wichtigsten Einheitenvorsätze findest du in der folgenden Tabelle:

Name Symbol Wert
Tera T 1.000.000.000.000
Giga G 1.000.000.000
Mega M 1.000.000
Kilo k 1000
Hekto h 100
Deka da 10
1
Dezi d 0,1
Zenti c 0,01
Milli m 0,001
Mikro $mu$ 0,000.001
Nano n 0,000.000.001 SI-Einheitenvorsätze

Abgeleitete Einheiten

Wir hatte schon geschrieben, dass sich alle Einheiten aus den Einheiten der SI-Basisgrößen ableiten lassen. Wir wollen uns zwei Beispiele dazu anschauen.

Betrachten wir zum Beispiel ein Auto, das auf der Autobahn fährt. Wir können ihm dann eine Geschwindigkeit zuordnen. Wenn wir aber einen Blick in die Tabelle werfen, sehen wir, dass die Geschwindigkeit keine SI-Größe ist. In diesem Beispiel erkennen wir jedoch leicht, welche Basiseinheiten wir brauchen, wenn wir uns überlegen, was die Geschwindigkeit ist. Sie besagt, welche Strecke das Auto in einer bestimmten Zeit zurücklegt. Die Basisgrößen findet man also in der Angabe Länge pro Zeit. Die dazugehörigen Basiseinheiten wären dann Meter pro Sekunde, oder $frac< ext>< ext>$.

Ein anderes Beispiel ist die Dichte. Die Dichte gibt an, wieviel Masse eines Stoffes sich in einem bestimmten Volumen befindet. Die Masse ist eine Basisgröße und ihre Einheit ist das Kilogramm. Das Volumen ist eine von der Länge abgeleitete Größe, und zwar Länge mal Länge mal Länge $( ext^3)$. Die Einheit der Länge, also das Meter, steht auch in der dritten Potenz: $ ext^3$. Die Dichte ist also Masse pro Volumen mit der Einheit Kilogramm pro Kubikmeter, oder $frac< ext>< ext^3>$.

Dieses Video

In diesem Video erfährst du, was das SI-Einheitensystem ist und was die SI-Basisgrößen sind. Wir liefern dir außerdem eine Erklärung dafür, wie man SI-Einheiten ableiten kann. Du findest wie immer interaktive Übungen und Aufgaben neben diesem Video.

