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Atommodelle von Demokrit/Leukipp bis Bohr - Wie entstand das Schalenmodell?

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Lesson plan + tasks
Physics

University, School

Landesinstitut Hamburg

Grade, Teacher, Year

1,0 - Herr Krietemeyer

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ATOMMODELLE Von Rutherford und Bohr – Kurzes Referat Inhalt Die ersten Ideen Das Rutherfordsche Atommodell Das Bohrsche Atommodell Die ersten Ideen Leukipp und Demokrit bemerkten schon im 5. Jahrhundert vor Christus das jede Materie aus winzigen Teilchen besteht. Sie nannten diese Atome. Nach ihrer Meinung sind Atome unteilbar und haben die verschiedensten Formen. Damals hörte aber niemand auf sie und so wurde diese Hypothese als absurd abgestempelt und im 15. Jh. sogar verboten. Erst als Pierre GASSENDIS sagte, dass Atome sich mit der Kraft bewegen, die sie von Gott bekommen hatten konnten die Forschungen weitergehen. Daniel SENNERT bemerkte schon 1618, dass bei einer chem. Reaktion weder Atome verloren gehen, noch werden neue geschaffen. –Gesetz zur Erhaltung der Elemente. Antoine LAVOISIER fügte dann –das Gesetz der Erhaltung der Masse hinzu und Jeremias RICHTER –das Gesetz de äquivalenten Proportionen. Daraus konnten zwei entscheidende Regeln der Chemie verfasst werden: -Gesetz de..
Atommodelle der Chemie: von Demokrit zu den Orbitalen 1. Atommodelle Demokrit: Es existieren verschiedenarti­ge unteilbare Teilchen, die unterschiedlich kombiniert die bekannten Substanzen bilden Dalton: Es existieren kleinste, nicht weiter teilbaren Teilchen aus, die sich je nach Element in ihrer Masse unterscheiden, in bestimmten Anzahlverhältni­ss­en (je nach Art des Stoffes) miteinander verknüpft sind und sich bei chemischen Reaktionen nur umordnen. Rutherfort: Es existiert ein Atom und es besteht aus einem positiv geladenen Atomkern, der nahezu die gesamte Masse des Atoms enthält, und einer Atomhülle aus Elektronen. Bohr: Es existiert ein Atom und es besteht aus einem positiv geladenen, massetragenden Kern und Elektronen, die diesen auf bestimmten Bahnen umkreisen, ohne Energie abzustrahlen. Sommerfeld: Es existieren nun auch Ellipsenbahnen um den Atomkern Heisenberg: Es existiert ein Atom, welches aus einem Kern besteht, der von Elektronen in Orbitalen umgeben ist. Die Form der Orbitale ist durch die räumliche Aufenthaltswahr­sch­einlichk­eit der Elektronen gegeben. Im strengen Sinn ist ein Orbital eine stationäre Lösung der quantenmechanis­che­n Schrödingerglei­ch­ung (ein Energiez..

Unterrichtsentwurf

für die 1. unterrichtspraktische Prüfung

zur Zweiten Staatsprüfung für das Lehramt LAGym

im Unterrichtsfach Physik

Lehrkraft im Vorbereitungsdienst:

Telefonnummer: 0172 - 6304842

Hauptseminarleitung: Herr Fröhlich

Fachseminarleitung: Herr Krietemeyer

Schule: Goethe Gymnasium

Schuladresse: Rispenweg 28, 25

Telefonnummer der Schule: 040 – 609026 - 0

Datum: 03.03.2016

Uhrzeit: von 10:45 Uhr bis 11:30 Uhr

Klasse/Kurs: 10c

Raum: F101 (Physik 1 – Fachtrakt)

Mitglieder der Prüfungskommission:

Vorsitz: Herr Dr.

