Wasser - LI-Hamburg€¦ · halb der Gruppe nicht zu laut werden. Nach jedem Experiment tauschen die Gruppenmitglieder ihre Funktionen. Die Zahl der Experimente (12) ist so gewählt,

Wasser

Selbstständiges Experimentieren lernen in Klassenstufe 5/6

Anregungen zum kompetenzorientierten Unterricht

Wasser

Impressum

Herausgeber Freie und Hansestadt Hamburg Behörde für Schule und Berufsbildung Landesinstitut für Lehrerbildung und Schulentwicklung

Autor Lars Janning

Layout Tobias Emskötter

Auflage: 1000

Hamburg, Juni 2009

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EinleitungVorwort ................................................................................................................................ 3Hinweise zur Durchführung .................................................................................................... 5Material ................................................................................................................................ 9

Sachinformationen WasserSachinformationen ................................................................................................................. 10Lösungen zu den Fragen ........................................................................................................ 13

ExperimentalteilIn Gruppen experimentieren .................................................................................................. 15Übersicht über die Experimente .............................................................................................. 16Kopiervorlage „nummerierte Köpfe“ .................................................................................. 17Wasser I Schwimmende Büroklammer Oberflächenspannung .......................................... 18Wasser II Pfefferwasser Oberflächenspannung .......................................... 19Wasser 1 Geld im Trinkglas Oberflächenspannung .......................................... 21Wasser 2 Dosenbrenner Lösung / Löslichkeit ............................................. 22Wasser 3 Wasser reagiert! Lösung / Löslichkeit ............................................. 23Wasser 4 Sättigungswert Lösung / Löslichkeit ............................................. 24Wasser 5 Eisberg voraus! Aggregatzustände ................................................. 25Wasser 6 Magischer Kugelschreiber Elektrostatik ......................................................... 26Wasser 7 Körper versenken Aquadynamik, Körperform von Fischen .................. 27Wasser 8 Totes Meer Dichte ................................................................. 28Wasser 9 U-Boot Auftrieb, Dichte ................................................... 29Wasser 10 Enthüllende Federwaage Auftrieb, Dichte ................................................... 30Wasser 11 Bootsbau Wasserverdrängung ............................................. 31Wasser 12 Glasscheibentrick Kapillarität ............................................................ 32Lösungskarten ........................................................................................................................ 33Lösunghinweise zum Zusatzmaterial ........................................................................................ 39

ZusatzmaterialWie viel Wasser verbraucht deine Familie? ............................................................................. 41Puzzle Aggregatzustände Aggregatzustände ............................................. 42 Schiffbruch Wasserreinigungsmethoden ................................. 43 Wasserthermometer Wasser- und Luftausdehnung ............................... 44Wasserbombe Wasserdruck .......................................................... 46Wassergehalt Wassergehalt .......................................................... 48 Schiffe versenken Bootsbau, Auftrieb .............................................. 49Wasserkreislauf Wachstum von Pflanzen ..................................... 50Keimungsversuch mit Kresse Keimung und Wasserqualität .................................. 51Leben im Heuaufguss Wasserorganismen ................................................. 52 Wassergedicht (James Krüss) Wasserkreislauf ...................................................... 53Kreuzworträtsel ....................................................................................................................... 54Lösunghinweise zum Zusatzmaterial ....................................................................................... 55

Kompetenzüberprüfung Bist du ein guter Experimentator? ......................................................................................... 57Lösungen: Bist du ein guter Experimentator? ........................................................................ 58Anleitung zur Erstellung eines zweistufigen Diagnosebogens ................................................. 59Rückmeldung: So schätze ich deine Beteiligung ein ................................................................ 61Rückmeldung: So schätze ich meine Beteiligung ein ................................................................ 62Bewertung Protokoll ............................................................................................................... 64Checkliste ............................................................................................................................... 65Schriftlicher Test ....................................................................................................................... 66

AnhangLiteraturverzeichnis ................................................................................................................. 69Danksagung ............................................................................................................................ 70

Inhalt

Liebe Kolleginnen und Kollegen,

Wasser fasziniert! Auf viele Kinder übt es einegeradezu magische Anziehungskraft aus.Wasser taucht in sämtlichen Bereichen desLebens auf. Durch seine alltägliche Gegenwär-tigkeit hat es eine herausragende Bedeutungin unserer Lebenswelt. Es ist etwas Besonderesund Wertvolles.

Mit den typischen Eigenschaften desWassers haben die Schülerinnen und Schülerbereits viele Erfahrungen im Alltag und in derSchule gemacht. Diese Erfahrungen warenmehr oder weniger bewusst systematisch. Mitden Lern- und Experimentalangeboten dieserHandreichung erweitern die Schülerinnenund Schüler ihre Erfahrungen und ihr Fach-wissen zum Thema Wasser gezielt und eigen-ständig.

Als Basis für die Erstellung der Lern- undExperimentalangebote dieser Handreichungdienen die Bildungsstandards der KMK fürdie Fächer Biologie, Chemie und Physik, umSchülerinnen und Schüler in den vier Kom-petenzbereichen Fachwissen, Erkenntnisge-winnung, Kommunikation und Bewertunggezielt zu fördern.

Die Experimente sind so ausgewählt, dasssie einfach und gefahrlos auch zuhausedurchführbar sind. Sie sind vielseitig, habeneinen engen Alltagsbezug und greifen Fragender Schülerinnen und Schüler auf. Siebasieren auf eigenen Erfahrungen und gebenAnregungen zum selbstständigen Forschen.

Diese Handreichung will Schülerinnen undSchülern helfen, Phänomene aus den The-menbereichen Wasser, denen sie in ihrer All-tagswelt begegnen, zu untersuchen und zuverstehen. Den Schwerpunkt dieser Hand-reichung bildet der Experimentalteil. Er lei-tet die Schülerinnen und Schüler zum selbst-ständigen Experimentieren an. Dazu ist derExperimentalteil als Lehrgang konzipiert, beidem die Schülerinnen und Schüler grundle-gende Kompetenzen durch mehrfacheWiederholung des Arbeitsblattmusters ken-

nen lernen und sicher einüben. Wenn dieseKompetenzen erworben sind, bietet dasZusatzmaterial viele Anregungen zum selbst-ständigen und kreativen Experimentierenunter Nutzung der erlernten Arbeitsschritte.

Im Lehrgang lernen die Schülerinnen undSchüler Hypothesen zu bilden, ein Experi-ment nach Anleitung durchzuführen, mitExperimentiergeräten umzugehen, ein Expe-riment auszuwerten, aus den ErgebnissenSchlussfolgerungen zu ziehen und einVersuchsprotokoll zu schreiben. Sie werdendarin geschult, sehr genau zu beobachten, zuvergleichen und zu beschreiben. DieSchülerinnen und Schüler müssen Tabellenund grafische Darstellungen lesen und inter-pretieren. Sie sind angehalten, ihrerseitsDaten, geeignete Tabellen und grafischeDarstellungen zu erstellen. Zahlreiche Impul-se motivieren die Schülerinnen und Schüler,selbstständig Experimente zu entwickeln.

Zur Überprüfung der erreichten Kompe-tenzen im Bereich Erkenntnisgewinnungwerden Anregungen für die Erstellung vonAufgaben gegeben. Beobachtungsbögen zumExperimentalverhalten geben Anhaltspunktezum Entwicklungsstand der erreichten Kom-petenzen.

Die Lern- und Experimentierangebotedieser Handreichung haben unterschiedlicheAnforderungsniveaus und ermöglichen eineBinnendifferenzierung des Unterrichts. AlsArbeitsform wird der Einsatz einer kooperati-ven Lernform (nummerierte Köpfe) vorge-schlagen.

Im Heft befindet sich ein Kapitel mit Sach-informationen, welches als fachliche Grund-lage für die Schülerinnen und Schüler dient.

Ich wünsche Ihnen viel Freude und Erfolgbei der Arbeit mit dieser Handreichung.

Lars JanningLandesinstitut, Abteilung Fortbildung

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Einleituung

Vorwort

Der Unterrichtslehrgang zum Thema Wasserist in vier Abschnitte gegliedert.

In den Sachinformationen des erstenAbschnitts stehen die wichtigsten Fakten zumThema Wasser. Daran schließen sich Fragenan, zu deren Lösung teilweise auf weitere In-formationsquellen (Lehrbuch, Lexikon, Inter-net) zurückgegriffen werden muss. Die Sach-informationen können im Unterricht ge-meinsam gelesen werden. Die Lösungen zuden Fragen werden im Klassengespräch kon-trolliert und besprochen.

Der Experimentalteil im zweiten Ab-schnitt ist der zentrale Teil der Handreichung.Die Experimente sind als Experimental-stationen gestaltet, die die Schülerinnen undSchüler in Gruppen von vier Personen selbst-organisiert nach einer genau festgelegtenVorgehensweise bearbeiten. Die einzelnenStationen sind weitgehend in sich abge-schlossen und beziehen sich nicht aufeinan-der, so dass sie in beliebiger Reihenfolgedurchgeführt werden können. Die einzelnenGruppenmitglieder haben zugewiesene Rol-len, die nach jedem Experiment wechseln.Die Arbeitsteilung erfolgt nach dem Prinzipder „nummerierten Köpfe“.

Die Einteilung der Gruppen kann durchein Losverfahren erfolgen. Zwei Personenschreiben ihre Namen auf einen Zettel undgeben diesen dann in eine Urne. Aus dieserwerden anschließend jeweils zwei Zettel gezo-gen und damit die Gruppen gebildet.

Das Zusatzmaterial im dritten Abschnittenthält Arbeitsblätter mit Anregungen zueiner weiterführenden Beschäftigung mitdem Themenbereich Wasser. Diese werden imUnterricht verwendet oder von den Schü-lerinnen und Schülern zuhause bearbeitet.Außerdem bieten sie eine Möglichkeit zurBinnendifferenzierung.

In einem vierten Abschnitt werden diegeförderten Kompetenzen überprüft. DieSchülerinnen und Schüler testen anhand desArbeitsblatts „Bist du ein guter Experimen-tator?“ ihre Fähigkeiten, Fragestellungen zuerfassen, Hypothesen zu entwickeln, Tabellenund grafische Darstellungen zu lesen, Experi-mente auszuwerten und Experimente zu pla-nen.

Detailliert wird erläutert, wie ein zweistu-figer Diagnosebogens konzipiert wird.

Das Ausfüllblatt „Schülerrückmeldung“dient dazu, den Schülerinnen und SchülernInformationen über ihr Arbeitsverhalten zugeben. Mit dem Formblatt „Selbsteinschät-zung und Feedback“ beurteilen die Schüle-rinnen und Schüler ihr Arbeitsverhalten undgeben eine Rückmeldung über ihre Erfah-rungen mit dem Experimentalteil.

Mithilfe des Ausfüllblatt „Checkliste“ kön-nen die Schülerinnen und Schüler über-prüfen, wie gut sie auf einen Test bzw. einemündliche Überprüfung vorbereitet sind. Mit

der Checkliste erhalten sie zusätzlich eineÜbersicht über die Inhalte des Unterrichts-gangs.

Der schriftliche Test hat seinen Schwer-punkt in der Überprüfung des erworbenenFachwissens.

Prinzip der „nummerierten Köpfe“

Die zwölf Experimente des Experimentalteilswerden in Kleingruppen von vier Personendurchgeführt. Pro Experiment bekommt jedesMitglied einer Gruppe eine bestimmte Num-mer zugewiesen und damit die Verantwor-tung für eine bestimmte Aufgabe. 1. Der Gruppensprecher sucht eine Experi-

mentalanleitung aus und liest sie derGruppe vor. Er ist dafür verantwortlich,dass diese vor Versuchsbeginn eine Hypo-these entwickelt und nach der Durchfüh-rung das Experiment gemeinsam aus-wertet.

