Vorgänge in einer Leuchtdiode als Umkehrung des lichtelektrischen Effekts

Physik-LK der Q3 organisiert selbstständig Experimentiertag am Grimmels

Bahnbrechende Experimente haben die Entwicklung der Physik im letzten Jahrhundert stark beeinflusst, so auch im Bereich der Quanten- und Atomphysik. Da dies zentralen Themen des Physikunterrichts der Q3 sind, hat sich der Physik-LK am Grimmels unter der Leitung von Claudia Schadt dazu entschlossen, in eigener Regie einen Experimentiertag zu diesen Themenfeldern durchzuführen.

Die eigenständige Durchführung solcher Experimente macht es möglich, das Thema in der Q3 nicht nur theoretisch, sondern auch praktisch erfahrbar zu machen. Da das Grimmelshausen-Gymnasium über eine hervorragende Ausstattung der Physiksammlung verfügt, war es möglich, einen solchen Projekttag sogar an der eigenen Schule durchzuführen.

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Feldforschung am GGG

Der Hall-Effekt …

Erstes Praktikum des Physik-LK der Q1 über elektrische und magnetische Felder

Die Rahmenbedingungen waren perfekt: Ein grauer Himmel und steter Nieselregen ließen beim Blick aus dem Fenster wenig Wehmut aufkommen. Gut, wenn man dann wenigstens Physiker ist und seine Zeit auch an den Experimentiertischen, in einem Fall sogar in der Dunkelkammer, fernab von den Launen des heimischen Wetters sinn- und gehaltvoll nutzen kann.

Das Thema für den ganzen Tag waren elektrische und magnetische Felder. In sechs Gruppen ging es dabei an die experimentellen Leckerbissen, die im Unterricht bisher ausgespart waren:

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Physik-Lk testet neue Schülerexperimente

Im Rahmen eines Projekttages zum Thema „mechanische und elektromagnetische Schwingungen und Wellen“ erprobten am 08.06.2018 die Schülerin und die Schüler des Leistungskurses der Q2 von Frau Schadt, neu angeschaffte Experimentalsets zu diesem Themenkomplex.

Die Leistungskursschüler konnten die Versuchsanlagen selbstständig aufbauen, die entsprechenden Untersuchungen durchführen und die Geräte auf ihre Praxistauglichkeit hin untersuchen.
Dabei wurden die Versuche hinsichtlich verschiedener Aspekte überprüft, z.B. sind die Anleitungen verständlich geschrieben, gelingt der problemlose Aufbau, wie hilfreich sind die mitgelieferten Kopiervorlagen für Schüler, erzielt man verwertbare Versuchsergebnisse und zu welchem Zeitpunkt des Unterrichts sind diese Experimente einsetzbar.

Die Schüler dokumentierten ihre Eindrücke zu den durchgeführten Versuchen.

Die Ergebnisse wurden immer wieder diskutiert, während der Durchführung der Versuche und anschließend im Plenum.
Gleichzeitig konnten die Schüler anhand dieser grundlegenden Experimente zum Thema „Schwingungen und Wellen“ ihr in diesem Halbjahr erworbenes Wissen anwenden und vertiefen.

Praxisorientiertes Lernen fördert den Zugang, auch zu komplizierteren Inhalten der Physik, führt die Schüler an zukünftige Forschungsarbeiten heran und bereitet so auf ein Studium im diesem Bereich vor, ein besonderes Ziel der Arbeit der Fachschaft Physik.
In Zeiten knapper Gelder ist es umso wichtiger, zweckmäßiges und schülerorientiertes Lehrmaterial zur Verfügung zu stellen, was die Budgets der Schulen jedoch häufig überfordert.

Wir freuen uns in diesem Zusammenhang über die Unterstützung durch unseren Sponsor Herrn Lacher.

Die Schüler zeigten großes Engagement und Begeisterung bei der praktischen Erprobung der umfangreichen Materialien.

