Die Lernenden begrenzen einen Reibungsklotz mit zwei Zeigern am Maßstab und bestimmen seine Kantenlänge aus der Differenz zweier Ablesewerte. Aus den beiden Skalenwerten bilden sie die Differenz und erhalten so unmittelbar die Kantenlänge des Körpers. Dabei üben sie, Messpunkte eindeutig festzulegen, Skalenwerte korrekt abzulesen und aus zwei Messwerten eine gesuchte Länge rechnerisch zu bestimmen.

Die Lernenden legen ein Bandmaß straff um ein Becherglas und lesen dessen Umfang an der Überlappungsstelle ab. Die Ablesestelle nach einer vollständigen Umschlingung liefert direkt die Länge der geschlossenen Umfangslinie. Die Lernenden übertragen damit eine gekrümmte Messstrecke auf ein lineares Messgerät und wählen ein zur Messgröße passendes Verfahren.

Die Lernenden tauchen einen Körper vollständig in Wasser, vergleichen zwei Volumenstände und berechnen sein Volumen aus der Differenz. Der Anstieg des Wasserstands entspricht dem Volumen des vollständig eingetauchten Körpers. Indem sie V2 − V1 bilden, wenden die Lernenden das Verdrängungsprinzip als indirektes Messverfahren auch auf unregelmäßige Körper an.

Die Lernenden lassen gleichnamige Magnetpole frei gegeneinander wirken und beobachten die berührungslose Abstoßung. Die Bewegung der frei aufgehängten Magnete macht sichtbar, dass Kräfte ohne unmittelbare Berührung wirken können. Die Lernenden trennen Beobachtung und Erklärung und nutzen das Magnetmodell, um die Abstoßung gleichnamiger Pole zu deuten.

Die Lernenden belasten eine Blattfeder mit verschiedenen Massen und vergleichen ihre Durchbiegung. Mit größerer aufgelegter Masse nimmt die Durchbiegung der Blattfeder sichtbar zu. Durch die schrittweise Variation der Belastung erschließen die Lernenden qualitativ den Zusammenhang zwischen Stärke der Druckkraft und Verformung.

Die Lernenden belasten eine Schraubenfeder schrittweise und messen ihre zunehmende Ausdehnung. Die gemessenen Federlängen zeigen, dass eine größere Gewichtskraft eine stärkere Dehnung hervorruft. Die Lernenden erstellen eine geordnete Messreihe und nutzen sie, um die Federdehnung als beobachtbare Wirkung einer Zugkraft zu beschreiben.

Die Lernenden justieren Kraftmesser, belasten sie mit bekannten Massen und prüfen die proportionale Kraftanzeige. Die Skalenanzeigen steigen im gleichen Verhältnis wie die angehängten Massen und machen die Federdehnung als Messprinzip nutzbar. Die Lernenden justieren ein Messgerät, lesen Kräfte in Newton ab und prüfen experimentell die proportionale Zuordnung von Masse und Gewichtskraft.

Die Lernenden ziehen einen Reibungsklotz mit verschiedenen Belastungen und Oberflächen und unterscheiden Haft- und Gleitreibung. Sie erkennen, dass zum Anfahren mehr Kraft nötig ist als zum Weitergleiten und dass Belastung sowie Oberflächenbeschaffenheit die Reibung beeinflussen. Durch das gezielte Variieren von Normalkraft und Oberfläche unterscheiden die Lernenden Haft- und Gleitreibung anhand eigener Messwerte.

Die Lernenden führen eine Schnur über eine feste Rolle und vergleichen Betrag und Richtung der Kräfte. Die Zugkraft bleibt beim Herumführen des Kraftmessers gleich groß, obwohl sich ihre Richtung verändert. Die Lernenden vergleichen Kraftbetrag und Kraftrichtung und leiten daraus die Funktion der festen Rolle als Kraftumlenker ohne Kraftersparnis ab.