2. Der Laborant holt das Material für denVersuch und führt das Experiment durch.Anschließend reinigt er das Material undbringt es wieder zurück.

3. Der Protokollant schreibt das Gruppen-protokoll.

4. Der Regelhüter sorgt dafür, dass dieRegeln eingehalten werden. Insbesondereachtet er darauf, dass die Gespräche inner-halb der Gruppe nicht zu laut werden.

Nach jedem Experiment tauschen dieGruppenmitglieder ihre Funktionen. Die Zahlder Experimente (12) ist so gewählt, dass jederSchüler jede Funktion dreimal ausübt.Besteht eine Gruppe aus drei Personen, über-nimmt der Gruppensprecher die Funktionendes Regelhüters.

Vorgehen bei jedem Experiment

Die Schülerinnen und Schüler bearbeiten dieeinzelnen Experimente nach folgendemAblauf: 1. Der Gruppensprecher liest die Experi-

mentalanleitung vollständig vor. 2. Alle Schüler schreiben die Fragestellung

auf. Der Protokollant schreibt sie in dasGruppenprotokoll (ein gesonderter DIN-A4-Zettel), die anderen Gruppenmitglie-der notieren die Fragestellung in derMappe bzw. dem Heft.

3. Eine Hypothese wird in der Gruppegemeinsam aufgestellt. Der Protokollantschreibt die Vermutung(en) und eineBegründung in das Gruppenprotokoll.

4. Der Laborant holt das Material und führtdas Experiment durch (Durchführung).

5. Die Beobachtungen werden in derGruppe besprochen. Der Protokollantschreibt sie in das Gruppenprotokoll, die

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Einleitung, Hinweise zur Durchführung

Gliederung

anderen Gruppenmitglieder in die Mappebzw. das Heft.

6. Der Versuch wird gemeinsam in derGruppe ausgewertet (Auswertung) unddabei wird die zuvor aufgestellte Hypo-these überprüft.

7. Wenn die Gruppe das beobachtete Phä-nomen erklären kann, schreibt der Proto-kollant die Erklärung in das Gruppen-protokoll, die anderen Gruppenmitgliederin die Mappe bzw. das Heft. Bei Problemenoder Fragen ruft der Gruppensprecher dieLehrkraft zu Hilfe.

8. Der Gruppensprecher holt in Absprachemit der Lehrkraft die Lösungskarte. Dieeigenen Beobachtungen und die Aus-wertung werden mit der Musterlösungverglichen und ggf. korrigiert.

9. Zu jedem Experiment gibt es eine Zu-satzaufgabe. Diese kann die Gruppe ge-meinsam lösen oder jede(r) für sichzuhause. Dabei gilt das Prinzip der Frei-willigkeit. Lösungshinweise zu den Zusatz-aufgaben stehen nicht auf den Lösungs-karten, sondern in einem eigenen Ab-schnitt und werden bei der Nachbe-sprechung im Klassengespräch besprochen.

Systematische Vorgehensweise einüben

Die systematische Vorgehensweise muss mitder gesamten Lerngruppe zuvor besprochenund eingeübt werden. Auf dem Informa-tionsblatt „In Gruppen experimentieren“ ste-hen organisatorische Hinweise, die Regelnund eine Übersicht darüber, was in ein voll-ständiges Gruppenprotokoll gehört. DieseInformationen müssen im Klassengesprächerörtert werden.

Zusätzlich sollte die systematische Vor-gehensweise und das Schreiben eines Pro-tokolls mit den Schülerinnen und Schülerneingeübt werden. Dazu werden die Experi-mente Wasser I und Wasser II als Demon-strationsexperimente von der Lehrkraft oderSchülerIn durchgeführt und anschließend imKlassengespräch ausgewertet.

Das Gruppenprotokoll

Das Gruppenprotokoll schreibt jeweils nurder Protokollant. Die anderen Gruppen-mitglieder schreiben die Fragestellung, dieBeobachtung und die Auswertung in dieMappe bzw. das Heft. Damit ist sichergestellt,dass alle Schülerinnen und Schüler über dienötigen Informationen verfügen und sich aufeine Abfrage im Klassengespräch und auf denschriftlichen Test vorbereiten können.

Selbsttätigkeit

Die Gruppen „forschen“ selbstorganisiert.Dabei ist es unbedingt erforderlich, dass sichdie Schülerinnen und Schüler an die jeweili-

gen Tätigkeiten als Gruppensprecher, Labo-rant, Protokollant und Regelhüter halten. Inder Zeit, in der Gruppen die Experimentedurchführen und protokollieren, fungiert dieLehrkraft als Lernberater. Sie gibt Tipps undHinweise und händigt die Lösungskarten aus.In dieser Zeit kann die Lehrkraft auf demAusfüllblatt „Schülerrückmeldung“ Notizenüber die Arbeitsweise der Schülerinnen undSchüler machen. Es hat sich bewährt, in einerDoppelstunde das Arbeits- und Sozialver-halten von etwa zwei Gruppen zu beobach-ten. Gleichzeitig beobachtet die Lehrkraft dasArbeitstempo der verschiedenen Gruppen.Langsame Gruppen müssen ermuntert wer-den, zügiger zu arbeiten. Schnelle Gruppenwerden dazu aufgefordert, die Zusatzaufgabenintensiv zu bearbeiten, oder erhalten weiter-führende Materialien (vgl. Zusatzmaterial).

Regeln

Für das Experimentieren in Gruppen geltenfolgende Regeln:• Die Gruppe verhält sich so, dass andere

Gruppen nicht bei der Arbeit gestört wer-den.

• Die Gruppe arbeitet als Team und bemühtsich um ein gutes Gruppenergebnis.

• Vor Durchführung des Experiments musssichergestellt sein, dass alle verstanden ha-ben, worum es geht.

• Jedes Mitglied hält sich an seine Funktion,die es für das jeweilige Experiment hat.

• Der Protokollant schreibt ein vollständigesGruppenprotokoll. Dies wird in der Folge-stunde abgegeben, von der Lehrkraft kor-rigiert und bewertet (Einzelnote undGruppennote).

• Die anderen Gruppenmitglieder schreibenin ihre Mappe bzw. ihr Heft ein Kurz-protokoll. Dies besteht aus Fragestellung,Beobachtung und Auswertung.

• Die Lösungskarten dürfen nur in Abspra-che mit der Lehrkraft vom Gruppenspre-cher geholt werden.

• Die Arbeit an einer Experimentalstationsollte maximal 45 Minuten dauern.

• Jeder muss in der Lage sein, die Arbeit sei-ner Gruppe vor der Klasse zu präsentieren(Zufallsabfrage).

• Jeder geht mit den Materialien sehr vorsich-tig um. Schäden werden nicht verheimlicht.

Material

Die Experimente sind so konzipiert, dass Ge-räte und Materialien weitgehend aus derFachsammlung verwendet werden können.Zusätzlich müssen aber Materialien in einemGeschäft mit Schreibwaren oder Haushalts-waren beschafft werden.

Das Material braucht nur in einfacherMenge bereitgestellt zu werden. SämtlicheGeräte und Gegenstände passen in eine Kiste(40 x 33 x 25 cm).

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Zu Beginn der Unterrichtsstunde wird dasgesamte Material auf einen Materialwagenbzw. auf das Lehrerpult gestellt. Von diesemkönnen sich die Laboranten der einzelnenGruppen die benötigten Geräte selbernehmen. Alternativ kann das Material inkleineren Kisten separat für jede Stationbereitgestellt werden.

Nachbesprechung

Wenn die Mehrheit der Gruppen alle Experi-mente erfolgreich durchgeführt hat, ist es sinn-voll, eine Nachbesprechung durchzuführen.Dabei hat es sich bewährt, einzelne Schüle-rinnen und Schüler auszulosen, die vor dieKlasse treten und anhand des Versuchs-materials erläutern, wie das Experimentdurchgeführt wurde, welches Phänomenbeobachtet wurde und wie man es erklärt. Indieser Phase lassen sich selbstverständlichnicht nur Einzelschüler, sondern auch Teamsoder ganze Gruppen befragen.

Die Nachbesprechung dient auch alsVorbereitung für den Abschlusstest. Dergesamte Fachinhalt wird wiederholt. OffeneFragen können geklärt werden. Dies ist füralle Schülerinnen und Schüler sinnvoll, ins-besondere für diejenigen, die aufgrundKrankheit gefehlt haben oder aus anderenGründen nicht alle Experimente durchführenkonnten.

Bewertung

In folgenden Phasen kann man Schülerleistun-gen beobachten und bewerten. 1. Schülerantworten während des Lösungs-

vergleichs zu den Fragen im Teil Sachin-formationen.

2 Noten für die Gruppenprotokolle. Diesekönnen nur für den Protokollanten, aberauch für die gesamte Gruppe gewertet wer-den.

3. Schülerbeiträge während der Nachbe-sprechung.

4. Schülerantworten während des Lösungs-vergleichs zum Arbeitsblatt „Bist du einguter Experimentator?“

5. Die Note des schriftlichen Tests.

Kompetenzförderung

Als Basis für die Erstellung der Lern- undExperimentalangebote dieser Handreichungdienen die Bildungsstandards der KMK fürden mittleren Schulabschluss für die FächerBiologie, Chemie und Physik, herausgegebenvom Sekretariat der Ständigen Konferenz derKultusminister der Länder in der Bundes-republik Deutschland (vgl. www.kmk.org).Gezielt gefördert werden die Schülerinnenund Schüler in den vier Kompetenzberei-chen Fachwissen, Erkenntnisgewinnung,Kommunikation und Bewertung. Die ver-

schiedene Ausprägung des jeweiligen Kompe-tenzbereichs ist im Kompetenzstrukturmo-dell dargestellt (s. Tabelle, S. 8).

Im Bereich Fachwissen beziehen sich dieInhalte auf die biologischen BasiskonzepteStruktur und Funktion und System, auf diechemischen Basiskonzepte Stoff-Teilchen-Beziehung sowie Struktur-Eigenschaften-Beziehung und die physikalischen LeitideenMaterie, Wechselwirkung sowie Systeme.

Die Förderung im Bereich Erkenntnisge-winnung nimmt eine zentrale Stellung ein.Bei der Bearbeitung der Fragestellungen inden Sachinformationen und im Experimen-talteil wählen die Schülerinnen und SchülerInformationen aus und führen sie auf bekan-nte physikalische Zusammenhänge zurück(Physik E2; E = Regelstandard Erkenntnis-gewinnung) und nutzen geeignete Modelle(Biologie E9, Biologie E10, Chemie E7). ImExperimentalteil führen die Schülerinnenund Schüler qualitative und einfache quanti-tative experimentelle Untersuchungen durchund protokollieren diese (Biologie E6,Biologie E7, Chemie E3). Sie erheben rele-vante Daten oder recherchieren sie (ChemieE5), beschreiben Phänomene und führen sieauf bekannte physikalische Zusammenhängezurück (Physik E2) und stellen an einfachenBeispielen Hypothesen auf (Physik E8). Ineinigen Zusatzaufgaben des Experimentalteilsund Aufgabenstellungen des Zusatzmaterialswerden die Schülerinnen und Schüler dazuaufgefordert, einfache Experimente zu pla-nen, durchzuführen und auszuwerten(Biologie E6, Chemie E2, Physik E8).

