Stoffverteilungsplan Impulse Physik Oberstufe Rheinland
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Impulse Physik Oberstufe Gesamtband (Ausgabe 2016, ISBN 978-3-12-772690-9) Stoffverteilungsplan Einführungsphase und Qualifikationsphase Rheinland-Pfalz Auf den folgenden Seiten finden Sie einen Vorschlag für einen Stoffverteilungsplan zum Lehrplan Physik. Der Lehrplan enthält folgende Vorgaben: - In der Einführungsphase sind alle sieben Pflichtbausteine im Unterricht zu behandeln, von den sechs Wahlpflichtbausteinen sind zwei auszuwählen und zu unterrichten. - In der Qualifikationsphase ist die Behandlung der elf Pflichtbausteine vorgeschrieben. Sie sind um zwölf Bausteine zu ergänzen, die aus dem Wahlpflichtbereich ausgewählt werden können. Der vorliegende Stoffverteilungsplan ordnet jedem Lehrplanbaustein die passenden Seiten des Schülerbuches zu. Für die Qualifikationsphase wurde diese Zuordnung für die Bausteine des Leistungsfachs vorgenommen. Diese kann auch als Orientierung für die Lehrplanbausteine des Grundfachs dienen. Thema / LF / Pflichtbausteine der Einführungsphase Ustd Inhalte Kompetenzen Kinematik 10 - Bewegungsgrößen - gleichförmige Bewegung - gleichmäßig beschleunigte Bewegung Seite im Schülerbuch 772690 / Impulse Physik Oberstufe Kapitel: Beschreiben von Bewegungen - Formale und begriffliche Grundkenntnisse bereitstellen und einen sicheren Umgang mit den Bewegungsgrößen einüben. - Begriffsbildung, Mathematisierung und Idealisierung im Sinne des Methodenlernens fördern. S. 8 S. 10 S. 14 S. 15 S. 16 S. 18 S. 20 S. 21 Dynamik 10 - Wechselwirkungskonzept für Kräfte - Trägheit - Grundgleichung der Mechanik - Wechselwirkungsprinzip Kapitel: Ursache von Bewegungen - Eine Vertrautheit mit dem Kraftkonzept bewirken und einen sicheren Umgang mit der Grundgleichung einüben. - Bei einem Aufbau der Mechanik über den Impuls oder die Impulsströme den Baustein Erhaltungssätze der Mechanik integrieren. Erhaltungssätze der Mechanik 10 - Energie; Impuls - Energieerhaltungssatz - Impulserhaltungssatz Beobachten von Bewegungen Geradlinige Bewegungen mit konstanter Geschwindigkeit Experiment: Untersuchung nicht gleichförmiger Bewegungen Geradlinige Bewegungen mit veränderlicher Geschwindigkeit Methoden: Ableiten Methoden: Auswerten von Beschleunigungsvorgängen Experiment: Untersuchung von Fallbewegungen Fallbewegungen S. 38 S. 40 S. 41 S. 42 S. 43 S. 47 S. 45 S. 46 Kräfte Experiment: Untersuchung der Wechselwirkung von Körpern Kraft und Gegenkraft Trägheit Experiment: Kräfte beschleunigen Körper Kraft, Masse, Beschleunigung Methoden: Physikalische Formeln verstehen Exkurs: Die Newton’schen Axiome Kapitel: Erhaltungssätze - Das Konzept der Erhaltung und die Methode des Bilanzierens in ihrer Bedeutung demonstrieren und deren Anwendung einüben. - Bei einem Zugang über mengenartige Größen diesen Baustein vorziehen. Eine Fortführung des Energiekonzeptes in entsprechenden Bausteinen der Qualifikationsphase beachten. S. 62 S. 63 S. 64 S. 65 S. 66 S. 67 S. 68 S. 71 S. 76 S. 77 S. 80 Experiment: Die Energie der Bewegung Experiment: Die Spannenergie Mechanische Energie Methoden: Energieerhaltungsprinzip an der schiefen Ebene Energie und freier Fall Das Energiekonzept Energieübertragung Methoden: Energieerhaltung beim Lösen von Problemen Experiment: Untersuchung von Stoßvorgängen Impuls Impuls und Kraft Stoffverteilungsplan EP/QP RP zu Impulse Physik Oberstufe 2 Kreisbewegung 6 - beschreibende Größen - gleichförmige Kreisbewegung als beschleunigte Bewegung Kapitel: Beschreiben von Bewegungen / Ursache von Bewegungen - Formale und begriffliche Grundkenntnisse bereitstellen und einüben. - Eine integrierte Behandlung in Kombination mit anderen Bausteinen ist möglich. S. 29 S. 30 S. 30 S. 48 S. 49 Methoden der Mechanik 10 - Kraftansatz; Energieansatz - Messwerterfassung und Fehlerbetrachtungen mechanischer Größen Kapitel: Beschreiben von Bewegungen / Erhaltungssätze - Die kombinierte Nutzung gewonnener Erkenntnisse und Methoden einüben. - Methodenlernen anhand komplexerer Problemstellungen zur Mechanik fördern. Eine gesplittete Behandlung in Kombination mit anderen Mechanikbausteinen ist möglich. S. 13 S. 23 S. 51 S. 54 S. 56 S. 73 S. 74 S. 81 S. 468 Elektrische Wechselwirkung I 10 - elektrische Ladung; Stromstärke - elektrische Influenz - Coulomb-Wechselwirkung - Radialfeld; elektrische Feldstärke - Bewegung einer Punktladung im homogenen elektrischen Feld - Kondensator - elektrische Feldenergie - Elementarladung Methoden: Wie genau dürfen, wie genau müssen Messergebnisse sein? Methoden: Videoanalyse Exkurs: Scheinkräfte Methoden: Die computergestützte