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Illustration: ein roter Hufeisenmagnet, an dem eine Kette aus Büroklammern hängt. Darunter liegt ein Kompass.

Physik · Niedersachsen · Sek I

Magnetismus und Elektromagnet

Eine Unterrichtsreihe zum Magnetismus für Klasse 5 und 6 nach dem niedersächsischen Kerncurriculum. Die Schülerinnen und Schüler untersuchen magnetische Stoffe und die Kräfte zwischen Polen, deuten Magnetisieren und Entmagnetisieren mit dem Modell der Elementarmagnete, erklären den Kompass mit dem Magnetfeld der Erde und bauen einen Elektromagneten.

Klassen
5–6
Schulformen
Gymnasium, Oberschule
Umfang
10 Unterrichtsstunden
Fach
Physik
Bundesland
Niedersachsen
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Lernziele

  • Die Schülerinnen und Schüler unterscheiden magnetische von nicht magnetischen Stoffen und widerlegen die Vorstellung, dass alle Metalle angezogen werden.
  • Sie beschreiben Dauermagnete durch Nord- und Südpol, deuten damit Anziehung und Abstoßung und begründen, dass sich die Pole nicht trennen lassen.
  • Sie erklären Magnetisieren, Entmagnetisieren und das Teilen von Magneten mit dem Modell der Elementarmagnete und nennen Grenzen des Modells.
  • Sie machen Magnetfelder mit Eisenfeilspänen sichtbar, beschreiben die Erde als Magneten und erläutern Aufbau und Wirkungsweise eines Kompasses.
  • Sie bauen einen Elektromagneten nach Schaltplan, untersuchen, wovon seine Stärke abhängt, und nennen Anwendungen im Alltag.
  • Sie begründen Sicherheitsregeln beim Umgang mit starken Magneten und elektrischen Stromkreisen.

Bezug zum Kerncurriculum

Kerncurriculum für das Gymnasium Schuljahrgänge 5–10 Naturwissenschaften (Niedersachsen, 2015), Teil Physik

  • Inhaltsbereich: Magnetismus und Elektrizität
  • Kompetenzerwartung: unterscheiden die Wirkungen eines Magneten auf unterschiedliche Gegenstände und klassifizieren die Stoffe entsprechend.
  • Kompetenzerwartung: wenden diese Kenntnisse an, indem sie ausgewählte Erscheinungen aus dem Alltag auf magnetische Phänomene zurückführen.
  • Kompetenzerwartung: beschreiben Dauermagnete durch Nord- und Südpol und deuten damit die Kraftwirkung.
  • Kompetenzerwartung: wenden diese Kenntnisse zur Darstellung der Erde als Magnet an.
  • Kompetenzerwartung: geben an, dass Nord- und Südpol nicht getrennt werden können.
  • Kompetenzerwartung: beschreiben das Modell der Elementarmagnete
  • Kompetenzerwartung: beschreiben den Aufbau und deuten die Wirkungsweise eines Kompasses.
  • Kompetenzerwartung: beschreiben die Wirkungsweise eines Elektromagneten.
  • Kompetenzerwartung: ziehen das Modell der Elementarmagnete zur Deutung von Beobachtungen heran.
  • Kompetenzerwartung: begründen Sicherheitsregeln im Zusammenhang mit Magnetismus und Elektrizität.

Ablauf

  1. Abschnitt 1

    Magnete und magnetische Stoffe

    Welche Stoffe ein Magnet anzieht, Wirkung durch Stoffe hindurch, Abschirmung durch Eisen, Abstand, Sicherheit mit Magneten.

    • Lektion

      Welche Stoffe zieht ein Magnet an?

      Am Kühlschrank hält ein Magnet einen Zettel fest. An der Holztür fällt derselbe Magnet sofort herunter. In deinem Federmäppchen liegen Büroklammern…

    • Aufgabe

      Magnet-Detektive

      Teste zu Hause zehn Gegenstände mit einem Kühlschrankmagneten.

