schulintern abgesprochenen Lehrplan für die Klassen 10
Werbung
Schulcurriculum Physik für die Jahrgangsstufen EF – Q2 (SII) am Evangelischen Gymnasium Meinerzhagen Stunden Fachliche Inhalte (Stufe) Kontexte / Versuche Kompetenzen und didaktisch-methodische Hinweise Stufe EF.1 (40 Stunden zu 60 min) 20 Mechanische Schwingungen 12 Beispiele und grundlegende Definitionen Fadenpendel Federpendel (vertikal und horizontal) ungedämpfte harmonische Schwingung (lineare Schwingungen) nicht-lineare Schwingungen Blattfeder (mit Drehspiegel und Laser) Schwingungsgleichung eventuell Überlagerung zweier Schwingungen mit "gekreuzten" Blattfedern Lissajou-Figuren und/oder zwei Stimmgabeln 4 gedämpfte Schwingungen Aufnahme und Auswertung mit unterschiedlichen Geräten (Fahrbahn und CASSY, X-Y-Schreiber, Oszilloskop Glasfahrbahn mit X-Y-Schreiber) Vor- und Nachteile der verschiedenen Aufnahmegeräte Beschreibung von Schwingungen (Periodizität, Amplitude, Elongation, Frequenz, Schwingungsdauer) Energieformen (Lage-, Spann und Bewegungsenergie) bei Schwingungen (hier noch ohne Berechnungen, nur beschreibend) SÜ mit Faden- und Federpendel. Fragestellung: Wovon hängt T ab, nicht (!) ab (Auslenkung, Masse, Fadenlänge, …). und Thomsonformel: horizontales Federpendel mit großem "Reiter" als Bremse - CASSY bifilar aufgehängter Scheibenmagnet pendelt zwischen den Platten des Demonstrationskondensators Wirbelstrombremse - X-Y-Schreiber Nachweis der Eigenschaft "exponentieller Zerfall": Halbwertszeit Vergleich gedämpfte - ungedämpfte Schwingung unter dem Energieaspekt - nur beschreibend 2 Resonanz frei schwingende Systeme erzwungene Schwingungen Abhängigkeit der Schwingungsamplitude von der Anregungsfrequenz 2 gekoppelte Schwingungen zwei Pendel mit X-Y-Schreiber Enegieübertragung 20 und Für die Projektnachmittage eignen sich: SÜ zu Pendel und/oder Botafumeiro mit Nachbau eines entsprechenden Pendels Eigenfrequenz als Frequenz eines frei schwingenden Systems Resonanzfrequenz Weihrauchkessel Botafumeiro in Santiago di Compostela (Video) Resonanzkatastrophe in Natur und Techik o Brücke von Takoma - http://www.youtube.com/watch?v=3mclp9QmCGs o und/oder Millennium Bridge in London Mechanische Wellen 4 Einführung und grundlegende Definitionen Wasserwellenwanne Wellenerreger, Elementarwellen, Wellenträger, Wellenstrahl, Wellenfront, Wellenlänge, Wellengleichung: , Energietransport ohne Materietransport 6 Interferenz Wasserwellen/Schallwellen Überlagerung mehrerer Wellen auf einem Träger konstruktive und destruktive Interferenz Doppelspalt - zwei Wellenerreger, Wellenfeld (mit Wasserwellen, Kleinwinkelnäherung und Herleitung der entsprechenden Formeln Lautsprechern und Mikrowellen, 1 Stunden Fachliche Inhalte (Stufe) Kontexte / Versuche 2 Klassifizierung Wasserwellen/Schallwellen Kompetenzen und didaktisch-methodische Hinweise Longitudinal- und Transversalwellen 3 Reflexion Gummiband / lange Feder eventuell Mikrowellen Reflexion am festen/losen Ende stehende Wellen 5 sichtbares Licht Laser - Doppelspalt Optik aus der SI Bestimmung der Wellenlänge des Laserlichtes Brechung Erläuterung der Brechung mit Wellen- und Teilchenmodell des Lichtes Stufe EF.2 (40 Stunden zu 60 min) 40 klassische Mechanik - Dynamik des Massenpunktes - Energie und Arbeit 12 Gesetze der gleichförmigen und gleichmäßig beschleunigten Bewegung Luftkissenfahrbahn Glasfahrbahn Rollenfahrbahn und Staubfiguren Freier Fall Aufnahme und Auswertung mit unterschiedlichen Geräten (Fahrbahn und CASSY, X-Y-Schreiber, Oszilloskop Glasfahrbahn mit X-Y-Schreiber) Modell des Massenpunktes Beschreibung verschiedener Bewegungen Momentangeschwindigkeit, Durchschnittsgeschwindigkeit Beschleunigung Interpretation von Weg-Zeit- und Geschwindigkeits-Zeit-Diagrammen träge Masse, Trägheitssatz Newtonsche Grundgesetze Luftkissenbahn Trägheitssatz (auch Galilei) Kräfte als Ursache von Bewegungsänderungen Wechselwirkungsgesetz Kurvenfahrt Auffahrunfall Anfahren - Fahrstuhl waagerechter Wurf senkrechter Wurf schiefer Wurf Interpretation von Weg-Weg-Diagrammen Berechnung der Wurfweite, der Wurfhöhe, der Wurfdauer und des Auftreffwinkels 7 Kraft, Grundgleichung der Mechanik 8 Wurfbewegungen Wurfapparat 7 Impuls, Impulserhaltung Luftkissenbahn Stoßversuche mit verschiedenen Kugeln zentraler Stoß schiefer Stoß Geschwindigkeit von Pistolenkugeln 6 verschiedene Energieformen, Fadenpendel Federpendel Wurfbewegungen gedämpfte Schwingungen Luftreibung Analyse verschiedener Vorgänge unter den Aspekten Energieumwandlung, -erhaltung und -entwertung Energieerhaltung und Energieentwertung 2 Stunden Fachliche Inhalte (Stufe) Kontexte / Versuche Kompetenzen und didaktisch-methodische Hinweise Stufe Q1 (144 Stunden) 144 Elektrostatik, el. und mag Felder, el. mag. Schwingungen und Wellen, Wellenoptik, Relativitätstheorie 38 Ladungen und Felder 16 Stromkreis und el. Ladung Eigenschaften von Ladungen Elektrisches Feld Feldbegriff, Definition, Feldlinien als Modell homogenes el. Feld 12 Arbeit im Feld, Potential, Spannung Flächenladungsdichte und Verschiebungsstrom 8 Radialsymmetrisches Feld 24 Elektromagnetismus 8 Das mag. Feld, Definition Plattenkondensator Messung der Feldstärke z.B. Elektrofeldmeter, Glasfahrbahn, Schürholzwaage Serien- und Parallelschaltung von Kapazitäten Materie im el. Feld Millikanversuch Lorentzkraft bewegte Ladungen im el. und mag. Feld Wiederholung und Vertiefung der el. Größen aus der Mittelstufe. Umgang mit el. Messgeräten Stromstärke und Zeit als Grundgrößen Definition des el. Feldes unabhängig von der felderzeugenden Ladung als feldbeschreibende Größe Feldlinien als Modell Analogie zur Reihen- und Parallelschaltung von Widerständen erkennen Potentielles Facharbeitsthema, Bedeutung experimenteller Ergebnisse für die Entwicklung von Modellen in den Naturwissenschaften Spannungsmessung in der Praxis Flammensonde Plattenkondensator „auseinanderziehen“ und Spannungsveränderung beobachten Ladungslöffel an der Kondensatorplatte oder im el. Feld durch Trennen aufladen. Spannung als abgeleitete Größe Einfluss der Messung auf die zu messende Größe, „idealer Spannungsmesser“ Verbindung zwischen Arbeitsbegriff in der Mechanik und dem el. Feld erkennen Nachweis von E~1/r² mit Elektro- Darstellung von Feldlinien Def. der mag. Flussdichte Mag. Feld eines Einzelleiters bzw. einer Spule Messung der Kraft auf stromdurchflossene Leiter (Stromwaage) Analogie zum el. Feld erkennen Herleitung der Lozentzkraft Hallsonde als Anwendung bzw. Messgerät Freie Elektronen im E_ und B-Feld Fadenstrahlrohr zur e/m-Bestimmung von Elektronen Anwendungen wie Röhrenmonitor, Oszilloskop, aber auch Filteranlagen Hallsonden in der Technik feldmeter oder Schürholzwaage Kapazität des Kugelkondensators Kraft auf stromdurchflossenen Leiter. 