Die Kepler'schen Gesetze - | 5511450 - FWU
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Didaktische FWU-DVD
Die Kepler’schen Gesetze
Physik
Klasse 9–13
Tr a i l e r a n s e h e n
Schlagwörter
Aristoteles; Astronomie; Brahe, Tycho; Deferent; Ellipse (Geometrie); Entdeckung (Geschichte);
Entdeckung; Epizykel; Erde (Planet); Erde als Kugel; Erde als Scheibe; Erforschung; Fernrohr;
Galilei, Galileo; Geometrie; Geozentrisches Weltbild; Gravitation; Heliozentrisches Weltbild;
Himmelsmechanik; Kepler, Johannes; Kirche (Christenheit); Kopernikus, Nikolaus; Milchstraße;
Mittelalter; Newton, Isaac; Planet; Ptolemäus, Claudius; Sonne; Sphären; Teleskop; Vermessung;
Weltall; Weltbild; Weltraum; Weltraumfahrt
Systematik
Physik › Astronomie › Himmelsmechanik; Weltraumfahrt; Astrophysik,
Geophysik
Geographie › Erde › Erde als Himmelskörper, Astronomie; Entdecken und
Erforschen
Mathematik › Geometrie
2
Zum Inhalt Die Epizykeltheorie zur Erklärung der
Schleifenbahnen des Mars wird kurz er-
Die Kepler’schen Gesetze wähnt, womit die Grundlagen des pto-
(Film 16 min) lemäischen Weltbildes umrissen sind. Es
Kepler führt als Erzähler in weiten Teilen folgt ein erster Ansatz zum heliozentri-
durch diese Produktion. Sie ist in sechs schen Weltbild gemäß Kopernikus. An-
Sequenzen aufgeteilt. Zunächst wird der schließend wird Brahe erwähnt und nun
Wandel des Weltbilds im Laufe der Zeit kommt Kepler zu seinen eigenen Ergeb-
noch einmal kurz zusammengefasst. Als nissen. Er erwähnt kurz, dass die Plane-
wichtige Meilensteine sind das ptolemä- tenbahnen elliptisch sein müssen, dass
ische Weltbild, die Überlegungen des also die Abkehr von der jahrtausendeal-
Kopernikus und die Beobachtungen Bra- ten Tradition kreisförmiger Bahnen er-
hes genannt. So kommt man schließlich forderlich ist.
zu den Aussagen Keplers. Bevor die Ge-
setze einzeln betrachtet werden, erfolgt Ellipsen (2:30 min)
eine kurze Einführung in die Geometrie Ein neutraler Erzähler führt in die Ellip-
der Ellipse, in der die wichtigsten Größen sengeometrie ein. Die Gärtnerkonstruk-
definiert werden. Nun werden die drei tion wird animiert. Die Brennpunkte
Gesetze Keplers nacheinander vorgestellt sowie die Symmetrieeigenschaften und
und an geeigneten Beispielen vertieft. die Halbachsen werden ebenso erwähnt
Den Abschluss bildet ein Ausblick auf die wie die Exzentrizität. Damit ist die
Fortschritte in der Zeit nach Kepler und Grundlage für die Betrachtung der
auch moderne Anwendungen der Kepler‘schen Gesetze vorbereitet.
Kepler‘schen Gesetze.
1. Kepler’sches Gesetz (1:30 min)
Filmsequenzen Kepler formuliert sein erstes Gesetz. Ein
Wandel des Weltbildes (2:20 min) neutraler Erzähler schildert nun die Kon-
Kepler stellt sich kurz vor, dann führt er sequenzen daraus. Zunächst also die
durch einen Abriss der Entwicklung un- Manifestation des heliozentrischen Welt-
seres Weltbildes, angefangen mit einer bildes. Die Begriffe Perihel und Aphel
scheibenförmigen Erde über die Kugel- werden eingeführt. Anschließend über-
gestalt und ein geozentrisches Weltbild. nimmt Kepler wieder die Gesprächsfüh-
3
rung. Er zeigt, dass die Abweichungen Flächensatzes, anschließend wird der
der Planetenbahnen von Kreisbahnen Halley‘sche Komet beschrieben, dessen
sehr gering sind, was wohl mit ein Grund stark exzentrische Bahn dafür sorgt, dass
dafür war, dass sich die Annahme der er sich nur sehr kurz in Sonnennähe auf-
Kreisbahnen so lange halten konnte. Der hält.