Modellbildung Methoden: Modelbildung an einem Beispiel mit nicht konstanter Kraft Exkurs: Der Weg zum Energieerhaltungssatz Methoden: Physik und Straßenverkehr: zwei Sichtweisen Methoden: Raketenflug Umgang mit Messfehlern Kapitel: Elektrisches Feld - Grundkenntnisse und ein strukturierendes Überblickswissen bereitstellen. - Die Begrifflichkeit kann auch über das homogene Feld angegangen werden. Den Zeitrahmen nicht durch überzogene Rechnungen gefährden. Elektrische Wechselwirkung II 10 Die Kreisbewegung Beschleunigung bei der Kreisbewegung Methoden: Mathematische Herleitung der Zentripetalbeschleunigung Experiment: Untersuchung von Kreisbewegungen Kräfte bei der Kreisbewegung S. 128 S. 129 S. 130 S. 131 S. 132 S. 133 S. 134 Elektrische Ladung Influenz und Polarisation Elektrische Felder Experiment: Die elektrische Feldstärke Die elektrische Feldstärke Das Coulomb’sche Gesetz Exkurs: Drucken und Lackieren – mit Hilfe elektrischer Ladung Kapitel: Elektrisches Feld - Ein solides Grundwissen vermitteln. - Beabsichtigte Vertiefungen und Ergänzungen sind in Verbindung mit dem Wahlbaustein Teilchen in Feldern möglich. - Praktikum: Äquipotentiallinien. S. 135 S. 137 S. 138 S. 140 S. 141 S. 142 S. 144 S. 145 S. 146 S. 147 Energie und Spannung im elektrischen Feld Exkurs: Die elektrische Spannung in Biologie und Medizin Der Kondensator, ein Ladungsspeicher Experiment: Eigenschaften des Kondensators Der Kondensator im Stromkreis Methoden: Der Kondensator in der Modellbildung Ladungsträger im elektrischen Feld Exkurs: Ablenkung in einer Elektronenstrahlröhre Experiment: Der Millikanversuch Nachweis der Elementarladung Stoffverteilungsplan EP/QP RP zu Impulse Physik Oberstufe 3 Thema / LF / Wahlpflichtbausteine der Einführungsphase Ustd Inhalte Kompetenzen Relativistische Dynamik 6 - Masse-Energie-Äquivalenz - Zusammenhänge zwischen Energie, Impuls, Geschwindigkeit - Grenzfälle Kapitel: Beschreiben von Bewegungen - Einen Einblick in relativistische Zusammenhänge geben und ein Bewusstsein vom Grenzfallcharakter der Newton’schen Mechanik erzeugen. - Entsprechende Formeln angeben und interpretieren. Modellbildungssysteme nutzen. Der Baustein kann auch in der Qualifikationsphase behandelt werden. Reibung 6 - Fall in Luft - Anfahr- und Bremsvorgänge - Superpositionsprinzip - waagerechter Wurf - schiefer Wurf - Die Bedeutung der Reibung bei realen Bewegungsvorgängen experimentell bewusst machen - Ein ausführliches Beispiel reicht. Entsprechende Formeln angeben und Modellbildungssysteme nutzen. - Gravitationsgesetz - Satellitenbewegung - Einen sicheren Umgang mit den Bewegungsproblemen herbeiführen. - Dieser Baustein kann als Übungs- und Vertiefungsinsel genutzt werden. Simulationen und Modellbildungssysteme nutzen. - Größenordnungen von Geschwindigkeiten, Beschleunigungen, Kräften, Energien im Straßenverkehr - sicherheitstechnische Konsequenzen; Sicherheitsregeln S. 38 S. 50 S. 57 Kräfte Kreisbewegungen im Verkehr Methoden: Simulation einer Fallbewegung S. 24 S. 26 S. 28 Bewegungen in zwei Dimensionen Wurfbewegungen Methoden: Der schiefe Wurf - Messverfahren Kapitel: Gravitiationsfeld - Ein Grundwissen vermitteln und die kombinierte Nutzung erworbener Erkenntnisse und Methoden einüben. - Eine Kombination mit dem Baustein Kreisbewegung ist bedenkenswert. Der Einsatz von Computersimulationen ist empfehlenswert. Physik und Verkehr 6 Das Michelson-Morley-Experiment Die Einstein’schen Postulate Ort, Zeit, Ereignis Experiment: Gedankenexperiment Lichtuhr Messen und Wahrnehmen Relativistische Masse, Energie und Impuls Kapitel: Beschreiben von Bewegungen Gravitation 6 S. 438 S. 439 S. 442 S. 444 S. 445 S. 450 Kapitel: Beschreiben von Bewegungen / Ursache von Bewegungen Wurfbewegungen 6 Seite im Schülerbuch 772690 / Impulse Physik Oberstufe S. 88 S. 90 S. 91 S. 95 S. 96 Bewegungen am Himmel Das Gravitationsgesetz Exkurs: Das Entstehen der Gezeiten Methoden: Punktweise Berechnung von Planetenbahnen Das Gravitationsfeld Kapitel: Beschreiben von Bewegungen / Erhaltungssätze - Fachinhalte vertiefen und ergänzen und an verkehrsphysikalischen Fragestellungen anwenden. - Ein projektartiges Arbeiten bietet sich an. Unter der Thematik können auch entsprechende Pflichtbausteine behandelt werden. S. 12 S. 18 S. 19 S. 47 S. 50 Methoden: Überholen? …Im Zweifel nie! Methoden: Auswerten von Beschleunigungsvorgängen Methoden: Was man aus Diagrammen ablesen kann Bremsvorgänge Exkurs: Eine Knautschzone hilf Leben retten Kreisbewegungen im Verkehr Stoffverteilungsplan EP/QP RP zu Impulse Physik Oberstufe 4 Physik und Sport 6 - Größenordnungen von Geschwindigkeiten, Beschleunigungen, Kräften, beim