Transkript Abgeleitete Einheiten und Vorsätze

Hallo und herzlich willkommen. Wenn man als Naturwissenschaftler arbeitet, dann misst man Werte und versucht, aus diesen Rückschlüsse auf die Abläufe zu ziehen, um die Welt besser verstehen zu können. Die aufgenommen Werte sind dabei immer mit Einheiten versehen. Daher ist es wichtig, sicher mit Einheiten umgehen zu können und zu wissen, woher sie sich ableiten. Deshalb beschäftigen wir uns in diesem Video etwas genauer mit Einheiten. Du wirst lernen, was man unter SI-Basiseinheiten versteht. Danach werde ich dir zeigen, wie du dir mit wenigen Buchstaben eine Menge Schreibarbeit sparen kannst, indem du die richtigen Vorsätze verwendest. Dann wirst du sehen, wie man aus SI-Basiseinheiten andere Einheiten ableiten kann. Zum Schluss werden wir noch eine kleine Übungsaufgabe rechnen. Damit kann es dann auch schon losgehen. Im SI-Einheitensystem sind einige Größen und Einheiten zusammengefasst. Die Besonderheit liegt bei diesen Einheiten darin, dass sie ganz genau bestimmt sind. Dadurch ist die Vergleichbarkeit von Ergebnissen auf der ganzen Welt gewährleistet. Das SI-Einheitensystem umfasst folgende Größen und Einheiten: Die Länge ist eine SI-Basisgröße, sie wird in der Basiseinheit Meter, Kurzform m, gemessen und angegeben. Die Masse ist eine weitere Basisgröße, die zugehörige Einheit ist das Kilogramm, kurz kg. Die Basisgröße Zeit wird in der Basiseinheit Sekunde gemessen, Kurzform s. Die Stromstärke wird in Ampere gemessen. Auch die Temperatur ist eine Basisgröße im SI-Einheitensystem, sie wird in Kelvin gemessen. Sicher kennst auch Temperaturangaben in Grad Celsius, Physiker benutzen aber Kelvin, um Temperaturen anzugeben. Um anzugeben, aus wie vielen Teilchen ein Stoff besteht, gibt man die Größe der Stoffmenge an, sie wird in Mol gemessen. Ein Mol ist aber einfach die Teilchenzahl in zwölf Gramm Kohlenstoff. Die letzte Basisgröße des SI-Einheitensystems ist die Lichtstärke, sie wird in Candela, kurz cd, angegeben. Wenn man Messwerte angibt, ist es oft praktisch, bestimmte Vorsätze vor den Einheiten zu nutzen. Wenn du zum Beispiel sagen willst, dass etwas einen Tausendstel Meter lang ist, sagst du, es ist einen Millimeter lang. Der Vorsatz gibt dabei immer an, mit welcher Zahl die Einheit multipliziert werden muss. Milli- bedeutet also, dass man einen Meter mit 1/1000 multipliziert. 1/1000 sind dabei 0,001. Milli- kürzt man mit dem Symbol m ab. Ein weiteres Beispiel: Wenn du sagen willst, dass etwas ein Hundertstel einer Einheit ist, benutzt man den Vorsatz centi-. So ist ein Zentimeter ein Hundertstel eines Meters. Centi- kürzt man mit dem Symbol c ab. Wenn es sich um ein Zehntel handelt nimmt man den Vorsatz dezi-. Ein Dezimeter ist ein Zehntel eines Meters. Dezi- kürzt man mit d ab. Steht deka- vor der Einheit, so wird sie mal zehn genommen, hekto- bedeutet eine Multiplikation mit 100 und kilo- mit 1000. So entspricht ein Kilogramm genau 1000 Gramm. Wird eine Einheit mit einer Million multipliziert, so kommt der Vorsatz mega- davor. Ein Megabyte entspricht somit einer Million Bytes. Wenn eine Einheit mit einer Milliarde multipliziert wird, so nimmt man den Vorsatz giga-. Kraftwerke produzieren zum Beispiel Leistungen im Gigawattbereich, das heißt, sie produzieren eine Milliarde Watt. Nach oben geht es noch weiter, aber wir wollen uns jetzt wieder den kleinen Vorsätzen widmen. Wir hatten schon gesehen, dass man ein Tausendstel mit milli- abkürzt, für ein Millionstel nehmen wir den Vorsatz mikro-. Deine Haare sind etwa 50 Mikrometer dick. Vorhin haben wir gesehen, dass das SI-Einheitensystem sieben