Die Lernenden belasten eine lose Rolle und vergleichen die Kräfte in beiden tragenden Schnurabschnitten. Beide Kraftmesser zeigen jeweils etwa die Hälfte der Gewichtskraft der angehängten Last. Die Lernenden prüfen die symmetrische Kraftaufteilung quantitativ und erklären die Kraftersparnis durch zwei tragende Schnurabschnitte.

Die Lernenden stellen an einem zweiseitigen Hebel mehrere Gleichgewichtslagen ein und vergleichen Kraft und Hebelarm. Für jede Gleichgewichtslage vergleichen sie Kraftbeträge und Abstände zum Drehpunkt und erkennen gleiche Drehmomente auf beiden Seiten. Die Lernenden ordnen Messwerte zu Wertepaaren und formulieren aus mehreren Gleichgewichtsfällen das Hebelgesetz.

Die Lernenden gleichen unbekannte und bekannte Massen auf einer Balkenwaage aus. Im Gleichgewicht stimmen die Gesamtmassen und damit die Gewichtskräfte auf beiden Seiten überein. Die Lernenden nutzen den direkten Vergleich mit bekannten Massen als Messprinzip und erklären, wie damit eine unbekannte Masse bestimmt wird.

Die Lernenden verändern Neigung und Masse eines Wagens und messen die Hangabtriebskraft. Mit größerer Neigung und zusätzlicher Belastung steigt die entlang der Schiene gemessene Hangabtriebskraft. Die Lernenden variieren zwei Einflussgrößen getrennt und erschließen aus den Messwerten deren jeweilige Wirkung auf die Kraftkomponente entlang der Ebene.

Die Lernenden stellen eine Schienenneigung ein, bei der ein Wagen mit annähernd konstanter Geschwindigkeit rollt. Bei einer bestimmten Neigung gleichen sich Hangabtriebskraft und Reibung so aus, dass der Wagen gleichförmig rollt. Die Lernenden nutzen eine beobachtete konstante Geschwindigkeit als Hinweis auf ein Kräftegleichgewicht und verknüpfen Bewegungs- und Kraftmodell.

Die Lernenden lassen eine Kugel bei verschiedenen Neigungen rollen und vergleichen ihre Geschwindigkeitszunahme. Je steiler die Schiene eingestellt wird, desto schneller nimmt die Geschwindigkeit der Kugel beim Rollen zu. Die Lernenden vergleichen Bewegungsabläufe bei kontrolliert veränderter Neigung und führen die stärkere Beschleunigung auf die größere Hangabtriebskraft zurück.

Die Lernenden spannen eine Feder, lassen sie schwingen und verfolgen den Abbau der gespeicherten Energie. Nach dem Loslassen schwingt die Masse um die Ruhelage, bis Reibung die Bewegung allmählich dämpft. Die Lernenden verfolgen eine Energiekette von gespeicherter elastischer Energie über Bewegungsenergie bis zur thermischen Energie und nutzen dabei das Energieerhaltungsmodell.

Die Lernenden lassen zwei Pendelkörper zusammenstoßen und beobachten die Übertragung der Bewegung. Beim Zusammenstoß wird der zunächst ruhende Körper in Bewegung versetzt, während der anstoßende Körper deutlich langsamer wird. Die Lernenden erschließen die Energieübertragung aus dem Bewegungsvergleich vor und nach dem Stoß und berücksichtigen zugleich Verluste durch Verformung und Reibung.

Die Lernenden lassen eine Kugel eine schiefe Ebene hinabrollen, einen Klotz anstoßen und verfolgen die Energieumwandlungen. Mit zunehmender Ausgangshöhe stößt die Kugel den Reibungsklotz weiter über den Tisch. Die Lernenden verknüpfen Lageenergie, Bewegungsenergie, Energieübertragung beim Stoß und Reibungswärme zu einer vollständigen qualitativen Energiebilanz.