Eine Förderung im Bereich Kommunika-tion erfolgt, da die Schülerinnen und Schülerim Experimentalteil innerhalb der Gruppeselbstständig Hypothesen aufstellen, dieExperimente gruppenintern auswerten unddie Experimente im Klassenplenum präsen-tieren.

Der Kompetenzbereich Bewertung ist im-mer dann vertreten, wenn die Schülerinnenund Schüler grundlegende fachtypische undvernetzte Kenntnisse und Fertigkeiten nut-zen, um lebenspraktisch bedeutsame Zusam-menhänge zu erschließen und zu bewerten.Dazu werden sie unter anderem in den Zu-satzaufgaben der Experimente aufgefordert.

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Kompetenzstrukturmodell

Fachwissen Erkenntnisgewinnung Kommunikation Bewertung

I

II

III

An

ford

eru

ng

sber

eich

• Alltagserfahrungen undeinfache naturwissen-schaftliche Sachverhaltewiedergeben.

• Wissen in einfachen Kon-texten anwenden.

• Einfache Sachverhalte er-kennen und nutzen.

• Wissen und Kenntnissezielgerichtet erarbeiten,einordnen und nutzen.

• Versuche nach Anleitungdurchführen und sachge-recht protokollieren.

• Arbeitstechniken wie Be-obachten, Vermuten, Ver-gleichen anwenden.

• Experimente planen,durchführen und deuten.

• Ergebnisse im Hinblick aufdie Hypothesen auswer-ten.

• Arbeitstechniken in neu-em Zusammenhang ver-wenden.

• NaturwissenschaftlicheFragen sowie Hypothe-sen eigenständig for-mulieren und experi-mentell überprüfen.

• Ergebnisse hypothesen-und fehlerbezogen aus-werten.

• Arbeitstechniken zielge-richtet auswählen odervariieren.

• Über Sachverhalte undArbeitsergebnisse spre-chen bzw. diskutieren.

• Fachsprache verwenden.

• Sachverhalte und Arbeits-ergebnisse angemessenpräsentieren.

• Fachsprache in neuenKontexten verwenden.

• Sach- und adressatenge-recht argumentieren unddebattieren.

• Hypothesen und Lösun-gen begründen.

• Vorgegebene Bewertun-gen nachvollziehen.

• Vorgegebene Bewertun-gen beurteilen und kom-mentieren.

• Sachverhalte in einemneuen Bewertungskon-text erläutern.

• Eigene Bewertungen vor-nehmen.

• Eigenständig Stellung be-ziehen.

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Einleitung, Material

Material aus der Fachsammlung

3 Bechergläser (50 ml) 5 Becherglas (250 ml)1 Becherglas (400 ml)1 Becherglas (600 ml)4 PE-Enghalsflaschen mit Tropfverschluss

(50 ml)1 PE-Enghalsflaschen mit Tropfverschluss

(100 ml)1 Erlenmeyerkolben (200 ml)1 Federwaage1 Gummistopfen

(oberer Durchmesser 15 mm)1 Kunststoffschlauch (etwa 20 cm,

0,9 mm Ø, passend zur Spritze)1 Messpipette (10 ml)10 Objektträger in Vierkantbehälter (300 ml)1 Petrischale (groß, Ø 150 mm)1 Petrischale (klein, Ø 10 mm)1 Pipettierhilfe (pi-pump size 10)1 Plastikspritze (60 ml)2 Pinzettendiv. Pipetten (Kunststoff)1 Spatel1 Standzylinder

(Rand geschliffen, 150 x 35 mm Ø) 1 Standzylinder

(Rand umgelegt, 250 x 40 mm Ø)3 Uhrgläser1 Pneumatische Wanne (Kunststoff, 200 x

150 x 75 mm) 4 Vierkantbehälter (50 ml)5 Vierkantbehälter (100 ml)2 Vierkantbehälter (300 ml)

Haushaltswaren

1 Aqua dest. in PE-Enghalsflasche (Tropfverschluss)

1 Dosenbrenner (große Weißblechdose, seitlich mit keilförmiger Öffnung)

1 Eiswürfelschale1 Feuerzeug1 Gelatine in Vierkantbehälter (50 ml) oder

Filmdosediv. Handtuchpapier / Rolle Küchenpapier1 Leitungswasser in PE-Enghalsflasche

(Tropfverschluss)1 Mineralwasser in PE-Enghalsflasche

(Tropfverschluss)1 Pfefferstreuer 1 Salzwasser in PE-Flasche (Tropfverschluss)1 Salz in Vierkantbehälter (300 ml)1 Sand in Vierkantbehälter (50 ml) oder

Filmdose1 Spülmittel in PE-Enghalsflasche (100 ml)

div. Streichhölzer (ohne Kopf)3 Teelöffel div. Teelichter in Vierkantbehälter (300 ml)1 Trinkglas (0,2 l)1 Zucker in Vierkantbehälter (300 ml)1 Zucker in Vierkantbehälter (50 ml) oder

Filmdose

Schreibwaren

div. Büroklammern in Vierkantbehälter (50 ml)1 Folienstift (wasserlöslich)20 Geldstücke (2 Cent) in Vierkantbehälter

(50 ml)div. Gummibänder in Vierkantbehälter (100 ml)2 Kugelschreiber 8 Knetmasse

3 für „Wasser 7“ in Vierkantbehälter (100 ml)1 für „Wasser 10“ in Vierkantbehälter (100 ml)4 für „Wasser 11“ in Vierkantbehälter (100 ml)

div. Luftballons in Vierkantbehälter (100ml)1 Stoppuhr 1 Uhr (Wanduhr, Armbanduhr)

Material

Wasser ist kostbar. Es ist die Grundlage jedenLebens auf der Erde. Vermutlich ist das irdi-sche Leben im Wasser entstanden. Bis heutespielen sich alle Lebensvorgänge des mensch-lichen Körpers in wässriger Umgebung ab.

Menschen können über einen Monat ohneNahrungsmittel auskommen, aber schon dreiTage ohne Wasser können zu schwerengesundheitlichen Schäden führen. Etwa zweiDrittel des menschlichen Organismus beste-hen aus Wasser.

Die Menschen nutzen das Wasser nichtnur als Trinkwasser, sondern auch als Brauch-wasser zum Waschen, Reinigen, Betreiben derHeizung, Spülen und Kochen. Nach seinerNutzung wird es zu Abwasser. Der durch-schnittliche Tagesverbrauch pro Person liegtheute (Stand 2008) in Hamburg bei 107 Liter.Ein Drittel davon kann allein auf die WC-Spülung entfallen.

Die Verbrauchszahlen werden durchWasserzähler ermittelt. Personenhaushalteverbrauch 10 bis 15 Prozent des genutztenWassers. Industrie, Kraftwerke und vor allemdie Landwirtschaft sind die Hauptwasser-verbraucher.

Es ist egal, wie viel Wasser wir ver-brauchen, die Gesamtmenge auf der Erdebleibt immer gleich. Insgesamt gibt es auf derErde knapp 1,4 Milliarden KubikkilometerWasser, davon sind etwa 97 Prozent in denWeltmeeren enthalten.

Als Süßwasser bezeichnet man Wasserfließender und stehender Gewässer mit einemSalzgehalt unter 0,1 Prozent. Auch Eis istSüßwasser, es stellt sogar den größten Anteildes Süßwassers, da die größten Süßwasser-vorkommen der Erde als Eis gefroren in denGletschern der beiden Polarregionen undeiniger Hochgebirge vorkommen. Der Anteildes Süßwassers am Wasservorkommen derErde beträgt nur 3,5 Prozent. Der Anteil desSalzwassers beträgt 96,5 Prozent.

Wasser befindet sich in einem ständigenKreislauf. Wenn die Sonne scheint, verdun-stet es an der Oberfläche der Ozeane, vonSeen, Bächen und Flüssen und der Erdober-fläche. Unsichtbar gelangt es als Wasserdampfin die Atmosphäre. In der Höhe wird die Luftimmer kühler. Der Wasserdampf kondensiertzu kleinen Wassertröpfchen. Daraus werdenWolken, aus denen es zu regnen beginnt. DerWind transportiert die Wolken und damit dasWasser von den Meeren zum Festland. Die Re-gentropfen fallen auf die Erde und versickernim Boden, werden zu Grundwasser, füllen dieSeen und fließen über Bäche und Flüssewieder in die Meere zurück. In diesemKreislauf nimmt Wasser unterschiedlicheFormen an: Es ist als Eis fest, als Regen flüssigoder als Wasserdampf gasförmig.

Wasser ist ein gutes Lösungsmittel. Gibtman ein Stück Zucker in ein Glas Tee,schmeckt der Tee nach kurzer Zeit süß. DieZuckerteilchen haben sich gelöst und gleich-mäßig im Wasser verteilt. Es gibt aber auchStoffe, die sich weniger gut (Kalk) oder garnicht (Öl, Holz) in Wasser lösen können. EineLösung besteht aus dem Lösungsmittel unddem darin gelösten Stoff. Sie ist klar unddurchsichtig. Je mehr Feststoff im Wasser

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Sachinformationen

Wasser

gelöst ist, umso konzentrierter ist dieLösung. Meist lässt sich durch Erwärmen derAnteil der gelösten Stoffe noch steigern. Istdie Lösung gesättigt, dann kann sie keinenweiteren Feststoff mehr aufnehmen. Mankann aus gesättigten Lösungen wunder-schöne Kristalle züchten.

Bringt man Wasser zum Kochen, geht esüber in Wasserdampf, es verdampft. Kühltsich dieser Dampf wieder ab, verwandelt ersich zurück zu Wasser. Man sagt, das Wasserkondensiert. Das kondensierte Wasser zeich-net sich dadurch aus, dass es ganz reines Was-ser ist. Dieses Reinigungsverfahren nennt manDestillation. Destilliertes Wasser ist Wasserohne die im normalen Quellwasser und Lei-tungswasser vorkommenden Ionen (= elek-trisch geladene Teilchen), Spurenelementeund Verunreinigungen. In der Medizin, derChemie und der Biologie wird es als Lösungs-und manchmal auch als Reinigungsmittelverwendet.

Im Bodenwasser und Grundwasser sindMineralstoffe gelöst. Landpflanzen nehmendie Mineralstoffe mit dem Wasser in ihrenWurzeln auf und transportieren sie bis in dieBlätter. Auch Leitungswasser enthält Mine-ralstoffe. Meerwasser ist ebenso eine Lösung,allerdings mit einem viel größeren Anteil angelöstem Kochsalz und Mineralstoffen alsLeitungswasser.

Suspensionen sind Gemische aus einerFlüssigkeit und darin verteilten festen Stoffen,z. B. Gartenerde in Wasser. Sie lassen sichdurch Filtration voneinander trennen.

Wasser besteht aus kleinen Wasserteilchen.Jedes Wasserteilchen besteht aus einemSauerstoffatom (O) und zwei Wasserstoffato-men und heißt chemisch H2O. Das Wasser-teilchen besitzt eine ungleiche Ladungs-verteilung: es ist negativ polarisiert auf derSeite des Sauerstoffatoms und positiv polari-siert auf der Seite der beiden Wasserstoff-atome. Da sich positive und negative Polari-täten anziehen, ziehen sich die Wasserteil-chen gegenseitig an. An der Wasseroberflächeentsteht auf diese Weise eine Oberflächen-spannung, die sogenannte „Wasserhaut“. Auf

dieser Wasserhaut laufen kleine Insekten, wiezum Beispiel der Wasserläufer.

