Physik – Mechanik – Hookesches Gesetz – Cornelsen

Hookesches Gesetz

Versuchsvideo (ohne Ton)

Übungen

Übung 1

Autor: Cornelsen/Inhouse

Übung 2

Autor und Bild: Cornelsen/Inhouse

Für Lehrkräfte

Unterrichtsthema	Kräfte
Klassenstufen	6 bis 9
Wer experimentiert?	Schülerinnen und Schüler im Unterricht in Partner- oder Gruppenarbeit
Ziele und Kompetenzen	Die Schülerinnen und Schüler können: die Längenänderung einer Feder in Abhängigkeit von der Zahl angehängter Wägestücke messen. beschreiben, dass die Längenänderung der Feder von der Masse abhängt.

Vorausgesetzte Kompetenzen

Im Experiment und der Protokollvorlage wird der Zusammenhang zwischen Masse und der Längenänderung der Schraubenfeder untersucht. Wenn im Experiment der Zusammenhang zwischen Kraft F und der Längenänderung Δl untersucht werden soll, muss die Gewichtskraft F_G bekannt sein und von den Schülerinnen und Schülern mit F_G = m · g berechnet werden können. Je nachdem, wie tief Sie mit den Lernenden einsteigen wollen, sollte auch der Proportionalitätsbegriff bekannt sein.

Materialliste

je Versuchsgruppe:

Schraubenfeder 100 mm, max. 12 N
5 Gewichte mit Doppelhaken, 50 g
Tonnenfuß
Stativstab, 250 mm, 12 mm Ø
Stativstab mit Gewinde
Ring mit Haken
Stativplattenfuß, 210 x 130 mm
Doppelmuffe
Metermaßstab
Paar Zeiger

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Hinweise zur Vorbereitung

Achten Sie auf die Passung der Schraubenfeder zur Masse der Wägestücke. Die Feder sollte nicht so stark gedehnt werden, dass sie ausleiert. Auf der anderen Seite müssen auch Längenänderungen beim Anhängen der Wägestücke messbar sein.

Die Lehrkraft sollte das Experiment mit den in der Schule vorhandenen Materialien vorab testen. Aufgrund der großen Menge an benötigten Materialien bietet es sich an, die Materialien übersichtlich auf einem Rolltisch zur Verfügung zu stellen.

Hinweise zur Durchführung im Unterricht

Der Versuch kann sehr gut von Schülerinnen und Schülern durchgeführt werden.

Achten Sie aus Sicherheitsgründen darauf, dass die Aufbauten nicht über Kopfhöhe reichen. Stellen Sie sicher, dass die Aufbauten nicht umkippen können.

Erläutern Sie den Schülerinnen und Schüler die Messmethode. Weisen Sie insbesondere darauf hin, dass die Längenänderung gemessen werden soll. Hier kann das Experimentalvideo unterstützen: Indem die Schülerinnen und Schüler sich eine Messung im Video ansehen, können Probleme beim anschließenden eigenständigen Messen im Realexperiment verringert werden.

Darüber hinaus besteht auch die Möglichkeit, in geeignete Kleingruppen unterschiedliche Federn zu geben. Bei der Besprechung kann dann die unterschiedliche Steigung im Diagramm thematisiert werden. Falls relevant, unterstützt das die Einführung der Fachbegriffe Federhärte bzw. Federkonstante.

Hinweise zur Auswertung

Zur Auswertung des Experiments kann die Protokollvorlage genutzt werden, in der zum Beispiel die Messwerte notiert werden können. Aus den Messwerten heraus kann ein Diagramm gezeichnet werden, wobei auf der x-Achse die Masse m und der y-Achse die Längenänderung Δl eingetragen wird. Aus dem Diagramm heraus soll ein je-desto-Zusammenhang formuliert werden.

Das gezeichnete Diagramm (aus dem Versuchsvideo) eignet sich gut, um Messfehler zu thematisieren.

In der Protokollvorlage werden angehängte Masse und die Federverlängerung notiert und die Erstellung eines Masse-Längenausdehnung-Diagramms angeregt. Wenn den Schülerinnen und Schülern die Gewichtskraft F_G bekannt ist, kann die Protokollvorlage durch eine zusätzliche Spalte mit der Gewichtskraft F_G in N ergänzt werden. Achtung: Die Werte für Masse und Längenausdehnung müssen in SI-Einheiten umgerechnet werden. Anschließend kann ein Gewichtskraft-Längenausdehnung-Diagramm gezeichnet werden.