Physik · Klasse 8

Ideen für aktives Lernen

Das Ohmsche Gesetz

Aktives Experimentieren eignet sich hier besonders, weil Schülerinnen und Schüler durch eigenes Messen und Beobachten das lineare Verhältnis zwischen Spannung, Strom und Widerstand direkt erleben. Die physikalischen Zusammenhänge werden so nachhaltiger verinnerlicht als durch theoretische Erklärungen allein.

• KMK Bildungsstandards
• KMK: Sekundarstufe I - Erkenntnisgewinnung
• KMK: Sekundarstufe I - Fachwissen

• 35–50 Min.
• Partnerarbeit → Ganze Klasse
• 4 Aktivitäten

Aktivität 01

• Forschungskreis
• 45 Min. · Kleingruppen

Messstationen: Widerstandsvariation

Richten Sie drei Stationen ein: niedriger, mittlerer und hoher Widerstand bei konstanter Spannung von 3 V. Schüler messen den Strom mit Amperemeter, notieren Werte und prognostizieren den nächsten. Abschließend plotten sie I gegen R.

Wie verändert sich der Stromfluss, wenn der elektrische Widerstand bei gleichbleibender Spannung erhöht wird?

Moderationstipp

Fordern Sie die Schüler auf, während der Messstationen Hypothesen zu notieren, wie sich der Strom bei Verdopplung des Widerstands verändern wird.

Worauf zu achten ist

Geben Sie jedem Schüler ein Arbeitsblatt mit einem einfachen Stromkreisdiagramm und drei Bauteilen (einem Widerstand, einer Glühlampe, einer Diode). Bitten Sie die Schüler, für jedes Bauteil eine Vermutung zu formulieren, ob es sich um einen ohmschen Leiter handelt und warum. Sie sollen ihre Antwort mit einem Stichwort begründen (z.B. 'konstanter Widerstand' oder 'temperaturabhängig').

• Analysieren
• Bewerten
• Erschaffen
• Selbststeuerung
• Selbstwahrnehmung

Aktivität 02

• Forschungskreis
• 50 Min. · Partnerarbeit

Kennlinien-Experiment: Spannungssweep

Schüler bauen einen Kreis mit festem Widerstand, variieren die Spannung von 0 bis 6 V in 1-V-Schritten und messen den Strom. Sie zeichnen die Kennlinie in ein Koordinatensystem und bestimmen die Steigung als 1/R. Diskutieren Sie Abweichungen bei hohen Spannungen.

Wie lässt sich die Kennlinie eines metallischen Leiters experimentell ermitteln?

Moderationstipp

Lassen Sie die Gruppen beim Spannungssweep die Messwerte sofort in ein gemeinsames Koordinatensystem eintragen, um die Linearität sichtbar zu machen.

Worauf zu achten ist

Stellen Sie folgende Frage an die Tafel: 'Ein Verbraucher hat bei 6V einen Strom von 2A. Welchen Widerstand hat er? Was passiert mit dem Strom, wenn die Spannung auf 12V erhöht wird, *vorausgesetzt*, es handelt sich um einen ohmschen Leiter?' Lassen Sie die Schüler die Rechnung und eine kurze Erklärung auf einem Blatt Papier notieren.

• Analysieren
• Bewerten
• Erschaffen
• Selbststeuerung
• Selbstwahrnehmung

Aktivität 03

• Forschungskreis
• 40 Min. · Kleingruppen

Vergleichsmesse: Ohmsch vs. nicht-ohmsch

Gruppen testen einen festen Widerstand und eine Glühlampe bei gleicher Spannung. Sie messen Stromwerte, plotten beide Kennlinien und vergleichen die Linearität. Erklären Sie die Unterschiede durch Temperaturwirkung.

Warum gilt das Ohmsche Gesetz nicht für alle elektrischen Bauteile?

Moderationstipp

Vergleichen Sie nach dem Experiment die Glühlampe und den Widerstand direkt nebeneinander und bitten Sie die Schüler, die Unterschiede in den Kennlinien zu benennen.

