Jede Gruppe bekommt ein unbekanntes Bauteil in einer Box mit zwei Buchsen. Die SuS messen die Stromstärke bei verschiedenen Spannungen und zeichnen die Kennlinie. Im Gruppenpuzzle finden sie dann heraus, welches Bauteil in welcher Box steckt.
Physik Klasse 9 (Kennlinien, ohmscher Widerstand), entstanden im Praxissemester. Gruppenpuzzle.
Für eine Klasse: 9 Boxen, je drei mit demselben Bauteil – so arbeiten 2–3 SuS an einer Box.
Nur zwischen −2 V und 2 V betreiben. Für die LED höchstens 30 mA – das lässt sich am Netzgerät nicht genau einstellen, deshalb dort die Strombegrenzung auf 0,2 A stellen und die Spannung sehr vorsichtig aufdrehen.
Das Material gehört in Klasse 9 an den Anfang des Themas Widerstand. Die SuS können bereits Stromstärke und Spannung messen. Kennlinien werden in diesem Zuge erarbeitet. Der ohmsche Widerstand wird hier nicht vorgegeben, sondern taucht als ein besonderer Fall unter mehreren Bauteilen auf.
Weil niemand sieht, was in der Box steckt, bleibt nur die Messung. Die Kennlinie ist dann nicht ein Diagramm, das man nach dem Versuch auch noch zeichnet, sondern ein Werkzeug, um das Rätsel zu lösen. Das gibt dem Messen einen echten Grund und macht die Kennlinie zum „Fingerabdruck“ eines Bauteils.
Zwei Boxen liefern Geraden durch den Ursprung, eine liefert eine Kurve, die erst spät ansteigt und umgepolt gar nichts durchlässt. Im Vergleich wird sichtbar, was den ohmschen Widerstand ausmacht: Die Stromstärke wächst proportional zur Spannung. Gleichzeitig zeigen die beiden Geraden, dass „ohmsch“ noch nichts über die Größe des Widerstands sagt – die steilere Gerade gehört zum kleineren Widerstand.
Kennlinien werden manchmal auch als I-U-Diagramm aufgetragen (I auf der x-Achse, U auf der y-Achse). Dann ist der Widerstand die Steigung und nicht deren Kehrwert. Es lohnt sich deshalb, die SuS direkt beide Diagramme zeichnen zu lassen und später über Vor- und Nachteile zu diskutieren: Das U-I-Diagramm ist fürs Messen das logische (x-Achse: was eingestellt wird, y-Achse: was gemessen wird), das I-U-Diagramm ist für die Auswertung sinnvoller. Ähnlich geht man bei der Messung der Energiezufuhr zur Bestimmung der spezifischen Wärmekapazität vor.
Jede Person bringt die Kennlinie ihrer eigenen Box in die neue Gruppe mit – ohne sie geht es nicht. So ist jede Messung nötig, und alle müssen ihre Ergebnisse erklären können. Die Karten beschreiben die Bauteile mit Worten statt mit Diagrammen; die SuS müssen die Beschreibung („linear“, „hemmt nur ein wenig“, „erst ab einer gewissen Spannung“) selbst in eine Kennlinie übersetzen. Die Figuren machen die Bauteile greifbar und bleiben im Gedächtnis.
Dieses Material steht unter CC BY-NC-SA 4.0 (Namensnennung – Nicht kommerziell – Weitergabe unter gleichen Bedingungen). Autorin: Anabel Dietz.