Sport - biomechanische Grundlagen - sporttechnische und sportmedizinische Konsequenzen Kapitel: Beschreiben von Bewegungen / Erhaltungssätze - Fachinhalte vertiefen und ergänzen und an sportphysikalischen Fragestellungen anwenden. - Fachübergreifende Aspekte der Thematik nutzen. Ein projektartiges Arbeiten bietet sich an. Unter der Thematik können auch entsprechende Pflichtbausteine behandelt werden. S. 70 Die Sprunghöhe Stoffverteilungsplan EP/QP RP zu Impulse Physik Oberstufe 5 Thema / LF / Pflichtbausteine der Qualifikationsphase Ustd Inhalte Kompetenzen Magnetische Wechselwirkung 10 10 - Magnetfelder und bewegte Ladungen - magnetische Feldstärke; Lorentzkraft - Halleffekt Kapitel: Magnetisches Feld - Ein solides Grundwissen vermitteln. - Strukturelle Gesichtspunkte durch Analogiebetrachtungen und Vergleiche betonen. Empfehlenswert ist die Verknüpfung mit dem Wahlbaustein Teilchen in Feldern. 10 S. 158 S. 159 S. 160 S. 161 S. 162 S. 163 S. 164 Das magnetische Feld Magnetfeld elektrischer Ströme Experiment: Untersuchung der magnetischen Feldstärke Elektronen im Magnetfeld Die Lorentzkraft Experiment: Der Hall-Effekt Elektrizitätsleitung in festen Stoffen Elektromagnetische Wechselwirkung I Kapitel: Induktion - Induktion - allgemeines Induktionsgesetz - Lenz'sche Regel; Selbstinduktion; Induktivität S. 179 - Ein solides Grundwissen vermitteln. - Entsprechend der didaktischen Absicht (grundlagenorientiert vs. anwendungsorientiert) empfiehlt sich die Verknüpfung dieses Grundlagenbausteins mit einem entsprechenden Wahlbaustein. Der enge Zeitrahmen kann damit entschärft werden Mechanische Schwingungen I 10 Seite im Schülerbuch 772690 / Impulse Physik Oberstufe - Schwingungsphänomene und beschreibende Größen - Bewegungsgleichung und Bewegungsgesetze der freien linearen Schwingung - Schwingungsdauerformel; Energie des linearen Oszillators S. 180 S. 181 S. 185 S. 188 Experiment: Erzeugung einer Induktionsspannung an einer Leiterschaukel Methode: Einsatz von Messwerterfassungssystemen I Elektrische Spannung durch Magnetfelder Die Lenz’sche Regel Selbstinduktion Kapitel: Schwingungen - Ein solides Grundwissen vermitteln. - Die Rolle der Mathematik kann hier eindrucksvoll zur Einsicht gebracht werden, indem die Thematik mit den zur Verfügung stehenden Mitteln der Analysis angegangen wird. Mathematisieren, Formelinterpretation und Analogiedenken im Sinne des Methodenlernens fördern. - Praktikum: Schwingungsdauer S. 104 S. 105 S. 106 S. 106 S. 107 S. 107 S. 108 S. 110 S. 113 Experiment: Untersuchung eines Federpendels Merkmale von Schwingungen Kräfte bei der harmonischen Schwingung Methoden: Modellbildung zum linearen Kraftgesetz Energie und harmonischer Oszillator Methoden: Die Bedeutung der Ableitung zeitlich veränderlicher Größen Methoden: Die Ableitung in der Physik Experiment: Das Fadenpendel Methoden: Darstellung einer Schwingung im Zeigermodell Elektromagnetische Schwingungen Kapitel: Induktion - elektromagnetischer Schwingkreis; Analogie zum mechanischen Oszillator - Thomson-Formel - Energie des elektrischen Schwingkreises - gedämpfte Schwingungen S. 204 S. 205 - Ein strukturierendes Grundwissen vermitteln. - Im Gegensatz zum Grundfach sind hier Herleitungen aus der Differentialgleichung angebracht. Mathematisieren, Formelinterpretation und Analogiedenken im Sinne des Methodenlernens fördern. S. 206 Der elektrische Schwingkreis Methoden: Herleitung und Lösung der Thomson’schen Schwingungsgleichung Methoden: Analogie zwischen mechanischen und elektromagnetischen Schwingungen Stoffverteilungsplan EP/QP RP zu Impulse Physik Oberstufe 6 Mechanische Wellen 10 - Entstehung und Ausbreitung von Wellen - Beschreibende Größen und Wellengleichung - Interferenz; Huygens'sches Prinzip - stehende Wellen Kapitel: Wellen - Ein solides Grundwissen vermitteln. - Im Gegensatz zum Grundfach sind hier vertiefende Übungen zu empfehlen. Es kann auch sinnvoll sein, interaktive Computersimulationen zu nutzen. - Praktikum: Stehende Wellen S. 214 S. 216 S. 218 S. 222 S. 224 S. 225 S. 226 S. 228 S. 230 Wellenoptik I 10 - Doppelspaltexperiment und Wellenmodell des Lichts - Auflösungsvermögen - Polarisation - elektromagnetisches Spektrum Kapitel: Wellenmodell des Lichtes - Eine Vertrautheit mit dem Wellenmodell herstellen und dessen Anwendung auf Lichtphänomen fördern. - Ergänzend oder ersatzweise sind unter Beachtung des Zeitrahmens auch andere Experimente möglich (Fresnelspiegel, Einfachspalt, Gitter,...). Eine evtl. Fortführung in dem Wahlbaustein Wellenoptik II bedenken Mikroobjekte I 10 - quantenmechanisches Verhalten von freien Elektronen und