Worauf zu achten ist

Zeigen Sie eine Kennlinie einer Glühlampe und die Kennlinie eines Widerstands. Fragen Sie die Klasse: 'Was fällt Ihnen beim Vergleich der beiden Graphen auf? Wie erklärt sich der Unterschied im Verhalten der Bauteile, wenn man bedenkt, dass die Glühlampe beim Betrieb warm wird?' Leiten Sie die Diskussion zu den Begriffen 'ohmscher Leiter' und 'temperaturabhängiger Widerstand'.

• Analysieren
• Bewerten
• Erschaffen
• Selbststeuerung
• Selbstwahrnehmung

Aktivität 04

• Forschungskreis
• 35 Min. · Einzelarbeit

Berechnungs-Challenge: Kreisbau

Individuell entwerfen Schüler Kreise mit gegebenen R-Werten für Zielströme bei 9 V. Sie bauen auf, messen und passen an. Teilen Sie Erfolge in Plenum.

Wie verändert sich der Stromfluss, wenn der elektrische Widerstand bei gleichbleibender Spannung erhöht wird?

Moderationstipp

Legen Sie für die Kreisbau-Challenge Wert auf saubere Schaltpläne, damit die Schüler die Zusammenhänge zwischen Widerstandswerten und Stromstärke nachvollziehen.

Worauf zu achten ist

Geben Sie jedem Schüler ein Arbeitsblatt mit einem einfachen Stromkreisdiagramm und drei Bauteilen (einem Widerstand, einer Glühlampe, einer Diode). Bitten Sie die Schüler, für jedes Bauteil eine Vermutung zu formulieren, ob es sich um einen ohmschen Leiter handelt und warum. Sie sollen ihre Antwort mit einem Stichwort begründen (z.B. 'konstanter Widerstand' oder 'temperaturabhängig').

• Analysieren
• Bewerten
• Erschaffen
• Selbststeuerung
• Selbstwahrnehmung

Einige Hinweise zum Unterrichten dieser Einheit

Das Ohmsche Gesetz wird am besten durch schrittweises, experimentell gestütztes Lernen vermittelt. Vermeiden Sie es, die Formel vor den Messungen zu nennen – die Schüler sollen sie selbst aus ihren Daten ableiten. Nutzen Sie Alltagsbeispiele wie Fahrraddynamos oder Heizdrähte, um die Relevanz zu zeigen. Wiederholen Sie die Regel U = R · I mehrmals mit variierenden Zahlen, um sie zu festigen.

Am Ende der Einheit können die Schülerinnen und Schüler das Ohmsche Gesetz anwenden, Widerstandsänderungen im Stromkreis vorhersagen und ohmsche von nicht-ohmschen Bauteilen unterscheiden. Sie zeichnen Kennlinien selbstständig und begründen Abweichungen mit den Eigenschaften der Materialien.

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Vorsicht vor diesen Fehlvorstellungen

• Während der Messstationen Widerstandsvariation, beobachten Sie, dass einige Schüler denken, der Strom bleibe trotz Widerstandsänderung gleich.

  Nutzen Sie diese Station, um gezielt zu fragen: 'Misst ihr wirklich denselben Strom? Zeichnet die Werte auf und vergleicht.' Fordern Sie die Schüler auf, ihre Beobachtungen in die Formel U = R · I einzusetzen.

• Während des Vergleichsexperiments Ohmsch vs. nicht-ohmsch, glauben manche Schüler, dass alle Bauteile dem Ohmschen Gesetz folgen.

  Lassen Sie die Schüler die Kennlinien vergleichen und fragen: 'Warum ist die Glühlampe-Kurve gekrümmt? Diskutiert in der Gruppe, wie Temperatur den Widerstand beeinflusst.' Heben Sie den Unterschied zwischen linearen und nicht-linearen Kennlinien hervor.

• Während der Berechnungs-Challenge Kreisbau, nehmen einige an, dass eine höhere Spannung immer zu einem proportional höheren Strom führt, unabhängig vom Widerstand.

  Lassen Sie die Schüler die Schaltung mit festem und variablem Widerstand testen. Fragen Sie: 'Was passiert mit dem Strom, wenn ihr den Widerstand erhöht? Schreibt die Formel auf und überprüft eure Vermutung mit den Messwerten.'

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In dieser Übersicht verwendete Methoden

• Forschungskreis