(Claudia Schadt)

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GGG-Erfinder-Club bei „Explore Science“

Jede Woche dienstags treffen sich die Teilnehmer der Erfinder-Club AG, in der Schülerinnen und Schüler von der Jahrgangsstufe 7 bis zu Q4 teilnehmen können, um an diversen Objekten ihre Kreativität ausleben zu können. Geleitet wird diese AG von Herrn Lamm und Herrn Bechtold.

Im Schuljahr 2017/2018 beschäftigten wir uns mit dem Bau von Dampfbooten, Klettermaschinen und Raketenmodellen.

Höhepunkt war nun, wie in den vergangenen Jahren auch schon, die Teilnahme am Wettbewerb „Explore Science“ in Mannheim. Im dortigen Luisenpark trafen sich vom 13. bis zum 16. Juni Schüler*innen aller Altersklassen, um mit ihren Kreationen, die in diesem Jahr unter Kategorien wie „Atlas“, „Marsmobil“, „Teilchendetektor“ eingereicht wurden und im Wettbewerb über Tragfähigkeit und Leistungsvermögen standen.

Der Erfinder-Club trat mit 7 Schüler*innen im Wettbewerb „Atlas“ an, bei dem es galt ein Objekt zu bauen, das nur aus normalem Papier und nur mit handelsüblichem Flüssigkleber hergestellt sein durfte und dabei bei einer Grundfläche von maximal 10 cm Durchmesser und einer Höhe von 30 cm eine möglichst hohe Last tragen können sollte. Wichtig war zusätzlich ein möglichst geringes Eigengewicht des „Atlas“.

Der leistungsstärkste Körper, der von uns ins Rennen gebracht wurde, überzeugte die Jury schließlich mit einer Tragkraft von 75 kg. Wir hätten sogar noch mehr geschafft, es gab aber keine weiteren Gewichte.

Leider haben wir den Wettbewerb nicht gewonnen, da unsere Figur mit 448 g deutlich schwerer war als die Objekte anderer Konkurrenten.

Die Fotos zeigen einige der Teilnehmer mit zwei der Objekte und die Jury beim Messen.

Im nächsten Schuljahr wollen wir uns aber gerne wieder an diesem Wettbewerb beteiligen.

(Norbert Bechtold)

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Physikalisches Praktikum an der Uni Mainz

Ihren ersten Schultag im neuen Jahr verbrachten die Schülerinnen und Schüler des Leistungskurses Physik Q3 an der Johannes Gutenberg Universität in Mainz. Schwerpunkt des Praktikums war das Thema Holographie.

An der Wellenwanne wurden stellvertretend für elektromagnetischen Wellen zunächst Wasserwellen in Anlehnung an den berühmten Doppelspaltversuch von Thomas Young überlagert und die dabei entstehenden Interferenzen sichtbar gemacht.

Anschließend konnte das berühte Michelson-Interferometer nachgebaut werden.Hier wird ein Laserstrahl mit einem Strahlteiler auf zwei unterschiedliche Lichtwege aufgeteilt, später wieder zu einem Strahl zusammengeführt und auf einen Wandschirm gerichtet. Durch die Unterschiede in den beiden Lichtwegen erwartet man ein System konstruktiver und destruktiver Interferenzen auf dem Wandschirm.
Mit etwas Geduld und systematischen Probieren gelang es den meisten Gruppen, diese auch in beeindruckender Deutlichkeit sichtbar zu machen.

In einem Kratzhologramm übernehmen die von einer Linie aus gezeichneten Wellenfronten die Funktion einer Referenzwelle für alle von Punkten abseits dieser Linie ausgehenden Objektwellen. Bei geeigneter Beleuchtung lässt sich aus der Überlagerung der beiden die Gestalt des eigentlichen Objektes wiederfinden.
Für das Experiment wurden nur Zirkel, polierte PVC-Kacheln, eine ruhige Hand und etwas Fleiß benötigt.

