Aufbau der Materie - Black Box Experiment

Um eine Vorstellung über den inneren Aufbau von Materie zu bekommen führen Wissenschaftler z. B. an Teilchenbeschleunigern aufwändige Experimente durch. Immer mehr experimentelle Erkenntnisse ergeben dann ein immer genaueres Bild der inneren Struktur. Die Untersuchung einer Black Box soll diesen forschenden Erkenntnisprozess modellhaft veranschaulichen. Die Schüler formulieren dabei Hypothesen, planen Experimente, führen diese durch und präsentieren ihre Ergebnisse in Form einer wissenschaftlichen Konferenz.

Die vorliegende Kiste ist im Inneren nicht leer, sondern durch verschiedene Bauteile strukturiert. Der Zugang zur inneren Welt ist  nur durch ein kleines Loch möglich. Mit der Black Box kann der Einstieg in die Thematik "Struktur der Materie" in der 10. Klasse (Bildungsplan Baden-Württemberg) erfolgen.


Black Box mit möglichem Untersuchungsmaterial:
Draht, Magnet, Metallkugel, Murmel

 

Vorschlag für einen (erprobten) Unterrichtsgang:

Den wissenschaftlichen Weg möchten wir nun anhand des Forschungskreislaufs mit der „Black-Box“ nachstellen.
Einteilung der Klasse in regionale Forschungsgruppen:

  1. Formuliert in Eurem regionalen Team mehrere Hypothesen: Wie könnte die Blackbox im Inneren aussehen?
  2. Überlegt in Eurem Team Euch Untersuchungsmethoden, mit denen Ihr Eure Hypothese bestätigen könnt.
  3. Erste internationale wissenschaftliche Konferenz aller Teams in der Wissenschaftssprache Englisch:
    Stellt Eure Vermutungen und das Experiment vor.
    Diskutiert dabei welche Forschungsgruppe welches Experiment übernimmt.
  4. Verbessert mit den Inputs aus der internationalen Konferenz die Planung des Experiments in der regionalen Gruppe.
  5. Führt das Experiment durch und skizziert den Aufbau Eurer Atombox auf der Rückseite des Arbeitsblatts.
  6. Zweite internationale wissenschaftliche Konferenz aller Teams in der Wissenschaftssprache Englisch:
    Stellt Eure Forschungsergebnisse vor und erstelle einen endgültigen Plan der Atombox
  7. Frage für die Abschlussdiskussion:
    Ist der wissenschaftlich ermittelte modellhafte Aufbau der Atombox nun für immer vorgegeben?


Arbeitsblatt aus dem Unterricht:

PDF Word

Bilder aus dem Unterricht:

 
Regionale Forschungsgruppe beim Experimentieren mit selbst gemachtem Werkzeug.

 


Können mit Hilfe von Cladnyschen Klangfiguren Erkenntnisse über den inneren Aufbau gewonnen werden?

 


Kann mit dem Bild von einem Röntgengerät der Aufbau im Inneren genau erfasst werden?

 


Ein noch sehr ungenaues Ergebnis nach der zweiten wissenschaftlichen Konferenz.

 


Übergang zur Atomphysik: Wasserstoffatom im Zustand n=4 l=3 m=1.
Sieht so ein Atom aus? (Quelle: www.HydrogenLab.de, P. Bronner)

 

Weiterführende Materialien:

 

Autor und Bilder: Patrick Bronner, Friedrich-Gymnasium Freiburg

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