Albert Einstein erklärt die Welt der Physik (3.-4. Klasse)

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Ideenbörse Grundschule 3/4, Heft 23, 07/2005

Teil 2.6 Forschen und erforschen 2.6.3

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2.6.3.2 Albert Einstein erklärt die Welt der Physik

Monika Zeidler

Didaktisch-methodischer Ablauf Inhalte und Materialien (M) I. Hinführung

Die Lehrkraft zeigt Farbfolien: Bilder einer Solaranlage, eines Heißluftballons, eines Kraftwerks, einer Hochspan- nungsanlage.

Erkenntnis aus dieser Betrachtung: Die Grundlagen dieser Technik basieren auf den Erkenntnissen physikalischer Grundlagenforschungen.

Alternative:

Die Lehrkraft zeigt Fotos von Albert Einstein (1879-1955).

Sie berichtet aus seinem Leben.

Albert gilt als einer der bedeutendsten Physiker und Den- ker aller Zeiten.

Die Fotoreihe wird fortgesetzt auf den folgenden Arbeits- blättern, wo jeweils ein anderes Einstein-Porträt erscheint.

Anmerkung:

Albert Einstein war sehr kinderlieb und galt als ausgezeich- neter Lehrer. Immer wieder sah man ihn, wie er Kindern Mathematik und Physik erklärte. Es liegt also nahe, ihn in Überschrift (Sprechblase) und Foto den Schülern wieder erklären zu lassen, was es mit der Physik auf sich hat.

II. Erarbeitung

Sitzkreis: Alle überlegen, was Physik ist. Die Lehrkraft gibt Denkanstöße, verweist auf technische Geräte, Elek- trizität, Hydraulik, Einwirkung von Wärme und Kälte, … Die Lehrkraft benennt die wichtigsten Bereiche der Physik:

Optik, Akustik, Mechanik, Atomphysik, Elektrizitätslehre und Magnetismus, Wärmelehre.

Sie schreibt die komplizierten Namen an die Tafel oder heftet sie gut lesbar an eine seitliche Schau-/Erinnerungs- tafel.

Lehrkraft: „Albert Einstein war ein guter Lehrer. Stellt euch vor, er wäre hier und würde euch die Wissensgebiete der Physik erklären!“

Lernziele:

Die Schüler sollen

 wissen, weshalb technische und naturwissenschaftliche Bildung zurzeit besonders im Gespräch sind,

 erkennen, dass alle Teilbereiche der Physik die Grundlagen des modernen Lebens geschaffen haben,

 sich bewusst machen, welche „praktischen Ergebnisse“ dieser Grundlagenforschung wir wie selbstverständlich nutzen,

 sich dauerhaft für einige Wissensgebiete der Physik interessieren.

Die Schüler äußern sich zu den Bildern, bringen bei ihren Beiträgen eigenes Wissen ein, werfen Fragen auf, zeigen ihr Interesse für die Technik in ihrer Lebensumwelt.

→ Farbfolien, Freie Arbeitsmaterialien 3.2.6/M1****

und M2****

Die Schüler betrachten verschiedene Fotos von Albert Einstein; das Altersfoto mit der herausgestreckten Zunge dürfte ihnen nur allzu bekannt sein.

Doch Einstein war kein Komödiant, sondern ein genialer Forscher und Denker, der sich zudem gesellschaftskritisch und politisch stark engagierte.

→ Fotosammlung 2.6.3.2/M1***

→ Biograﬁe 2.6.3.2/M2****

100 Jahre Relativitätstheorie, 50-jähriger Todestag Albert Einsteins und das Jahr 2005 als „Jahr der Physik“ sind Anlass, über die Physik genauer nachzudenken.

Die Schüler hören, dass es in ihrer Lebensumwelt unend- lich viele Dinge gibt, die nur funktionieren, weil es die Grundlagenforschung in den verschiedenen Bereichen der Physik gab.