Wasser kann fest, flüssig und gasförmigsein. Diese Zustandsformen nennt manAggregatzustände. Im flüssigen Zustandkommt Wasser in den aus Wassertröpfchengebildeten Regenwolken, als Grundwasser,Oberflächenwasser und als Tau vor. Gasför-mig zeigt sich das Wasser als gasförmigerWasserdampf in der Luft. Als Eis findet manes z.B. in Gletschern und in den kälterenJahreszeiten als Schnee, Hagel und Reif.

Der Siedepunkt von Wasser liegt beiTemperaturen von 100 Grad Celsius. Es wirdgasförmig. Bei null Grad Celsius gefriert Süß-wasser. Dabei geschieht etwas Merkwürdiges:Beim Gefrieren dehnt sich das Eis aus. Dasmacht sonst kein anderer Stoff. Der Raum-inhalt von Wasser nimmt beim Gefrieren umein Zehntel zu. Dies kann man selbst nach-prüfen: Wenn man 1 Liter Wasser einfriert,werden aus diesem 1,1 Liter Eis. Weil sichWasser beim Gefrieren ausdehnt und sichdabei die Dichte verringert, können Eiswürfelund sogar Eisberge im Wasser schwimmen.Dringt Wasser in Felsspalten und gefriert,kann der entstehende Druck ganze Felsensprengen. Dies nennt man Frostsprengung.

Wenn im Wasser Salze gelöst sind, liegt derGefrierpunkt niedriger als null Grad Celsius.Deshalb streut man Salz, wenn man Glatteisauf den Straßen verhindern oder auflösenwill.

Fast alle Flüssigkeiten ziehen sich zusam-men, wenn sie abkühlen. Für Wasser gilt dasnur bis zu einer Temperatur von 4 GradCelsius. Bei dieser Temperatur rücken die

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Sachinformationen

Das Wasserteilchen

Wasser hat seine größte Dichte bei 4 0C

Wasserteilchen am nächsten zusammen.Beim weiteren Abkühlen rücken die Was-serteilchen aber wieder auseinander, dasVolumen nimmt wieder zu. Wasser hat bei 4Grad Celsius seine größte Dichte. DieseBesonderheit des Wassers wird als Dichte-anomalie oder Dichteabweichung bezeich-net.

Diese Dichteanomalie hat mehrere Fol-gen. Wenn sich das Wasser eines Sees auf vierGrad abkühlt, sinkt es zu Boden. Dadurchgelangt Sauerstoff in die Tiefe. Das ist fürPflanzen und Tiere lebenswichtig. Im Wintergefriert nur das Oberflächenwasser, währenddas Wasser von größerer Dichte zum Bodensinkt. Auf diese Weise frieren Gewässer vonoben nach unten zu und das Tiefenwasservon Seen ist im Winter stets 4°C warm:Pflanzen und Tiere überleben im Winter dort.

Aufgaben

1. Erkläre, was man unter „Süßwasser" ver-steht.

2. Wofür wird im Haushalt das meiste Was-ser verbraucht?

3. Beschreibe, wie man eine gesättigte Salz-lösung erhält.

4. Worin besteht der Unterschied zwischenLösung und Suspension?

5. Beschreibe den Wasserkreislauf, ausge-hend von Regentropfen.

6. Erkläre den Begriff „Kondensieren". 7. Menschen brauchen Wasser auch zur Er-

holung und zur aktiven Freizeitgestal-tung. Nenne fünf Beispiele.

8. Was wird in einer Meerwasser-Verdun-stungsanlage gewonnen?

9. Welche Aggregatzustände können Stoffeeinnehmen?

10. Wovon hängt der jeweilige Aggregat-zustand ab?

11. Ordne die folgenden Begriffe in dasSchaubild ein: fest, schmelzen, flüssigverdampfen, gasförmig, erstarren, kon-densieren.

12. Wie hoch ist die Siedetemperatur vonWasser?

13. Erkläre, warum stehende Gewässer vonoben zufrieren.

14. Erkläre, warum ein Eiswürfel auf Wasserschwimmt.

15. Finde heraus, wieso es ohne Wasser keinLeben gibt.

16. Manche Tiere nehmen Wasser auf, ohnezu trinken. Recherchiere wie das möglichist.

17. Finde heraus, welchen Salzgehalt Atlan-tik, Nordsee, Ostsee, Mittelmeer undTotes Meer haben.

18. Was sind eigentlich Wolken und wieentstehen sie?

19. Recherchiere, wie sich Salz auf den Siede-und den Gefrierpunkt des Wassers aus-wirkt?

20. Kläre, wie in einem U-Boot das Tauchenund das Auftauchen im Wasser geregeltwerden.

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Sachinformationen

Aufgaben

1. Erkläre, was man unter „Süßwasser"versteht.Süßwasser ist Wasser fließender und ste-hender Gewässer mit einem Salzgehaltunter 0,02 %.

2. Wofür wird im Haushalt das meisteWasser verbraucht?Das meiste Wasser wird für die Toiletten-spülung bzw. zum Duschen/Baden benö-tigt.

3. Beschreibe, wie man eine gesättigteSalzlösung erhält. Man erhält eine gesättigte Salzlösung,indem man in ein mit Wasser gefülltesBecherglas so lange Salz hereinrührt, bissich kein Salz mehr lösen lässt.

4. Worin besteht der Unterschied zwis-chen Lösung und Suspension?Eine Lösung besteht allgemein aus demLösungsmittel und dem darin gelöstenStoff. Suspensionen sind Gemische aus ei-ner Flüssigkeit und darin verteilten festenStoffen, z.B. Gartenerde in Wasser.

5. Beschreibe den Wasserkreislauf, ausge-hend von Regentropfen. Durch Verdunstung an der Meeresober-fläche und am Festland gelangt das Was-ser als Wasserdampf in die Atmosphäre.Dabei gilt, dass warme Luft mehrFeuchtigkeit aufnehmen kann als kalteLuft. Steigt nun die warme Luft auf,kühlt sie ab und kann nicht mehr so vielWasser tragen, der Wasserdampf konden-siert. Es bildet sich Bewölkung, aus derdas Wasser in Form von Regen oderSchnee wieder austritt und zur Erdober-fläche zurückfällt. Ein Teil regnet überden Meeren ab, ein anderer Teil gelangtüber das Festland und gibt hier seinenNiederschlag ab. Ein Teil des Wassersverdunstet, ein anderer Teil versickertim Erdboden und gelangt über diepflanzliche Transpiration wieder in dieErdatmosphäre. Über den Grundwasser-strom, Bäche und Flüsse gelangt derNiederschlag wieder in die Meere.Sickerwasser dient aber auch zur Auf-füllung des Grundwassers, das wieder-um in Wasserquellen zutage tritt oderunterirdisch direkt den Flüssen zugeführtwird. In den Polargebieten und inHochgebirgen wird ein Teil der Nieder-schläge in fester Form als Eis gespeichert,wo es allerdings auch zum Teil durch Ver-dunstung in die Atmosphäre gelangt.

6. Erkläre den Begriff „Kondensieren". Als Kondensation bezeichnet man das

Übergehen eines Stoffes vom gasförmi-gen in den flüssigen Aggregatzustand.

7. Menschen brauchen Wasser auch zurErholung und zur aktiven Freizeit-gestaltung. Nennen fünf Beispiele.Baden, Surfen, Segeln, Angeln, Rudern,Kanufahren, am Fluss wandern, etc.

8. Was wird in einer Meerwasserverdun-stungsanlage gewonnen?Kochsalz! In einer Meerwasserent-salzungsanlage dagegen wird Trinkwasseroder Brauchwasser aus Meerwassergewonnen.

9. Welche Aggregatzustände könnenStoffe einnehmen. fest - in diesem Zustand behält ein Stoffim Allgemeinen sowohl Form als auchVolumen bei. flüssig - hier wird das Volumen beibehal-ten, aber die Form ist unbeständig undpasst sich dem umgebenden Raum an. gasförmig - hier entfällt auch dieVolumenbeständigkeit, ein Gas füllt denzur Verfügung stehenden Raum voll-ständig aus.

10. Wovon hängt der jeweilige Aggregat-zustand ab? Die Aggregatzustände hängen von derTemperatur und auch vom Druck ab.

11. Ordne die folgenden Begriffe in dasSchaubild ein:

12. Wie hoch ist die Siedetemperatur vonWasser? 100 Grad Celsius.

13. Erkläre, warum stehende Gewässervon oben zufrieren.Wasser hat bei einer Temperatur von 4°C(exakt: 3,98°C) seine größte Dichte. Wird

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Lösungshinweise zu den Fragen

es erwärmt oder abgekühlt, sinkt dieDichte. Das dichteste Wasser sinkt aufden Grund des Gewässers. Darüberbefindet sich leichteres (= weniger dich-tes) Wasser. Da jedoch sowohl wärmeresals auch kälteres Wasser leichter ist,befindet sich über der Tiefenschicht imWinter eine Schicht mit etwas kälteremWasser (3 °C), darüber mit noch kälteremWasser usw. An der Oberfläche kann sichdann bei 0 °C Eis bilden.

14. Erkläre, warum ein Eiswürfel aufWasser schwimmt. Wasser dehnt sich beim Gefrieren aus,und verliert an Dichte. Bei 0 Grad hat Eiseine Dichte von 0,9168 kg/l. Der Eis-würfel schwimmt, da er mehr Wasser ver-drängt als er selber wiegt.

15. Finde heraus, wieso es ohne Wasserkein Leben gibt. Das Leben ist untrennbar mit demWasser verknüpft. Allein unser Körperbesteht zu zwei Drittel aus Wasser.Unsere Atmung, unsere Verdauung, dieKühlung unseres Körpers, die Arbeitunserer Drüsen und der Strom unseresBlutes sind nur mit Hilfe des Wassersmöglich. Wir brauchen Wasser genausowie Luft. Aber das Wasser greift noch vielweitgehender in unser Dasein ein. Dasganze Pflanzen- und Tierreich, auf daswir ja angewiesen sind, kann ohneWasser nicht existieren. Pflanzen würdenverdorren. Ohne die Wassermoleküle inder Atmosphäre würde die Hitze derSonne direkt in den Weltraum zurück-strahlen. Die Temperatur auf der Erdewäre sehr viel niedriger und Leben inunserer bekannten Form sehr vieleingeschränkter möglich.

16. Manche Tiere nehmen Wasser auf,ohne zu trinken. Recherchiere, wie dasmöglich ist. Süßwasserfische trinken kein Wasser. Sienehmen dauernd Süßwasser auf, da ihreKörperflüssigkeit „salzhaltiger“ ist als dasMilieu, in dem sie leben. Wenn Aale ausdem Süßwasser ins Meerwasser gelangen,beginnen sie Wasser zu trinken. Pflan-zenfressende Insekten sind in der Lage,ihren Wasserbedarf über die Pflanzen-nahrung zu decken.

17. Finde heraus, welchen SalzgehaltAtlantik, Nordsee, Ostsee, Mittelmeerund Totes Meer haben. Die Ozeane haben einen Salzgehalt vonetwa 3,5 %, örtlich gibt es starke Ab-weichungen:Nördlicher Atlantik 3,5 %, südlicherAtlantik 3,7 %, Nordsee: 3,5 %, Ostsee0,8 %, (finnischer und bottnischer Meer-busen 0,2 %, Kieler Bucht 1,5 %), Ostsee(westlicher Teil) 2,0 %, Mittelmeer 3,8 %,Totes Meer 28 %.