8 Widerstände in Serien- und Parallelschaltungen messen und berechnen. Wärmeleistungen Darstellung von Feldlinien mit Kunststofffasern Versuche zur Influenz Felderzeugende und feldbeschreibende Größen erkennen und Zusammenhang herstellen Analogie zum Gravitationsfeld der Erde, Arbeit im Gravitationsfeld und Coulombfeld Potential im Radialfeld als beschreibende Größe erkennen Berechnung der Arbeit durch Integration . Äquipotentialflächen. Unabhängigkeit der Arbeit vom Weg. Zylinderspule als äquivalente Anordnung zum Plattenkondensator erkennen Elektromagnete im Alltag, der Elektromotor und weitere Anwendungen. Frei bewegliche Ladungen in Feldern: Polarlichter. Teichenbeschleuniger… 3 Stunden Fachliche Inhalte (Stufe) 8 Induktion I – Induktion durch Bewegung Kontexte / Versuche Grundversuche mit Neva-Gerätesatz Kompetenzen und didaktisch-methodische Hinweise Generator in Theorie und Praxis am Beispiel einer Lichtmaschine 8 Lentzsche Regel Thomsonscher Ring Waltenhof-Pendel Lentzsche Regel als Konsequenz aus dem Energieerhaltungssatz erkennen. Lentzsche Regel im Alltag: Retarder, Wirbelstrombremsen in Fahrgeschäften 12 Induktion II – Induktion durch Flussänderung Selbstinduktion Ein-und Ausschaltvorgänge bei Kapazitäten und Induktivitäten Grundversuche mit Neva-Gerätesatz Transformator Grundversuche mit Spule und Kondensator im Gleichstromkreis Unbelasteter idealer Trafo, realer Trafo mit und ohne Belastung Wie entsteht der Zündfunke bei einem Benzinmotor? 28 Elektromagnetische Schwingungen und Wellen 8 Wechselstromkreis und Schwingkreis Spule und Kondensator im Wechselstromkreis Gegenüberstellung von mechanischen Schwingungen und el. mag. Schwingungen mit 1 Hz - Schwingkreis 8 Erzeugung ungedämpfter Schwingungen Dipol Meißnerschaltung mit Triode in verschiedenen Frequenzbereichen Dreipunktschaltung und Dipol Energiebilanz bei einer gedämpften Schwingung Rückkopplungsmechanismen erkennen 12 Elektromagnetische Strahlung und Welle, Mikrowellen Nah- und Fernfeld des Dipols, Interferenzeffekte bei der Dipolstrah- El. mag. Welle als Grundlage moderner Kommunikation Analogie zum Verhalten der mechanischen Welle erkennen Zeigerdiagramme als mathematisches Modell Analogie zwischen mechanischen und elektrischen Größer erkennen Differentialgleichung als mathematisches Hilfsmittel anwenden Energieformen beim mechanischen Schwinger und im el. Schwingkreis gegenüberstellen lung, Interferenzen bei cm - Wellen Stehende Wellen Analogieexperimente zur Strahlenoptik (Reflexion, Polarisation und Brechung) 28 Ausbreitung von Licht 4 Lichtgeschwindigkeit Messung der Lichtgeschwindigkeit Ausbreitungsgeschwindigkeit von el.mag. Wellen auf Leitern Potentielles Facharbeitsthema Lichtgeschwindigkeitsmessung früher und heute 24 Interferenzen bei Licht Interferenzen an Einfachspalt, Mehrfachspalt und Gitter Fresnelspiegel Interferenzen an dünnen Schichten Newtonglas Analogie zu mechanischen