→ Auﬂistung 2.6.3.2/M3****

Albert Einstein erklärt die Welt der Physik 2.6.3.2

(c) Olzog Verlag GmbH Seite 1

D21035232632

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2.6.3 Forschen und erforschen Teil 2.6

2 Optik

Akustik

Mechanik

Atomphysik

Hinweis: Bei Uranerz fällt die Atomkernspaltung besonders leicht, leichter als bei anderen Stoffen.

Elektrizität und Magnetismus

Hinweis: Es genügt, wenn die Schüler kleinste Materie- Teilchen als „Atome“ bezeichnen; der Begriff „Molekül“ = der Verband mehrerer Atome würde zu sehr verwirren.

Wärmelehre

Hinweis: Die Lehrkraft kann auf die aufsteigende Warmluft beim Wasserkreislauf hinweisen!

III. Fächerübergreifende Umsetzung

Rechtschreibung

Schätzen und messen

Basteln mit Stoff und Pappe

Schneiden und kleben

Die Schüler hören, welche Fragestellungen im Bereich der Optik untersucht werden, welche Erkenntnisse, welche bekannten Anwendungen es gibt.

→ Arbeitsblatt 2.6.3.2/M4****

Erkenntnisse, Anwendungen. Finden die Schüler selbst noch weitere Beispiele aus ihrer Lebensumwelt?

Erkenntnisse, Anwendungen. Evtl. bringen einige Schüler technisches Spielzeug (Fischer-/Legotechnik) mit und demonstrieren mechanische Vorgänge und Geräte.

Atomphysik, ein Bereich der Physik, der sowohl theoretisch erkennbar (theoretische Physik – Denken, Nach- denken) als auch praktisch erfahrbar ist: Nuklearstrom, Nuklearmedizin, Nuklearwaffen.

Erkenntnisse, Anwendungen. Die Schüler nennen Beispie- le, wo und wie Elektrizität genutzt wird.

Erkenntnisse, Anwendungen und Beispiele aus dem Be- reich der Wärmelehre, die jeder kennt.

Die Schüler nennen und erklären die wichtigsten Lern- wörter dieser Unterrichtseinheit. Sie leiten die richtigen Adjektive ab.

→ Auﬂistung 2.6.3.2/M10***

Optische Täuschungen – die Irrtümer unserer Augen.

→ Bildvorlagen 2.6.3.2/M11***

Was (warme, aufsteigende) Luft alles kann.

→ Anleitung 2.6.3.2/M12***

Gemeinschaftsarbeit:

Die Schüler erstellen ein Poster z.B. über ihnen bekannte elektrische Geräte (mechanische Geräte, …).

2.6.3.2 Albert Einstein erklärt die Welt der Physik

+/-/=

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5 Albert Einstein erklärt die Welt der Physik 2.6.3.2/M2****

Hallo, ich bin Albert Einstein!

Ich wurde 1879 in Ulm als Sohn jüdischer Eltern geboren. Unsere Familie zog nach München, wo mein Vater eine kleine Fabrik für Elektrogeräte hatte. In München bin ich aufgewachsen und zur Schule gegangen. Du liebe Zeit! Die Schule hat mir überhaupt keinen Spaß gemacht und die Lehrer haben mich für dumm gehalten. Weil ich angeblich nur geträumt habe. Dabei habe ich nachgedacht über alles, was um mich herum und was rätselhaft war. Das war spannend.

Mathematik fand ich aufregend. Mit Mathematik wollte ich die Welt erklären können.

Als ich die Schule endlich hinter mir hatte, durfte ich in Zürich in der Schweiz Mathematik und Physik studieren. Ich wollte Physiklehrer werden und alle Kinder für diese Wissen- schaft begeistern. Schlecht und recht verdiente ich meinen Lebensunterhalt als Privatlehrer.

Schließlich fand ich eine Anstellung im schweizerischen Patentamt. Nebenher hatte ich noch genug Zeit, mich mit meinen Forschungen über Raum und Zeit zu beschäftigen. Ich brauchte dazu kein Geld, keine Apparate, keine Experimente, nur meinen Verstand. Ich hat- te Ideen und versuchte diese Ideen in mathematische Formeln zu fassen. Ich schrieb alles auf und nannte meine Schrift „Die Relativitätstheorie“.