18. Was sind eigentlich Wolken und wieentstehen sie?Wolken sind eine kompakte Ansamm-lung von Wasser- oder Eisteilchen, die inder Luft – mindestens einige hundertMeter hoch über der Erdoberfläche –schweben. Wolken entstehen durch dieKondensation oder die Resublimation (=direkter Übergang vom gasförmigen inden festen Zustand) von Wasserdampf inbestimmten Schichten der Erdatmo-sphäre. Wolken, die durch Resublimationentstehen, bestehen aus Eiskristallen undkommen nur in sehr hohen Schichtender Atmosphäre oder bei extrem niedri-gen Temperaturen vor. Voraussetzung fürdie Entstehung von Wolken ist das Vor-handensein von sogenannten Aerosolen(Staubkörner, Salzkristalle oder sonstigewinzige Teilchen) in der Atmosphäre. Siedienen als Kondensationskerne, um sieherum kondensiert oder resublimiertWasserdampf. Für die Wolkenbildunggilt: Je höher die Luftfeuchtigkeit ist undje kühler die Luft ist, desto leichterbilden sich Wolken.

19. Recherchiere, wie sich Salz auf denSiede- und den Gefrierpunkt des Was-sers auswirkt. Der Siedepunkt von Wasser wird her-aufgesetzt: Salzwasser siedet bei 101 oder102 °C. Der Gefrierpunkt wird durch Salzheruntergesetzt: Wasser kann eine Tem-peratur weit unter dem Gefrierpunktannehmen, ohne fest zu werden.

20. Kläre, wie wird in einem U-Boot dasTauchen und das Aufsteigen im Wassergeregelt?U-Boote können an der Wasseroberflächeschwimmen, im Wasser schweben, tau-chen und wieder auftauchen. Ein U-Boottaucht, wenn die Regelzellen geflutetwerden; es taucht wieder auf, wenn dasWasser aus den Regelzellen herausge-drückt wird. Bei der Tauchfahrt sollte diegesamte Masse des U-Bootes gleich derdes verdrängten Wassers sein. DieserZustand wird allerdings nie genau er-reicht. Laufend verändert sich die Dichtedes umgebenden Wassers durch Ände-rungen des Salzgehaltes, der Menge vonSchwebestoffen (Plankton) und derTemperatur des Wassers. Das U-Boot hatalso immer eine, wenn auch geringe,Tendenz zu steigen (Auftrieb) oder zufallen (negativer Auftrieb), und mussdaher eingesteuert werden, wozu Wasserin den Regelzellen zugeflutet oder ausge-drückt wird.

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Sachinformationen

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Experimentalteil

Die Experimente werden in Kleingruppen vonvier Personen durchgeführt. Die Arbeit in derGruppe ist nach dem Prinzip der num-merierten Köpfe organisiert. Jedes Grup-penmitglied bekommt pro Experiment eineNummer zugewiesen und damit die Verant-wortung für eine bestimmte Aufgabe. Nachjedem Experiment wechseln die Funktionen.

� Der Gruppensprecher sucht eine Experi-mentalanleitung aus und liest sie derGruppe vor. Er ist dafür verantwortlich,dass die Gruppe vor Versuchsbeginn eineHypothese entwickelt und nach derDurchführung das Experiment gemeinsamauswertet.

� Der Laborant holt das Material für dasExperiment, führt es durch und bringtalles gereinigt zurück.

� Der Protokollant schreibt das Gruppen-protokoll. Dieses wird (spätestens) in der

Folgestunde abgegeben, von der Lehrkraftkorrigiert und bewertet. Die anderenGruppenmitglieder legen ein Kurzproto-koll im Heft oder in der Mappe an. DasKurzprotokoll umfasst Fragestellung,Beobachtung und Auswertung.

� Der Regelhüter sorgt dafür, dass dieRegeln eingehalten werden und dass dieGespräche innerhalb der Gruppe nicht zulaut werden. Dazu achtet er darauf, dassdie Gruppenmitglieder eng genug bei-einander sitzen.

In Gruppen experimentieren

Regeln beim Experimentieren

1. Die Gruppe verhält sich so, dass andere Gruppen nicht beider Arbeit gestört werden.

2. Die Gruppe arbeitet als Team und bemüht sich um eingutes Gruppenergebnis.

3. Vor Durchführung des Experiments muss sichergestellt sein,dass alle verstanden haben, worum es geht.

4. Jeder hält sich an seine Funktion.

5. Die Lösungskarten dürfen nur in Absprache mit derLehrkraft vom Gruppensprecher geholt werden.

6. Die Arbeit an einer Experimentalstation sollte maximal 45Minuten dauern.

7. Jeder muss in der Lage sein, die Arbeit seiner Gruppe vorder Klasse zu präsentieren (Zufallsabfrage).

8. Jeder geht mit den Materialien sehr vorsichtig um. Schädenwerden nicht verheimlicht, sondern selbstverständlichangegeben.

Gliederung des Gruppenprotokolls

Name des Experiments

Namen: Datum:Der Name des Protokollanten wird unterstrichen.

FragestellungAm Anfang eines Protokolls steht die Fragestellung.

HypotheseWas wird geschehen? Begründe die Vermutung. Über das mögliche Ergebnis des Experiments schreibt maneine Hypothese (= Vermutung).

MaterialDie benötigten Geräte und Stoffe werden aufgeführt.

Durchführung Es wird beschrieben, wie das Experiment durchgeführt wird,und der Versuchsaufbau skizziert.

BeobachtungWas ist passiert? Was hast du beobachtet bzw. gemessen?Beobachtungen werden in einem Text aufgeschrieben.Messwerte gehören in eine Tabelle. Beobachtungen undMesswerte können auch in Skizzen oder Diagrammendargestellt werden.

AuswertungDie beim Experiment gemachten Beobachtungen und Mess-werte werden hier erklärt. Die aufgestellte Hypothese wirdüberprüft. Forscher-Profis gehen auch auf mögliche Fehler ein,die beim Experimentieren gemacht wurden und schreiben,was man noch untersuchen könnte.

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Experimentalteil

Experimente zum Thema Wasser

Name: ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Experiment Titel So hat es So hat es Kontrollegeklappt mir gefallen

––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––Wasser I Schwimmende Büroklammer Demonstrationsexperiment––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––Wasser II Pfefferwasser Demonstrationsexperiment––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––Wasser 1 Geld im Trinkglas––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––Wasser 2 Dosenbrenner––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––Wasser 3 Wasser reagiert! ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––Wasser 4 Sättigungswert––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––Wasser 5 Eisberg voraus!––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––Wasser 6 Magischer Kugelschreiber––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––Wasser 7 Körper versenken ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––Wasser 8 Totes Meer––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––Wasser 9 U-Boot––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––Wasser 10 Enthüllende Federwaage––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––Wasser 11 Bootsbau––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––Wasser 12 Glasscheibentrick––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

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Experimentalteil

Nummerierte Köpfe

Gruppensprecher

• Versuchsanleitung holen und vor-lesen.

• Vor Versuchsbeginn gemeinsam mitder Gruppe Hypothese entwickeln.

• Das Experiment gemeinsam aus-werten.

• Lösungskarte zum Vergleich holen.

Laborant

• Material für den Versuch holen.

• Experiment durchführen.

• Nach dem Experiment die Gerätereinigen.

• Material vollständig zurückbringen.

Protokollant

• Hypothese und Beobachtungen so-fort auf einen Notizzettel schreiben.

• Vollständiges Gruppenprotokollschreiben.

Regelhüter

• Auf die Einhaltung der Regeln achten.

• Dafür sorgen, dass die Gruppe nichtzu laut ist und die anderen Gruppennicht gestört werden.

Regelhüter

• Auf die Einhaltung der Regeln achten.

• Dafür sorgen, dass die Gruppe nichtzu laut ist und die anderen Gruppennicht gestört werden.

Protokollant

• Hypothese und Beobachtungen so-fort auf einen Notizzettel schreiben.

• Vollständiges Gruppenprotokollschreiben.

Laborant

• Material für den Versuch holen.

• Experiment durchführen.

• Nach dem Experiment die Gerätereinigen.

• Material vollständig zurückbringen.

Gruppensprecher

• Versuchsanleitung holen und vor-lesen.

• Vor Versuchsbeginn gemeinsam mitder Gruppe Hypothese entwickeln.

• Das Experiment gemeinsam aus-werten.

• Lösungskarte zum Vergleich holen.

(laminieren und ausschneiden)

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Experimentalteil

Fragestellung

Auf der Wasseroberfläche schwimmt eine Büroklammer. Was passiert nachZugabe von Spülmittel?

Hypothese

Was wird geschehen? Begründe die Vermutung!

Material

1 Trinkglas, Wasser, 1 Spülmittelflasche, 1 Pinzette,Büroklammern (neu und trocken)

Durchführung

1. Fülle ein Trinkglas zu zweidrittel mit Wasser. 2. Nimm mit der Pinzette eine neue und trockene

Büroklammer und lege sie ganz vorsichtig auf dieWasseroberfläche, so dass sie auf dieser schwimmt.

3. Gib vorsichtig einen Tropfen Spülmittel in das Wasser(nicht auf die Büroklammer).

Beobachtung

Was ist passiert? Was hast du beobachtet?

Auswertung

Erkläre die Beobachtungen! War die Hypothese richtig?Wurden Fehler gemacht?

Zusatzaufgabe

Warum verwendet man bei diesem Versuch stets eine neue und trockene Büroklammer?

Wasser I: Schwimmende Büroklammer

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Experimentalteil

Wasser II: Pfefferwasser

Fragestellung

Auf der Wasseroberfläche schwimmen Pfefferkörner. Was passiert, wenn maneinen Finger mit Spülmittel in das Wasser taucht?

Hypothese


Material

1 große Petrischale, 1 Pfefferstreuer, 1 Spülmittelflasche

Durchführung

1. Fülle die große Petrischale zur Hälfte mit Wasser.2. Streue mit der kleinen Öffnung dreimal Pfeffer auf

die Oberfläche und warte, bis sich der Pfeffer gleich-mäßig verteilt hat.

3. Tippe vorsichtig mit einem sauberen Fingern in deneingestreuten Pfeffer. Beobachte, was passiert.

4. Nimm einen Tropfen Spülmittel auf die Fingerkuppeund tippe den Finger erneut vorsichtig in die Mitteder Schale.

5. Beobachte, was passiert.

Beobachtung


Auswertung


Zusatzaufgabe

Den Effekt, den man beim Versuch beobachten kann, nutzt man beim Abwaschen aus. Finde heraus,wie Spülmittel beim Abwaschen wirkt.

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Experimentalteil

Wasser I:Schwimmende Büroklammer

FragestellungAuf der Wasseroberfläche schwimmt eine Büroklammer. Was passiert nach Zugabe von Spülmittel?

BeobachtungDie schwimmende Büroklammer geht nach Zugabe von Spülmittel unter.

AuswertungDie Oberflächenspannung erzeugt eine so genannte Wasserhaut, die sogar kleine leichteGegenstände wie Büroklammern tragen kann. Das Spülmittel zerstört die Oberflächenspannungund damit die Wasserhaut.

ZusatzinformationSeifenteilchen haben die Fähigkeit, die Oberflächenspannung zuzerstören, da sie sich zwischen die Wasserteilchen schieben undderen Zusammenhalt stören. Die Oberflächenspannung trägt dazubei, dass der Wasserläufer auf der Wasseroberfläche von Teichenund Seen laufen kann.

Wasser II : Pfefferwasser

FragestellungAuf der Wasseroberfläche schwimmen Pfefferkörner. Was passiert, wenn man einen Fingermit Spülmittel in das Wasser taucht?

BeobachtungDer Pfeffer bewegt sich blitzschnell zum Glasrand. Um den Finger mit Spülmittel bildet sich einepfefferfreie Zone. Einige Pfefferteilchen sinken auf den Boden.

