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15 RAAbits Naturwissenschaften August 2015

1 von 28Erde und Weltraum Beitrag 5 Der Mond und die Erde (Klassen 5/6)VII

Der Mond und die Erde – Phänomene unseres Erdtrabanten erkunden

Nach einer Idee von Thomas Rosenthal, Esslingen Illustrationen von Julia Lenzmann, Stuttgart

20. Juli 1969: „Houston, … The Eagle has landed!” Neil Armstrong, Kommandant der Apollo-11-Missi-on, betrat als erster Mensch den Mond.

Die Mondlandung und das Thema „Mond“ üben auf Jugendliche eine große Faszination aus. Steigen Sie mit einem Mond-Quiz und spannenden Infos zur Mondlandung in diese Einheit ein, in der sich Ihre Schülerinnen und Schüler an verschiedenen Stati-onen selbstständig mit dem Thema Mond ausein-andersetzen. Sie führen Experimente zu Kern- und Halbschatten durch und arbeiten mit Tipp- und Lö-sungskarten, um die Fragen der einzelnen Stationen zu beantworten.

Im abschließenden „Spiel des Mondes“ kann jeder unter Beweis stellen, ob er das Zeug zum Mondex-perten hat.

Die ersten Schritte auf dem Mond.

In vier Stationen zum

Mondexperten!

Das Wichtigste auf einen Blick

Klassen: 5/6

Dauer: 5 Stunden

Kompetenzen: Die Schüler …

•kennendieMondphasenundkönnende-ren Entstehung erklären.

•erklären die Gezeiten anhand der Anzie-hungskräfte von Mond und Erde.

•führen Experimente zu Kern- und Halb-schatten durch und können die Begriffe unterscheiden und erklären.

•können Sonnen- und Mondinsternis un-terscheiden und erklären.

Aus dem Inhalt:

•WiesonimmtderMondzuundab?

•Wie heißen die Mondphasen und nachwelcherZeitwiederholensiesich?

•WieentstehenEbbeundFlut?

•WasunterscheidetKern-undHalbschat-tenvoneinander?

•Was ist eine Sonneninsternis und wieunterscheidetsiesichvonderMondins-ternis?

Beteiligte Fächer: Physik Erdkunde Anteilhoch mittel gering

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Der Mond und die Erde (Klassen 5/6) Erde und Weltraum Beitrag 5

Rund um die Reihe

Warum wir das Thema behandeln

Der Mond übte schon immer eine ungeheure Faszination auf den Menschen aus. Unser Wort „Laune“ ist vom lateinischen Wort „luna“ (= Mond) abgeleitet, da nach Ansicht der mittel-alterlichen Astrologen die Stimmung des Menschen stark vom Mondwechsel abhängig sei. Sicherlich kennen einige Ihrer Schüler auch schon die vier Mondphasen. Deren Entstehung hingegen ist für viele nur schwer zu begreifen. Im Fächerverbund Naturwissenschaften kön-nenSiezeitgleichdenEinlussdesMondesaufdieWeltmeerebehandelnunddieGezeitenthematisieren.

Was Sie zum Thema wissen müssen

Der Mond und seine Phasen

Der Mond umkreist die Erde auf einer festen Bahn, seiner Umlaufbahn. Objekte auf Um-laufbahnen um Planeten nennt man Trabanten oder Satelliten. Dabei dreht sich der Mond zugleich auch um sich selbst, sodass von der Erde aus immer dieselbe Seite zu sehen ist. Da der Mond nur das Licht der Sonne reflektiert und nicht selbstständig leuchtet, sieht man von derErdeausimmernureinenTeilderbeleuchtetenSeite.SinddieGestirne:Sonne,MondundErde genau in dieser Reihenfolge angeordnet, so ist bei Nacht der Vollmond am Himmel zu sehen. Innerhalb von etwa vier Wochen umkreist der Mond die Erde und ändert gleichzeitig seine Form vom Vollmond zum abnehmenden Halbmond, zum Neumond, zum zunehmenden Halbmond und zurück zum Vollmond. Diese vier Zustände heißen Mondphasen.

Die Gezeiten

Mond und Erde kreisen um einen gemeinsamen Schwerpunkt und ziehen sich dabei gegensei-tig an. Dieser Schwerpunkt ist nicht der Erdmittelpunkt, sondern ist in Richtung des leichtern Körpers, also zum Mond hin, verschoben. Allein die Anziehungskraft des Mondes erzeugt so zwei Flutberge auf der Erde (genauerindenMedientipps).DererstebeindetsichaufderdemMond zugewandten, der zweite auf der dem Mond abgewandten Seite.