Schließlich wurden Objekträger für die dreidimensionalen Objekte vobereitet, mit denen dann im Photolabor des physikalischen Instituts die photographischen Platten belichtet und entwickelt wurden. Danach konnten die meisten Experimentatoren ein funktionierendes Hologramm mit nach hause nehmen.

Mit einer ganz anderen Art dreidimensionaler Effekte konnten die LK-Schüler sich später beim Schwarzlicht-Minigolf auseinandersetzen und obwohl auch hier nüchterne physikalische Größen wie die Polarisation des verwendeten Lichts, die Beziehung zwischen Einfalls- und Reflexionswinkel für den Golfball oder die Impulsübertragung vom Schläger auf den Ball eine Rolle spielen, konnte man doch nur gewinnen, wenn man das richtige Gefühl mit an den Start brachte.

Nach einem insgesamt angstrengenden Tag kehrten am Ende 22 dennoch glückliche Nerds nach Gelnhausen zurück.

(Andreas Sieber)

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Praktikumstag des Leistungskurses Physik (Q1)

Dezember 2017

Die Durchführung von Praktika (in der Schule oder auch außerhalb, z.B. an der Universität) gehört für die Schüler der Physik-Leistungskurse (Q1 und Q3) zum Unterrichtskonzept des Grimmelshausen Gymnasiums, um den Schülern einen Einblick in die Arbeitsweise eines naturwissenschaftlichen Studiums zu geben.

Elektrische und magnetische Erscheinungen (Thema der Q1 des Leistungskurses) und deren Wechselwirkung zwischen z.B. Magneten und bewegten Ladungsträgern sind eng miteinander verknüpft.

Unsere moderne Welt ist ohne elektromagnetische Induktion nicht zu erklären, z.B. Roboter pflegen den Rasen, Ampelanlagen usw..

Im Rahmen eines Projekttages am 15.12.2017 konnten die Schülerin und die Schüler des Leistungskurses der Q1 bei Frau Schadt Experimente selbstständig planen, durchführen und auswerten. Die Einführung in das wissenschaftliche Arbeiten wird hier simuliert. Computergestützte Messsysteme unterstützen die Auswertung der Versuche.

Die Planung und Durchführung von Grundlagen-Experimenten zum Thema elektromagnetische Induktion, wurde von den Schülern mit Hilfe zuvor ausgehändigter Praktikumsanleitungen selbstständig vorbereitet und auch teilweise eigenständig ergänzt. Den Aufbau der Versuche, die Versuchsdurchführung und die sich anschließende erste Auswertung der Versuche, wurde von den Schülern an diesem Praktikumstag bewältigt.

Die Anfertigung von Protokollen erfolgt in der Nachbereitung des Praktikumstages. Eine sich anschließende Kurzpräsentation der Versuche im Plenum, ermöglicht den Schülern ihre Versuche den Mitschülern nochmal vorzustellen und den theoretischen Hintergrund für die anderen verständlich darzustellen. Die Auseinandersetzung mit den Inhalten bzw. deren praktischer Umsetzung in den einzelnen Versuchen fördert einen tieferen Einblick in die betreffende Thematik.

Die entspannte Atmosphäre an solchen Praktikumstagen, ist eine wunderbare Begleiterscheinung, die bei den Schülern positiv ankommt.

C.Schadt

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Physikalisches Praktikum am GGG

Wie bringt man physikalische Experimente zu den Schülern?

Für die Leistungskurse der gymnasialen Oberstufe beantwortet das Grimmelshausen-Gymnasium diese Frage seit einigen Jahren mit einem physikalischen Praktikum.

Während die Fragen der Wissenschaft an die Natur in der Mittelstufe oft mit vergleichsweise einfachen Schülerversuchen gestellt und beantwortet werden können, erfordern die zunehmend komplexen Zusammenhänge und ausgefeilten Mess- und Nachweismethoden komplizierte und im Rahmen des getakteten Unterrichts kaum zu besprechende Versuchsanordnungen.