Schulze

Schulleitung: Frau Strüwe-Voß

Fachseminarleitung: Herr Krietemeyer

Gast : Herr Onken (Mentor)

Themenbereich der unterrichtspraktischen Prüfung: Entwicklung der Atommodelle von Leukipp/Demokrit bis Bohr

Themenbereich der Unterrichtseinheit/des Lernfeldes: Atom- und Kernphysik / Aufbau der

Materie

1. Angaben zur Lerngruppe inkl.

Lernstand

Bei der Lerngruppe handelt es sich um eine 10. Klasse, welche ich bereits seit dem 2. Halbjahr in Klasse 9 (also seit Februar 2015) in Physik unterrichte. Sie besteht aus 28 SuS: 12 Schülerinnen und 16 Schülern. Trotz der großen Gruppenstärke herrscht zuweilen eine gute Lernatmosphäre in der Klasse und Störungen können schnell und ohne großen Aufwand behoben werden.

Deutlich leistungsstärker als seine Klassenkameraden ist Abdullah.

Zu der weiteren Leistungsspitze der Klasse gehören Gözde, Maria, Maja und Wiki, die oft durch gute Unterrichtsbeiträge auffallen. Dagegen gehören Sabrina, Selin, Filip, Furkan, Maurice und Julian zu den leistungsschwächsten SuS, die sich auch eher seltener aktiv am Unterrichtsgeschehen beteiligen.

Insgesamt ist der Großteil der Klasse dennoch motiviert und engagiert im Physikunterricht.

Gerade beim Beginn eines neuen Themas versuchen sich die leistungsschwächeren SuS aktiver einzubringen – was möglichst durch die Lehrkraft positiv verstärkt wird. Die Ermutigung der SuS zum aktiven Handeln und Mitdenken steht insgesamt im Vordergrund. Besonders auffällig ist, dass die Klasse gern und auch sehr gut in Gruppen (auch gemischten) arbeitet. Dabei teilen sich die SuS gern selbstständig ein, womit bisher nur gute Erfahrungen in dieser Klasse gemacht worden sind.

Die Arbeitshaltung innerhalb der Gruppen war dabei stets als außerordentlich gut einzuschätzen.

Eine ebenfalls gute Erfahrung konnte ich in dieser Gruppe mit Aufgaben machen, die darauf abzielten, den eigenen Klassenkameraden etwas zu erklären / sie anzuleiten.

Der gute soziale Zusammenhalt der Klasse trägt hier stark zu einer entspannten und respektvoll.....[read full text]


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Die SuS sollen im Zuge dessen die Chancen und `Gefahren` bei der Verwendung von Modellen in der Physik kennenlernen. Dieses Wissen trägt zu einem ganzheitlichen Verständnis der Physik bei und gibt in der folgenden Unterrichtsstunde Anlass zur Frage welche Grenzen das im Moment von den SuS verwendete Schalenmodell besitzt und welche weiterentwickelten Atommodelle in der heutigen Auffassung existieren.

Laut Rahmenplan sollen die SuS einen Überblick über verschiedene (einfache) Atommodelle erhalten (LI, 2011).

Zu den klassischen Modellen zählen dabei neben der ursprünglichen Vorstellung vom „Unteilbaren“ bei Leukipp & Demokrit, Daltons Kugelmodell, das Rosinenmodell von J.J.

Thomson, das Kern-Hülle-Modell von Rutherford, sowie das Bohr‘sche Schalenmodell. Diese Atommodelle zeigen, wie sich das Wissen über den Aufbau der Materie weiterentwickelt hat.

Dabei lieferte ein neues Modell Erklärungen für nicht geklärte Fragen eines vorangegangenen Modells und zeigt gleichzeitig seine Grenzen auf, so dass eine verbesserte Version bzw. ein neues Modell erstellt werden muss. (Wilhelm, 2004) Die Entwicklung der Atommodelle stellt somit ein für die SuS leicht zugängliches Paradebeispiel für die Modellentwicklung in der Physik dar.