neutrale Erzähler zeigt auch die moderne Zuletzt erwähnt der neutrale Erzähler
Entwicklung auf, also, dass es weitere noch, dass Kepler keine physikalische
Sonnensysteme gibt und auch, dass die Erklärung für sein Gesetz gab, dass man
Bahnen der künstlichen Satelliten um die es heutzutage aber beispielsweise im
Erde elliptisch sein können. Energiebild über einen Wechsel von po-
tentieller und kinetischer Energie verste-
2. Kepler’sches Gesetz (3:20 min) hen kann.
Nun stellt Kepler sein zweites Gesetz vor.
Im Wechsel mit einem neutralen Erzähler 3. Kepler’sches Gesetz (3:00 min)
kommentiert er die anschließende Ani- Kepler formuliert sein drittes Gesetz. In
mation, in der die Konsequenzen daraus einer Animation werden die Größen ge-
diskutiert werden. Die unterschiedliche zeigt und die Bedeutung des Zusammen-
Länge unserer Jahreszeiten ist das erste hangs als Berechnungsgrundlage für die
Beispiel für eine Folge der Gültigkeit des Dimensionen im Sonnensystem wird
4herausgestellt. Insbesondere wird be- Keplers Einfluss (2:10 min)
tont, dass man nur eine einzige Länge Die weitere Entwicklung wird nun noch
einer Bahnhalbachse direkt messen kurz umrissen. Unter anderem wird ge-
muss, um alle anderen dann rechnerisch sagt, dass streng genommen nicht die
zu ermitteln. Sonne, sondern der Schwerpunkt des
Die Astronomische Einheit wird hier ein- Sonnensystems im Bahnbrennpunkt je-
geführt. Außerdem wird erwähnt, dass der Planetenellipse steht. Als weiterer
die Bahngeschwindigkeit der Planeten Schritt in der modernen Physik wird Ein-
mit wachsendem Abstand zur Sonne stein kurz erwähnt. Zuletzt wird am
abnimmt. Beispiel von Exoplaneten und Raum
Anschließend wird der Gültigkeitsbereich fahrtmissionen gezeigt, dass die Kepler-
des Gesetzes thematisiert. Newton und gesetze auch heute noch als erste
die von ihm eingeführte Gravitations- Rechengrundlage verwendet werden
kraft werden genannt. Damit lässt sich können.
verstehen, wieso die Verhältnisgleichun-
gen des dritten Kepler‘schen Gesetzes
immer nur auf Körper anwendbar sind,
die dasselbe Zentralobjekt umlaufen.
5Grafiken Weltbild mit Ellipsen
Geozentrisches Weltbild 1 Die Grafik zeigt eine vereinfachte und
Die Grafik zeigt vereinfach das geozen- nicht maßstabsgetreue Darstellung des
trische Weltbild mit der Erde im Zentrum. heliozentrischen Weltbildes, in dem sich
die Planeten auf Ellipsen um den Zent-
Geozentrisches Weltbild 2 ralkörper Sonne bewegen. Zu beachten
Die Grafik erklärt die Vorstellung des ist, dass die meisten Planetenbahnen auf
geozentrischen oder auch Ptolemäischen den ersten Blick in Wirklichkeit kaum als
Weltbilds. Ellipse zu erkennen sind.