AuswertungDie Seife zerstört an der Eintauchstelle die Oberflächenspannung. Da ringsherum dieWasserteilchen sich noch anziehen, wird die Wasserhaut aufgerissen. Dabei wird der Pfeffer auf derWasserhaut mit zum Glasrand gezogen.

ZusatzinformationJedes Wasserteilchen hat positive und negative Teilladungen. Diese ziehensich gegenseitig an und es entsteht die Oberflächenspannung, die soge-nannte Wasserhaut. Seifenteilchen haben die Fähigkeit, die Oberflächenspannung zu zer-stören, da sie sich zwischen die Wasserteilchen schieben und derenZusammenhalt stören.

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Experimentalteil

Wasser 1: Geld im Trinkglas

Fragestellung

Der Standzylinder ist randvoll mit Wasser gefüllt.

Wie viele Münzen kann man hineinwerfen, ohne dass Wasser überläuft?

Hypothese


Material

1 Standzylinder (klein) mit Wasser, Geldstücke, Hand-tuchpapier, 1 Pipette, 1 Pinzette, 1 Becherglas (50 ml)

Durchführung

1. Fülle den Standzylinder bis 1 cm unter den Rand mitWasser.

2. Stelle den von außen trockenen Standzylinder aufein trockenes Handtuchpapier.

3. Fülle den Standzylinder vorsichtig mit einer Pipettebis zum Rand mit Wasser.

4. Beobachte ab jetzt von der Seite genau, was mitdem Wasserspiegel passiert.

5. Gib in den Standzylinder mit der Pinzette vorsichtigso lange Geldstücke, bis das Wasser überläuft. Zähledie Geldstücke.

Beobachtung

Was ist passiert? Wie hast du gemessen?

Auswertung


Zusatzaufgabe

Warum läuft aus einem undichten Wasserhahn nicht ein gleichmäßiges Rinnsal, sondern kommeneinzelne Tropfen?

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Experimentalteil

Fragestellung

Verdunstet ein Wassertropfen spurlos vom Objektträger?

Hypothese


Material

4 Tropfflaschen (gefüllt mit destilliertem Wasser sowieLeitungs-, Mineral- und Salzwasser), 1 Dosenbrenner,1 Feuerzeug, 3 Teelichter, 2 saubere Objektträger

Durchführung

1. Zünde die Teelichter an, stülpe die Dose darüber undlege beide Objektträger auf den Dosenbrenner.

2. Gib auf den einen Objektträger nebeneinander je-weils einen kleinen Tropfen Salz- und Mineralwasser.

3. Die Tropfen dürfen nicht zusammenfließen. 4. Gib auf den anderen Objektträger jeweils einen

kleinen Tropfen Leitungswasser und destilliertesWasser.

5. Kennzeichne die Lage der Tropfen in einer Skizze. 6. Warte, bis das Wasser vollständig verdampft ist. 7. Puste die Teelichter aus und warte, bis sich der

Brenner abgekühlt hat.8. Betrachte die Objektträger gegen das Licht.

Beobachtung


Auswertung


Zusatzaufgabe

Warum sind die Armaturen im Bad häufig von weißen Rückständen überzogen?

Wasser 2: Dosenbrenner

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Experimentalteil

Wasser 3: Wasser reagiert!

Fragestellung

Wie reagieren Sand, Gelatine und Zucker mit Wasser?

Hypothese


Material

3 Uhrgläser (= gewölbte Glasschälchen), Gelatine,Sand, Zucker, 1 Pipette, 1 Spatel, 1 Becherglas (50 ml)mit Wasser, 1 Uhr (z.B. Armbanduhr)

Durchführung

1. Gib jeweils genau die gleiche Menge (etwa eineSpatelspitze) der drei Stoffe in jeweils ein Uhrglas.

2. Betrachte und beschreibe die Stoffe (im Protokoll).3. Gib zu jedem Stoff mit der Pipette 10 Tropfen Wasser

hinzu.4. Beobachte über einen Zeitraum von 5 Minuten, wie

die Stoffe mit dem Wasser reagieren.

Beobachtung


Auswertung


Zusatzaufgaben

1. Warum muss man bei diesem Experiment darauf achten, genau die gleiche Menge der SubstanzenZucker, Sand und Gelatine zu verwenden?

2. In Baby-Windeln befindet sich ein Stoff, der mit Wasser ähnlich reagiert wie Gelatine. WelcheFunktion muss dieser Stoff haben?

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Experimentalteil

Fragestellung

Lässt sich in kaltem und warmem Wasser gleich viel Zucker lösen?

Hypothese


Material

1 Becherglas (250 ml), Zucker, 2 Teelöffel (A Löffel zumUmrühren, Löffel B zum Einfüllen), kaltes und warmesWasser

Durchführung

1. Fülle ein Becherglas mit 100 ml kaltem Wasser.2. Gib nacheinander mit Teelöffel A gehäufte Löffel

Zucker in das Becherglas und rühre mit Teelöffel Bsorgfältig um.

3. Zähle die Anzahl der gehäuften Löffel, bis sich derZucker nicht mehr im Wasser löst und sichtbar amBoden absetzt.

4. Spüle das Glas und führe den Versuch mit 100 mlwarmem Wasser durch.

Beobachtung

Was ist passiert? Was hast du gemessen?

Auswertung


Zusatzaufgaben

1. In Cola lässt sich kaum noch Zucker lösen! Begründe! 2. Finde in einem Experiment zuhause heraus, ob sich in derselben Menge Wasser mehr Zucker oder

mehr Salz lösen lässt.

Wasser 4: Sättigungswert

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Experimentalteil

Wasser 5: Eisberg voraus!

Fragestellung

Läuft ein volles Trinkglas über, wenn die Eiswürfel geschmolzen sind?

Hypothese


Material

3 Eiswürfel, 1 Trinkglas, 1 Becherglas (50 ml), Wasser,1 Pipette, Papierhandtücher

Durchführung

1. Gib vier Eiswürfel in das Trinkglas.2. Fülle das Trinkglas bis 0,5 cm unter den Rand mit

Wasser. 3. Stelle das Trinkglas auf ein frisches Handtuchpapier. 4. Fülle das Trinkglas mit der Pipette bis zum Rand mit

Wasser.5. Beobachte so lange, bis die Eiswürfel geschmolzen

sind.

Beobachtung


Auswertung


Zusatzaufgabe

Macht es einen Unterschied für den weltweiten Meeresspiegel, ob die Eismassen am Nordpol oderam Südpol abschmelzen?

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Experimentalteil

Fragestellung

Einem Kugelschreiber kann man magische Kräfte verleihen, indem man ihn in den Haaren reibt.

Welche Wirkung hat der magische Kugelschreiber auf einen Wasserstrahl?

Hypothese


Material

1 Pipettierhilfe (pi-pump, size 10), 1 Becherglas (250 ml),1 Messpipette (Glas, 10 ml), 1 Kugelschreiber aus Plastik(Lineal, Luftballon)

Durchführung

1. Fülle das Becherglas zur Hälfte mit Wasser. 2. Stecke die Messpipette auf die Pipettierhilfe.3. Tauche die Pipette mit der Spitze in das Wasser und

dreh das Rädchen an der Pipettierhilfe nach unten,so dass das Wasser (10 ml) in die Pipette gesogen wird.

4. Ziehe die Pipette aus dem Wasser, halte die untereÖffnung etwa 20 cm über die Wasseroberfläche unddrücke mit dem Daumen auf den Auslasshebel.

5. Gleichzeitig hält ein Helfer den in den Haaren gerie-benen Kugelschreiber in die unmittelbare Nähe desWasserstrahls.

6. Verwende anstelle des Kugelschreibers ein Linealoder einen aufgeblasenen Luftballon und wiederholeden Versuch.

Beobachtung


Auswertung


Zusatzaufgabe

Was passiert, wenn der magische Kugelschreiber mit Wasser in Berührung kommt?

Wasser 6: Magischer Kugelschreiber

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Experimentalteil

Wasser 7: Körper versenken

Fragestellung

Welche Körperform gleitet am schnellsten durch Wasser?

Hypothese


Material

1 großer Standzylinder, 1 Stoppuhr, 3 gleichschwerePortionen Knetmasse, 1 Folienstift (wasserlöslich),Wasser, 1 Becherglas (400 ml)

Durchführung

1. Forme aus jeweils derselben Menge Knetmasse eineKugel, einen Würfel und einen fischähnlichen Körper.

2. Fülle mit dem Becherglas den Standzylinder bis 3 cmunter den Rand. Markiere die Füllhöhe mit demFolienstift

3. Beginne mit einem Knetmassekörper deiner Wahl. 4. Stelle fest, wie schnell die unterschiedlich geformten

Körper im Wasser absinken, indem du die Zeit mit derStoppuhr misst.

5. Stoppe die Zeit für jeden Körper 3-mal. 6. Bilde für jeden Körper den Mittelwert. Zähle dazu die

Zeiten zusammen und teile die Summe durch drei.

Beobachtung


Auswertung


Zusatzaufgabe

Begründe, warum es sinnvoll ist, das Experiment mit jeder Körperform dreimal durchzuführen?

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Experimentalteil

Fragestellung

Schwimmt ein Gummistopfen?

Hypothese


Material

2 Bechergläser (250 ml), 1 Teelöffel, 1 Gummistopfen,Salz

Durchführung

1. Fülle beide Bechergläser mit 100 ml Wasser.2. Gib in ein Becherglas zusätzlich 5 Teelöffel Salz und

rühre gut um. Das Salz muss sich komplett lösen.3. Gib den Gummistopfen zuerst in das Becherglas mit

Süßwasser und dann in das mit Salzwasser.

Beobachtung


Auswertung


Zusatzaufgaben

1. Wie ändert sich die Tauchtiefe eines Schiffes, wenn es aus dem Hamburger Hafen (Süßwasser)kommend die Nordsee erreicht?

2.Finde in einem Experiment zuhause heraus, wie man ein rohes Ei zum Schwimmen und zum Schweben bringen kann.

Wasser 8: Totes Meer

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Experimentalteil

Wasser 9: U-Boot

Fragestellung

Bestimme, wie viel Luft man braucht, um den Erlenmeyerkolben zum„Schweben“ und zum „Auftauchen“ zu bringen!

Hypothese


Material

Plastikspritze (60 ml), Kunststoffschlauch passend zurSpritze, 1 Luftballon, 1 pneumatische Wanne, Gummi-band, 1 Erlenmeyerkolben (200 ml)

Durchführung

1. Fülle die pneumatische Wanne bis 5 cm unter denRand mit Wasser.

2. Stülpe ein Schlauchende auf die Plastikspritze undziehe den Kolben auf den Wert 60 ml heraus.

3. Stülpe den Luftballon über das andereSchlauchende; befestige ihn mit Gummiband.

4. Führe den Luftballon in den Erlenmeyerkolben. 5. Tauche den Erlenmeyerkolben mit dem Luftballon so

in das Becken, dass er mit Wasser gefüllt wird. 6. Bringe den Erlenmeyerkolben zum „Schweben“ bzw.

zum „Auftauchen“. Dabei hält ein Helfer denSchlauch am Rand fest.

7. Bestimme die Luftmenge in Milliliter.

Beobachtung


Auswertung


Zusatzaufgabe

Oft wird dieser Versuch durchgeführt, um die Funktion der Schwimmblase eines Fisches zu zeigen.Finde heraus, welche Funktion die Schwimmblase hat.

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Experimentalteil

Fragestellung

Ändert sich die Gewichtskraft eines Gewichts, wenn es ins Wasser getaucht wird?