5. Begründung der methodischen Entscheidungen und der Medienwahl

Um an das subjektive Konzept der SuS anknüpfen zu können, werden zu Beginn kurz die wichtigsten Eigenschaften des Schalenmodells wiederholt: durch das Einbeziehen der durch die SuS erarbeiteten Handouts der letzten Stunde, werden die Schülerleistungen gewürdigt und das vorhandene Wissen leichter reaktiviert.

Es soll dann die Frage entwickelt werden, seit wann diese Vorstellung eines Atoms existiert und ob dieses Modell dem aktuellsten Stand entspricht.

Im Folgenden wird den SuS per Lehrervortrag ein kurzer Überblick über die geschichtliche Einordnung dieses Modells gegeben.

Den SuS wird bewusst gemacht an welcher Stelle sich ihre Aktuelle Atomvorstellung (Schalenmodell) einzuordnen ist, worum es in der heutigen Stunde gehen wird (Entwicklung bis zu diesem Modell) und welche Inhalte in den folgenden Stunden Thema sein wird (moderne Atomvorstellungen). Dabei wird den SuS neben der ersten allgemeinen Einordnung der eigenen Atomvorstellung in der Geschichte, auch die Stellung des Stundenthemas innerhalb der Unterrichtseinheit vermittelt.

Das Lernziel (in Form der Leitfrage), sowie der organisatorische Ablauf der Stunde wird den SuS genannt und an die Tafel geschrieben, sodass den SuS jederzeit bewusst ist, in welcher Phase auf dem Weg zur Klärung der Stundenfrage si.....

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Dies steigert die Schüleraktivierung und kann zu einer langfristigeren Verankerung des Gelernten beitragen. Der Museumsgang eignet sich hier besonders, um die geschichtliche Entwicklung „spürbar“ zu machen. Die Übergänge zum nächsten Modell (zum nächsten Museumspunkt) sollen den SuS bewusst gemacht werden: wo lagen die Grenzen des vorherigen Modells und was ist explizit am nächsten Modell neu und ggf. besser?

Die SuS erhalten zudem einen Laufzettel, auf dem sie die wichtigsten Fakten zu den jeweiligen Modellen, aber auch zusätzliche Informationen festhalten können.

So werden Ergebnisse zwischengesichert und die SuS auch während der Vorträge aktiviert.

Insgesamt werden durch diese Methoden sowohl visuelle (durch: Texte, Poster & Laufzettel), als auch auditive (durch: Vorträge), aber auch kommunikative (durch: Gruppenarbeit, SuS erklären sich gegenseitig) und nicht zuletzt motorische (durch: theaterdidaktisches Nachempfinden) Lerntypen angesprochen.

Im Anschluss an den Museumsgang bearbeiten die SuS Fragen zum Thema „Modelle in der Physik“, welche der Verarbeitung und weiteren Sicherung des Gelernten dienen.

Zum Abschluss reflektieren die SuS: „Das habe ich heute gelernt/Das will ich mir merken….“ (grüne Karten, visuelle positive Verstärkung) und „Diese Frage(n) ist/sind für mich offen geblieben…“ (gelbe Karten – visuelle Verstärkung „noch zu bearbeiten“).

Dies dient der stetigen Selbstreflexion der SuS, stellt aber auch eine weitere Sicherung und Überprüfung der gelernten Inhalte dieser Stunde dar. Die eventuellen Fragen werden eingesammelt und in der nächsten Physikstunde aufgegriffen. Als Alternative kann ein kurzes Blitzlicht am Ende der Stunde dienen, in denen die Fragen nur mittels Wortmeldung beantwortet werden.

6. Ziele

6.1 .....