Photonen am Doppelspalt (experimentelle Befunde) - Wahrscheinlichkeitswelle - Heisenberg'sche Unschärferelation - Fotoeffekt - Comptoneffekt S. 250 S. 251 S. 257 S. 258 S. 262 S. 263 S. 269 S. 272 Experiment: Untersuchung von Licht am Zweifachspalt Interferenzen am Zweifachspalt Experiment: Untersuchung von Licht am optischen Gitter Interferenz von Licht am optischen Strichgitter Beugung von Licht Beugung begrenzt das Auflösungsvermögen Polarisation des Lichtes Das Spektrum elektromagnetischer Strahlung Kapitel: Quantenobjekte - In die quantenphysikalische Denkweise als Fundament naturwissenschaftlicher Bildung einführen. - Die Problematik der Begriffsbildung auf der Basis der experimentellen Befunde am Doppelspaltexperiment thematisieren. Mikroobjekte III 10 Mechanische Wellen Harmonische Wellen Methoden: Mathematische Beschreibung von Wellen Überlagerung von Wellen Methoden: Interferenz Experiment: Erzeugung stehender Wellen an einem Gummiband Stehende Wellen Experiment: Ausbreitung von Wasserwellen Das Huygens’sche Prinzip S. 281 S. 282 S. 289 S. 290 S. 292 S. 298 S. 305 Interferenz mit Elektronen Elektronen am Zweifachspalt Exkurs: Photonen erzeugen Beugungsbilder Zwei-Wege-Experimente Quantenobjekte Die Heisenberg’sche Unbestimmtheitsrelation Zustandsfunktionen Kapitel: Quantenobjekte - Solide Kenntnisse über experimentelle Befunde bereitstellen und Fertigkeiten im formalen Umgang fördern. - Die Effekte als die Formen der Photon-Elektron-Wechselwirkung verdeutlichen. Beim traditionellen Einstieg in die Quantenphysik über den Fotoeffekt müsste dieser vorgezogen werden S. 284 S. 285 S. 286 S. 296 Experiment: Der Fotoeffekt I: Der Hallwachs-Versuch Experiment: Der Fotoeffekt II: Versuche mit der Vakuum-Fotozellen Licht löst Elektronen aus Der Comptoneffekt Stoffverteilungsplan EP/QP RP zu Impulse Physik Oberstufe 7 Atomphysik I 10 - Elektron-Atom-Wechselwirkung (Franck-Hertz-Versuch) - Linienspektren; Termschema - Atommodell; Periodensystem Kapitel: Atomphysik - Die Idee der Quantisierung atomarer Vorgänge zur Einsicht bringen und ein solides Grundwissen bereitstellen. - Beabsichtigte Vertiefungen und Ergänzungen sind nur in Verbindung mit dem Wahlbaustein Atomphysik II möglich. - Praktikum: Linienspektren S. 312 S. 314 S. 316 S. 317 S. 318 S. 322 S. 329 Kernphysik I 10 - Kernprozesse (radioaktiver Zerfall; Fission; Fusion) - Bindungsenergie - einfaches Kernmodell Kapitel: Kernphysik - Ein Grundwissen vermitteln. - Die Beschränkung auf den Minimalkurs erfordert einen strukturorientierten Zugang. Ein experimentell orientierter Zugang ist nur in Verbindung mit dem Wahlbaustein Kernphysik II möglich. Energie und Entropie 10 - Energieströme und Energieträger - Entropie als Energieträger; Entropieerzeugung und Entropiestrom - entropische Betrachtungen Atome Experiment: Der Franck-Hertz-Versuch Anregung und Ionisation von Atomen Experiment: Untersuchung des Lichtes verschiedener Spektralröhren Spektraluntersuchungen Untersuchung von Wasserstoff Exkurs: Ordnung im Periodensystem S. 348 S. 349 S. 358 S. 361 S. 368 Atomkerne Radioaktive Strahlung Die Entstehung radioaktiver Strahlung Radioaktiver Zerfall Energie aus dem Atomkern Kapitel: Thermodynamik - Die Aspekte und die fundamentale, gebietsübergreifende Bedeutung des Energiebegriffs und des Entropiebegriffs zur Einsicht bringen. - Eine eventuelle Ergänzung durch die Wahlbausteine Energiegewinnung und Thermodynamik bedenken. Empfehlenswert ist der direkte Zugang zum Entropiebegriff über die Entropie als Energieträger ∆E = T ∙ ∆S S. 406 S. 407 S. 408 S. 409 Entropie Entropie und Wahrscheinlichkeit Statistische Definition der Entropie Entropie anschaulich Stoffverteilungsplan EP/QP RP zu Impulse Physik Oberstufe 8 Thema / LF / Wahlpflichtbausteine der Qualifikationsphase Ustd Inhalte Kompetenzen Energiegewinnung 10 - Energietechniken - Leistungsvergleiche - Energiespeicher Kapitel: Induktion u.a. - Inhaltliche Grundlagen für Bewertungsansätze schaffen. - Fachübergreifende Aspekte der Thematik nutzen. Schwerpunktsetzung nach Rahmenbedingungen (Unterrichtsform, örtliche Gegebenheiten, Interessen, ...) vornehmen. Eventuelle Vorbereitung durch geeignete Bausteine bedenken. Teilchen in Feldern 10 10 10 - e/m-Bestimmung - Teilchenbeschleuniger; Massenspektrometer - e-Bestimmung (Millikan-Experiment) Seite im Schülerbuch 772690 / Impulse Physik Oberstufe S. 178 S. 186 S. 200 S. 416 S. 422 S. 370 … Exkurs: Elektrodynamik Induktion und Energie Exkurs: Drehstrom Energieversorgung Nutzung der Sonnenenergie Exkurs: Leichtwasser-Kernreaktoren Kapitel: Magnetisches Feld u.a. - Inhalte ergänzen und