      1. Schreibe vorher deine Vermutung auf: angezogen oder nicht?
      2. Lege eine Tabelle an: Gegenstand, Stoff, Vermutung, Beobachtung.
      3. Markiere die Gegenstände, bei denen deine Vermutung falsch war, und erkläre, warum.

  2. Abschnitt 2

    Nordpol und Südpol

    Pole als Orte stärkster Wirkung, Anziehung und Abstoßung, Pole bestimmen, Teilen eines Magneten.

    • Lektion

      Nordpol und Südpol: Anziehung und Abstoßung

      Lege zwei Stabmagnete auf den Tisch und schiebe sie langsam aufeinander zu. Manchmal schnappen sie zusammen. Drehst du einen Magneten um, weicht der…

    • Merkhilfe

      Nur Abstoßung beweist, dass ein Gegenstand ein Magnet ist. Anziehen kann ein Magnet auch gewöhnliches Eisen.

  3. Abschnitt 3

    Modell der Elementarmagnete

    Elementarmagnete ungeordnet und geordnet, Magnetisieren und Entmagnetisieren, Weicheisen und Stahl, Grenzen des Modells.

    • Lektion

      Das Modell der Elementarmagnete: magnetisieren und entmagnetisieren

      Streiche mit dem Nordpol eines Magneten zehnmal in dieselbe Richtung über eine Stricknadel aus Stahl. Danach zieht die Nadel selbst Büroklammern an…

    • Material

      Elementarmagnet (Wikipedia)

      Wikipedia, Lizenz: CC BY-SA 4.0

    • Aufgabe

      Eine Nadel magnetisieren

      Magnetisiere eine Büroklammer, die du vorher aufgebogen hast, indem du 20-mal mit einem Pol eines Magneten in dieselbe Richtung darüberstreichst.

      1. Zähle, wie viele kleine Büroklammern sie danach anhebt.
      2. Lass sie fünfmal auf den Boden fallen und zähle erneut.
      3. Erkläre beide Ergebnisse mit dem Modell der Elementarmagnete.

  4. Abschnitt 4

    Magnetfeld, Erde und Kompass

    Magnetfeld und Feldlinien, die Erde als Magnet, Aufbau und Wirkungsweise eines Kompasses, Störungen.

  5. Abschnitt 5

    Der Elektromagnet

    Magnetfeld eines stromdurchflossenen Drahtes, Spule und Eisenkern, Stärke und Pole, Anwendungen, Bau eines Elektromagneten.

  6. Abschnitt 6

    Üben und typische Fehler

    Zusammenfassung, sieben typische Fehler, vollständig gelöste Aufgaben und Übungsmix zur Sicherung.

    • Lektion

      Magnetismus üben: Zusammenfassung und typische Fehler

      Du kennst jetzt magnetische Stoffe, Pole, Elementarmagnete, das Magnetfeld der Erde und den Elektromagneten. In dieser Lektion fasst du alles…

    • Aufgabe

      Lernplakat Magnetismus

      Gestalte ein Lernplakat mit fünf Regeln zum Magnetismus. Zeichne zu jeder Regel eine kleine Skizze und schreibe einen typischen Fehler dazu, den man vermeiden sollte.

Hinweise für Lehrkräfte

Einordnung in das Kerncurriculum

Das Kerncurriculum Naturwissenschaften für das Gymnasium (2015) ordnet Dauermagnete und einfache Stromkreise dem Doppeljahrgang 5/6 zu. Bis Ende Jahrgang 6 sollen die Schülerinnen und Schüler Stoffe nach ihrer magnetischen Wirkung klassifizieren, Dauermagnete durch Nord- und Südpol beschreiben, die Erde als Magnet darstellen, den Kompass deuten, das Modell der Elementarmagnete beschreiben und die Wirkungsweise eines Elektromagneten beschreiben. Im Kerncurriculum der Oberschule (2013) bildet „Dauermagnetismus“ einen eigenen Themenbereich bis Ende Jahrgang 6, Elektromagnete gehören dort zum Themenbereich Elektrizität im selben Doppeljahrgang. Die Reihe passt an beiden Schulformen.