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7. Kommentierter Verlaufsplan

Zeit

Phase

Arbeits-form

Geplante Lehreraktivität

Erwartete Schüleraktivität

Material/ Medien

Anmerkungen/ Alternativen

10:00 – 10:03

B


  • stellt Stundenablauf vor

  • lässt SuS für Stundennote auswürfeln**

  • hören zu

  • stellen ggf. Fragen zum Ablauf

  • würfeln

Würfel, Tafel


10:03– 10:10

E

LV

  • knüpft an vorige Stunde an : kurzer informierender Einstieg zur Thematik

  • stellt Organisation der Stunde vor

  • hören zu

  • stellen ggf. Fragen

  • teilen sich in Gruppen auf (4 x 6 SuS + 1 x 5 SuS)

Power Point

Tafel

Ein SuS in dieser Stunde mehr (aus Kl. 11), insg. 29 SuS, in jedem Fall 5 Gruppen

10:10- 10:40

EA

GA

  • gibt ggf. Hilfestellung

  • erklärt ggf. die theaterdidaktische Darstellung der einzelnen Modelle

  • lesen Text zum jeweiligen Atommodell und zu Modellen in der Physik allgemein

  • erarbeiten sich die theaterdidaktische Darstellung des Modells

  • erarbeiten eine Präsentation inkl. Poster

Arbeitsblätter

PSE, Poster

Hilfekarten

** schnelle Gruppen bearbeiten das Aufgabenblatt „Aufgaben zu Atommodellen

10:45– 11:15

VA & ZS

SV, Museumsgang

  • moderiert als „Museumsführer“ durch die einzelnen Stationen

  • Gruppen stellen ihre Ergebnisse vor (3-5‘ pro Gruppe)

  • füllen den Laufzettel aus, stellen Fragen, hören zu, betrachten und bewerten ggf. die Poster/Handouts

Poster, Zeitstrahl mit Namen und Bilder der Wissenschaftler

L hängt Zeitstrahl vorher im Raum auf (Galerie)


11:15-11:20

A


  • leistet ggf. Hilfestellung

  • SuS bearbeiten Aufgaben zum Thema „Modelle in der Physik“


Alternativ: Reflexion vorziehen

11:20– 11:25

S

P

  • lässt SuS Antworten vorlesen und kommentieren

  • lesen ihre Antworten vor

  • bewerten Antworten


(ggf. nächste Stunde)

11:25– 11:30

Ab-schluss

EA/P

  • stellt Reflexionsauftrag „Das habe ich heute gelernt/das will ich mir merken.,,“

  • Diese Frage(n) ist/sind für mich offen geblieben …“


  • lässt „Das will ich mir merken…“ vorlesen

  • sammelt ggf. Fragen ein

  • notieren ihre Merksätze/ Fragen auf Karten

  • Je nach Zeit lesen einige SuS ihre Ergebnisse vor

  • geben Fragen ggf. an L ab

Grüne und gelbe Karten

Alternativen:

I: SuS geben Geschriebenes ab

II (sehr wenig Zeit): Kurzreflexion über Blitzlicht

** Zu Beginn werden mit Hilfe eines 30 seitigen Würfels durch die SuS zwei Personen ausgewürfelt, die für diese Stunde eine mündliche Note erhalten. Dabei ist den SuS nicht bekannt, welche Nummer hinter welcher Person steht (ritualisiert).

Anhang

Sitzplan

Arbeitsblätter*

Erwarte Schülerergebnisse

Literaturverzeichnis


*Quelle der Bilder: (Leitner & Finckh, 2001), Quelle der Texte in Anlehnung an: (Bronner, 2005), (Sander, 2011) (Balchin, 2005) und (Kramer, 2011)

Sitzplan


Gruppenarbeit zum Thema „Atommodelle“

Aufgabe:

  1. Lies den Text zum Atommodell.

  2. Notiere dir die wichtigsten Merkmale des Atommodells.

  3. Lies den Text „Modelle in der Physik“.

  • Bewerte das von dir bearbeitete Atommodell: Welche Vor- und Nachteile bietet es?

  • Erstelle eine kurze Präsentation inkl.

    Poster, in der das Atommodell vorgestellt wird.