Hypothese


Material

1 Becherglas (250 ml), 1 Federwaage, 1 Stück Knet-masse, Wasser

Durchführung

Wenn man ein Gewicht an einen Kraftmesser hängt,zieht es die Feder mit einer bestimmten Kraft nachunten. Die „Gewichtskraft“ wird in Newton [N] ge-messen. 1. Forme aus der Knetmasse eine Kugel.2. Befestige die Kugel an der Federwaage und be-

stimme ihre Gewichtskraft [in N].3. Tauche die an der Federwaage hängende Kugel in

das mit Wasser gefüllte Becherglas. 4. Bestimme nun die Gewichtskraft der Kugel im

Wasser.

Beobachtung


Auswertung


Zusatzaufgabe

Im Schwimmbecken kannst du problemlos jemanden, der schwerer als du selbst bist, hochheben.Sobald du das Wasser verlässt, ist es damit vorbei. Warum ist dies so?

Wasser 10: Enthüllende Federwaage

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Experimentalteil

Wasser 11: Bootsbau

Fragestellung

Untersuche, wie viele Büroklammern ein Boot aus Knetmasse tragen kann!

Hypothese


Material

1 Becherglas (600 ml), Büroklammern, 4 gleichgroßePortionen Knetmasse

Durchführung

1. Fülle das Becherglas mit 300 ml Wasser. 2. Forme jeweils aus einer Portion Knetmasse ein

schwimmfähiges Boot. 3. Setz das Boot vorsichtig ins Wasser.4. Fülle so viele Büroklammern ein, bis das Boot sinkt.

Beobachtung


Auswertung


Zusatzaufgabe

Erkläre, warum auch riesige Containerschiffe aus Stahl schwimmen können.

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Experimentalteil

Fragestellung

Kannst du Wasser zwischen zwei Glasplatten hochsteigen lassen?

Hypothese


Material

2 Objektträger, 1 kleine Petrischale, 1 Gummiband,Wasser, 1 Streichholz (ohne Kopf)

Durchführung

1. Lege zwei Objektträger aufeinander.2. Klemm an einer Längsseite ein Streichholz zwischen

beide Gläser.3. Befestige das Ganze mit einem Gummiband.4. Fülle eine Petrischale zur Hälfte mit Wasser. 5. Stelle nun die so zusammengefügten Objektträger

hochkant in eine mit Wasser gefüllte Petrischale.

Beobachtung


Auswertung


Zusatzaufgabe

Führe zuhause folgendes Experiment durch: Nimm zwei Stangen Sellerie. Schneide bei einer Stangedie Blätter ab. Färbe Wasser mit Tinte. Stelle beide Stangen in das gefärbte Wasser. Entferne nach einpaar Stunden die äußere Haut der Selleriestangen. Notiere und erkläre deine Beobachtungen.

Wasser 12: Glasscheibentrick

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Experimentalteil

Wasser 1: Geld im Trinkglas

FragestellungDer Standzylinder ist randvoll mit Wasser gefüllt. Wie viele Münzen kann man hinein-werfen, ohne dass Wasser überläuft?

BeobachtungWir konnten …. Münzen hineinwerfen, ohne das Wasser überläuft. Zuerst steigt der Wasserspiegel an und es bildet sich ein Wasserberg. Dann läuft das Wasser über.

AuswertungDie Oberflächenspannung hält die Wasserteilchen zusammen. Sie sorgt dafür, dass sich ein klei-ner Wasserberg bildet.

ZusatzinformationJedes Wasserteilchen hat positive und negative Teilladungen. Diese ziehensich gegenseitig an und es entsteht die Oberflächenspannung, die sogenannte „Wasserhaut“.

Wasser 2: Dosenbrenner

FragestellungVerdunstet ein Wassertropfen spurlos vom Objektträger?

BeobachtungDestilliertes Wasser hinterlässt keinen Rückstand. Bei Salzwasser, Leitungswasser und Mineralwasserbleiben Rückstände als weiße Kruste zurück. Am deutlichsten beim Salzwasser.

AuswertungDestilliertes Wasser enthält keine Mineralsalze. Bei den anderen Wassersorten bleiben nach derVerdunstung die im Wasser gelösten Mineralsalze zurück.

ZusatzinformationMineralsalze im Wasser: Natrium, Kalium, Magnesium,Calcium, Chlorid (vgl. Wasserflaschenetikett). Destilliertes Wasser ist Wasser ohne die im normalenQuellwasser und Leitungswasser vorkommenden Ionen (=elektrisch geladene Teilchen), Spurenelemente undVerunreinigungen. In der Medizin, der Chemie und derBiologie wird es als Lösungs- und manchmal auch alsReinigungsmittel verwendet.

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Experimentalteil

Wasser 3: Wasser reagiert!

FragestellungWie reagieren Sand, Gelatine und Zucker mit Wasser?

BeobachtungSand und Wasser reagieren nicht miteinander. Gelatine quillt auf und wird fest; Zucker „ver-schwindet“.

AuswertungZucker löst sich leicht in Wasser. Zuckerwasser ist eine Lösung. Gelatine kann große Mengen Wasserbinden und quillt auf. Gelatine ist ein Absorber. Sand ist in Wasser nicht löslich. Sand und Wasserbilden eine Suspension.

ZusatzinformationEine Lösung besteht aus dem Lösungsmittel und dem daringelösten Stoff. Sie ist klar und durchsichtig. Je mehr Feststoff imWasser gelöst ist, umso konzentrierter ist die Lösung.Suspensionen sind Gemische aus einer Flüssigkeit und darinverteilten festen Stoffen, z.B. Gartenerde in Wasser. Sie lassensich durch Filtration voneinander trennen.

Wasser 4: Sättigungswert

FragestellungKann man in kaltem und in warmem Wasser gleich viel Zucker lösen?

BeobachtungIm warmen Wasser lässt sich mehr Zucker auflösen als im kalten Wasser.[Angabe an gelösten Teelöffeln gehört in das Protokoll!]

AuswertungBeim Lösen von Zucker in Wasser wird Energie (in Form von Wärme) benötigt. Je höher dieWassertemperatur ist, desto mehr Zucker kann man lösen. Wenn die Lösung keinen Zucker mehr aufnehmen kann, bildet sich ein Bodensatz. Die Lösung istnun gesättigt.

ZusatzinformationBeim Lösen eines Stoffes in Wasser wird entweder Energie (in Form von Wärme) benötigt (= endo-therm) oder Energie (in Form von Wärme) frei (= exotherm). Bei endothermen Lösungsprozessennimmt die Löslichkeit des Stoffes bei steigender Temperatur zu. Dies gilt für die meisten Feststoffe,wie hier beim Zucker. Bei exothermen Prozessen nimmt die Löslichkeit bei Temperatursteigerungab, was normalerweise bei Gasen der Fall ist.

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Experimentalteil

Wasser 5: Eisberg voraus!

FragestellungLäuft ein volles Trinkglas über, wenn die Eiswürfel geschmolzen sind?

BeobachtungDer Wasserstand bleibt nach dem Schmelzen gleich.

AuswertungWenn das schwimmende Eis schmilzt, entsteht gerade so viel flüssiges Wasser, wie der Eiswürfelzuvor verdrängt hat. Das Wasser bleibt deshalb immer auf der gleichen Marke.

ZusatzinformationWasser kann flüssig, gasförmig oder fest sein. Diese Zustandsformen nennt manAggregatzustände. Bei null Grad Celsius gefriert Süßwasser. Dabei geschieht etwas Merkwürdiges:Beim Gefrieren dehnt sich das Eis aus. Das macht sonst kein anderer Stoff. Der Rauminhalt vonWasser nimmt beim Gefrieren um ein Zehntel zu. Dies kann man selbst nachprüfen: Wenn man 1Liter Wasser einfriert, werden aus diesem 1,1 Liter Eis. Weil sich Wasser beim Gefrieren ausdehntund sich dabei die Dichte verringert, können Eiswürfel und sogar Eisberge im Wasser schwimmen.

Wasser 6: Magischer Kugelschreiber

FragestellungWelche Wirkung hat ein magischer Kugelschreiber auf einen Wasserstrahl?

BeobachtungDer Wasserstrahl wird zum Kugelschreiber gebogen.

AuswertungDer Kugelschreiber ist negativ oder positiv geladen. Jenach Ladung – Fall a) oder b) – richten sich dieWasserteilchen zum Stab hin aus und werden zu ihmhingezogen.

ZusatzinformationUnterschiedliche Ladungen ziehen sich an und sind bestrebt sich gegenseitigaufzuheben und so einen ungeladenen Zustand herzustellen. Das Wasserteilchen besitzt eine ungleiche Ladungsverteilung: es ist negativpolarisiert auf der Seite des Sauerstoffatoms und positiv polarisiert auf der Seiteder beiden Wasserstoffatome.

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Experimentalteil

Wasser 7: Körper versenken

FragestellungWelche Körperform gleitet am schnellsten durch Wasser?

BeobachtungDer fischähnliche Körper sinkt am schnellsten auf den Boden. Die Sinkgeschwindigkeiten der Kugelund des Würfels unterscheiden sich nur wenig.[Zeiten gehören in das Protokoll!]

AuswertungDer Körper vieler Fische ist wie ein Torpedo lang gestreckt. Diese Form bietet dem Wasser einengeringen Widerstand. Ein Fisch mit dieser Körperform kann sich mit geringem Energieaufwand imWasser bewegen.

ZusatzinformationFische können ganz verschiedene Körperformen aufweisen; manchmal ist ihr Körper hochrückig(Barsch, Karpfen), manchmal schlangenförmig (Aal) und manchmal lang gestreckt wie eine Zigarreoder ein Torpedo. Ihre Körperform steht in engem Zusammenhang mit ihrer Lebensweise. Einelang gestreckte Körperform haben zum Beispiel Hechte und Makrelen. Diese müssen sich im Wasserpfeilschnell bewegen können, um ihre Beute zu fangen bzw. nicht zur Beute anderer Fische zu wer-den. Einige Fische haben sogar eine ganz flache Form, wie die Schollen und die Rochen.

Wasser 8: Totes Meer

FragestellungSchwimmt ein Gummistopfen?

BeobachtungDer Gummistopfen sinkt im Süßwasser und schwimmt im Salzwasser.

AuswertungDer Gummistopfen schwimmt nicht im Süßwasser, da seine Dichte* höher ist als die vonSüßwasser.Der Gummistopfen schwimmt im Salzwasser, da seine Dichte* geringer ist als die von Salzwasser.

ZusatzinformationDinge können genau dann schwimmen, wenn ihre Dichte geringer ist, als die von Wasser. Dichteist das Verhältnis zwischen Masse und Volumen. Anschaulich bedeutet Dichte für dieses Beispiel: 1 Liter Gummistopfen ist schwerer als 1 Liter Süßwasser. Gummi hat also eine höhere Dichte alsSüßwasser und geht im Süßwasser unter. 1 Liter Gummistopfen ist leichter als 1 Liter Salzwasser. Gummi hat demnach eine geringere Dichteals Salzwasser und schwimmt im Salzwasser.

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Experimentalteil

Wasser 9: U-Boot

FragestellungBestimme, wie viel Luft man braucht, um den Erlenmeyerkolben zum „Schweben“und zum „Auftauchen“ zu bringen!

BeobachtungDurch Hineindrücken von Luft in den Luftballon steigt der Erlenmeyerkolben. Bei einer bestimmtenFüllmenge [welche?] kann der Erlenmeyerkolben zum Schweben gebracht werden.[Füllmengen [ml] gehören in das Protokoll!]