Heliozentrisches Weltbild 1 Schleifenbahn des Mars (2003)
Die Grafik zeigt vereinfach das heliozen- Die Grafik zeigt die Position des Mars am
trische Weltbild mit der Sonne im Zent- Nachthimmel im Jahr 2003. Zu erkennen
rum. Die Planeten bewegen sich hier ist seine schleifenförmige Bewegung.
noch auf Kreisen um den Zentralkörper.
Epizykel
Heliozentrisches Weltbild 2 Mit dieser Grafik können Epizykel noch
Die Grafik erklärt die Vorstellung des einmal vertieft bearbeitet werden.
heliozentrischen Weltbilds.
6Kegelschnitte Länge der Jahreszeiten
Die Grafik zeigt die Kegelschnitte, mit Mit dieser Tabelle können die Längen der
denen man einen Kreis oder eine Ellipse Jahreszeiten auf der Nord- und Südhalb-
erhält. kugel verglichen werden.
Parameter einer Ellipse Die Planeten des Sonnensystems im
In drei Grafiken werden die Parameter Vergleich
einer Ellipse dargestellt. Eine Version In dieser Tabelle können einige Parame-
zeigt nur die wichtigsten Parameter, ter der Planeten unseres Sonnensystems
während die beiden anderen mehr Para- abgelesen und so miteinander verglichen
meter darstellen und erläutern. werden.
1. Kepler‘sches Gesetz Hohmannbahn
Die Grafik visualisiert das erste Kepler’ Die Grafik ist eine Vorlage zur Erarbei-
sche Gesetz in Wort und Bild. tung der Hohmannbahn.
Große Halbachse und numerische Nikolaus Kopernikus
Exzentrizität der Planeten des Sonnen- Die Grafik stellt Nikolaus Kopernikus kurz
systems vor.
In einer Tabelle können die große Halb-
achse in Astronomischen Einheiten (AE) Galileo Galilei
und die numerische Exzentrizität der Die Grafik stellt Galileo Galilei kurz vor.
Planeten unsere Sonnensystems abgele-
sen werden. Johannes Kepler
Die Grafik stellt Johannes Kepler kurz vor.
2. Kepler‘sches Gesetz
Die Grafik visualisiert das zweite Kepler’ Isaac Newton
sche Gesetz in Wort und Bild. Die Grafik stellt Isaac Newton kurz vor.
3. Kepler‘sches Gesetz
Die Grafik visualisiert das dritte Kepler’
sche Gesetz in Wort und Bild.
7Bezug zu Lehrplänen und Didaktische Hinweise
Bildungsstandards
Gegen Ende der Sekundarstufe I erfolgt
Die Schülerinnen und Schüler ein erster Blick in den Weltraum und eine
• erkennen, dass das geozentrische Betrachtung der historischen Entwick-
Weltbild als erstes entstanden ist, lung unseres Weltbildes. Hier kann die
weil es die Sichtweise der Menschen Produktion den Unterricht durch die an-
auf der Erde wiedergibt; schaulichen Animationen unterstützen
• erkennen, dass heliozentrische An- und so auch den schwächeren Lernenden
sätze sinnvoller sind; einen Zugang zu der Thematik erleich-
• erkennen, dass Kepler als erster eine tern. Arbeitsblätter runden das Material
Berechnung der Bahnform auf der ab und können auch gut zur Binnendif-
Basis von Beobachtungen vorgenom- ferenzierung eingesetzt werden. Dabei
men hat, statt einfach Kreisbahnen ist es ebenso möglich, einen lehrkraft-
anzunehmen; zentrierten Unterricht mit einzelnen Se-
• erkennen, dass die Kepler‘schen Ge- quenzen zu unterstützen als auch die
setze keine physikalische Erklärung Schülerinnen und Schüler selbstgesteuert
beinhalten, sondern nur die Beob- die Thematik erarbeiten zu lassen.
achtungen beschreiben; In der Sekundarstufe II besteht vielerorts
• erkennen, dass eine einzige Längen- die Möglichkeit, Astronomie zu unter-
messung in einem Planetensystem richten. Hier werden auch die Keplerge-
ausreicht, um alle anderen Bahnhalb- setze wieder aufgegriffen und dann er-
achsen bestimmen zu können; weitert, um beispielsweise auch Systeme
• erkennen, dass es in der Astronomie von Doppelsternen beschreiben zu kön-
viel einfacher ist, Umlaufzeiten zu nen. In diesem Zusammenhang stellt
bestimmen als Längen zu messen. diese Produktion eine Möglichkeit dar,
das Wissen aus der Sekundarstufe I noch
einmal rasch ins Gedächtnis zu rufen.