vertiefen. - Praktika, Referate, Exkursionen, Computersimulationen bieten sich an. Fachübergreifende Bezüge nutzen. - Praktikum: e/m-Bestimmung S. 146 S. 170 S. 171 S. 172 S. 449 Experiment: Der Millikanversuch Experiment: Bestimmung der Masse eines Elektrons Elektronen haben eine Masse Exkurs: Geladene Teilchen in Feldern Experiment: Zyklotron-Experimente Elektromagnetische Wechselwirkung II Kapitel: Magnetisches Feld u.a. - Magnetfeld einer Spule; magnetische Feldenergie - Maxwell-Gleichungen - Felder und Bezugssysteme; Lorentz-Transformation S. 167 S. 189 S. 236 S. 452 - Ein höheres Maß an Vertrautheit und ein tieferes Verständnis bewirken. - Anhand dieses physikalisch-grundlagenorientierten Bausteins kann exemplarisch der Prozess der Theorienbildung in der Physik verdeutlicht werden. Eine evtl. Fortführung im Wahlbaustein Relativitätstheorie I bedenken. Auf eine angemessene Elementarisierung achten. Magnetische Felder spezieller Leiteranordnungen Die Energie im magnetischen Feld Die Maxwell’schen Gleichungen Exkurs: Transformationen Elektromagnetische Wechselwirkung III Kapitel: Induktion u.a. - Magnetfeld einer Spule; magnetische Feldenergie - technische Anwendungen der Induktion (Generator, MHDGenerator, Tachometer, Induktionsschleifen, Wirbelstrombremse, Drosselspule, Funkeninduktor, ...) S. 167 S. 186 S. 187 S. 189 S. 201 S. 202 - Ein höheres Maß an Vertrautheit und ein tieferes Verständnis bewirken. - Dieser technisch-anwendungsorientierte Baustein stellt eine didaktische Alternative zum Baustein Elektromagnetische Wechselwirkung II dar. Schülereigentätigkeit durch Gruppenarbeit und projektartiges Arbeiten fördern. Magnetische Felder spezieller Leiteranordnungen Induktion und Energie Wirbelströme Die Energie im magnetischen Feld Experiment: Messungen am Transformator Der Transformator Stoffverteilungsplan EP/QP RP zu Impulse Physik Oberstufe 9 10 Elektromagnetische Wechselwirkung IV Kapitel: Induktion - Wechselspannung; Effektivwert - Impedanzen; Phasenverschiebung - Wechselstromkreise S. 191 S. 192 S. 194 S. 195 S. 197 S. 198 S. 199 - Inhaltlich und experimentell erweitern und vertiefen. - Es empfiehlt sich, diesen technisch-anwendungsorientierten Baustein experimentell anzugehen. Entsprechend der Geräteausstattung bieten sich Schülerübungen und Stationenpraktika an. - Praktikum: Wechselstromkreise Mechanische Schwingungen II 10 10 - freie gedämpfte Schwingungen - Schwingungsformen (erzwungene Schwingungen; Resonanz; anharmonische Schwingungen; Überlagerung von Schwingungen; gekoppelte Schwingungen) Kapitel: Schwingungen - Ein strukturierendes Überblickwissen vermitteln. - Schwerpunkte setzen und eine Auswahl treffen. Die Thematik hat einen hohen Anwendungsbezug und eignet sich als Vorbereitung für den Baustein Nichtlineare dynamische Systeme. Modellbildungssysteme nutzen S. 111 S. 112 S. 114 S. 116 S. 118 S. 119 Nicht harmonische Schwingungen Methoden: Untersuchung nicht harmonischer Schwingungen Überlagerung von Schwingungen Synthese und Analyse von Schwingungen Erzwungene Schwingungen Exkurs: Rückkopplung Nichtlineare dynamische Systeme Kapitel: Schwingungen - Beispiele nichtlinearer dynamischer Systeme; Chaosphänomene - Merkmale und Systembedingungen; Beschreibung chaotischer Phänomene - Strukturen im Chaos; Sensitivität S. 120 S. 121 S. 121 S. 123 - Einen Überblick mit einem vertiefteren Einblick anhand exemplarischer Beispiele geben. - Beim innerphysikalischen Zugang über Schwingungen die Differentialgleichungen mit Rechnern bearbeiten. Ein fachübergreifender Zugang über allgemeine chaotische Systeme führt vorzugsweise zu einer diskreten Darstellung mittels Differenzengleichungen. Elektromagnetische Wellen 10 Wechselspannung und Wechselstrom Elektrische Energie, Leistung und Wirkungsgrad Experiment: Kondensator oder Spule im Wechselstromkreis Wechselstromkreis mit Kondensator oder Spule Exkurs: Reale Spule Exkurs: Frequenzen sieben und sperren Methoden: Der Wechselstromkreis mit Widerstand und Spule in der Modellbildung - Rückkopplung - offener Schwingkreis - Ausbreitung elektromagnetischer Wellen - Modulation Kausalität und Chaos Der Weg ins Chaos Schwingung und Chaos Ordnung im Chaos Kapitel: Wellen u.a. - Kenntnis und Einsicht auf experimenteller Grundlage schaffen. - Fragestellungen aus der Funktechnik exemplarisch angehen und experimentell behandeln. Interessen der Lernenden und Lehrenden aufgreifen. S. 207 S. 234 S. 238 S. 239 S. 241 S. 242 Exkurs: Rückkopplung Elektromagnetische Wellen Experiment: Untersuchung der Strahlung eines elektrischen Schwingkreises Die Entstehung elektromagnetischer Wellen Exkurs: Wellen im Alltag