Hinweis Die Flutberge entstehen nicht durch die Eigendrehung der Erde. Diese hat ei-nen Einfluss auf die „Fortbewegung“ der Flutberge, nicht aber auf deren Ent-stehung.

Die Flutberge verursachen im Wattenmeer jeden Tag zwei Ebben und zwei Fluten. Dieses Phä-nomenwirdals„Gezeiten“bezeichnet.DerUnterschiedzwischenHöchst-undTiefstandderMeere wird durch den Tidenhub angegeben. An der Nordsee beträgt dieser zwischen 2 m und 3m.IndenmeistenanderenMeerenfallendieGezeitenwesentlichkleineraus.DasWassersucht sich hier einen Weg durch engere Passagen und kann nicht so schnell hinein und hinaus fließen, wie es bei der Nordsee der Fall ist. An Küsten im Mittelmeer oder an der Ostsee be-trägt der Tidenhub daher nur etwa 10 cm–30 cm.

Schattenraum, Halb- und Kernschatten

Körper, die das sichtbare Licht absorbieren oder reflektieren, werfen hinter sich einen Schat-ten.ZwischenSchattenundObjektbeindetsichderSchattenraum. Wird ein Objekt von meh-reren Lichtquellen beleuchtet, können verschieden dunkle Schatten entstehen. Dort, wo kein Licht in den Schatten fällt, spricht man vom Kernschattenraum. Wird ein Schattenraum hin-gegen noch von einer oder mehreren Lichtquellen durchdrungen, so bezeichnet man ihn als Halbschattenraum. Bei mehr als zwei Lichtquellen können so unterschiedlich dunkle Halb-schatten entstehen. Leuchtet eine Lichtquelle um das Objekt herum, können auch Schatten-bilder ohne Kernschatten entstehen. Bei ausgedehnten Lichtquellen entsteht ein fließender Übergang von Kern- und Halbschatten. Dies ist zum Beispiel bei einer Leuchtstoffröhre zu beobachten, die zum Rand hin ein dunkleres Licht wirft, als in der Mitte. Je weiter Entfernt das Objekt von der Lichtquelle ist, desto „verschwommener“ erscheint der Schatten.

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Sonnen- und Mondfinsternis

Eine Finsternis entsteht, wenn der Schatten eines Himmelskörpers auf die Oberfläche eines anderen fällt. In unserem Sonnensystem stellt die Sonne eine ausgedehnte Lichtquelle im Be-zug zur Erde dar, da sie im Verhältnis zur Erde sehr groß ist und gleichzeitig sehr weit entfernt. Ihr Schatten teilt sich somit in Halb- und Kernschattenauf.BeieinerSonnen-oderMondins-ternis stehen Sonne, Mond und Erde genau in einer Linie hintereinander. Wird die Sonne von der Erde aus gesehen durch den Mond ganz oder teilweise verdeckt, so spricht man von einer (partiellen) Sonnenfinsternis. Diese kann nur bei Neumond geschehen, da hier der Mond die Sonne verdecken kann. Bei Vollmond steht die Erde zwischen Sonne und Mond. Bewegt sich der Mond durch den Schatten der Erde, so wird er nicht mehr von der Sonne angestrahlt und der Mond verdunkelt sich. Dieses Phänomen bezeichnet man als (partielle) Mondfinsternis.

Vorschläge für Ihre Unterrichtsgestaltung

Voraussetzungen der Lerngruppe

Inhaltlich wird kein Vorwissen benötigt, da alle physikalischen und geograischen Inhalteneu vermittelt werden. Methodisch sollten die Lernenden in Kleingruppen von drei bis vier Schülern selbstständig arbeiten können. Auch der sorgsame Umgang mit den Materialien der Physiksammlung ist nötig, um die Schülerversuche durchzuführen.

Aufbau der Reihe

Die Einheit beginnt mit einem Quiz (M 1), in dem die Schüler ihr Vorwissen zum Mond aktivie-ren. Je nach Wissensstand werden sie anschließend als Mondneuling, Mondentdecker oder Mondkenner ausgezeichnet. Die Folie (M 2) thematisiert die erste Mondlandung 1969 und schafft so einen Übergang zur Erarbeitungsphase.