Zeitplan (etwa 10 Stunden)

AbschnittStundenSchwerpunkt
1 Magnetische Stoffe2Schülerversuch Stoffe testen, Abschirmung, Abstand
2 Pole2Anziehung und Abstoßung, Pole bestimmen, Teilen
3 Elementarmagnete2Magnetisieren und Entmagnetisieren, Modell und Grenzen
4 Magnetfeld, Erde, Kompass1–2Feldlinienbilder, Erdmagnetfeld, Schwimmkompass
5 Elektromagnet2Ørsted-Versuch, Nagel-Elektromagnet, Anwendungen
6 Sicherung1Fehlerliste, Übungsmix

Sicherheit

  • Starke Magnete (Neodym): Quetschgefahr und Splitter beim Zusammenschnappen. Kleine Magnete dürfen nicht verschluckt werden: Zwei verschluckte Magnete können sich durch die Darmwand anziehen. Für Schülerversuche reichen Ferrit- und AlNiCo-Schulmagnete.
  • Implantate: Die RiSU nennt Trägerinnen und Träger von Implantaten (zum Beispiel Herzschrittmacher, Cochlea-Implantat) als besonders schutzbedürftig bei Versuchen mit Magnetfeldern. Fragen Sie vorab und sorgen Sie gegebenenfalls für Abstand.
  • Elektromagnet: Nur Batterien (Flachbatterie 4,5 V) oder Schulnetzgeräte mit nicht berührungsgefährlicher Spannung (unter 25 V AC / 60 V DC) verwenden. Eine Spule aus Kupferlackdraht hat einen kleinen Widerstand, der Strom ist entsprechend groß: Draht und Batterie erwärmen sich. Strom nur kurz einschalten. Abisolieren des Lackdrahtes mit Schleifpapier, nicht mit Messer oder Feuerzeug.
  • Eisenfeilspäne: Nicht in die Augen reiben, nach dem Versuch Hände waschen. Feilspäne in eine Klarsichthülle oder unter eine Glasplatte geben, dann bleiben sie sauber und sind wiederverwendbar.
  • Lasthebemagnet: Bei Versuchen, in denen ein Elektromagnet Lasten hebt, auf die Gefahr bei Stromunterbrechung achten (RiSU).

Didaktische Hinweise

  • Beginnen Sie mit einem Vermutungs- und Prüfauftrag (Lektion 1). Die Fehlvorstellung „Metall wird angezogen“ wird so durch die Schülerinnen und Schüler selbst widerlegt. Aluminiumdosen, Messingschlüssel und 10-Cent-Münzen sind gute Gegenbeispiele.
  • Der Satz „Nur Abstoßung beweist einen Magneten“ ist ein gutes Beispiel für naturwissenschaftliches Argumentieren und taucht in den Aufgaben mehrfach auf.
  • Das Modell der Elementarmagnete wird ausdrücklich als Modell eingeführt (Kompetenzbereich „Mit Modellen arbeiten“). Das Reagenzglas mit Eisenfeilspänen ist ein anschaulicher Analogversuch. Besprechen Sie die Grenzen des Modells.
  • Feldlinien sind im Kerncurriculum des Gymnasiums für 5/6 nicht ausdrücklich verlangt. Lektion 4 nutzt sie nur qualitativ, um den Kompass und die Erde als Magnet zu verstehen.
  • Die Polbezeichnung der Erde ist eine Stolperstelle: Am geografischen Nordpol liegt ein magnetischer Südpol. Lassen Sie das mit der Regel „ungleichnamige Pole ziehen sich an“ begründen statt auswendig lernen.