Informationsübertragung mit elektromagnetischen Wellen Stoffverteilungsplan EP/QP RP zu Impulse Physik Oberstufe 10 Akustische Wellen 10 - Schallerzeugung (Ton, Klang, Geräusch, Musikinstrumente,...) - Schallausbreitung (Schallgeschwindigkeit, Wellenmodell, Interferenz, Dopplereffekt) - Schallwahrnehmung (Schallfeldgrößen, Ohr, Lärmschutz, technische Akustik) Kapitel: Wellen u.a. - Den Beschäftigungsgrad mit Wellen erhöhen und einen Überblick mit einem vertiefteren Einblick anstreben. - Der Zeitrahmen erfordert eine Schwerpunktsetzung. Ein projektartiges Arbeiten bietet sich an. Schülerinteressen aufgreifen, Alltagsbedeutung herausstellen, fachübergreifende Bezüge nutzen. - Praktikum: Schallgeschwindigkeit Wellenoptik II 10 - Interferenzphänomene in der Natur (dünne Schichten) - technische Anwendungen der Lichtinterferenz (Holografie, Interferometrie, räumliches Filtern, ...) - Braggreflexion; Elektronenbeugung - Röntgenstrahlung; Grenzwellenlänge - Einen Überblick mit einem vertiefteren Einblick anhand exemplarischer Beispiele geben. - Dieser Baustein dient der Erweiterung und Vertiefung. Interessen von Lernenden und Lehrenden aufgreifen und Schwerpunkte setzen. Die Gelegenheit zur Förderung der Schülereigentätigkeit durch Schülerexperimente, Gruppenarbeit und projektartiges Arbeiten nutzen. - quantenmechanische Atommodelle (Eindimensionaler Potenzialtopf, Orbitale) - Leistungen der Atommodelle (chemische Bindung, charakteristische Röntgenstrahlung, Lumineszenz, Laser, ...) S. 260 S. 261 S. 264 S. 265 S. 266 S. 274 Interferometer Exkurs: Interferometer selbst gebaut Streuung Exkurs: Holografie Farberscheinungen an dünnen Schichten Licht und Beleuchtung Kapitel: Quantenobjekte - Durch experimentelles Arbeiten den Beschäftigungsgrad erhöhen. - Dieser Baustein ist eine experimentelle Vertiefungsinsel zu den Bausteinen Mikroobjekte I und Mikroobjekte III. S. 270 S. 280 S. 283 S. 294 S. 295 Atomphysik II 10 Exkurs: Schwingungen in der Musik Exkurs: Schallwellen Der Dopplereffekt Die Bestimmung einer Wellenlänge Experiment: Versuche mit Ultraschall Ultraschall Kapitel: Wellenmodell des Lichtes Mikroobjekte II 10 S. 117 S. 215 S. 221 S. 223 S. 232 S. 233 Röntgenstrahlung Experiment: Wechselwirkung von Elektronen mit einer Graphitpulverschicht Exkurs: Elektronenbeugung in der Forschung Experiment: Untersuchung von Röntgenstrahlung Röntgenstrahlung Kapitel: Atomphysik - Das Wissen über atomare Vorgänge durch eine intensivere Beschäftigung erweitern und vertiefen. - Die Atommodelle nicht zu formalisiert angehen. Den Zeitrahmen durch die Behandlung exemplarisch ausgewählter Beispiele wahren. Eine Kombination mit dem Wahlbaustein Geschichte der Physik bedenken. S. 324 S. 326 S. 327 S. 328 S. 330 S. 331 S. 333 S. 334 Modell des Potenzialtopfs Schrödingergleichung und Wasserstoffatom Orbitale und Quantenzahlen Exkurs: Atome mit mehreren Elektronen Experiment: Aufnahme von Röntgenspektren Charakteristisches Röntgenspektrum Farbstoffe Laser Stoffverteilungsplan EP/QP RP zu Impulse Physik Oberstufe 11 Kernphysik II 10 - Nachweis- und Messmethoden - Experimente zur Absorption, zum Zerfallsgesetz, zur Zählstatistik - quantenmechanische Bezüge (Tunneleffekt, Beta-Zerfall, ...) Kapitel: Kernphysik - Kenntnis und Einsicht auf experimenteller Grundlage schaffen und inhaltlich vertiefen. - Anzahl und Umfang der Experimente dem Zeitrahmen anpassen. Quantenmechanische Begründungen nicht zu formalisiert angehen Kernphysik III 10 - Strahlenquellen; Radionuklide - Strahlendosen; Transferfaktoren - biologische Strahlenwirkung - Grenzwerte; Strahlenschutz - Fundamentalteilchen; fundamentale Wechselwirkungen und Austauschteilchen - Standardmodell als Ordnungsschema - experimentelle Befunde; offene Frage - Inhaltliche Grundlagen für Bewertungsansätze schaffen und einen Überblick in Strahlenbelastungen mittels Größenvergleichen geben. - Dieser Baustein kann ohne den Baustein Kernphysik II unterrichtet werden. Fachübergreifende Aspekte der Thematik nutzen. - elektronische Schaltungen - Dimensionierung von Schaltungen - Eigenleitung; Störstellenleitung - Einen Einblick in die Ergebnisse der modernen Grundlagenforschung geben. - Zur Veranschaulichung elementarer Wechselwirkungen bieten sich Feynman-Diagramme an. Informationen und elementarisierte Darstellungen in geeigneten Medien nutzen. - Bändermodell - Eigenschaften von Festkörpern (elektrische, thermische, magnetische, optische) Dosimetrische Größen Strahlenbelastung des Menschen Exkurs: Nutzen und Risiken der Kernenergietechnik S. 373 Elementarteilchen Kapitel: Atomphysik u.a. - Das Denken in Baugruppen und den Aufbau