Mit dem Laufzettel (M 3) reflektieren die Schüler die Stationen und beobachten über einen Monat hinweg am Abend die Mondphasen. Im Unterricht arbeiten die Lernenden an vier Sta-tionen (M 4–M 10), wobei innerhalb der Klasse je nach Niveau der Schüler differenziert ge-arbeitet wird. Die Stationen können von leistungsstärkeren Schülergruppen in beliebiger Reihenfolge bearbeitet werden. Leistungsschwächere sollten die Stationen in der vorgege-benen Reihenfolge abarbeiten. An Station 1 (M 4) und Station 2 (M 5) lernen die Schüler die Mondphasen kennen und stellen sie in einem Versuch selbstständig mit Taschenlampe und Ball nach. Station 3 (M 6-M 7) behandelt den Einfluss des Mondes auf die Erde und themati-siert die Entstehung der Gezeiten. Station 4 (M 8–M 10) führt Kern- und Halbschatten ein und illustriert beide am Beispiel des Phänomens der Finsternis.

Den Abschluss der Einheit bildet die Lernerfolgskontrolle (M 11) in Form eines Spiels. Hier werden alle Inhalte der Lerneinheit noch einmal aufgegriffen und so vertieft.

Tipps zur Differenzierung

Bei eher leistungsschwachen Lerngruppen können Sie den Lernenden die Lösungstabelle zu M 3 als Tippkarten zum Einsortieren in die Tabelle geben. Auch ist es möglich, die Schülerver-suche in M 4 und M 8 als Demonstrationsexperiment vorzuführen.

Diese Kompetenzen trainieren Ihre Schüler

Die Schüler ...

• führenExperimentenachAnweisungdurch,stellenBeobachtungenaufundnotierensowiereflektieren ihre Beobachtungen.

• könnendieMondphasennennenundihreEntstehungerklären.

• könnendenMondalsUrsache fürdieGezeitennennenundEbbe,FlutundTidenhub ineigenen Worten erklären.

• könnenKern-undHalbschattenineinfachenVersuchenbenennenundunterscheiden.

• könnenMond-undSonneninsternismitKern-undHalbschattenerklären.

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Fachbegriffe

Finsternis: Eine Finsternis entsteht, wenn der Schatten eines Himmelskörpers auf die Oberfläche eines anderen fällt.

Gezeiten: Sie sind der Sammelbegriff für das sinkende und steigende Wasser der Welt-meere.BesondersandenKüstenzeigensichdieGezeiteninFormvonEbbeundFlut.

Mondfinsternis:NurbeiVollmondkanneineMondinsternisentstehen.Sonne,ErdeundMondmüssendabeiindieserReihenfolgeeineLiniebilden.EineMondinsternisistnurbei Nacht zu beobachten. Auf der gegenüberliegenden Erdseite, auf der zu dieser Zeit Tag ist,kanndieMondinsternisentsprechendnichtbeobachtetwerden.

Sonnenfinsternis:NurbeiNeumondkanneineSonneninsternisentstehen.Sonne,Mondund Erde müssen dabei in dieser Reihenfolge eine Linie bilden. Nur die Beobachter im KernschattendesMondeskönneneinetotaleSonneninsternisbeobachten,diejenigenimHalbschattenseheneinepartielleSonneninsternis.AlleanderensehenkeineFinsternis.

Trabant: AlleHimmelskörper,diesichauf festenUmlaufbahnenumPlanetenbeinden,nennt man Trabanten oder auch Satelliten. Unser Mond ist demnach ein Trabant der Erde.

Ihr Unterrichtsassistent – Formeln, Fakten, Fachbegriffe

Die Entstehung der Gezeiten

Erde und Mond umkreisen sich und üben dadurch gegenseitig Kräfte auf-einander aus. Der gemeinsame Mit-telpunkt, den die Körper Umkreisen, ist der Schwerpunkt S. Er ist in Rich-tung des Mondes verschoben und beindetsichnicht imMittelpunktMder Erde.

Durch die Anziehungskraft von Mond und Erde entstehen die hier einge-zeichneten, summierten Teilkräfte (Pfeile), die auf unsere Erde einwir-ken (s. Medientipps). Es entsteht ein erster Flutberg auf der dem Mond zugewandten und ein zweiter Flutberg auf der mondabgewandten Seite der Erde. Dazwischen liegt je eine Ebbe.

Kern- und Halbschatten

Jede Lichtquelle wirft ihren eigenen Schatten. Die Schatten überlagern sich dabei, z. B. auf einem Schirm. Zwischen Objekt und Schirm liegt der Schatten-raum.

In den Kernschatten fällt kein Licht, auch nicht von den sich weiter außen beindenden Lichtquellen. Die Halb-schatten werden teilweise vom Licht einer oder auch mehrerer Lichtquellen (aber nicht aller) durchdrungen. Man nummeriert sie vom Kernschatten nach außen durch.

Je ausgedehnter eine Lichtquelle ist, desto verschwommener wird der Über-gang von Halb- zu Kernschatten.