Die Lernenden verbinden ein Gefäß mit einem Glasrohr und vergleichen die Wasserstände bei verschiedenen Rohrhöhen. Unabhängig von der Höhe des angeschlossenen Glasrohrs stellen sich in beiden verbundenen Teilen gleiche freie Oberflächen ein. Die Lernenden verändern die Geometrie des Systems, halten den Flüssigkeitsverbund aber konstant und leiten aus der Beobachtung das Prinzip kommunizierender Gefäße ab.

Die Lernenden öffnen Auslässe in verschiedenen Tiefen und vergleichen Reichweite und Krümmung der Wasserstrahlen. Der Strahl aus der tieferen Öffnung tritt schneller aus und erreicht die größte horizontale Entfernung. Die Lernenden vergleichen drei definierte Wassertiefen und schließen aus dem Strahlverlauf auf die Zunahme des Seitendrucks mit der Höhe der darüberliegenden Wassersäule.

Die Lernenden tauchen einen Trichter unterschiedlich tief ein und messen den Druck mit einem U-Rohr-Manometer. Mit zunehmender Eintauchtiefe wächst die Höhendifferenz der Flüssigkeitssäulen im Manometer. Die Lernenden nutzen diese Differenz als indirektes Druckmaß und erklären den Schweredruck durch die Gewichtskraft der darüberliegenden Flüssigkeit.

Die Lernenden verbinden zwei wassergefüllte Spritzen und beobachten Volumen- und Bewegungsübertragung. Beim Drücken eines Kolbens steigt der andere um das entsprechende verdrängte Volumen, während sich das Wasser selbst praktisch nicht komprimieren lässt. Die Lernenden prüfen Volumenerhaltung und Kompressibilität und leiten daraus die Druckübertragung in einer eingeschlossenen Flüssigkeit ab.

Die Lernenden verbinden Spritzen verschiedener Querschnitte und vergleichen die zum Anheben erforderlichen Kräfte. Mit dem kleineren Kolben lässt sich der größere gegen eine Last mit deutlich geringerem Kraftaufwand bewegen. Die Lernenden vergleichen Kolbenflächen und Kraftwirkung und erschließen so das hydraulische Prinzip der Kraftverstärkung bei entsprechender Wegänderung.

Die Lernenden tauchen einen Zylinder ein, messen den Gewichtsverlust und vergleichen ihn mit dem Gewicht des verdrängten Wassers. Beim Eintauchen sinkt die Kraftanzeige genau um die Gewichtskraft des verdrängten Wassers. Die Lernenden verknüpfen Kraftmessung und Verdrängungsvolumen und bestätigen damit experimentell das archimedische Prinzip.

Die Lernenden messen Masse und Volumen gleich großer Körper aus verschiedenen Stoffen und berechnen ihre Dichte. Obwohl die Körper dasselbe Volumen besitzen, unterscheiden sie sich deutlich in Masse und Gewichtskraft. Die Lernenden bestimmen Masse und Volumen unabhängig voneinander, bilden deren Quotienten und verstehen Dichte als charakteristische Stoffeigenschaft.

Die Lernenden verändern den Druck über einem teilweise gefüllten Taucher und beobachten Sinken, Schweben und Steigen. Höherer Außendruck drückt Wasser in den Taucher und erhöht seine mittlere Dichte, geringerer Druck kehrt diesen Vorgang um. Die Lernenden erklären Sinken, Schweben und Steigen durch das Zusammenspiel von veränderlicher Masse beziehungsweise Dichte und annähernd konstantem Auftrieb.

Die Lernenden bewegen den Kolben einer angeschlossenen Spritze und beobachten Ansaugen und Ausstoßen von Wasser. Beim Herausziehen des Kolbens sinkt der Druck in der Spritze und Wasser wird durch den Schlauch angesaugt; beim Hineindrücken wird es wieder ausgestoßen. Die Lernenden leiten die Pumpwirkung aus Druckunterschieden ab und übertragen das Prinzip auf technische Saug- und Druckpumpen.