wichtiger Schaltungen einüben. - Der Eigenwert des Bausteins liegt im selbsttätigen und verständigen Umgang mit elektronischen Schaltungen (Praktikum). Eine theoretische Untermauerung ist nur mit dem Wahlbaustein Festkörperphysik möglich. Festkörperphysik 10 S. 364 S. 365 S. 371 Kapitel: Kernphysik Elektronik 10 Nachweis der Radioaktivität mit dem Geiger-Müller-Zählrohr Methoden: Zählstatistik Exkurs: Detektoren Experiment: Nachweis der verschiedenen Strahlungsarten Eigenschaften radioaktiver Strahlung Experiment: Absorption von γ-Strahlung Wechselwirkung der γ-Strahlung mit Materie Kapitel: Kernphysik Elementarteilchenphysik 10 S. 350 S. 351 S. 352 S. 353 S. 354 S. 356 S. 357 S. 338 S. 340 S. 150 S. 152 S. 203 Halbleiter und Leiter p-n-Übergang und Leuchtdioden Diode und Transistor Exkurs: Feldeffekttransistoren Geregelte Netzwerke Kapitel: Atomphysik u.a. - In grundlegende Modellvorstellungen einführen und anhand exemplarischer Beispiele einen vertieften Einblick geben. - Die Behandlungstiefe richtet sich nach der Kursfolge und inwieweit quantenmechanische Kenntnisse bereitstehen. S. 164 S. 169 S. 336 S. 339 … Elektrizitätsleitung in festen Stoffen Exkurs: Supraleitung Vom Atom zur Materie Metalle im Bändermodell, Halbleiter im Bändermodell Stoffverteilungsplan EP/QP RP zu Impulse Physik Oberstufe 12 Relativistische Kinematik I 10 - Relativität der Gleichzeitigkeit; Relativitätsprinzip; Bezugssysteme - Folgerungen und Konsequenzen (LorentzKontraktion, Zeitdilatation, Zwillingsparadoxon) - experimentelle Belege Kapitel: Relativitätstheorie - In die relativistische Denkweise der Kinematik als Fundament naturwissenschaftlicher Bildung einführen. - Die wissenschaftstheoretische Bedeutung von Physik als theoriegeleitete Erfahrungswissenschaft verdeutlichen. Den Mangel an Experimentiermöglichkeiten durch Nutzung von Bild-, Film- und Simulationsmaterialien ausgleichen. Relativistische Kinematik II 10 - Raum-Zeit-Diagramme - Folgerungen und Konsequenzen (LorentzKontraktion, Zeitdilatation, Paradoxa) - experimentelle Belege 10 - Masse-Energie-Äquivalenz - Zusammenhänge zwischen Energie, Impuls, Geschwindigkeit - Grenzfälle Experiment: Das Michelson-Morley-Experiment Die Einstein’schen Postulate Experiment: Thermoskannenversuch zum Myonenzerfall Ort, Zeit, Ereignis Experiment: Gedankenexperiment Lichtuhr Messen und Wahrnehmen Das Zwillingsparadoxon Kapitel: Relativitätstheorie - Kenntnisse und Einsichten vertiefen und ergänzen. - In Kombination mit dem Baustein Relativistische Kinematik I die Thematik an Hand von Diagrammen und Rechnungen intensiver behandeln. Relativistische Dynamik 10 S. 438 S. 439 S. 441 S. 442 S. 444 S. 445 S. 447 S. 443 S. 446 S. 448 S. 448 S. 449 Methoden: Minkowski-Diagramme Längenkontraktion Methoden: Geschwindigkeitsaddition Exkurs: Vergangenheit und Zukunft Experiment: Zyklotron-Experimente Kapitel: Relativitätstheorie - Einen vertieften Einblick in relativistische Zusammenhänge geben und ein Bewusstsein vom Grenzfallcharakter der Newton’schen Mechanik erzeugen. - Falls die Thematik in der Einführungsphase behandelt wurde, entfällt dieser Baustein hier. Er kann ohne relativistische Kinematik unterrichtet werden. Modellbildungssysteme nutzen S. 450 S. 451 Relativistische Masse, Energie und Impuls Methoden: Relativistische Erhaltungsgrößen Interpretationen der Quantenphysik Kapitel: Quantenobjekte - Naturphilosophische Probleme (Realität, Indeterminismus, Messprozess, ...) - Interpretationen der Quantenphysik und erkenntnistheoretische Fragestellungen - experimentelle Befunde S. 297 S. 299 - Naturphilosophische Grundfragen bewusst machen und naturwissenschaftliche Antworten anbieten. - Die Problematik der Interpretationen auf der Basis der experimentellen Befunde am Doppelspaltexperiment thematisieren. S. 300 S. 302 S. 303 Messungen an Quantenobjekten Exkurs: Auswirkungen der Heisenberg’schen Unbestimmtheitsrelation Photonen im Interferometer Verschränkung Deutungen Stoffverteilungsplan EP/QP RP zu Impulse Physik Oberstufe 13 Astronomie 10 - Sternbilder; scheinbare tägliche und jährliche Sternbewegungen - Scheinbare Sonnenbewegung - Planetenbewegungen vor dem Fixsternhimmel: Schleifenbewegung, Ungleichförmigkeit, Kepler-Gesetze Kapitel: Gravitationsfeld - Grundkenntnisse und einen Überblick über Phänomene und Gesetzmäßigkeiten geben. - Für eine dynamische Erklärung der Planetenbewegungen ist ein Rückgriff auf den Wahlbaustein Gravitation notwendig. Ggf. ist das Gravitationsgesetz vorzugeben. Das vielfältige Medienangebot nutzen. - Praktikumsmöglichkeiten nutzen. Astrophysik 10 - Zustandsgrößen der Sonne: Radius, Masse, mittlere