Versuchsaufbau Aufsicht

Ebbe 2. Flutberg

1. Flutberg

Ebbe

Aufsicht von Erde und Mond, mit eingezeichneten addierten TeilkräftenanderErde.(GrößenundAbständesindnichtmaß-stabsgetreu.)

2. Halbschatten

1. Halbschatten

Schirm mit Schattenwurf

Schatten- raum

Strahlen- gangLampen-

symbol

Kern- schatten

Schirm

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Die Reihe im Überblick

·V = Vorbereitungszeit SV = Schülerversuch Ab = Arbeitsblatt/Informationsblatt

·D = Durchführungszeit Fo = Folie LEK = Lernerfolgskontrolle

LK = Lösungskarte SP = Spiel = Zusatzmaterial auf CD

Stunde 1: Unser Mond stellt sich vor – so steigen Sie in das Thema ein

Material Thema und Materialbedarf

M 1 (Ab) Der Mond und die Erde – kennst du dich aus?

M 2 (Fo) Apollo-11-Mission – Erkundung der Mondoberfläche

Stunden 2–4: Die Eigenschaften des Mondes entdecken – ein Stationenlernen


M 3 (Ab) Auf dem Weg zum Mondexperten – mein Laufzettel

M 4 (Ab)

·D: 15 min

Station 1: Wie entstehen die Mondphasen?

M 5 (SV)

·V: 10 min

·D: 20 min

Station 2: Wieso nimmt der Mond zu und ab? – Finde es heraus!

ein heller Ball (z. B. Volleyball)

eine Lichtquelle (z. B. Schreibtischlampe)

ein abgedunkelter Raum

M 6 (Ab)

·D: 5 min

·V: 20 min

Station 3: Der Mond hat Kraft! – Die Gezeiten

M 7 (Ab) Textausschnitte für Station 3

M 8 (Ab)

·V: 10 min

·D: 25 min

Station 4: Mond- und Sonnenfinsternis

drei Teelichter oder Taschenlampen

einbeliebigerkleinerGegenstand(z.B.Radiergummi,Stift,Anspitzer)

ein weißer Schirm (aus der Physiksammlung)

M 9 (SV) Versuchsanweisungen zu Kern- und Halbschatten

M 10 (LK) Lösungskarten zu Kern- und Halbschatten

Stunde 5: Lernerfolgskontrolle


M 11 (LEK/Sp)

·V: 15 min

·D: 20 min

Vom Mondneuling zum Mondexperten – Spiel des Mondes

fürjedenSpielereineSpieligur

ein Mond-Marker (z. B. 1 ct Münze)

ein Würfel

20 Aktionskarten

20 Wissenskarten

ein Spielfeld

Minimalplan

DieZeitistknapp?Für eine Doppelstunde zum Mond beginnen Sie mit M 2 und wecken mit der Folie das Interesse der Schüler. Führen Sie den Versuch M 5 als Demonstrationsexperi-ment durch. Danach bearbeiten die Schüler M 4. Optional können Sie mit M 6 und M 7 die GezeitenvertiefenodermitM8–M10dasThema„Finsternis“behandeln.

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Der Mond und die Erde – kennst du dich aus?

Der Mond ist ein ständiger Begleiter unserer Erde. Finde hier

heraus, ob du das Zeug zum Mondexperten hast!

Aufgabe

Entscheide dich immer für eine Antwort und kreuze sie an. Für jede richtige Antwort erhältst du einen Punkt.

Frage 1: Der Mond ist ...Frage 2: Bei Neumond betrachtet man, von

der Erde aus gesehen, ...

ein beleuchteter Körper; er wird von der Sonne beleuchtet.

die Seite des Mondes, die von der Sonne beschienen wird. Der Mond ist für uns sichtbar.

wie die Sonne ein selbstleuchten-der Körper.

die Seite des Mondes, die von der Sonne nicht beschienen wird. Der Mond ist daher nicht sichtbar.

Frage 3: Der Mond hat ... Frage 4: Der Mond ist verantwortlich für …

wie die Erde eine Atmosphäre, die überwiegend aus Stickstoff und Sauerstoff besteht.

EbbeundFlut(=dieGezeiten).

keine Atmosphäre und keine Was-servorkommen.

die Schwerkraft auf der Erde.

Frage 5: Der Mond bewegt sich ... Frage 6: Der Mond ist ungefähr ...

um sich selbst bzw. seine eigene Achse.

halb so groß wie die Erde.

auf einer Bahn um die Erde. 20-mal kleiner als die Erde.

um sich selbst und auf einer Bahn um die Erde. Beide Bewegungen sind gekoppelt.