AuswertungDer Luftballon wirkt wie ein Auftriebskörper. Drückt man ein wenig Luft hinein, wird der Auftrieberhöht. Ballon und Erlenmeyerkolben schweben. Drückt man mehr Luft hinein, taucht der Kolbenauf.

ZusatzinformationOb ein Körper im Wasser schwimmt, schwebt oder zu Boden sinkt, hängt von seiner Dichte ab. Istdie Dichte des Körpers gleich der Dichte des Wassers, so schwebt er. Ist die Dichte geringer, soschwimmt der Körper und verdrängt dabei die Menge Wasser, die seiner Masse entspricht. EinUnterseeboot kann seine Dichte erhöhen, in dem es Luftkammern mit Wasser flutet. ZumAuftauchen wird wieder Luft in die Kammern gepresst.

Wasser 10: Enthüllende Federwaage

FragestellungÄndert sich die Gewichtskraft eines Gewichts, wenn es ins Wasser getaucht wird?

BeobachtungWenn die Kugel im Wasser ist, zeigt die Federwaage eine geringere Gewichtskraft an. Wasser trägt!

AuswertungDas Gewicht verdrängt beim Eintauchen Wasser. Das Wasser will seinen Platz wieder einnehmenund drückt dabei das Gewicht nach oben. Dieser Druck heißt Auftrieb und ist gleich dem Gewichtdes verdrängten Wassers.

ZusatzinformationWenn ein Objekt von 30 g ins Wasser getaucht wird und 10 g Wasser verdrängt, erhält es einenDruck nach oben, der das Gewicht des Objekts um 10 g verringert, so dass es nur noch 20 g wiegt.

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Experimentalteil

Wasser 11: Bootsbau

FragestellungUntersuche, wie viele Büroklammern ein Boot aus Knetmasse tragen kann!

BeobachtungJe mehr Büroklammern geladen werden, umso tiefer taucht das Boot in das Wasser ein. Es kann min-destens 20 Büroklammern tragen. Kurz vor dem Absinken liegt das Boot in einer kleinen Wasserkuhle. [Anzahl der Büroklammern gehören in das Protokoll]

AuswertungJe mehr Wasser das Knetgummi-Boot verdrängt, desto mehr Büroklammern kann es tragen.

ZusatzinformationBei vielen schwimmenden Körpern (wie Schiffen, Bällen, leeren Flaschen, etc.) ist neben der Dichtedie Form wichtig. Entscheidend dabei ist, dass der Körper viel Wasser beim Eintauchen verdrängt,ohne dass Wasser in ihn eindringt. So auch beim obigen Versuch: Das Boot schwimmt, solange esmehr Wasser verdrängt, als es selber wiegt. Füllt man das Boot mit Gegenständen, nimmt dasGewicht zu. Wenn das Gewicht des Bootes größer ist als das des verdrängten Wassers, sinkt es.

Wasser 12: Glasscheibentrick

FragestellungKannst du Wasser zwischen zwei Glasplatten hochsteigen lassen?

BeobachtungDas Wasser steigt an der Seite hoch, an der die beiden Glasplättchen zusammenstoßen.

AuswertungDas Ansteigen ist eine Folge der Kapillarität. Dieser Effekt wird auch Kapillareffekt oderHaargefäßwirkung genannt.

ZusatzinformationDie Kapillarität ist eine Folge der Anziehung zwischen den Wasserteilchenund den Wandteilchen (= Adhäsion) und der Anziehung derWasserteilchen untereinander (= Kohäsion). Die Kapillarität ist die Grundlage für die Funktion von saugfähigen Tüchern.Diese stellen ein System von sehr vielen, kleinen Kapillaren (Haargefäßen)mit einer sehr großen Gesamtoberfläche dar.

Zusatzaufgabe I: SchwimmendeBüroklammer

Warum verwendet man bei diesem Versuchstets eine neue und trockene Büroklammer?

Lösung: Die alte Büroklammer ist bereits mitSpülmittel verunreinigt oder sie hat schonRoststellen. Beides kann die Schwimmeigen-schaften verändern.

Zusatzaufgabe II: Pfefferwasser

Den Effekt, den man beim Versuch beob-achten kann, nutzt man beim Abwaschenaus. Finde heraus, wie Spülmittel beimAbwaschen wirkt.

Lösung: Seifenteilchen haben die Fähigkeit die Ober-flächenspannung zu zerstören, da sie sich zwi-schen die Wasserteilchen schieben und derenZusammenhalt stören. Diesen Effekt nutzt manbeim Abwaschen: Das Fett auf dem Teller lässtsich vom Wasser nicht wegspülen, weil die Was-seroberfläche einen zu starken Zusammenhalthat. Spülmittel zerstört diesen Zusammenhalt, sodass Wasser und Fett sich durchmischen. Dannkann man das Fett mit dem Wasser wegspülen.

Zusatzaufgabe 1: Geld im Trinkglas

Warum läuft aus einem undichten Wasser-hahn nicht ein gleichmäßiges Rinnsal, son-dern kommen einzelne Tropfen?

Lösung: Zwischen den Wasserteilchen beste-hen Anziehungskräfte (= Kohäsion). Eine Folgedieser Kräfte ist die Oberflächenspannung desWassers. Es bildet sich ein Tropfen. Zwischenden Wasserteilchen und dem Metall des Was-serhahns bestehen ebenfalls Anziehungskräfte(= Adhäsion). Als Folge bleibt der Tropfen eineZeit am Wasserhahn hängen. Wird der Tropfenzu groß, löst er sich vom Wasserhahn ab.

Zusatzaufgabe 2: Dosenbrenner

Warum sind die Armaturen im Bad häufigvon weißen Rückständen überzogen?

Lösung: Im Leitungswasser befinden sich ne-ben anderen Stoffen (z.B. Sauerstoff) dieMineralstoffe Calcium, Eisen, Kupfer, Magne-sium, Natrium und Zink.

Zusatzaufgabe 3: Wasser reagiert

1. Warum muss man bei diesem Experi-ment darauf achten, genau die gleiche

Menge der Substanzen Zucker, Sandund Gelatine zu verwenden?

Lösung: Es müssen die gleichen Mengen anSubstanzen verwendet werden, damit sich dieErgebnisse vergleichen lassen.

2. In Baby-Windeln befindet sich ein Stoff, dermit Wasser ähnlich reagiert wie Gelatine.Welche Funktion muss dieser Stoff haben?

Lösung: Das Windelpulver ist ein Saugpulver(Superabsorber) zur Bindung von Urin undanderen Körperflüssigkeiten.

Zusatzaufgabe 4: Sättigungswert

1. In Cola lässt sich kaum noch Zuckerlösen! Begründe!

Lösung: In 1 Liter Cola sind bereits 32 StückWürfelzucker gelöst. Fruchtsäfte enthalten biszu 120 g Zucker pro Liter, was 40 Stück Würfel-zucker pro Liter entspricht. Die Getränkestellen demnach fast gesättigte Zuckerlösungendar und können kaum noch Zucker aufnehmen.

2. Finde in einem Experiment zuhause her-aus, ob sich in derselben Menge Wassermehr Zucker oder mehr Salz lösen lässt.

Lösung: Es löst sich in derselben MengeWasser erheblich mehr Zucker als Salz. In 1Liter Wasser lösen sich bei 20°C „nur“ 360 gKochsalz aber 2 kg Haushaltszucker.

Zusatzaufgabe 5: Eisberg voraus!

Macht es einen Unterschied für den welt-weiten Meeresspiegel, ob die Eismassen amNordpol oder am Südpol abschmelzen?

Lösung: Im Fall einer Eisschmelze am Nordpolwird der Meeresspiegel nicht ansteigen. Amnördlichsten Punkt der Erde ist das Eis lediglichder gefrorene Teil des Ozeans. Ganz anders ver-hält sich das am Südpol (und auch in Grön-land). Hier würden Eismassen schmelzen, dieauf Landmassen liegen. Da zusätzliches Wasserin die Ozeane fließt, wird der Meeresspiegelsteigen. Laut Prognosen könnte der Meerspiegelnach Abschmelzen des Grönlandeises um etwa7 m ansteigen. Nach Abschmelzen des West-Antarktischen Eisschilds könnte der Meeres-spiegelanstieg etwa 6 m, nach Abschmelzen desOst-Antarktischen Eisschilds (bisher weitge-hend stabil) etwa 50 m betragen.

Zusatzaufgabe 6: Magischer Kugelschreiber

Was passiert, wenn der magische Kugel-

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Experimentalteil

Lösungen der Zusatzaufgaben

schreiber mit Wasser in Berührung kommt?

Lösung: Der Zauber ist sofort vorbei. Da dasWasser Elektrizität leitet, entzieht sie demgeladenen Kugelschreiber die Ladung.

Zusatzaufgabe 7: Körper versenken

Begründe, warum es sinnvoll ist, dasExperiment mit jeder Körperform dreimaldurchzuführen?

Lösung: Es werden meist mehrere Versuchs-durchgänge unternommen, um Mittelwertebilden zu können. Damit berücksichtigt mandie Abweichungen der Einzelergebnisse.

Zusatzaufgabe 8: Totes Meer

1. Wie ändert sich die Tauchtiefe einesSchiffes, wenn es aus dem HamburgerHafen (Süßwasser) kommend die Nord-see erreicht?

Lösung: Die Tauchtiefe verringert sich, daSalzwasser (Nordsee) eine höhere Dichte hat.

2. Finde in einem Experiment zuhause her-aus, wie man ein rohes Ei zumSchwimmen und zum Schweben brin-gen kann.

Lösung: In Salzwasser kann man das Ei zumSchwimmen bringen. Wenn im Wasser vielSalz aufgelöst wurde, nimmt seine Dichte zu.Salzwasser lässt sich durch das Gewicht vomEi nicht verdrängen – das Ei erhält genugAuftrieb und schwimmt. Schichtet man überdas Salzwasser vorsichtig eine SchichtLeitungswasser – dies geht, da die Dichte vonSalzwasser höher ist als reines Leitungswasser- schwebt das Ei auf halber Höhe im Glas.

Zusatzaufgabe 9: U-Boot

Oft wird dieser Versuch durchgeführt, umdie Funktion der Schwimmblase einesFisches zu zeigen. Finde heraus, welcheFunktion die Schwimmblase hat.

Lösung: Mit Hilfe der Schwimmblase könnenFische Körpervolumen und damit ihre Dichteder jeweiligen Wassertiefe anpassen. DerGasdruck in der Schwimmblase kann durchAblassen und Zugeben von Gas reguliert wer-den, so dass Fische ihr Gewicht auf bestimmteWassertiefen einstellen können. Das Gas derSchwimmblase stammt aus den umgebendenBlutgefäßen und ist ein Gemisch aus Sauer-stoff, Stickstoff und Kohlendioxid.Beim Aufwärtsschwimmen, das der Fischdurch Anstellen der Brust- und Bauchflossenbewirkt, dehnt sich die Schwimmblase dankDruckminderung aus. Sinnesorgane messendies und Gas wird aus der Schwimmblase in

das Blut abgegeben. Beim Abwärtsschwim-men wird die Gasmenge in der Schwimm-blase wieder aktiv erhöht, in dem überDiffusion aus dem Blut Gas in die Schwimm-blase abgegeben wird.

Zusatzaufgabe 10: EnthüllendeFederwaage

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Wasser - LI-Hamburg€¦ · halb der Gruppe nicht zu laut werden. Nach jedem Experiment tauschen die Gruppenmitglieder ihre Funktionen. Die Zahl der Experimente (12) ist so gewählt,