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© IPN - Leibniz-Institut für die Pädagogik der Naturwissenschaften und Mathematik an der Universität Kiel
8th International Junior Science Olympiad in DurbanAufgaben der 1. Runde
Aus Zucker mach Honig... Erst im 19. Jahrhundert wurden Verfahren entwickelt, um Zucker aus Zuckerrohr oder Rüben herzustellen. Davor war in Europa über Jahrhunderte Bienenhonig das einzige Süßungsmittel. Auch heute wird der aromatische Bienenhonig beispielsweisebei der Herstellung von Weihnachtsgebäck noch gerne verwendet. Teilweise wird er jedoch durch billigeren Kunsthonig ersetzt.
Experiment 1Zur Durchführung des Versuchs brauchst du Haushaltszucker, zwei Töpfe, eine Küchenwaage, zwei
Thermometer, frischen Zitronensaft, Wasser, zwei gleich große Gläser, zwei Rührlöff el, zwei Untertassen
und einen Herd.
Nimm zwei Töpfe, gib in jeden 140 g Haushaltszucker und 200 mL Wasser. Fülle dann in den einen
Topf 40 mL Zitronensaft und in den anderen Topf 40 mL Wasser. Erhitze vorsichtig beide Lösungen
unter Rühren auf etwa 80 ⁰C. Die Lösungen dürfen nicht sprudeln. (Achte darauf, dass kein Zucker auf
die heiße Herdplatte gerät.) Verwende für jeden Topf ein eigenes Thermometer und einen eigenen
Rührlöff el. Halte die Temperatur beider Lösungen bei dieser Temperatur, bis nur noch etwa ein Drittel des
ursprünglichen Volumens vorhanden ist (ca. 60 Minuten). Lass die Lösungen etwas abkühlen und gieße
den Inhalt eines jeden Topfes in ein gesondertes Glas. Wenn die Lösung auf Raumtemperatur abgekühlt
ist, bedecke beide Gläser mit einer Untertasse. Lass die Gläser drei Tage stehen ohne sie zu bewegen.
Aufgabe 1
a) Notiere deine Beobachtungen für Experiment 1 im Verlauf der drei Tage.
b) Gib an, bei welchem der beiden Teilexperimente es sich um einen physikalischen Prozess bzw.
um eine chemische Reaktion handelt. Benenne für die chemische Reaktion Ausgangsstoff e und
Endprodukte.
c) Bei einem Experiment ist Kunsthonig entstanden, der sich vom Bienenhonig unterscheiden
lässt. Nenne die wesentlichen Schritte, wie Bienen Honig herstellen. Vergleiche die Zusam-
mensetzung beider Honigsorten und die Bedingungen ihrer Herstellung in Tabellenform.
d) Statt Zitronensaft, könnte man auch andere Säuren wie Milchsäure oder Weinsäure verwenden.
Erläutere die Funktion der Säure beim Herstellungsprozess.
e) Mit folgendem Experiment kann man Kunsthonig und Bienenhonig unterscheiden:
Zu einer Stärkelösung gibt man gleiche Mengen an Kunst- bzw. Bienenhonig und lässt die
Lösungen eine Stunde bei 60⁰C im Wasserbad stehen. Anschließend gibt man einige Tropfen
Iod/Kaliumiodid-Lösung hinzu. Die Lösung mit Kunsthonig verfärbt sich intensiv blauviolett, die
mit Bienenhonig nur blass lila. Erkläre, weshalb sich die Lösungen unterschiedlich verfärben.
f) Für eine gesunde Ernährung wird häufi g gefordert, den Kristallzucker durch Bienenhonig zu
ersetzen. Nimm Stellung dazu, inwieweit diese Forderung berechtigt ist, und diskutiere das
Für und Wider.
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In diesem Experiment sollst du mit einem „Glasmurmel-sink-Versuch“ die Zähigkeit von verschiedenen
Honigsorten untersuchen. Fällt eine Kugel in einer Flüssigkeit, so wird sie durch die Zähigkeit der Flüssigkeit
abgebremst. Nach kurzer Fallstrecke erreicht die Kugel eine konstante Sinkgeschwindigkeit v. Bei
relativ kleinen Sinkgeschwindigkeiten ist die Viskosität η ein Maß für die Zähigkeit der Flüssigkeit. Für
eine Glasmurmel mit dem Radius r, die in Honig sinkt, kann die Viskosität näherungsweise berechnet
werden durch
Die Fallbeschleunigung g beträgt 9,81 m/s2 und r bezeichnet den Radius der Glasmurmel. ρMurmel
bzw. ρHonig sind die Dichten der Glasmurmel bzw. der Flüssigkeit. Für die Dichte von Honig kann
näherungsweise ein Wert von 1,4 g/cm3 angenommen werden und für die Dichte der Murmel ein Wert von
2,5 g/cm3. Je größer das Gefäß verglichen mit dem Radius der Kugel ist, desto genauer lässt sich der
Zusammenhang zwischen der Viskosität der Flüssigkeit und der Sinkgeschwindigkeit der Kugel durch
diese Formel bestimmen.
