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1. / 2. Stunde (07.09.): Unterscheidung Heißleiter - Kaltleiter Lernziele: Die Schüler… · formulieren eine Je-Desto-Aussage zur Temperaturabhängigkeit des Widerstandes eines Eisendrahtes · deuten die Temperaturabhängigkeit bei metallischen Leitern mit Hilfe des Elektronengasmodells · erweitern die prozessbezogene Kompetenz Erkenntnisgewinnung, indem sie die Beobachtungen eines Modellversuch zum Fieberthermometer notieren, ihn grafisch auswerten und die entstandene Messkurve im R--Diagramm interpretieren · unterscheiden Kaltleiter und Heißleiter anhand ihres Leitungsverhaltens Methodenarbeit: · Schülerversuch (SV) nach Anleitung · Demonstrationsversuch (DV) zu Fieberthermometer (angelehnt an [11] S. 16) Material: 1) Arbeitsblatt zur Wiederholung 2) Für SV: Stromkreis mit Quelle, Eisendraht, Teelicht, Multimeter 3) Für DV: NTC-Widerstand, Thermometer, Becherglas mit Wasser, Bunsenbrenner oder Heizplatte, Stativmaterial, Experimentierleitungen Hausaufgabe: 1) Als Wiederholung: Erläutere die folgenden Begriffe noch einmal mit eigenen Worten: Elektronenstromstärke, Energiestromstärke, elektrische Spannung 2) Glühlampen brennen meistens beim Einschalten durch. Warum ist die Stromstärke beim Einschalten am größten? ([02] S. 62 Nr. 2a)
3. / 4. Stunde (14.09.): Das Leitungsverhalten eines Halbleiters Lernziele: Die Schüler… · führen in Gruppen Experimente zur Leitfähigkeit von Halbleitern durch (LDR, NTC), verfassen mit Hilfe eines Informationstextes und einer Simulation eine Erklärung der durchgeführten Versuche und präsentieren sie im Plenum. · erweitern ihr Fachwissen, indem sie das unterschiedliche Leitungsverhalten von Leitern und Halbleitern mit Hilfe des Elektronengasmodells beschreiben. · beschreiben die „Löcherleitung“ eines Siliziumhalbleiters anhand einer Simulation (Elektronengasmodell) Methodenarbeit: · Lernen an Stationen zu LDR und NTC mit anschließendem Austausch / Vergleich durch Präsentation der Ergebnisse · Simulation zu Siliziumhalbleiter. UG als Hinführung zur Dotierung von Halbleitern (Frage: „Wie kann man die Leitfähigkeit eines Halbleiters erhöhen?“) Material: 1) Für Lernstationen: Laufzettel, Stromkreis mit Lampe und LDR- bzw. NTC-Widerstand, Fön, Taschenlampe 2) Simulation eines Siliziumhalbleiters (CD zum Schulbuch [02]) Hausaufgabe: Eine Hälfte der Klasse erhält Arbeitsblatt und Hinweise zu weiterführenden Informationen zur n-Dotierung, die andere zur p-Dotierung mit dem Auftrag in der nächsten Stunde dem Nachbarn die n-Leitung bzw. die p-Leitung zu erläutern. (u.a. angelehnt an [5] S.12)
5. / 6. Stunde (21.09.) - L. auf Kursfahrt
7. / 8. Stunde (28.09.): Die Diode – Ein Halbleiterbauelement Lernziele: Die Schüler… · beschreiben die Leitfähigkeit dotierter Halbleiter (n- und p-Dotierung) mit Hilfe des Elektronengasmodells · erweitern die prozessbezogene Kompetenz Erkenntnisgewinnung, indem sie anhand eines Schülerversuches die U-I-Kennlinien einer Diode und einer Leuchtdiode mit ihrem Taschenrechner aufnehmen und diese interpretieren bzw. miteinander vergleichen. · beschreiben den Aufbau und die Wirkungsweise einer Leuchtdiode. Methodenarbeit: · Schülerversuche (mit eigenständigem Aufbau, angelehnt an [01] S. 9) · Schüler bearbeiten AB · Auswerten / Interpretieren der Kennlinie zunächst in Gruppen, dann im Plenum
Material: 1) für SV: AB, Stromkreis mit zwei Dioden bzw. Leuchtdioden und zwei Glühlampen, Multimeter, grafikfähiger Taschenrechner, Schulbuch [02](Hinweis zur Methode „Kennlinie aufnehmen und interpretieren“ auf S. 65) 2) für Vergleich/Präsentation: OHP oder Visualizer Hausaufgabe: Arbeitsblatt zu Halbleiterdiode und Brückengleichrichter im Haartrockner (angelehnt an [06] S. 57)
9. Stunde (05.10.): Vorgänge im pn-Übergang einer Diode Lernziele: Die Schüler… · erweitern ihr Fachwissen, indem sie die Vorgänge am pn-Übergang mit Hilfe des Elektronengasmodells beschreiben. Methodenarbeit: · Demonstrationsversuch / Simulation zu einer Diode · Schüler bearbeiten AB in PA und vergleichen Ergebnisse im Plenum Material: · Simulationen zu Vorgängen in einer Diode (CD zum Schulbuch [02] und schuleigene Sammlung bzw. Iserv) · AB zu pn-Übergang
10. Stunde (05.10.): Die Solarzelle – ein kleines Kraftwerk Lernziele: Die Schüler… · beschreiben den Aufbau und die Wirkungsweise einer Solarzelle anhand eines Schülerversuches. · erweitern ihr Fachwissen, indem sie mit Hilfe einer Simulation erläutern, dass Solarzellen Lichtenergie in elektrische Energie umwandeln. Methodenarbeit: · Schülerversuch (angelehnt an [1] S. 16 und [5] S. 17) mit anschließender Präsentation im Plenum · Demonstrationsversuch / Simulation zu einer Solarzelle Material: 1) Für SV: Stromkreis mit Solarzelle, AB, OHP oder Visualizer für Präsentation 2) Simulation einer Solarzelle (CD zum Schulbuch [02]) Hausaufgabe: AB zu geeigneten Anwendungen der Solarzelle und zur Verwendung der Solarzelle unter wirtschaftlichen und ökologischen Aspekten (angelehnt an [03] S. 19). Schüler sollen Argumente für und gegen die Nutzung von Solarzellen recherchieren und ihre eigene Meinung äußern.