Im Rahmen eines Projekttages konnten die Schülerinnen und Schüler des Leistungskurses Physik der Q1 am vergangenen Mittwoch einige dieser Experimente nun selbst aufbauen, durchführen und in gebührender Zeit auswerten. Die Anforderungen, die sie dabei zu bewältigen hatten, reichten von der sorgfältigen Lektüre der Anleitung und der gewissenhaften Durchführung bis hin zu einer kritischen Betrachtung möglicher Fehler und deren Ursachen. Die inhaltliche Herausforderung und die Arbeitsatmosphäre boten den Schülern einen ersten Einblick in die wissenschaftliche Arbeitsweise und weckten bei dem unterrichtenden Fachlehrer, Herrn Sieber, nostalgische Erinnerungen an sein physikalisches Anfängerpraktikum im dritten Semester seines Physikstudiums.

Alle Versuche beschäftigten sich mit elektrischen und magnetischen Feldern. Mit dem berühmten Millikan-Versuch oder mit der Ablenkung eines Elektronenstrahls im Magnetfeld konnte das Verhältnis zwischen Elementarladung und Elektronenmasse bestimmt werden. Mit Hilfe computergestützter Messsysteme konnten die Gleichung zur Berechnung der Lorentzkraft und das Induktionsgesetz bestätigt werden. Eine Gruppe von Schülern bestimmte die Erdbeschleunigung in Gelnhausen während eine andere den Halleffekt in einem metallischen Leiter und in einem Halbleiter maßen und durch theoretische Überlegungen bestätigte. Auch die Stärke und Richtung des Erdmagnetfeldes in Gelnhausen war Gegenstand eines erfolgreich durchgeführten Experiments.

Bei den Schülerinnen und Schülern stieß diese besondere Form des Unterrichts auf ausnahmslos positive Resonanz und es sollte keiner großen Anstrengungen bedürfen, sie auch im kommenden Halbjahr wieder für ein solches Praktikum zu motivieren.

Die Fachschaft Physik ist natürlich sehr stolz auf dieses Praktikum, dass ohne das Engagement der Lehrkräfte, die organisatorische Unterstützung durch die Schulleitung und die großzügige finanzielle Unterstützung bei der Anschaffung von Geräten durch einen Sponsor in dieser Form nicht möglich wäre.

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Ciao, Norberto

Weiß man von einem Objekt,
ganz genau, wo es grad‘ steckt,
dann gilt und zwar ganz allgemein:
“Es kann nicht mehr in Ruhe sein“
Dieser Satz von Heisenberg,
war offensichtlich stets am Werk,
wenn Norbert in der Sammlung weilte,
und dort an Experimenten feilte,
und kaum, dass er es gut befunden,
war er auch schon samt Tisch verschwunden.
Denn ruht es dann, unser Objekt,
dann weiß man nicht mehr, wo es steckt.
Zuletzt nun in der Sammlung oben,
schien er schon etwas „rotverschoben“,
das kennt man auch von andren Sternen,
sobald sie sich von uns entfernen,
von denen weiß man aber leider:
„Ihre Flucht geht immer weiter“.
Bei Norbert ist, so woll’n wir hoffen,
der weitere Verlauf noch offen.
Vielleicht, wenn nicht die Schwerkraft siegt,
ist’s Sympathie, die überwiegt,
und es steigt im Lauf der Zeit,
die Aufenthaltswahrscheinlichkeit,
in unsrem kleinen Orbital,
Willkommen bist Du allemal!

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Norbert Großberger wird Ehrenkurator

Überreichung der Urkunde in feierlichem Rahmen

Im Rahmen der traditionellen Physiker-Wanderung zum Ende des Schuljahres wurde der scheidende Leiter des Fachbereichs III (Naturwissenschaften) Norbert Großberger wegen seiner besonderen Verdienste um das Fach Physik von Fachvorstand Physik Nobert Bechtold zum „Ehrenkurator“ der Fachschaft Physik des Grimmelshausen Gymnasiums ernannt. Mit diesem Ehrentitel verbunden ist unter anderem das Recht, auch künftig an allen Veranstaltungen der Fachschaft Physik am GGG teilnehmen zu dürfen.