Experiment 2Führe ein geeignetes Experiment zur Bestimmung der Viskosität von Honig in Abhängigkeit von der
Temperatur im Bereich zwischen 10 und 60 ⁰C durch. Verwende dafür den Kunsthonig aus Experiment 1
oder ersatzweise einen dünnfl üssigen Bienenhonig. Wähle eine geeignete Versuchsanordnung, um die
Sinkgeschwindigkeit im Honig zu bestimmen. Führe bei mindestens vier verschiedenen Temperaturen
mehrere Einzelmessungen durch.
Aufgabe 2
a) Beschreibe deine Versuchsanordnung zum „Glasmurmel-sink-Versuch“. Füge deiner Ausar-
beitung ein Foto deines Versuchsaufbaus bei. Gib auch den Radius deiner Glasmurmel an.
b) Benenne die Kräfte, die auf die Glaskugel wirken, wenn sie sich im Honig bewegt. Fertige
dazu eine Skizze an. Erkläre, was sich für die Kräfte ableiten lässt, wenn die Geschwindig-
keit, mit der sich die Kugel durch den Honig bewegt, konstant ist.
c) Bestimme die mittleren Sinkgeschwindigkeiten für die unterschiedlichen Temperaturen
und berechne die Viskositäten. Stelle den Zusammenhang zwischen der Viskosität und der
Temperatur in einem Diagramm dar.
d) Der oben beschriebene Zusammenhang zwischen der Viskosität und der Sinkgeschwindigkeit
gilt nur für Gefäße, die sehr groß verglichen mit der fallenden Kugel sind. Erläutere, warum
der Zusammenhang keine Gültigkeit mehr hat, wenn die Gefäßabmessungen nicht mehr so
groß relativ zum Kugeldurchmesser sind.
e) Festgewordener Honig kann im warmen Wasserbad wieder fl üssig gemacht werden. Auch
nach Abkühlung bleibt er dann längere Zeit fl üssig. Finde eine Erklärung.
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Teilnahmebedingungen für die 1. Runde der IJSO 2011
Hinweise für betreuende Lehrkräfte
• Wenn Sie Schülerinnen oder Schüler in der ersten Runde der IJSO 2011 betreuen, fordern Sie
bitte frühzeitig eine Musterlösung mit Bewertungsbogen an. Das Anforderungsformular fi nden
Sie ab 15. Januar unter www.ijso.info. Drucken Sie das vollständig ausgefüllte Anforderungs-
formular aus und faxen Sie es unterschrieben und mit einem Schulstempel versehen unter
(0431) 880 5352 an das IPN. Sie erhalten von uns dann binnen einer Woche die Musterlösung
als PDF an Ihre E-Mail-Adresse oder auf besonderen Wunsch auch in gedruckter Fassung auf
dem Postwege an Ihre Schuladresse oder Privatadresse.
• Die Schülerinnen und Schüler müssen ihre Bearbeitungen der Aufgaben bis zum
28. Februar 2011 bei Ihnen abgeben und sich zu dieser Frist ebenfalls online für
den Wettbewerb anmelden. Sie benötigen dafür vorher den Lehrercode, den Sie bei ihrer
Anforderung der Musterlösung erstellt haben. Geben Sie diesen Lehrercode bitte rechtzeitig an
Ihre Schülerinnen und Schüler weiter. Dieser Code dient lediglich intern dazu, Ihre Daten mit
denen der teilnehmenden Schülerinnen und Schüler zusammenzuführen.
• Bewerten Sie die eingereichten Schülerarbeiten nach der IPN-Musterlösung. Stichtag für
die Meldung der Bewertungsergebnisse aus der ersten Runde der IJSO 2011 an die IJSO-Landesbeauftragten ist der 26. März 2011. Bewahren Sie die Ausführungen Ihrer Schülerinnen
und Schüler bitte mindestens bis zum Abschluss des IJSO-Wettbewerbsjahres 2011 auf.
• Die Bewertungsergebnisse für die Schülerarbeiten werden wiederum online übermittelt.
Detaillierte Informationen zum Übermitteln der Ergebnisse erhalten Sie von uns nach Abschluss
der Schüleranmeldungen Ende Februar per E-Mail. Mit dieser Mail erhalten Sie von uns auch
den Link mit dem Zugang für die Dateneingabe.
• Drucken Sie am Ende der Eingabeprozedur bitte den vollständig ausgefüllten Bewertungsbogen
aus und schicken Sie ihn unterschrieben zusammen mit dem Original des Schüleranmelde-
formulars an den IJSO-Landesbeauftragten in Ihrem Bundesland (nicht ans IPN!). Die Adresse
fi nden Sie unter www.ijso.info. Sollten technische Probleme mit dem online-Verfahren
auftreten, informieren Sie bitte die Wettbewerbsleitung. Wir werden daran arbeiten,
auftretende Probleme schnellstmöglich zu beheben.