Basisgrößen und Basiseinheiten umfasst. Es gibt aber noch viel mehr Einheiten. Wenn sich zum Beispiel etwas bewegt, dann können wir ihm eine Geschwindigkeit zuordnen. Die Geschwindigkeit ist aber keine Basisgröße. Um eine Einheit für sie zu bekommen, muss man sich erst überlegen, was die Geschwindigkeit aussagt. Sie sagt etwas darüber aus, wie schnell man von einem Ort zum anderen kommt. Anders gesagt gibt sie an, wie viel Zeit man braucht, um eine gewisse Strecke oder Länge zurückzulegen. Die Geschwindigkeit ist also Länge pro Zeit. Länge und Zeit sind wiederum Basiseinheiten, das heißt in Basiseinheiten wird die Geschwindigkeit in Metern pro Sekunde angegeben. Ein weiteres Beispiel für eine abgeleitete Größe ist die Dichte. Die Dichte gibt an, wie viel Masse ein bestimmtes Volumen eines Stoffes hat. Gewicht ist eine Basisgröße mit der Basiseinheit Kilogramm, Volumen ist die Länge mal Breite mal die Höhe. Alle diese drei Längen können in Metern angegeben werden. Daraus folgt, dass die Dichte in Basiseinheiten in Kilogramm pro Kubikmeter angegeben wird. Zum Abschluss werden wir noch eine kleine Übungsaufgabe rechnen. Du wirst dabei die Einheit Kilometer pro Stunde in die Einheit Meter pro Sekunde umrechnen. km steht dabei für Kilometer, h für Stunde, m für Meter und s für Sekunde. Das Ergebnis, das wir suchen, ist der Vorfaktor x. Will man nämlich die Einheit Kilometer pro Stunde in Meter pro Sekunde umrechnen, so muss man sie mit einem Vorfaktor multiplizieren. Du solltest dir klarmachen, was der Vorsatz kilo- bedeutet und wie viele Sekunden eine Stunde hat. Und hast du die Aufgabe geschafft? Bevor du das Ergebnis erfährst, werden wir Schritt für Schritt durchgehen, wie man dieses Problem löst. Auf der linken Seite haben wir Kilometer pro Stunde stehen. Ein Kilometer sind 1000 Meter, das heißt ein Kilometer pro Stunde ist gleich 1000 Meter pro Stunde. Damit hätten wir schon einmal die Kilometer in Meter umgerechnet und können uns der Stunde zuwenden. Eine Stunde besteht aus 60 Minuten, das heißt, 1000 Meter pro Stunde entsprechen 1000 Meter pro 60 Minuten. Eine Minute hat wiederum 60 Sekunden, das heißt, 1000 Meter pro 60 Minuten sind gleich 1000 Meter pro 60 mal 60 Sekunden. Der erste Sechziger kommt aus der Umwandlung der Stunde in Minuten, der zweite aus der Umwandlung der Minute in Sekunden. 60 mal 60 gibt 3600. Eine Stunde hat also 3600 Sekunden. Vergleichen wir den ersten und den letzten Bruch, so sehen wir, dass Kilometer pro Stunde gleich 1000/3600 Meter pro Sekunde entspricht. Kürzt man noch 1000/3600 zu 1/3,6, dann sieht man, dass ein km/h gleich 1/3,6 Metern pro Sekunde entspricht. Umgestellt ergibt das, dass ein Meter pro Sekunde gleich 3,6 km/h sind. Fährst du also mit 10 Metern pro Sekunde Fahrrad, so entspricht das einer Geschwindigkeit von 36 km/h. So, was hast du heute gelernt? Im SI-Einheitensystem sind einige Größen und Einheiten, deren Einheiten ganz genau bestimmt sind, zusammengefasst. Dadurch ist die Vergleichbarkeit von Ergebnissen auf der ganzen Welt gewährleistet. Zu den Basisgrößen gehören die Länge in Metern, Masse ist eine Basisgröße mit der Basiseinheit Kilogramm, die Zeit in Sekunden, die Stromstärke in Ampere, die Temperatur in Kelvin, die Stoffmenge in Mol und die Lichtstärke in Candela. Will man Bruchteile oder Vielfache von Einheiten angeben, so nutzt man Vorsätze wie zum Beispiel milli- oder hekto-. Einheiten, die nicht im SI-Einheitensystem stehen, können aus SI-Einheiten abgeleitet werden, zum Beispiel die Geschwindigkeit als Länge pro Zeit. Das war’s dann zum Thema Vorsätze und abgeleitete Einheiten.