Norbert Großberger geht zum Ende dieses Schuljahres nach fast vierzig Jahren am GGG in Ruhestand. Seit vielen Jahren hat er am Grimmelshausen Gymnasium unter anderem den „GGG-Erfinderclub“ betreut und dabei viele Schülerteams auf Wettbewerben zum Erfolg geführt.

Als Ehrengabe erhielt Norbert Großberger zusätzlich zur Ernennungsurkunde von der Fachschaft Physik ein Olivenbäumchen.

Zur Ernennungsfeier in der Gaststätte „Zum Paradies“ in Gelnhausen/Roth war auch der erste „Ehrenkurator“ der Fachschaft Physik Erwin Bernhardi eigens aus Nordhessen angereist. Erwin Bernhardi hatte mit Norbert Großberger zusammen über viele Jahre den „Erfinderclub“ geleitet, der künftig nun von Burkhard Lamm weitergeführt wird.

 

 

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„Es klappert die Mühle am rauschenden Bach…“

Antonia Kleinfeller, Paula Sommer, Sandro Welte und Tim Laubenstein mit zwei Professoren der Jury bei der Begutachtung der Wassermühle.

GGG-Erfinder auf Spitzenplätzen bei „Explore-Science“ /effektivste Wassermühle und stärkster „Sisyphus“

Bereits zum elften Mal richtete die Klaus Tschira-Stiftung  in der vergangenen Woche die naturwissenschaftlichen Erlebnistage „Explore-Science“  in Mannheim im Luisenpark aus. In diesem Jahr lautete das übergeordnete Thema  „Universum Mensch“. Höhepunkt der Veranstaltung waren die Schüler-Wettbewerbe mit fünf unterschiedlichen Aufgabenstellungen. Für zwei dieser Wettbewerbe hatten sich jeweils 3 Schülergruppen aus dem Erfinder-Club des Grimmelshausen-Gymnasiums angemeldet.

Eine Aufgabe bestand darin, in Anlehnung an den Blutkreislauf des Menschen, eine Wassermühle zu bauen, die von 1,5l fließendem Wasser angetrieben wird, und die dabei eine möglichst große Masse um eine möglichst große Höhe anheben kann. Viele Wochen wurde nachmittags und auch abends in der physikalischen Sammlung des GGG emsig an einer selbst entwickelten Konstruktion gearbeitet, die ständig optimiert wurde, beispielsweise um durch geringe Reibungsverluste einen möglichst großen Wirkungsgrad zu erreichen. Tatsächlich konnte sich das Team aus der Jahrgangsstufe 7 mit Antonia Kleinfeller, Paula Sommer, Tim Laubenstein und Sandro Welte mit ihrem Betreuer Norbert Großberger gegen große Konkurrenz von etwa 50 Schulen aus dem südwestdeutschen Raum von Stuttgart bis Wiesbaden durchsetzen und das Preisgeld von 500€ mit nach Hause nehmen.

Die beiden anderen Gruppen des Erfinder-Clubs wurden von Physiklehrer Burkhard Lamm betreut;  sie starteten im Wettbewerb mit dem sinnigen Namen „Sisyphus“; Sisyphus ist eine Gestalt aus der griechischen Mythologie; er muss einen schweren Stein bergauf bewegen, der kurz vor den Ziel immer wieder nach unten rollt. Die Aufgabe lautete daher „Konstruiert und baut eine „Sisyphus“-Maschine, die eine vorgegebene Masse eine schiefe Ebene unter möglichst großem Winkel hochrollen kann.“  Im Gegensatz zur oben beschriebenen Aufgabe war hier nun eine möglichst große Reibungshaftung der Maschinen erwünscht, um die steile Teststrecke zu überwinden.

Auch hier setzte sich der Erfindungsreichtum der Grimmelshausen-Schüler gegen harte Konkurrenz durch, und die „Grimmels“ belegten die beiden ersten Plätze, die mit 500€ bzw. 250€ dotiert waren.

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