11. Stunde (12.10.): LED als „Gegenstück“ zur Solarzelle Lernziele: Die Schüler… · beschreiben den Aufbau und die Wirkungsweise einer LED als „Gegenstück“ zur Solarzelle und zum LDR. · erweitern ihr Fachwissen, indem sie mit Hilfe einer Simulation erläutern, dass LEDs elektrische Energie in Lichtenergie umwandeln. Methodenarbeit: · Lernen an Stationen mit Schülerversuchen und Informationsmaterialien zum Aufbau und zur Wirkungsweise einer LED · Präsentation der Ergebnisse im Plenum Material: 1) Für Lernstationen: Stromkreis mit verschiedenen LEDs, Laufzettel, Simulation einer LED (u.a. CD zum Schulbuch [02]), Informationstexte (u.a. [03] S. 37) 2) Für Präsentation: OHP oder Visualizer und Simulation einer LED
12. Stunde (12.10.): LED – Lichtquelle der Zukunft? / Wiederholung zur Klassenarbeit Lernziele: Die Schüler… · erweitern die prozessbezogene Kompetenz Bewertung, indem sie ihr erlerntes Wissen über Halbleiter anwenden, um die Bedeutung der Halbleiter für die moderne Technik abzuwägen und die Verwendung von Solarzellen und LEDs zu bewerten. Methodenarbeit: · Demonstrationsversuche: In der Unterrichtseinheit verwendete Simulationen werden genutzt, um das Wissen über Halbleiter zu bündeln · Diskussion über die Bedeutung von Halbleiterbauteilen (z.B. Solarzellen, LED) in der modernen Technik Material: · Verschiedene Simulationen zu Halbleiterbauteilen, Bilder und evtl. Video (Sendung mit der Maus) zu Halbleiter-Bauteilen. Hausaufgabe: Lernen für die Klassenarbeit.
13. Stunde (19.10.): Klassenarbeit zur Unterrichtseinheit Halbleiter 3. Verwendete Literatur
[01] Appel, T. et al. (2009): Spektrum Physik 9/10, Niedersachsen, Schroedel Verlag [02] Arnold, K. et al. (2009): Fokus Physik – Gymnasium 9/10, Ausgabe N, Cornelsen Verlag [03] Bader, Franz & Oberholz, Heinz-Werner (2009): Dorn-Bader Physik 9/10 Gymnasium Niedersachsen, Schroedel Verlag [04] Berger, Veit (2006): Fachdidaktik: Physik-Didaktik: Praxishandbuch für die Sekundarstufe I und II, Cornelsen Scriptor Verlag [05] Bredthauer, W. et al. (2009): Impulse Physik 9/10, Niedersachsen, Ernst Klett Verlag [06] Boysen, Gerd et al. (2009): Fokus Physik – Gymnasium 9/10, Ausgabe N, Handreichungen für den Unterricht mit Kopiervorlagen, Cornelsen Verlag [07] Gymnasium Oesede (2012): Internes Curriculum Physik, Jahrgang 9 [08] KC: Niedersächsisches Kultusministerium (2007): Kerncurriculum für das Gymnasium Schuljahrgänge 5 -10 Naturwissenschaften. [09] Kuhn, Wilfried & Müller, Rainer (2009): Kuhn Physik S I Niedersachsen, Westermann [10] Mikelskis-Seifert, H. F. & Rabe, T. (Hrsg.) (2007): Physik Methodik, Praxishandbuch für die Sekundarstufe I und II, Cornelsen Scriptor Verlag. [11] Osewold, Daniel (2012): Vom Elektronengasmodell zum pn-Übergang – Ein Unterrichtsgang zur Halbleiterphysik für die Sekundarstufe I. In: Naturwissenschaften im Unterricht – Physik, Nr. 128, S. 15-18
[1] Aufgrund der besseren Lesbarkeit sind mit der Bezeichnung im Folgenden stets Schülerinnen und Schüler gemeint
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