Die Lernenden ziehen einen Ring aus Wasser und bestimmen die zusätzliche Kraft zum Überwinden der Oberflächenspannung. Zum Abheben des Rings ist eine deutlich größere Zugkraft nötig als seine reine Gewichtskraft. Die Lernenden bestimmen die zusätzliche Kraft experimentell und führen sie auf die Kohäsion der Wasserteilchen an der Oberfläche zurück.

Die Lernenden erwärmen eingeschlossene Luft mit den Händen und verfolgen die Volumenänderung an einem Wassertropfen. Die erwärmte Luft dehnt sich aus und verschiebt den Wassertropfen im Kapillarrohr vom Kolben weg. Die Lernenden nutzen die Tropfenbewegung als qualitative Anzeige einer Volumenänderung und erschließen den Zusammenhang zwischen Temperatur und Gasvolumen.

Die Lernenden komprimieren Luft in einer verschlossenen Spritze und untersuchen den Zusammenhang von Druck und Volumen. Je kleiner das eingeschlossene Luftvolumen wird, desto größer ist die für weiteres Zusammendrücken notwendige Kraft. Die Lernenden verändern das Volumen gezielt und erklären die zunehmende Gegenkraft mit dem steigenden Gasdruck sowie die Rückexpansion nach Entlastung.

Die Lernenden erzeugen Über- und Unterdruck um einen Ballon und beobachten seine Formänderung. Bei Überdruck wird der Ballon zusammengedrückt, bei Unterdruck dehnt er sich sichtbar aus. Die Lernenden verändern gezielt nur den äußeren Luftdruck und erklären die Formänderung aus dem Druckunterschied zwischen Balloninnerem und Umgebung.

Die Lernenden erwärmen Wasser in einem Gefäß mit Kapillarrohr und nutzen die Höhenänderung als Temperaturanzeige. Beim Erwärmen dehnt sich das Wasser aus und steigt im engen Kapillarrohr deutlich an. Die Lernenden nutzen die reproduzierbare Volumenänderung einer Flüssigkeit als Messprinzip und erschließen daraus die Funktionsweise eines Flüssigkeitsthermometers.

Die Lernenden erhitzen Wasser, protokollieren die Temperatur in Zeitabständen und bestimmen den Siedepunkt. Die Temperatur steigt zunächst kontinuierlich und bleibt während des Siedens trotz weiterer Wärmezufuhr bei etwa 100 °C konstant. Die Lernenden erstellen eine Zeit-Temperatur-Messreihe, identifizieren das Siedeplateau und ordnen den Siedepunkt als charakteristische Stoffeigenschaft ein.

Die Lernenden verringern den Druck über warmem Wasser und beobachten Sieden unterhalb von 100 °C. Durch die Druckverminderung beginnt warmes Wasser erneut zu sieden, obwohl seine Temperatur unter 100 °C liegt. Die Lernenden widerlegen damit die Vorstellung eines druckunabhängigen Siedepunkts und erklären Sieden als druckabhängigen Phasenübergang.

Die Lernenden erwärmen und kühlen einen Stoff und dokumentieren Schmelzen, Erstarren und Temperaturverlauf. Beim Erwärmen und anschließenden Abkühlen beobachten sie die Phasenwechsel und charakteristische Temperaturabschnitte. Die Lernenden ordnen Messwerte den Aggregatzuständen zu und nutzen den Temperaturverlauf, um Schmelzen und Erstarren als umkehrbare Phasenübergänge zu beschreiben.

Die Lernenden machen die Bewegung erwärmter Flüssigkeit sichtbar und erklären Wärmeübertragung durch Konvektion. Gefärbte Flüssigkeitsbewegungen zeigen, dass erwärmte Bereiche aufsteigen und kühlere Bereiche absinken. Die Lernenden gewinnen aus dem Strömungsbild ein Teilchen- und Dichtemodell für Konvektion und erklären damit Wärmetransport in Flüssigkeiten.