Wellen, insbesondere zu den Wasserwellen aus der EF erkennen Grenzen der Gültigkeit der Gesetze der Strahlenoptik erkennen Wellenlängen und Farben, Infrarot und Ultraviolett 8 Relativitätstheorie 8 Grundlagen der relativistischen Kinematik Äquivalenz von Masse und Energie Michelsoninterferometer Folgen aus der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit Massenzunahme Äquivalenz Masse und Energie Stufe Q2 (88 Stunden) 4 Stunden Fachliche Inhalte (Stufe) Kontexte / Versuche 8 Thermodynamik 8 Einführung in die Thermody- Atomistik, Mol namik Ideale Gase Kompetenzen und didaktisch-methodische Hinweise - Der Molbegriff wird in der Atomphysik wieder aufgegriffen - Einsatz mehrere Stirlingmotormodelle, Wärmepumpe und Kühlschrank Hauptsätze der Thermodynamik Wärmekraftmaschinen 66 Atomphysik 24 Quantenphysik 18 Wechselwirkungen von elekt- Photoeffekt, Compton-Effekt, Paar- romagnetischen Wellen mit bildung Materie - Anwendungen der Photozelle, auch als Energiequelle Verbindung zur kurzwelligen Grenze des Röntgenspektrums CE mit Szintillationszähler als Versuch Versuche zur Messung von h mit der Gegenfeldmethode und mit Leuchtdioden 6 Materiewellen Biografie von Louis de-Broglie Anbindung an das Debye-Scherrer-Verfahren mit Röntgenstrahlen. Welleneigenschaften von Elektronen, De-Broglie-Wellenlänge, Taylorver- such Dualismus Heisenbergsche Unschärfe Quantenzahlen 20 Atommodelle 2 Entwicklung der Atommodelle Thomson, Rutherford - Geschichtliche Einbindung in die Physik um 1900, viele Anknüpfungspunkte zur Quantenphysik und der Entdeckung der Kathodenstrahlen 18 Bohrsches Atommodell Termschema des Wasserstoffs - Schülerversuch zur Messung des Wasserstoffspektrums, Serien des Wasserstoffes Emission, Absorption - Eindrucksvolle Versuche mit Na- und Hg-Licht FHV - FHV mit verschiedenen Röhren Moseley-Gesetz - Komplexe Zusammenhänge bei Röntgenemission und -absorption Linearer Potentialtopf - Grenzen des Bohrschen Atommodells 22 Kernphysik 5 Stunden Fachliche Inhalte (Stufe) Kontexte / Versuche Kompetenzen und didaktisch-methodische Hinweise 20 Radioaktive Strahlung Nachweismöglichkeiten - Die ionisierende Wirkung wird mit den Entwicklungen Elektroskop Ionisationskammer GMZ gezeigt. Erklären der Funktionsweise von Messmethoden Eigenschaften der Strahlung - Vertiefung der Klasse 9, Beschreiben von Grundstrukturen Zerfallsgesetz, Halbwertszeit - Hier kann mathematisch an die Kondensatorentladung angeknüpft werden. Geschwindigkeit der - Strahlen - Halbjahrsübergreifender, abiturvorbereitender Versuch in der Ablenkkammer Absorption der - Strahlung - Weitere Anwendung der e-Funktionen Energiespektrum beim - und - Zerfall 2 Kernspaltung und Kernkraft- Kernspaltung werke Nutzen und Risiken der Kernenergie 14 Abiturwiederholung - Originalbrief von W. Pauli zur Postulierung der Neutrinos als guter Einblick in den historischen Hintergrund. Einsatz des Szintillationszählers, Verbindung zum Photo – und Compton-Effekt, Energieniveaus des Kerns vergleichbar mit denen der Hülle, Anwendungen aus der Medizin Gesellschaftspolitische Diskussionen der Nutzung von Kernenergie Historische Bedeutung der Entwicklung der Atombombe Relativitätstheorie und Thermodynamik nur in LK 6