Typische Fehlvorstellungen

  • Alle Metalle sind magnetisch.
  • Anziehung beweist, dass beide Körper Magnete sind.
  • Die Farbe markiert, wo „der Magnet“ ist.
  • Man kann Nord- und Südpol durch Zerbrechen trennen.
  • Am geografischen Nordpol liegt ein magnetischer Nordpol.
  • Magnetismus und Elektrizität sind dasselbe (der Elektromagnet zeigt einen Zusammenhang, aber ein Dauermagnet braucht keinen Strom).

Differenzierung

  • Grundlagenaufgaben fragen Begriffe und Regeln ab. Weiter-Aufgaben verlangen Erklärungen mit dem Modell oder eine Versuchsplanung.
  • Für leistungsstärkere Lernende: Knobelaufgaben (Kompass am magnetischen Pol, Eisenstab unter drei Stäben finden) und die Frage, warum Edelstahl oft nicht angezogen wird.
  • Für Lernende mit Sprachförderbedarf: Wortspeicher mit Nordpol, Südpol, anziehen, abstoßen, Elementarmagnet, Spule, Eisenkern.

Prozessbezogene Kompetenzen

  • Erkenntnisgewinnung: Vermutungen prüfen, Versuche mit Tabelle planen und auswerten, nur einen Parameter verändern (Windungszahl).
  • Mit Modellen arbeiten: Beobachtungen mit dem Modell der Elementarmagnete deuten.
  • Kommunikation: Versuchsprotokolle, einfache Schaltpläne zeichnen.
  • Bewertung: Sicherheitsregeln für Magnete und Stromkreise begründen.

Häufige Fragen

In welcher Klasse wird Magnetismus in Niedersachsen unterrichtet?

Dauermagnetismus gehört an Gymnasium und Oberschule zum Doppeljahrgang 5/6. Der Elektromagnet steht in beiden Kerncurricula ebenfalls bis Ende Jahrgang 6.

Wie viele Stunden braucht die Reihe?

Etwa 10 Unterrichtsstunden, davon mehrere mit Schülerversuchen. Ohne den Bau des Elektromagneten reichen 8 Stunden.

Welches Material wird für die Versuche gebraucht?

Stab- und Hufeisenmagnete, Büroklammern, Eisennägel, Gegenstände aus verschiedenen Stoffen, Eisenfeilspäne, Kompasse, Kupferlackdraht und Flachbatterien 4,5 V. Das ist in den meisten Physiksammlungen vorhanden.

Passt die Reihe auch für die Oberschule?

Ja. Das Oberschul-Kerncurriculum verlangt fast dieselben Inhalte zum Dauermagnetismus bis Ende Jahrgang 6, nur die Erde als Magnet nennt es nicht ausdrücklich. Den Elektromagneten führt es im Themenbereich Elektrizität.

Quellen

Bildnachweise

  • Titelbild: KI-generiert
  • Oben liegen sich zwei Stabmagnete mit Nordpol und Nordpol gegenüber, Pfeile zeigen nach außen: Abstoßung. Darunter Südpol und Südpol, ebenfalls Abstoßung. Unten liegen Nordpol und Südpol gegenüber, Pfeile zeigen zueinander: Anziehung.: Eigene Darstellung
  • Links ein Eisenstab mit vielen kleinen Pfeilen, die kreuz und quer in alle Richtungen zeigen: unmagnetisiert. Rechts derselbe Stab, alle Pfeile zeigen nach rechts, rechts liegt der Nordpol N, links der Südpol S: magnetisiert.: Eigene Darstellung
  • Die Erde als Kreis mit Drehachse und geografischem Nord- und Südpol. Innen ein gedachter, leicht schräger Stabmagnet: Südpol oben beim geografischen Nordpol, Nordpol unten. Daneben ein Kompass, roter Nordpol nach Norden.: Eigene Darstellung
  • Schaltplan: Eine Batterie, ein Schalter und eine Spule mit Eisenkern sind zu einem geschlossenen Stromkreis verbunden. Neben dem Eisenkern hängen Büroklammern.: Eigene Darstellung

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