Die Lernenden erwärmen ein Ende eines Metallkörpers und verfolgen die zeitliche Weiterleitung der Wärme. Die Erwärmung breitet sich vom erhitzten Bereich entlang des Festkörpers aus, ohne dass Materie mittransportiert wird. Die Lernenden unterscheiden Wärmeleitung von Konvektion und erklären den Energietransport im Festkörper mit Wechselwirkungen benachbarter Teilchen.

Die Lernenden leiten Wasserdampf so, dass seine Energie eine sichtbare Bewegung hervorruft. Der entstehende Wasserdampf verrichtet sichtbar mechanische Arbeit und setzt einen Körper in Bewegung. Die Lernenden verfolgen die Umwandlung von Wärmeenergie über die innere Energie des Dampfes in mechanische Energie und übertragen das Prinzip auf Wärmekraftmaschinen.

Die Lernenden erzeugen schmale Lichtbündel und verfolgen deren geradlinigen Verlauf. Die Lichtbündel verlaufen zwischen Quelle und Schirm geradlinig und lassen sich entlang eindeutiger Strahlenbahnen verfolgen. Die Lernenden abstrahieren ihre Beobachtung zum Strahlenmodell und nutzen es, um Lichtwege geometrisch darzustellen und vorherzusagen.

Die Lernenden beleuchten einen Körper aus verschiedenen Positionen und vergleichen Kern- und Halbschatten. Je nach Größe und Position der Lichtquelle entstehen Bereiche vollständiger und teilweiser Abschattung. Die Lernenden konstruieren Strahlengänge und erklären Kern- und Halbschatten als geometrische Folge der geradlinigen Lichtausbreitung.

Die Lernenden richten Licht auf einen ebenen Spiegel und vergleichen Einfalls- und Reflexionswinkel. Für verschiedene Einfallsrichtungen zeigt sich, dass Einfallswinkel und Reflexionswinkel gleich groß sind. Die Lernenden messen beziehungsweise vergleichen Winkel und formulieren aus wiederholten Beobachtungen das Reflexionsgesetz.

Die Lernenden lokalisieren das Spiegelbild eines Gegenstands und vergleichen Bildweite und Gegenstandsweite. Das virtuelle Bild erscheint hinter dem Spiegel gleich weit entfernt, wie der Gegenstand davor steht. Die Lernenden lokalisieren eine nicht auffangbare Bildposition und erklären Lage sowie Symmetrie des Spiegelbilds mithilfe konstruierter Lichtstrahlen.

Die Lernenden lassen Licht in einen Halbzylinder eintreten und untersuchen die Richtungsänderung an der Grenzfläche. Beim Übergang zwischen Luft und optischem Körper ändert der Lichtstrahl abhängig von Einfallsrichtung und Medium seine Richtung. Die Lernenden verfolgen Strahlen vor und nach der Grenzfläche und unterscheiden damit Einfall, Brechung und gegebenenfalls Totalreflexion.

Die Lernenden bilden einen Gegenstand mit einer Sammellinse auf einem Schirm ab und verändern die Abstände. Je nach Gegenstands- und Linsenabstand entstehen unterschiedlich große, reelle Bilder in charakteristischen Entfernungen. Die Lernenden variieren Abstände kontrolliert, stellen scharfe Bilder ein und verknüpfen die Messbeobachtungen mit dem Strahlenmodell der Sammellinse.

Die Lernenden lassen paralleles Licht durch eine Zerstreuungslinse treten und verfolgen die auseinanderlaufenden Strahlen. Hinter der Linse laufen die Strahlen auseinander und lassen sich rückwärts zu einem virtuellen Brennpunkt verlängern. Die Lernenden unterscheiden reale Strahlen von ihrer geometrischen Rückverlängerung und nutzen diese Konstruktion zur Beschreibung einer Zerstreuungslinse.