Beschreibung Basisgrößen und ihre Darstellung

Basisgrößen sind die Grundlage für Messungen, ohne die es unsere mathematische Physik nicht geben könnte. In diesem Video führe ich alle Basisgrößen der Physik ein und erkläre sie. Einige Beispiele sollen das Verständnis erleichtern. Außerdem wird das SI-Einheitensystem vorgestellt und erläutert, aus welchen Basiseinheiten es besteht.

Transkript Basisgrößen und ihre Darstellung

Hallo und herzlich willkommen. In diesem Video geht es um Basisgrößen und ihre Darstellung. Das hört sich vielleicht erstmal etwas trocken an, ohne Basisgrößen könnten wir aber nichts messen, beziehungsweise könnten wir schon messen, wüssten aber nicht, was wir da messen. Deshalb sind Basisgrößen ein grundlegender Punkt in der Physik. Du wirst hier zuerst lernen, wie Größen dargestellt werden. Das werden wir dann an einigen Beispielen verdeutlichen. Weiterhin wirst du die Antwort auf die Frage bekommen, was das SI-Einheitensystem ist und aus welchen Basiseinheiten es besteht. Nachdem du jetzt weißt, was du gleich lernen wirst, kann es auch schon losgehen. Eine Größe, anders gesagt eine physikalische Größe, gibt einen Wert an. Eine solche physikalische Größe ist zum Beispiel die Masse. Um zu wissen, wie schwer etwas ist, zum Beispiel eine Eisenkugel, wiegen wir es. Die Waage zeigt uns dann einen Wert für die physikalische Größe der Masse an. Der Größenwert wird als Produkt aus Zahlenwert und physikalischer Einheit angegeben. Wiegt eine Eisenkugel zum Beispiel zwei Kilogramm, so hat sie den Größenwert zwei Kilogramm. Man kann auch sagen, der Wert setzt sich zusammen aus dem Produkt von Zahlenwert und Einheit. Zwei ist dabei der Zahlenwert und Kilogramm die Einheit. So kannst du sagen, diese Eisenkugel wiegt zwei Kilogramm, und der Nachbar weiß, was du meinst. Du kannst aber auch sagen, diese Eisenkugel wiegt 2000 Gramm oder aber sie wiegt vier Pfund. In allen drei Fällen hat die Eisenkugel die gleiche Masse, es wurden nur unterschiedliche Einheiten gewählt. Zu jeder Größe kann es also mehrere Einheiten geben. Sicherlich kennst du schon einige Einheiten. Manche kennt man aus dem Alltag, wie zum Beispiel Kilogramm oder Gramm, Liter und Meter. Die Temperatur misst man zum Beispiel in Grad Celsius oder Kelvin und die Zeit in Stunden, Minuten und Sekunden. Andere lernt man erst kennen, wenn man sich mit Physik oder anderen Naturwissenschaften beschäftigt, wie zum Beispiel das Volt für die Größe der elektrischen Spannung oder das Ohm für den elektrischen Widerstand oder die Geschwindigkeit, die man in Metern pro Sekunde oder Kilometern pro Stunde misst. Bevor du lernst, was das SI-Einheitensystem ist, wollen wir uns erst einmal fragen, was ein Meter ist. Da könnte man jetzt sagen: Ganz klar, ein Meter sind 100 Zentimeter. Aber was ist ein Zentimeter? Zehn Millimeter. Und was ist ein Millimeter? 1000 Mikrometer. Diese Fragerei könnte man beliebig fortsetzen, ohne an ein Ende zu kommen. Deshalb bleibt einem nichts anderes übrig, als einmal festzulegen, was ein Meter ist. Genau das ist 1793 in Paris passiert. Um genau definieren zu können, was ein Meter ist, wurde die Strecke vom Nordpol zum Äquator möglichst genau vermessen und dieser Wert dann durch 10 Millionen geteilt. Dann wurde ein Messingstab mit genau dieser Länge hergestellt. Diesen Stab nennt man Urmeter. Dieser Urmeter hatte noch zwei Nachfolger aus anderen Materialien. Bis 1960 war der Meter über diese Urmeter definiert. Heutzutage sind alle Basiseinheiten