40-mal kleiner als die Erde.

Auswertung: Dein Ergebnis:____/6 Punkten

Mondneuling 0–2 Punkte

Mondentdecker 3–4 Punkte

Mondkenner 5–6 Punkte

Du kennst dich noch recht wenig mit dem Thema „Mond“ aus. Jetzt nur nicht aufgeben! In den folgenden Stunden kannst du noch viele interessante Dinge über den Mond erfahren.

Gut! Du weißt schon einigesüber den Mond. Aber es gibt noch viel mehr zu entdecken! Mit ein bisschen Fleiß wirst du sicherlich bald zum Mondex-perten.

Super! Du kennst bereits einige Eigenschaften des Mondes ganz gut. Vielleicht steckt in dir der geborene Astronaut. Mit diesem Vor-wissen wirst du bald zum Mondexperten aufsteigen.

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M 2 Apollo-11-Mission – Erkundung der Mondoberfläche

1 Apollo-11-Mission: Am 20. Juli 1969 betraten die ersten Menschen den Mond (von links nach rechts: Neil

A. Armstrong, Michael Collins und Edwin E. Aldrin Jr.).

2 Aldrin verlässt die Raumfähre „Eagle“.

3 Der Mond, durch ein Teleskop be-

trachtet

4 Nahaufnahme der Mondkrater

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M 5 Station 2: Wieso nimmt der Mond zu und ab? – Finde es heraus!

Der Mond am Himmel sieht nicht immer gleich aus. Wir sehen seine Form jede Nacht etwas

verändert. Mal ist er voll und mal nur als Sichel zu sehen. Hier erfahrt ihr, warum das so ist.

Das benötigt ihr

einen hellen Ball eine Lichtquelle (z. B. Schreibtischlampe)

Modellexperiment – Führt den Versuch nacheinander durch:

1. Nimm den Ball und halte ihn mit ausge-strecktem Arm nach oben.

2. Stelle die Lampe so auf, dass sie mit dem Ball auf gleicher Höhe ist (wie im Bild).

3. Verdunkelt das Zimmer.

4. Drehe dich langsam gegen den Uhrzei-gersinn mit dem Ball um dich selbst.

5. Beobachte den Ball genau. Wie verändert sichdieBeleuchtungdesBalls?

6. GibdenBallweiter.

Aufsicht zum Experiment

Aufgaben

1. Schneidet die Bilder unten aus und klebt jedes Bild an die richtige Stelle in der Aufsicht.

2. Ordnet gemeinsam den einzelnen Mondphasen die folgenden Bezeichnungen zu: Voll-mond, Halbmond, Neumond, zunehmender Mond und abnehmender Mond.

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M 7 Textausschnitte für Station 3

Der Erdtrabant

Der Mond umkreist die Erde auf einer festen Bahn: seiner Umlaufbahn. Objekte auf fes-ten Umlaufbahnen um Plane-ten nennt man Trabanten.

Die Erde zieht den Mond an, daher verlässt er die Umlauf-bahn nicht. Aber auch der Mond zieht die Erde an! Das siehst du am deutlichsten an Ebbe und Flut.

Was sind Gezeiten?

Besonders an der Nordsee kommt und geht das Wasser. Im sogenann-ten Wattenmeer gibt es jeden Tag zweimal Niedrigwasser (Ebbe) und zweimal Hochwasser (Flut). Sie hei-ßenGezeiten.

Der Tidenhub gibt den Unterschied zwischen Höchst- und Tiefstand des Wassers an. Ursache für die Gezei-ten ist der Mond!

Im Wattenmeer der Nordsee

bei Ebbe

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Den Gezeiten auf der Spur

Erde und Mond umkreisen sich. Dabei üben sie gegenseitig Kräfte aufeinan-der aus.

Durch die Anziehungskraft von Mond und Erde entstehet ein 1. Flutberg auf der dem Mond zugewandten und ein 2. Flutberg auf der mondabgewandten Seite der Erde.

Dazwischen liegt je eine Ebbe.

Gibt es in jedem Meer

Ebbe und Flut?

Die Antwort dazu lautet: ja. Doch fallen die Ge-zeiten in vielen Meeren wesentlich kleiner aus. Das Wasser muss bei die-sen Meeren durch enge Passagen und kann nicht schnell hin und her flie-ßen.

Es kommt an Küsten im Mittelmeer oder an der Ostsee oft nur zu einem Tidenhub von 10 cm–30 cm. An der Nordsee sind es dagegen zwi-schen 2 m – 3 m.

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