Der Kompass und seine Funktion

Aktives Experimentieren eignet sich besonders für dieses Thema, weil die Schülerinnen und Schüler magnetische Kräfte und ihre Wechselwirkungen mit dem Erdmagnetfeld direkt beobachten und handhaben können. Das macht abstrakte Konzepte wie Feldlinien und Polausrichtung greifbar und nachvollziehbar.

• Klasse 7
• Physik: Die Welt der Wechselwirkungen und Energie
• 4 Aktivitäten
• 25 Min.–45 Min.

Lernziele

1. Erklären Sie die Ausrichtung der Kompassnadel im Erdmagnetfeld unter Verwendung der Begriffe Nordpol und Südpol.
2. Vergleichen Sie die Funktionsweise eines Kompasses mit der eines einfachen Stabmagneten im Hinblick auf die Wechselwirkung mit externen Magnetfeldern.
3. Analysieren Sie mindestens zwei Faktoren, die die Zuverlässigkeit eines Kompasses beeinträchtigen, wie z.B. Störfelder.
4. Demonstrieren Sie durch ein einfaches Experiment, wie Eisenfeilspäne die Feldlinien eines Magneten sichtbar machen.

Erfahrungsorientiertes Lernen

⏱ 25 Min.·Kleingruppen

Experiment: Magnetfeld sichtbar machen

Streuen Sie Eisenfeilspäne auf ein Blatt Papier über einem Magneten und beobachten Sie die Feldlinien. Wiederholen Sie dies mit einem Kompass in der Nähe, um die Ausrichtung zu vergleichen. Notieren Sie die Form der Linien und diskutieren Sie die Parallelen zum Erdmagnetfeld.

Vorbereitung & Details

Warum zeigt die Kompassnadel nach Norden und wie zuverlässig ist das?

Moderationstipp: Beim Experiment 'Magnetfeld sichtbar machen' lassen Sie die Schülerinnen und Schüler zunächst Vermutungen aufschreiben, bevor sie die Feldlinien mit Eisenfeilspänen sichtbar machen.

Setup: Variabel; z. B. Außenbereich, Labor oder außerschulische Lernorte

Materials: Materialien für den Versuchsaufbau/die Erfahrung, Reflexionsjournal mit Impulsfragen, Beobachtungsbogen, Leitfaden zur Verknüpfung mit den Lerninhalten

• Anwenden
• Analysieren
• Bewerten
• Selbstwahrnehmung
• Selbststeuerung
• Sozialbewusstsein

Erfahrungsorientiertes Lernen

⏱ 35 Min.·Partnerarbeit

Kompass bauen: Selbstkonstruktion

Magnetisieren Sie eine Nadel durch Reiben an einem Magneten und legen Sie sie auf ein Stück Styropor in Wasser. Beobachten Sie die Ausrichtung und testen Sie mit einem Partner die Zuverlässigkeit. Zeichnen Sie das Ergebnis auf.

Vorbereitung & Details

Erklären Sie die Wechselwirkung zwischen der Kompassnadel und dem Erdmagnetfeld.

Moderationstipp: Beim Bau eines Kompasses achten Sie darauf, dass die magnetisierte Nadel vor dem Aufkleben auf den Korken in Gesprächsrunden ihre Ausrichtung zeigen muss.

Setup: Variabel; z. B. Außenbereich, Labor oder außerschulische Lernorte

Materials: Materialien für den Versuchsaufbau/die Erfahrung, Reflexionsjournal mit Impulsfragen, Beobachtungsbogen, Leitfaden zur Verknüpfung mit den Lerninhalten

• Anwenden
• Analysieren
• Bewerten
• Selbstwahrnehmung
• Selbststeuerung
• Sozialbewusstsein

Erfahrungsorientiertes Lernen

⏱ 40 Min.·Kleingruppen

Störquellen testen: Feldstärke prüfen

Legen Sie einen Kompass auf den Tisch und bringen Sie Metallgegenstände wie einen Schlüssel oder einen Magneten näher. Messen Sie die Abweichung der Nadel in Grad und notieren Sie, ab welcher Entfernung Störungen auftreten. Diskutieren Sie die Ergebnisse in der Gruppe.

Vorbereitung & Details

Analysieren Sie die Grenzen der Kompassnavigation.

Moderationstipp: Testen Sie während des Spiels 'Orientierungsspiel: Kompassnutzung' gezielt schwächere Gruppen mit einfachen Wegen, bevor anspruchsvollere Aufgaben gestellt werden.

Setup: Variabel; z. B. Außenbereich, Labor oder außerschulische Lernorte

Materials: Materialien für den Versuchsaufbau/die Erfahrung, Reflexionsjournal mit Impulsfragen, Beobachtungsbogen, Leitfaden zur Verknüpfung mit den Lerninhalten

• Anwenden
• Analysieren
• Bewerten
• Selbstwahrnehmung
• Selbststeuerung
• Sozialbewusstsein

Erfahrungsorientiertes Lernen

⏱ 45 Min.·Kleingruppen

Orientierungsspiel: Kompassnutzung

Verstecken Sie Stationen im Schulhof mit Aufgaben, die Nord-Süd-Richtungen erfordern. Gruppen navigieren mit Kompass und Karten, messen Abweichungen und berichten zurück. Schließen Sie mit einer Reflexion ab.

Vorbereitung & Details

Warum zeigt die Kompassnadel nach Norden und wie zuverlässig ist das?

Moderationstipp: Lassen Sie bei der Aktivität 'Störquellen testen' die Schülerinnen und Schüler ihre Hypothesen in einem Protokoll festhalten und später mit den Messergebnissen vergleichen.