Die Lernenden erzeugen mit einer Lochblende ein umgekehrtes Bild und untersuchen den Einfluss der Abstände. Auf dem Schirm entsteht ein kopfstehendes und seitenverkehrtes Bild, dessen Größe sich mit den Abständen verändert. Die Lernenden erklären die Bildentstehung ausschließlich mit geradlinigen Strahlen durch die kleine Öffnung und übertragen das Modell auf die Kamera.

Die Lernenden reiben einen Kunststoffstab mit Wolle und beobachten elektrostatische Anziehung. Nach dem Reiben zieht der Kunststoffstab leichte Körper an und kann Ladungswirkungen auch ohne Berührung hervorrufen. Die Lernenden vergleichen den Zustand vor und nach dem Reiben und deuten die beobachtete Kraftwirkung als Folge einer Ladungstrennung.

Die Lernenden übertragen Ladung auf ein Elektroskop und vergleichen Ausschläge bei Annäherung und Berührung. Der Ausschlag des Elektroskops verändert sich bei Annäherung, Kontakt und Ladungsübertragung charakteristisch. Die Lernenden verwenden das Elektroskop als Nachweisgerät und unterscheiden Influenz von tatsächlicher Ladungsübertragung anhand des Versuchsverlaufs.

Die Lernenden kombinieren verschiedene Elektroden in einem Elektrolyten und messen die entstehende Spannung. Zwischen zwei unterschiedlichen Elektroden entsteht im Elektrolyten eine messbare elektrische Spannung. Die Lernenden vergleichen Elektrodenpaarungen und erschließen die Umwandlung chemischer in elektrische Energie als Prinzip einer galvanischen Zelle.

Die Lernenden laden eine elektrochemische Zelle und prüfen anschließend ihre Spannungsabgabe. Nach dem Laden kann die Zelle selbst wieder eine messbare Spannung bereitstellen. Die Lernenden unterscheiden Energieaufnahme und Energieabgabe und erklären die umkehrbaren chemischen Vorgänge als Grundlage eines Akkumulators.

Die Lernenden scheiden Kupfer elektrolytisch auf einer Elektrode ab und beobachten die Stoffübertragung. Während des Stromflusses wird an einer Elektrode sichtbar Kupfer abgeschieden und an der anderen Material umgesetzt. Die Lernenden verknüpfen Stromrichtung mit Stofftransport und beschreiben Elektrolyse als durch elektrische Energie erzwungene chemische Veränderung.

Die Lernenden lassen Strom durch einen Heizdraht fließen und beobachten dessen Temperaturanstieg. Der Draht erwärmt sich mit dem Stromfluss und macht die Umwandlung elektrischer Energie in Wärme unmittelbar sichtbar. Die Lernenden beobachten eine Energieumwandlung, verändern elektrische Bedingungen und übertragen den Zusammenhang auf Heizgeräte und Schutzwirkungen.

Die Lernenden bauen einen einfachen Stromkreis mit Schalter und untersuchen offenen und geschlossenen Zustand. Die Lampe leuchtet nur im geschlossenen Stromkreis; das Öffnen des Schalters unterbricht den Stromweg. Die Lernenden verfolgen den vollständigen Leitungsweg und verwenden ein einfaches Stromkreismodell, um Schalterfunktion und Stromfluss zu erklären.

Die Lernenden schalten zwei Lampen in Reihe und untersuchen Helligkeit und Stromweg. Beide Lampen liegen in demselben Stromweg; eine Unterbrechung an einer Stelle betrifft den gesamten Stromkreis. Die Lernenden analysieren die Topologie der Schaltung und leiten charakteristische Eigenschaften der Reihenschaltung aus gezielten Veränderungen ab.