    Folgende Punkte sollten in der Präsentation enthalten sein:

    • Name des Modells

    • Jahr und Physiker

    • Wichtigste Merkmale der Atomvorstellung inkl. bildlicher Darstellung

    • Gruppenübung zur Darstellung des Atommodells

    • Grenzen d.....

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  • Welche Elementgruppe benötigt die höchste Ionisierungsenergie, welche Gruppe die niedrigste und warum?

  • Wie viele Elektronen müsste Natrium abgeben, um in eine stabile Edelgaskonfiguration überzugehen? Welchem Element entspricht diese Konfiguration dann?


    1. Der Kern-Hülle-Aufbau der Atome

    1. Nenne den Versuch, der zur Entdeckung des Kern-Hülle Aufbaus führte.

      Von wem wurde er wann durchgeführt?

    2. Beschreibe kurz die Durchführung des Experiments.

    3. Erkläre, welche Schlussfolgerung aus diesem Experiment gezogen werden konnten.


    1. Der Schalenaufbau der Atomhülle

    1. Welcher Wissenschaftler postulierte wann das Schalenmodell eines Atoms?

    2. Beschreibe den grundlegenden Aufbau eines Atoms laut Schalenmodell!

    3. Skizziere den Aufbau des Stickstoff-Atoms (Schalenmodell)!


    Checkliste „Aufgaben zu Atommodellen“

    • Kreuze an, auf welchem Niveau du die Aufgaben beantworten konntest.

    Aufgabe

    A*

    B**

    C***

    Das Größenverhältnis zwischen Atomkern und Atomhülle




    Die Ionisierung von Atomen




    Der Kern-Hülle Aufbau der Atome




    Der Schalenaufbau der Atomhülle




    Lösungskarten


    1. Das Größenverhältnis zwischen Atomkern und Atomhülle

    1. Benenne das Größenverhältnis von Atomkerndurchmesser zu Atomhüllendurchmesser (Zahl).


    • Der Atomhüllendurchmesser ist etwa 100.000mal größer als der Atomkerndurchmesser


    1. Die Ionisation von Atomen

    1. Was versteht man allgemein unter der Ionisation eines Atoms?


    • Als Ionisation bezeichnet man alle Vorgänge, bei denen aus neutralen Atomen Elektronen herausgelöst und dauerhaft aus der Atomhülle entfernt werden.


    1. Der Kern-Hülle-Aufbau d.....

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    Chancen von Modellen

    Modelle können…

    • komplizierte Dinge veranschaulichen.

    So kann das Konzept von „Azimut und Höhe“ (Azimut = Horizontalwinkel) in der Astronomie oft besser mit Hilfe eines gegenständlichen Modells verstanden werden (z.B. verkleinertes Modell der Erdkugel mit aufgesetztem Messgerät).

  • auf Basis der Modellannahmen Aussagen über die (vermutliche) Entwicklung der Realität treffen und haben somit eine Vorraussagekraft für zukünftige Ereignisse.

    Dieses macht sie für die moderne (Natur-)Wissenschaft geradezu unverzichtbar.

  • komplizierte Dinge vereinfachen. In der Physik ist beispielsweise das Modell des Massepunktes in vielen Situationen sehr einfach einsetzbar und bietet ein großes Erklärungspotential.

    Es versagt allerdings bei komplizierteren Bewegungen wie Rotationen.

    Gefahren von Modellen

    Modelle können aber auch…

    • dazu verführen, z.B. makroskopische Eigenschaften wie Farbe, Geschmack, … auf mikroskopische Teilchen wie Atome oder Moleküle zu übertragen.

      Dies führt zu falschen Schlüssen über die mikroskopische Welt. Allgemein gesprochen besteht also die Gefahr, Realität und Modell miteinander zu vermengen
      und so falsche Schlüsse über die Realität selbst zu ziehen.

    • unsachgemäß vereinfachen
      und so zu falschen Sc.....

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