Es dauerte sieben Jahre, bis meine Kollegen meine recht komplizierten Ideen verstanden und erkannten, dass damit viele Fragen über rätselhafte Dinge in der Welt beantwortet waren. Ich wurde berühmt und zu Vorträgen und Vorlesungen überall hin eingeladen. Ich wollte in Deutschland bleiben und wurde Professor für Physik an der Universität in Berlin.

Hier forschte ich weiter. 1921 erhielt ich den Nobelpreis für Physik, die höchste Auszeich- nung, die ein Forscher je erhalten kann.

Doch dann kam für Deutschland und damit auch für mich eine schlimme Zeit. Die neue Re- gierung der Nationalsozialisten duldete keine Juden im Land. Ich hatte Glück. Die Universi- tät in Princeton in USA freute sich, mir eine Professorenstelle anzubieten zu dürfen. So kam ich 1933 nach Amerika und wurde Amerikaner.

Natürlich hörte ich alle Nachrichten, die aus Deutschland kamen. Das waren keine guten Nachrichten: Krieg und Verfolgung! Öffentlich trat ich dafür ein, dass dieser Regierung ein Ende gemacht werden müsse. Ich verstärkte meine Anstrengungen in der Atomforschung, um wirksame Bomben gegen Hitler-Deutschland zu bauen. Doch als ich erlebte, was Atom- bomben in Japan angerichtet haben, war ich entsetzt. Ich wollte, dass Atomkraft für friedli- che Zwecke eingesetzt wird z.B. für die Gewinnung von Strom oder um Krebskranke heilen zu können. In der ganzen Welt hielt ich Vorträge darüber. Meine Forschungen über die Kräfte der Schwerkraft und den Elektromagnetismus betrieb ich weiter - in den USA. Auch als der Krieg schon viele Jahre zu Ende war, blieb ich für immer hier.

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Ich erkläre dir die Optik!

Nur weil es das Licht gibt, können wir sehen. Bei Tag beleuchtet die Sonne unsere Umgebung, bei Nacht haben wir uns künstliche Lichtquellen geschaffen – mithilfe der Physik.

Licht ist eine besondere Energieform. Licht gibt es als Wellen – ähnlich wie die Schallwellen – Licht gibt es auch als geradlinige Strahlen. Denke nur an den Strahl einer Taschenlampe!

• Licht kann gebrochen werden z.B. durch eine Lupe: Die Lupe verändert den Weg der Lichtstrahlen und vergrößert alles. Je dicker die Lupe, desto stärker wird das Licht gebro- chen. Das ist beim Mikroskop der Fall oder beim Teleskop. Auch Brillen verändern den Lichtstrahl. Je nachdem, ob du kurzsichtig oder weitsichtig bist, werden die Lichtstrahlen durch die Augengläser genau so gebrochen, dass du wieder scharf sehen kannst.

• Licht kann zurückgeworfen (= reflektiert) werden z.B. durch ein dunkles Glas oder einen Spiegel.

• Licht kann gespaltet und zerlegt werden,

Beispiel Regenbogen: Tausende von Regentropfen zerlegen das Licht in seine farbigen Bestandteile: violett, indigo, blau, grün, gelb, orange, rot.

• Licht kann gebündelt und gesammelt werden z.B. mit einem Brennglas.

• Interessierst du dich für Fotografie? Durch eine kleine Öffnung im Fotoapparat wird eine ganze Umgebung aufgenommen und abgebildet.

Schaltest du eine Taschenlampe ein, denkst du, das Licht ist sofort da. Doch in Wirklichkeit vergeht eine winzige Zeitspanne, bis das Licht an der Zimmerwand erscheint. Warum?

Licht breitet sich wie der Schall in einer bestimmten Geschwindigkeit aus. Diese unglaub- lich hohe Geschwindigkeit haben Physiker gemessen. In einer Sekunde legt das Licht eine Strecke von fast 300.000 km zurück. Könnte es um die Erde kreisen, würde es in einer Se- kunde sieben Mal um die Erde sausen!