Die Lernenden schalten zwei Lampen parallel und untersuchen unabhängige Zweige. Jede Lampe liegt in einem eigenen Zweig und kann einen geschlossenen Stromweg bilden, auch wenn der andere Zweig unterbrochen wird. Die Lernenden vergleichen die Stromwege mit der Reihenschaltung und erklären die funktionale Unabhängigkeit paralleler Zweige.

Die Lernenden schalten ein Amperemeter in den Stromkreis und messen die Stromstärke. Der Messwert erfasst die Ladungsmenge pro Zeit, die durch den in Reihe eingebauten Strommesser fließt. Die Lernenden wählen die richtige Einbauart und Polung des Amperemeters und üben das sichere Ablesen einer elektrischen Messgröße.

Die Lernenden schließen ein Voltmeter parallel an ein Bauteil an und messen die Spannung. Das parallel angeschlossene Messgerät erfasst den Potentialunterschied zwischen zwei Punkten des Stromkreises. Die Lernenden unterscheiden die Anschlussweise des Voltmeters vom Amperemeter und ordnen der Spannung eine eindeutige Messstrecke zu.

Die Lernenden verändern den Widerstand mit einem Potenziometer und erfassen Spannung und Stromstärke. Die Messwertpaare zeigen bei konstantem Widerstand einen proportionalen Zusammenhang zwischen Spannung und Stromstärke. Die Lernenden variieren eine elektrische Größe, bilden beziehungsweise prüfen den Quotienten U/I und nutzen Messdaten zur experimentellen Bestätigung des Ohmschen Gesetzes.

Die Lernenden messen Teilspannungen an zwei in Reihe geschalteten Bauteilen und vergleichen ihre Summe. Die Summe der gemessenen Teilspannungen entspricht innerhalb der Messgenauigkeit der Spannung über der gesamten Reihenschaltung. Die Lernenden prüfen eine quantitative Bilanzregel mit mehreren Messpunkten und begründen die Spannungsaufteilung in einer Reihenschaltung.

Die Lernenden messen Spannungen in parallelen Zweigen und vergleichen sie mit der Quellspannung. An den parallelen Zweigen wird jeweils dieselbe Spannung wie an der gemeinsamen Quelle gemessen. Die Lernenden vergleichen Messstellen systematisch und leiten daraus die Spannungsregel der Parallelschaltung ab.

Die Lernenden messen die Stromstärke an mehreren Stellen einer Reihenschaltung. An allen Messstellen des unverzweigten Stromkreises wird innerhalb der Messgenauigkeit dieselbe Stromstärke angezeigt. Die Lernenden prüfen die Konstanz des Stroms experimentell und nutzen mehrere Messpositionen zur Absicherung ihrer Schlussfolgerung.

Die Lernenden messen Teilströme in parallelen Zweigen und vergleichen sie mit dem Gesamtstrom. Der Gesamtstrom teilt sich auf die Zweige auf und entspricht der Summe der gemessenen Teilströme. Die Lernenden erstellen eine Strombilanz an einem Verzweigungspunkt und begründen die Knotenregel aus ihren Messwerten.

Die Lernenden messen Spannung und Stromstärke einer Lampe und bestimmen ihre elektrische Leistung. Aus den gleichzeitig gemessenen Werten für Spannung und Stromstärke bestimmen sie das Produkt U · I. Die Lernenden verbinden zwei Messgrößen zu einer abgeleiteten Größe und interpretieren die elektrische Leistung als pro Zeit umgesetzte Energie.

Die Lernenden erwärmen Wasser elektrisch, messen Zeit und elektrische Größen und bestimmen die umgesetzte Arbeit. Aus Spannung, Stromstärke und Heizdauer bestimmen sie die zugeführte elektrische Arbeit und vergleichen sie mit der beobachteten Erwärmung. Die Lernenden erstellen eine quantitative Energiebilanz und beurteilen die Umwandlung elektrischer Energie in Wärme anhand eigener Messdaten.