Das Zusatzmaterial unterstützt auch die
neuen, erweiterten Aspekte und geht
auf die erweiterten Fragestellungen ein.
8Arbeitsmaterial
Als Arbeitsmaterial steht Ihnen im ROM- Die Word-Dateien können bearbeitet
Teil ein umfangreiches Angebot an er- und so individuell an die Unterrichts
gänzenden Materialien zur Verfügung situation angepasst werden.
(siehe Tabelle). Die Arbeitsblätter liegen
als PDF- und Word-Dateien vor.
Ordner Materialien
Didaktische Hinweise Hinweise zum Einsatz des Films, der Filmsequenzen, der Grafiken
und den ergänzenden Arbeitsmaterialien
Arbeitsblätter 1) Von der Scheibe zur Kugel
(mit Lösungen) 2) Bahnenellipsen
3) Keplergesetze, Newton‘sches Gravitationsgesetz,
Kreisbewegung
4) Rechnungen zum dritten Kepler‘schen Gesetz
5) Überlegungen zu den Keplergesetzen und Weltbildern
6) Hohmann-Transfer
Grafiken • Geozentrisches und heliozentrisches Weltbild
• Weltbild mit Ellipsen
• Schleifenbahn des Mars (2003)
• Epizykel
• Kegelschnitte
• Parameter einer Ellipse
• Die Kepler‘sches Gesetze
• Große Halbachse und numerische Exzentrizität
• Länge der Jahreszeiten
• Die Planeten des Sonnensystems im Vergleich
• Hohmannbahn
• Nikolaus Kopernikus
• Galileo Galilei
• Johannes Kepler
• Isaac Newton
Infotexte • Doppelsterne
• Hohmann-Transfer
Filmtext Filmtext zum Film als PDF-Dokument
Programmstruktur Übersicht über den Aufbau der DVD
Weitere Medien Informationen zu ergänzenden FWU-Medien
Produktionsangaben Produktionsangaben zur DVD und zum Film
946 11450 Die Kepler’schen Gesetze
Programmstruktur Die Kepler’schen Gesetze
Programmstruktur
Untermenüs
Hauptmenü Weltbilder
Wandel des Weltbildes 2:20 min
Die Kepler’schen Gesetze
Keplers Einfluss 2:10 min
Die Kepler’schen Gesetze Film 16 min
Geozentrisches Weltbild Grafik
Weltbilder Sequenzen / Grafiken Heliozentrisches Weltbild Grafik
Ellipsen Sequenz / Grafiken Schleifenbahn des Mars (2003) Grafik
1. Kepler’sches Gesetz Sequenz/ Grafiken
Ellipsen
2. Kepler’sches Gesetz Sequenz / Grafiken Ellipsen 2:30 min
3. Kepler’sches Gesetz Sequenz / Grafiken Kegelschnitte Grafik
Parameter einer Ellipse Grafik
Arbeitsmaterial 1. Kepler’sches Gesetz
1. Kepler’sches Gesetz 1:30 min
1. Kepler’sches Gesetz Grafik
Arbeitsmaterial Große Halbachse und numerische Exzentrizität
der Planeten des Sonnensystems Grafik
Didaktische Hinweise
6 Arbeitsblätter 2. Kepler’sches Gesetz
2. Kepler’sches Gesetz 3:20 min
2 Infotexte
2. Kepler’sches Gesetz Grafik
22 Grafiken
Länge der Jahreszeiten Grafik
Filmtext
Programmstruktur
3. Kepler’sches Gesetz
Weitere Medien 3. Kepler’sches Gesetz 3:00 min
Produktionsangaben 3. Kepler’sches Gesetz Grafik
Die Planeten des Sonnensystems
