Interaktive Bildschirmexperimente unter funktionalen Aspekten

Dieses Experiment zur drahtlosen Telegrafie (Marconi 1897) markiert als Beginn der Telekommunikation einen Meilenstein der Kulturgeschichte.

Im Sender wird ein Dipol über eine Funkenstrecke zu gedämpften elektromagnetischen Schwingungen angeregt. Der Empfänger enthält ein mit Metallpulver gefülltes Röhrchen ("Kohärer"), das seine Leitfähigkeit beim Empfang des Signals ändert. Eine Klingel zeigt den Empfang des Signals akustisch an.

Bildquelle: AG Didaktik der Physik, Freie Universität Berlin

Das IBE "Gekoppelte elektromagnetische Schwingkreise" zeigt das Phänomen der Aufspaltung der Resonanzkurve eines Schwingkreises im Frequenzspektrum. Das Experiment macht modellhaft die Entstehung von Energiebändern in einem Festkörper anschaulich.

Interaktives Beispiel: Schiebe die fünf gleichen Schwingkreise nacheinander zu dem von einem Generator erregten Schwingkreis (ganz rechts). Beobachte die Aufspaltung der Resonanzkurve.

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Dieses Experiment zur Messung der Phasengeschwindigkeit einer Schallwelle verdeutlicht das Konzept der Welle als zeitlich und räumlich periodische Änderung einer physikalischen Größe. Ein im Schallfeld verschiebbares Mikrofon zeigt dazu auf dem Oszilloskop eine Schallschwingung, deren Phase vom Ort abhängt. Eine Phasenverschiebung von 2π entspricht der Wellenlänge (räumliche Periode). Auch lässt sich die Schwingungsdauer der Schallwelle mit dem Oszilloskop bestimmen (zeitliche Periode).

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Das IBE "Elektrischer Transport von Energie" kann den Aufbau einer Grunderfahrung zur Einführung der elektrischen Spannung unterstützen. Dazu wird die elektrische Stromstärke in zwei Stromkreisen verglichen, die – an den beiden Glühlampen erkennbar – verschiedene Energiestromstärken visuell erfahrbar machen. Die Wärme-bildkamera verdeutlicht zusätzlich, dass die jouleschen Leitungsverluste nur von der Stromstärke abhängen.

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Mit dem Versuch von Franck und Hertz lässt sich die Theorie prüfen, dass Atome Energie nicht beliebig, sondern nur quantenhaft absorbieren können. Die mit dem Oszilloskop dargestellte Strom-Spannungskurve für Queck-silber erlaubt eine quantitative Auswertung und so einen Vergleich mit der Theorie.

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Vorstellungen prüfen lassen sich mit diesem IBE: Beim Eintauchen in die gelbliche Flüssigkeit verliert die Linse ihre vergrößernde Wirkung. Wie lässt sich das erklären? Die Antwort auf diese Frage erfordert grundlegende Vorstellungen zur Brechung von Licht und zur Bedeutung des Begriffs der "Brechzahl".

Interaktives Beispiel: Schiebe die Linse nach unten.

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Multiple Anwendungen zeigen, dafür sind IBE insbesondere dann geeignet, wenn sie Gestaltungselemente von Lernumgebungen aus einem Mix von realen und virtuellen Experimenten sind. Das Beispiel zeigt ein IBE zur Anwendung des Transformators als Wegsensor (Differenzialtransformator).

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Denkanstöße geben kann dieses IBE zur Beugung von Elektronenwellen an einer polykristalinen Graphitfolie. Das hier gleichzeitig auch die Ablenkung des Teilchenstroms der Elektronen im Magnetfeld sichtbar wird, kann Überlegungen zum sogenannten "Welle-Teilchen Dualismus" anregen.

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Wie sich mit IBE Vorstellungen aufbauen lassen, zeigt dieses Experiment zur Brechung von Licht durch eine verformbare Linse. Um die Lichtbündel sichtbar zu machen wurde die Bildserie für das IBE in einem mit künstlichem Dunst gefüllten Raum fotografiert. Erst in der Verbindung mit dieser konkreten Anschauung von der Ausbreitung des Lichts bekommen die idealisierten Konstruktionen und Begriffe der geometrischen Optik ("Brennpunkt") eine Bedeutung.

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IBE quantitativer Experimente, mit denen sich Gesetze prüfen lassen, repräsentieren im Gegensatz zur Simulation reale Daten. Das Beispiel zeigt ein IBE zur Untersuchung des Abstandsgesetzes für radioaktive Strahlung.

Bildquelle: AG Didaktik der Physik, Freie Universität Berlin

Naturwissenschaftliches Arbeiten zeigt beispielhaft die Geschichte der Entdeckung des Elektrons im Wechselspiel zwischen Modell und Experiment. Aus einer Serie von Experimenten zur Untersuchung der Eigenschaften der Kathodenstrahlung wird hier ein IBE gezeigt, mit dem der Nachweis der Vorstellung gelang, dass diese Strahlung aus einen Strom negativ geladener Teilchen besteht.

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Experimente mit unmittelbarer Relevanz für den Menschen können Interesse wecken. Hier ist es ein IBE, mit dem erfahrbar wird, was ein Audiogramm ist. In der authentischen Anord-nung dieses IBE lassen sich drei Audiogramme der Versuchspersonen selbst aufnehmen und vergleichen. Im Kontext des Themas "Lärm" ist die Audiogrammetrie eine Methode zur Diag-nose von Lärmschwerhörigkeit.

Bildquelle: AG Didaktik der Physik, Freie Universität Berlin

Das IBE nachhaltige Eindrücke vermitteln können, zeigt dieses Beispiel. Das IBE macht über die Visualisierung der Reibungswärme am Lager eines Pendels die Ursache der Dämpfung der Pendelschwingung erfahrbar.

Bildquelle: AG Didaktik der Physik, Freie Universität Berlin

Mit IBE Medienkompetenz erwerben ist beispielsweise dadurch möglich, dass die Schülerinnen und Schüler ein IBE für eigene Präsentationen nutzen (hier die Demonstration der Arten radioaktiver Strahlung am interaktiven Whiteboard), Screenmovies mit IBE zur Herstellung von Erklärfilmen verwenden oder IBE selbst herstellen. Mit dem "ibe.maker" in tet.folio ist das (für einfache IBE) sogar ohne jede Programmierung möglich.

Bildquelle: AG Didaktik der Physik, Freie Universität Berlin