außer das Kilogramm durch Naturkonstanten definiert. Der Vorteil liegt darin, dass so die Einheiten überall reproduziert werden können und Referenzgegenstände wie zum Beispiel das Urmeter, die beschädigt werden könnten, überflüssig werden. Ein Meter zum Beispiel wird über die Strecke definiert, die Licht in einer bestimmten Zeit im Vakuum zurücklegt. Ziel des Urmeters war es, dass man an verschiedenen Orten die gleiche Länge meint, wenn man ein Meter sagt. Angenommen, du misst hier in Deutschland deine Körpergröße. Das Ergebnis ist 1,50 Meter. In China misst auch jemand seine Körpergröße und misst auch 1,50 Meter. So kannst du dir sicher sein, dass der Mensch in China genauso groß ist wie du, weil ihr das gleiche Messergebnis erhalten habt. Wäre der Meter nicht genau definiert, dann wäre das nicht der Fall, weil dann in China ein Meter etwas anderes wäre als in Deutschland. Diese Vergleichbarkeit von Messwerten ist für Naturwissenschaftler sehr wichtig. Wenn man seine Ergebnisse vergleichen will, dann muss man sichergehen können, dass der andere das Gleiche meint, wenn er sagt, etwas sei einen Meter lang. Um andere Messgrößen als in Meter vergleichen zu können, wurde das SI-Einheitensystem eingeführt. Es umfasst einige Basisgrößen mit sehr genau bestimmten Einheiten, die sogenannten Basiseinheiten. Da diese Basiseinheiten sehr genau bestimmt sind, können sie überall auf der Welt verglichen werden. Das SI-Einheitensystem besteht aus folgenden Basisgrößen und Basiseinheiten: Die Länge ist eine SI-Basisgröße, sie wird in der Basiseinheit Meter, Kurzform m, gemessen und angegeben. Die Masse ist eine weitere Basisgröße, die zugehörige Einheit ist das Kilogramm, kurz kg. Die Basisgröße Zeit wird in der Basiseinheit Sekunde gemessen, Kurzform s. Die Stromstärke wird in Ampere gemessen. Auch die Temperatur ist eine Basisgröße im SI-Einheitensystem, sie wird in Kelvin gemessen. Sicher kennst du auch Temperaturangaben in Grad Celsius, Physiker benutzen aber Kelvin, um Temperaturen anzugeben. Um anzugeben, aus wie vielen Teilchen ein Stoff besteht, gibt man die Größe der Stoffmenge an, sie wird in Mol gemessen. Ein Mol ist dabei einfach die Teilchenzahl von zwölf Gramm Kohlenstoff. Die letzte Basisgröße des SI-Einheitensystems ist die Lichtstärke, sie wird in Candela, kurz cd, angegeben. Das sind dann auch schon alle Basisgrößen und Basiseinheiten des SI-Einheitensystems. Aus ihnen können alle anderen Größen und Einheiten hergeleitet werden. So, was hast du heute gelernt? Eine physikalische Größe gibt einen Wert an. Der Größenwert entspricht dabei einem Zahlenwert mal einer Einheit. Im SI-Einheitensystem sind genau vermessene Basisgrößen und Basiseinheiten zusammengefasst. Aus ihnen können alle anderen Größen und Einheiten abgeleitet werden. Beispiele für Einheiten sind Kilogramm, Meter, Volt, Meter pro Sekunde und viele mehr. Um Messgrößen vergleichen zu können, müssen genaue Basisgrößen und Basiseinheiten festgelegt werden. Die erste war dabei der Urmeter von Paris. Heutzutage definiert man alle Basiseinheiten außer das Kilogramm über Naturkonstanten wie zum Beispiel die Vakuum-Lichtgeschwindigkeit. Im SI-Einheitensystem sind genau vermessene Basisgrößen und Basiseinheiten zusammengefasst. Aus ihnen können alle anderen Größen und Einheiten abgeleitet werden. Das war es dann auch schon zum Thema Basisgrößen und ihre Darstellung. Ich hoffe, du hast was gelernt. Tschüss und bis zum nächsten Mal.


Video: Noin 7 Veljestä 1968 (Elokuu 2022).