im Vergleich Grafik
10Produktionsangaben
Die Kepler’schen Gesetze (DVD) Creative commons
French mens suit 1765 lacma CC-BY-SA Marshall
Produktion Astor – Food fetishist on wikimedia.org
FWU Institut für Film und Bild, 2020 Mathematicians and Astronomers; Twenty
portraits CC-BY wellcomeimages.org on
DVD-Konzept wikimedia.org
Dr. Maike Schuchmann
Sprecher
DVD-Authoring und Design Cordula Senfft
Dicentia Germany Sebastian Prittwitz
im Auftrag des FWU Institut für Film und Bild,
2020 Fachberatung
Dr. Sylvia Becker
Coverbild
FWU Institut für Film und Bild Redaktion
Dr. Maike Schuchmann
Grafiken
FWU Institut für Film und Bild
Arbeitsmaterial
Dr. Sylvia Becker
Dr. Susanna Kinting
Pädagogische Referentin im FWU
Dr. Maike Schuchmann
Nur Bildstellen/Medienzentren:
Produktionsangaben zum Film öV zulässig
„Die Kepler’schen Gesetze“ © 2020
FWU Institut für Film und Bild
Produktion in Wissenschaft und Unterricht
lightframe fx gemeinnützige GmbH
Geiselgasteig
im Auftrag des Bavariafilmplatz 3
FWU Institut für Film und Bild, 2020 D-82031 Grünwald
Telefon (089) 6497-1
Grafik und Animation Telefax (089) 6497-240
Rainer Uhlemann E-Mail info@fwu.de
Michael Roth vertrieb@fwu.de
Kristof Häntzschel Internet www.fwu.de
1146 11450 |
Die Kepler’schen Gesetze
Im 17. Jahrhundert beschrieb der Wissenschaftler Johannes Kepler recht präzise die Be-
wegung der Planeten um die Sonne. Mit seinen Überlegungen legte er den Grundstein
Didaktische FWU-DVD
für die moderne Betrachtung unseres Sonnensystems. Diese Produktion stellt die drei
Kepler’schen Gesetze und ihre Bedeutung vor.
Laufzeit 16 min Kompetenzerwerb:
Die Schülerinnen und Schüler
Klasse 9–13
› kennen den grundlegenden Aufbau des geozentrischen Weltbildes;
Sprache DE › k ennen den grundlegenden Aufbau des heliozentrischen Welt-
bildes;
Film 1 › k ennen die Ellipse und ihre Eigenschaften;
› k ennen die Kepler‘schen Gesetze und können sie auf die
Filmsequenzen 6
Bewegung von Himmelskörpern anwenden;
Arbeitsblätter 6 › können mittels des dritten Kepler‘schen Gesetzes Bahnparameter
von Himmelskörpern berechnen;
Grafiken 22
› kennen die Astronomische Einheit als Längenmaß.
Ausführliche didaktische Hinweise finden Sie im Arbeitsmaterial.
Themen Klasse 9–13
Weltbilder im Wandel
Ellipsen
Keplers Gesetze
Keplers Einfluss auf die Moderne
4611450010
Lehrprogramm FWU Institut für Film und Bild
gemäß in Wissenschaft und Unterricht gGmbH
§ 14 JuSchG und
GEMAFREI Bavariafilmplatz 3 | 82031 Grünwald | Telefon +49 (0)89-6497-1
§ 60b UrhG 4 6 11 4 5 0 0 1 0 Telefax +49 (0)89-6497-240 | info@fwu.de | www.fwu.de
www.fwu-shop.de
Bestell-Hotline: +49 (0)89-6497-444
vertrieb@fwu.deSie können auch lesen