Setup: Variabel; z. B. Außenbereich, Labor oder außerschulische Lernorte

Materials: Materialien für den Versuchsaufbau/die Erfahrung, Reflexionsjournal mit Impulsfragen, Beobachtungsbogen, Leitfaden zur Verknüpfung mit den Lerninhalten

• Anwenden
• Analysieren
• Bewerten
• Selbstwahrnehmung
• Selbststeuerung
• Sozialbewusstsein

Dieses Thema unterrichten

Erfahrene Lehrkräfte beginnen mit einer kurzen Alltagsfrage, etwa 'Warum zeigt mein Kompass eigentlich immer nach Norden?' und sammeln erste Ideen. Sie vermeiden zu frühe Erklärungen, sondern lassen die Schülerinnen und Schüler durch gezielte Experimente selbst Zusammenhänge entdecken. Wichtig ist, die magnetische Kraft als unsichtbare Wechselwirkung zu thematisieren und nicht mit der Schwerkraft zu vermischen.

Was Sie erwartet

Am Ende der Einheit sollten die Lernenden erklären können, warum die Kompassnadel nach Norden zeigt und welche Faktoren die Genauigkeit beeinflussen. Sie nutzen Fachbegriffe korrekt und dokumentieren ihre Beobachtungen strukturiert in Versuchsprotokollen.

Vorsicht vor diesen Fehlvorstellungen

Häufige Fehlvorstellung

Während des Experiments 'Magnetfeld sichtbar machen' beobachten einige Schüler, dass die Feldlinien immer gerade verlaufen und vermuten, der Kompass zeige deshalb exakt zum geografischen Nordpol.

Was Sie stattdessen lehren sollten

Nutzen Sie die entstandenen Feldlinien, um zu zeigen, dass die Erde ein gekrümmtes Magnetfeld besitzt und der magnetische Nordpol nicht mit dem geografischen übereinstimmt. Lassen Sie die Schülerinnen und Schüler die Abweichung auf einer Karte markieren.

Häufige Fehlvorstellung

Während des 'Kompass bauen: Selbstkonstruktion' glauben manche, die Nadel zeige nach Norden, weil sie 'weiß', wo Norden ist oder durch Schwerkraft ausgerichtet wird.

Was Sie stattdessen lehren sollten

Führen Sie nach dem Bau des Kompasses Drehversuche durch: Lassen Sie die Nadel in Wasser schwimmen und drehen Sie sie manuell. Die Schüler erkennen so, dass nicht die Schwerkraft, sondern die magnetische Kraft wirkt.

Häufige Fehlvorstellung

Beim 'Störquellen testen: Feldstärke prüfen' nehmen einige an, dass Metallgegenstände die Nadel nur ablenken, wenn sie direkt berührt werden.

Was Sie stattdessen lehren sollten

Zeigen Sie mit einem starken Magneten, wie sich das Magnetfeld auch über Distanz auswirkt. Lassen Sie die Schüler den Abstand messen, ab dem die Störung sichtbar wird, und dokumentieren sie dies in einer Tabelle.

Ideen zur Lernstandserhebung

Lernstandskontrolle

Nach dem Experiment 'Magnetfeld sichtbar machen' erhalten die Schüler eine Skizze der Feldlinien und sollen auf der Rückseite in zwei Sätzen erklären, warum die Kompassnadel nach Norden zeigt. Zusätzlich nennen sie eine Störquelle aus dem Alltag.

Kurze Überprüfung

Während des Spiels 'Orientierungsspiel: Kompassnutzung' beobachten Sie die Teams und stellen gezielte Zwischenfragen wie 'Warum hat eure Nadel plötzlich eine andere Richtung?' Sammeln Sie die Antworten auf kleinen Kärtchen und werten Sie sie gemeinsam aus.

Diskussionsfrage

Nach der Aktivität 'Störquellen testen' leiten Sie eine Diskussion mit der Frage: 'Wie zuverlässig ist ein Kompass wirklich?' Die Schüler sammeln in Kleingruppen Einschränkungen und Bedingungen für eine genaue Messung und präsentieren ihre Ergebnisse auf Plakaten.

Erweiterungen & Unterstützung

• Fordern Sie schnelle Gruppen auf, ein zweites Experiment zu planen, das zeigt, wie sich die Kompassnadel bei Annäherung eines zweiten Magneten verhält.
• Bei Unsicherheiten geben Sie Schülern eine Vorlage für ein Protokoll mit vorstrukturierten Fragen zu Beobachtungen und Erklärungen.
• Vertiefen Sie das Thema mit einer Recherche zu historischen Kompassformen und ihrem Einfluss auf die Seefahrt.

Schlüsselvokabular

Erdmagnetfeld	Ein unsichtbares Kraftfeld, das die Erde umgibt und durch elektrische Ströme im flüssigen äußeren Erdkern erzeugt wird.
Magnetische Feldlinien	Linien, die die Richtung und Stärke eines Magnetfeldes visualisieren. Sie verlaufen vom magnetischen Nordpol zum magnetischen Südpol.
Magnetischer Nordpol (der Nadel)	Der Pol der Kompassnadel, der sich üblicherweise in Richtung des geografischen Nordens ausrichtet. Er wird vom magnetischen Südpol der Erde angezogen.
Magnetischer Südpol (der Erde)	Der Pol des Erdmagnetfeldes, der sich nahe dem geografischen Nordpol befindet und den magnetischen Nordpol der Kompassnadel anzieht.
Störfeld	Ein externes Magnetfeld, das die Ausrichtung eines Kompasses beeinflussen kann, z.B. durch metallische Gegenstände oder elektrische Geräte.