• Die Teilnahmeurkunden zur ersten Runde werden in der Regel spätestens Anfang Mai an
die Schulleitungen verschickt. Die Klausuren der 2. Runde für die IJSO 2011 werden zusammen
mit Informationen zum weiteren Ablauf des Wettbewerbs bis Ende April 2011 an Sie persönlich
geschickt.
• Schauen Sie immer mal wieder auf unsere Webseite unter www.ijso.info. Dort fi nden Sie
aktuelle Informationen zum Wettbewerbsablauf. Mit Rückfragen wenden Sie sich bitte zunächst
an Ihren IJSO-Landesbeauftragten oder an [email protected].
Herzlichen Dank für Ihre Unterstützung,Ihr IJSO-Team am IPN Kiel
Wettbewerbsleitung:PD Dr. Heide PetersIPN an der Universität KielOlshausenstraße 6224098 Kiel0431 / [email protected]
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Hinweise für Schülerinnen und Schüler
• Teilnehmen kannst du, wenn du am 1. Januar 1996 oder später geboren bist und eine
allgemein- oder berufsbildende Schule im Bundesgebiet besuchst. Für Rückfragen zuständig
ist der IJSO-Landesbeauftragte in dem Bundesland, wo du am 1.1.2011 die Schule besucht hast.
• Bewerbungsschluss ist der 28. Februar 2011. Gib deine Bearbeitung der Aufgaben spätestens zu
diesem Termin zusammen mit dem Anmeldeformular aus der online-Schüleranmeldung bei
deiner Fachlehrerin oder deinem Fachlehrer in Biologie, Chemie oder Physik ab. Erst damit ist
deine Bewerbung für die erste IJSO-Runde vollständig.
• Den Link zur online-Schüleranmeldung fi ndest du unter www.ijso.info. Bevor du dich auf der
Webseite anmeldest, wende dich rechtzeitig an deine Fachlehrerin oder deinen Fachlehrer. Sie
geben dir einen Lehrercode, der bei der Anforderung der Musterlösungen erstellt wurde und
der bei deiner online-Anmeldung abgefragt wird. Drucke das am Ende der online-Anmeldung
erzeugte Formular mit deinen Daten und der Erklärung aus, unterschreibe es und gib es
zusammen mit deiner Ausarbeitung deiner Fachlehrerin oder deinem Fachlehrer.
• Solltest du Probleme mit der online-Anmeldung haben, kann dir vielleicht dein Lehrer oder
deine Lehrerin helfen. Bitte informiere die Wettbewerbsleitung, wenn du technische Probleme
mit dem neuen Anmeldeverfahren haben solltest. Wir werden daran arbeiten, auftretende
Probleme schnellstmöglich zu beheben.
• Deine Lösungen kannst du handschriftlich (gut leserlich) abgeben. Bearbeite die Aufgaben 1
und 2 jeweils auf gesonderten Blättern und schreibe auf jedes Einzelblatt deinen Namen und
deine Adresse. Deine Darstellung sollte knapp, aber logisch vollständig sein.
• Die Aufgaben sind ohne fremde Hilfe zu lösen. Gemeinschaftslösungen sind in der ersten
Runde aber zulässig. Die Gruppenstärke darf maximal drei Personen umfassen und die Namen
der am Team beteiligten Schülerinnen und Schüler muss kenntlich gemacht werden. Bitte
beachte hierzu auch die Erklärung auf dem Anmeldebogen. Die eingereichten Arbeiten werden
nicht zurückgegeben. Fertige dir deshalb vor Abgabe eine Kopie für eigene Zwecke an.
• Verliere nicht den Mut und gib deine Bearbeitung auch dann ab, wenn du nicht alle
Aufgabenteile bearbeiten kannst. Denn in der Regel lösen auch die Bestplatzierten nicht alle
Teilaufgaben vollständig und eine Teilnahmeurkunde erhältst du auch dann, wenn deine
Lösungen unvollständig sind. Die Teilnahmeurkunden zur ersten Runde werden in der Regel
spätestens Anfang Mai an die Schulleitungen geschickt.
• Die Klausuren der 2. Runde für die IJSO 2011 werden zusammen mit Informationen zum
weiteren Ablauf des Wettbewerbs bis Ende April 2011 an die betreuenden Lehrkräfte geschickt.
• Schaue immer mal wieder auf unserer Webseite nach. Dort fi ndest du aktuelle Informationen
zum Wettbewerbsablauf.
Viel Spaß und Erfolg wünscht dirDein IJSO-Team am IPN Kiel
Wettbewerbsleitung:PD Dr. Heide Peters
IPN an der Universität KielOlshausenstraße 62
24098 Kiel0431 / 880-3133