Dichte, effektive Temperatur - Masse-Leuchtkraft-Beziehung; Sternentwicklung - Standardsonnenmodell - Struktur des Universums - Entwicklung des Universums (Urknalltheorie; Hintergrundstrahlung; Hubble-Gesetz; Weltalter) - historische Weltbilder - Einen Einblick in Fragen, Probleme und Methoden der Astrophysik geben. - Im Vergleich zum Grundfach das Argumentationsniveau durch innerphysikalische Bezüge erhöhen. Grundkenntnisse aus der Atom- und Kernphysik sind Voraussetzung. Sternentwicklung als Abriss. - wissenschaftliche Revolutionen (Copernicus, Galilei, Einstein, quantenphysikalische Revolution) - physikhistorische Fallbeispiele S. 391 S. 392 Exkurs: Am Rande des Universums Kernfusion in Sternen – Die Sonne Kapitel: Astrophysik - Grundfragen der Menschheit bewusst machen und naturwissenschaftliche Antworten anbieten. - Dieser Baustein kann ohne den Baustein Astrophysik unterrichtet werden. Informationen und elementarisierte Darstellungen in geeigneten Medien nutzen. Geschichte der Physik 10 S. 95 Bewegungen am Himmel Methoden: Die numerische Rechenmethode durch Schrittverfahren Methoden: Punktweise Berechnung von Planetenbahnen Kapitel: Astrophysik Kosmologie und Weltbilder 10 S. 88 S. 94 S. 382 S. 386 S. 388 Weltmodelle Kosmologie Struktur des Weltalls Kapitel: Wellenmodell des Lichte u.a. - Die kulturhistorische Bedeutung der Physik bewusst machen und/oder physikhistorische Bezüge herstellen. - Eine thematische Auswahl treffen. Entsprechend der didaktischen Absicht kann der Baustein als Block unterrichtet werden oder in andere Bausteine im Sinne einer genetischen Rekonstruktion integriert werden. S. 46 S. 73 S. 79 S. 253 S. 288 S. 372 S. 382 … Exkurs: Die Newton’schen Axiome Exkurs: Der Weg zum Energieerhaltungssatz Exkurs: Der Weg zum Impulserhaltungssatz Modelle des Lichtes Exkurs: Die Geschichte des Fotoeffekts Exkurs: Wissenschaft und Gesellschaft Weltmodelle Stoffverteilungsplan EP/QP RP zu Impulse Physik Oberstufe 14 Strahlenbiophysik 10 - harte Röntgenstrahlung; Schwächungsgesetze; Abschirmung - Energiedeposition im Gewebe; Überlagerung von Röntgenstrahlen - Dosis-Effekt-Kurven; linearquadratische Funktionen; fraktionierte Bestrahlung Kapitel: Kernphysik - Einen Einblick in eine Strahlenanwendung der modernen Medizin geben. - Der Baustein kann nur in Verbindung mit den Bausteinen Mikroobjekte III und Kernphysik III unterrichtet werden. Zur Erstellung von Überlagerungsprofilen ist der Rechnereinsatz empfehlenswert. Strömungsphysik 10 - Strömungsphänomene und Strömungsarten - Kontinuitätsgleichung; Strömungsgesetze (Bernoulli-Gleichung, Stokes'sches Gesetz, Reynolds-Zahl) - dynamischer Auftrieb 10 - Gesetze des idealen Gases - thermodynamische Maschinen (Wärmepumpe, StirlingMotor) - Entropie als Energieentwertung Exkurs: Moderne Physik – Moderne Medizin Kapitel: Strömungsphysik - Einen Überblick mit einem vertiefteren Einblick unter Schwerpunktsetzung geben. - Schülerinteressen aufgreifen, die Alltagsbedeutung herausstellen und fachübergreifende Bezüge nutzen. Ein projektartiges Arbeiten bietet sich an. - Praktikum: Sinkgeschwindigkeiten Thermodynamik 10 S. 367 S. 430 S. 431 S. 432 S. 434 Strömungen Methoden: Herleitung der Bernoulli-Gleichung Strömungswiderstände Experiment: Der dynamische Auftrieb Kapitel: Thermodynamik - Ein Verständnis für Möglichkeiten und Grenzen thermodynamischer Maschinen erreichen. - Das Gas als Arbeitsmittel thermodynamischer Maschinen und die Entropie als Energieentwertung als Leitidee herausstellen. Eine Kombination mit dem Baustein Energie und Entropie ist bedenkenswert. Fachübergreifende Bezüge nutzen S. 398 S. 399 S. 401 S. 403 S. 411 S. 412 S. 414 S. 417 Experiment: Die Gasgesetze Das thermische Verhalten von Gasen Druck und Temperatur im Teilchenmodell Innere Energie Kühlschrank und Wärmepumpe Die Umsetzung von Energie durch Motoren Erster und zweiter Hauptsatz der Thermodynamik Energieentwertung Physik der Atmosphäre / Geophysik Kapitel: Thermodynamik u.a. - Aufbau der Atmosphäre; atmosphärische Kreisläufe - Strahlungsgesetze; - Strahlungsbilanz; Klimamodelle - Luftbewegungen; Wetter - Erdgestalt; Erdbeben; Ebbe und Flut S. 93 S. 220 S. 418 S. 420 S. 421 - Anwendungen der Physik in Nachbardisziplinen verdeutlichen. - Der Zeitrahmen erfordert eine Themenauswahl. Eine Kombination mit dem Wahlbaustein Thermodynamik bzw. Strömungsphysik unter entsprechender Schwerpunktsetzung ist bedenkenswert. Fachübergreifende Bezüge nutzen. Entstehung der Gezeiten Exkurs: Erdbeben Strahlungsgesetze Die mittlere Temperatur der Erde Treibhausgase Stoffverteilungsplan EP/QP RP zu Impulse Physik Oberstufe 15