Übrigens habe ich auch über das Licht nachgedacht und geforscht. Ich bin überzeugt, dass sich das Licht nicht nur in geraden Linien bewegt, sondern von der Erdanziehung

(= Schwerkraft) angezogen und gekrümmt wird.

Optik ist schwierig, kann aber auch lustig sein.

Du weißt, was eine optische Täuschung ist?

Das ist dann der Fall, wenn das Licht deinen Augen einen Streich spielt.

Beispiel: Welcher Pfeil ist länger?

Albert Einstein erklärt die Welt der Physik 2.6.3.2/M4****

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2.6.3.2/M7**** Albert Einstein erklärt die Welt der Physik

Atomphysik -

winzig und riesig zugleich!

Zerreiße ein Stück Papier in kleinste Schnipsel. Zerteile Stoff oder Plastik oder sonst et- was anderes so klein, dass du die Teilchen gar nicht mehr sehen kannst. Doch auch diese kleinsten Teilchen kannst du noch zerlegen, bis du – gedanklich nur – an Teilchen kommst, die du nicht mehr zerlegen kannst. Diese kleinsten Teile heißen Atome, was „unteilbar“ be- deutet. Doch die Atomphysik hat es möglich gemacht, die Atome weiter zu zerlegen. Dabei wird Energie frei, die Atomenergie.

So verstehst du es vielleicht besser.

Holz ist Holz und gibt keine Energie ab. Brennt es jedoch, gibt es Licht und Wärme ab. Licht und Wärme sind eine Form von Energie. So verhält es sich beim Verbrennen von Papier, Stoff, Kohle usw. Es gibt aber auch Stoffe, die geben von sich aus Energie ab, ohne dass man etwas tun muss. Diese Stoffe sind Radium und Uran.

Immer wieder zerspringt hier ein Atom und gibt dabei einen winzigen Lichtfunken und etwas Wärme ab. In einem Stück Uranerz zerfällt ein Atom nach dem anderen und die Energie bleibt ungenutzt.

Physiker dachten darüber nach, wie diese Energie zu nutzen ist. Sie entwickelten eine Mög- lichkeit, die Wärme zu nutzen.

Z.B. in Atomkraftwerken erzeugt die Wärmeenergie Dampf. Der Dampf treibt die Generato- ren an; dabei wird Elektrizität erzeugt. Atomkraftwerke erzeugen relativ billige elektrische Energie.

Doch Atomkraftwerke sind zugleich auch sehr gefährlich.

Leider wurde auch die Atombombe gebaut.

Im winzigen Bruchteil einer Sekunde werden Atome gespalten und die Energie unzähliger Atome frei gesetzt.

Zusätzlich wird eine gefährliche radioaktive Strahlung frei.

Sammle Zeitungsberichte über

Nutzen und Schaden der Atomenergie!

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13 Albert Einstein erklärt die Welt der Physik 2.6.3.2/M10***

Machst du alles richtig?

Namenwörter werden zu Eigenschaftswörtern, Nomen zu Adjektiven

Merke: Adjektive werden klein geschrieben.

Physik physikalisch

Elektrizität elektrisch Akustik

Optik Mechanik Atome Kraft Energie Wärme Magnet Licht Strahlen Theorie Fluss Gas Luft

Setze ein:

– leuchtend (licht) – warm – strahlend – energisch – kräftig – optisch – magnetisch – mechanisch – atomar – theoretisch – flüssig – gasförmig – luftig – akustisch

Neue Lernwörter! Kannst du sie erklären?

Physik Mechanik Optik Akustik

Elektrizität Elektronik Energie Theorie

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2.6.3.2/M11*** Albert Einstein erklärt die Welt der Physik

Schauen, schätzen, nachmessen:

Optische Täuschungen

Optische Täuschungen entstehen

durch bestimmte Unvollkommenheiten unserer Augen und durch Irrtümer unseres Gehirns.

Sind die beiden senkrechten

Linien ge- krümmt oder

gerade?

Welches Männchen ist größer? Miss nach! Welcher Strich ist länger?

Welcher Innenkreis ist größer?

Siehst du eine Vase?

Oder zwei bärtige Männerköpfe?

Das Auge sieht Schatten, wo gar keine sind!