Die Lernenden bringen einen stromdurchflossenen Leiter in ein Magnetfeld und beobachten seine Auslenkung. Die Auslenkung kehrt ihre Richtung um, wenn Stromrichtung oder Magnetfeldrichtung umgekehrt wird. Die Lernenden variieren beide Richtungsgrößen systematisch und leiten daraus die Orientierung der magnetischen Kraft auf einen stromdurchflossenen Leiter ab.

Die Lernenden führen eine Magnetnadel um einen stromdurchflossenen Leiter und kartieren die Feldrichtung. Die Magnetnadel richtet sich an verschiedenen Orten unterschiedlich aus und macht die kreisförmige Feldstruktur um den Leiter sichtbar. Die Lernenden kartieren ein unsichtbares Feld über lokale Messanzeigen und verknüpfen Feldrichtung und Stromrichtung zu einem räumlichen Modell.

Die Lernenden untersuchen das Magnetfeld einer Spule mit Magnetnadel und Eisenpulver. Das Feld ähnelt dem eines Stabmagneten und wird durch Stromstärke, Windungszahl und Spulengeometrie geprägt. Die Lernenden vergleichen Feldindikatoren und übertragen das Feldlinienmodell vom Permanentmagneten auf die stromdurchflossene Spule.

Die Lernenden verstärken die Magnetwirkung einer Spule mit einem Eisenkern und prüfen die Tragkraft. Mit Eisenkern wird die magnetische Wirkung der stromdurchflossenen Spule deutlich stärker und verschwindet weitgehend nach dem Abschalten. Die Lernenden untersuchen den Einfluss des Kernmaterials und erklären den schaltbaren Magneten als technische Nutzung eines stromerzeugten Magnetfelds.

In Kürze reichen wir Ihnen an dieser Stelle eine Beschreibung des Experiments nach.

Die Lernenden verändern Stromrichtung und Magnetpolung und beobachten die jeweilige Kraftrichtung. Die Bewegungsrichtung des Leiters beziehungsweise der Spule hängt eindeutig von Stromrichtung und Polung des Magnetfelds ab. Die Lernenden führen systematische Richtungswechsel durch und formulieren daraus eine Regel für die Kraftwirkung im Magnetfeld.

Die Lernenden lassen eine stromdurchflossene Spule im Magnetfeld drehen und erklären das Drehmoment. Entgegengesetzte Kräfte an den beiden Spulenseiten erzeugen ein Drehmoment und drehen die Spule. Die Lernenden zerlegen die Drehwirkung in einzelne Lorentzkräfte und erklären so das Funktionsprinzip einer Drehspule beziehungsweise eines Elektromotors.

Die Lernenden bewegen einen Magneten relativ zu einer Spule und beobachten den induzierten Strom. Nur während sich der magnetische Fluss durch die Spule ändert, zeigt das Messgerät einen Strom; bei umgekehrter Bewegung ändert sich die Richtung. Die Lernenden unterscheiden statische und veränderliche Magnetfelder und erschließen Änderung des magnetischen Flusses als Bedingung elektromagnetischer Induktion.

Die Lernenden verändern den Strom in einer Primärspule und weisen die Wirkung in einer zweiten Spule nach. Eine Stromänderung in der ersten Spule erzeugt kurzzeitig eine messbare Spannung beziehungsweise einen Strom in der zweiten. Die Lernenden weisen Energieübertragung ohne leitende Verbindung nach und erklären die Kopplung über das zeitlich veränderliche Magnetfeld.

Die Lernenden betreiben zwei Spulen auf einem Eisenkern und vergleichen Primär- und Sekundärspannung. Das Verhältnis der gemessenen Spannungen hängt vom Verhältnis der Windungszahlen beider Spulen ab. Die Lernenden vergleichen Primär- und Sekundärseite quantitativ und nutzen das Induktionsmodell, um Hoch- und Heruntertransformieren zu erklären.