Physik - Gymnasium Achern
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Vorbemerkungen zum Schulcurriculum für das Fach Physik Der Physikunterricht schult im Beobachten, Beschreiben von Phänomenen, Auffinden von Zusammenhängen und Unterschieden und im kritischen Reflektieren eigener Anschauungen und Modellen der Welt. So werden nicht nur die Inhalte kennen gelernt, die zu einer umfassenden Allgemeinbildung gehören. Es wird den Schülern und Schülerinnen auch die Wissenschaft „Physik“ mit ihren Methoden und Denkweisen dergestalt nahegebracht, dass sie an altersgemäßen Objekten selbst physikalische Untersuchungen anstellen können. Wo es Ausstattung und Klassensituation zulassen, sollen die Schülerinnen und Schülern auch Gelegenheit zu praktischem Arbeiten bekommen und auch eigene Fragestellungen untersuchen. Der Bildungsplan sieht vor, dass alle Schüler und Schülerinnen auf 10 (bis Stufe 8) bzw. 13 Lernfeldern Erfahrungen sammeln, Kompetenzen erwerben und fortlaufend vertiefen. Im Schulcurriculum befinden sich Bezüge auf diese Lernfelder. Diese Bezüge werden durch Abkürzungen hergestellt, die in der folgenden Liste aufgeführt werden. Ist die Abkürzung im Curriculum unterstrichen, dann sollen im Rahmen der entsprechenden Inhalte die Erfahrungen auf diesem Lernfeld besonders vertieft werden. Inhalte des Curriculums, die mit „[ ]“ eingefasst werden, sind Wahlthemen, über deren Behandlung die Fachlehrer frei entscheiden. Liste der physikalischen Lernfelder: 1. Physik als Naturbetrachtung unter bestimmten Aspekten PaN 2. Physik als theoriegeleitete Erfahrungswissenschaft PatE 3. Formalisierung und Mathematisierung in der Physik FuM 4. spezifisches Methodenrepertoire der Physik MdP 5. Anwendungsbezug und gesellschaftliche Relevanz der Physik 6. Physik als historisch-dynamischer Prozess 7. Wahrnehmung und Messung AugR hdP WuM 8. Grundlegende physikalische Größen GpG 9. Strukturen und Analogien SuA 10. Naturerscheinungen und technische Anwendungen NutA 11. Struktur der Materie SdM 12. Technische Entwicklung und ihre Folgen TeuF 13. Modellvorstellungen und Weltbilder MuW - 1/20 - Lehrplan für Physik in Klasse 7 Themen Akustik Inhalte Kompetenzen Schall-entstehung; verschiedene Schallquellen -ausbreitung in verschiedenen Medien -empfang -geschwindigkeit; Messverfahren Schwingung eines Pendels Amplitude, Frequenz, Schwingungsdauer Hörbereich des Menschen und Lärm Lärmbelästigung und Schallschutz [AugR] [Klang und Obertöne] [Resonanz] (Insbesondere die beiden letzteren Themen können in fächerübergreifender Arbeit mit der Musik behandelt werden.) • • • die Wahrnehmungen Lautstärke, Tonhöhe mit den physikalischen Begriffen Amplitude und Frequenz verknüpfen [WUM] Oszilloskopbilder interpretieren [MdP] die Entfernung einer Schallquelle mit Hilfe der Schallgeschwindigkeit bestimmen (z.B. Gewitter) Optik Sehen Lichtausbreitung • • Streuung Reflexion - Spiegel Brechung - Linsen/ Prismen - Farbzerlegung Totalreflexion, Anwendung Endoskopie • • Auge, Sehfehler und ihre Korrektur einfache optische Abbildungen Abbildungsmaßstab • • [Aufbau und Funktionsprinzip optischer Geräte] [Mondphasen, Sonnen- und Mondfinsternis] - 2/20 - Wahrnehmung von hell/dunkel/farbig beschreiben physikalische und andere Einflussfaktoren der Wahrnehmung unterscheiden einen Bezug zwischen Messgrößen und subjektiver Wahrnehmung herstellen [WuM] Analogien zwischen Schall- und Lichtausbreitung benennen [SuA] Experimente beschreiben und auswerten, um die Phänomene Reflexion, Brechung, Totalreflexion quantitativ zu untersuchen Entstehung von optischen Bildern auch beim Auge erklären [NutA] Standards PaN; FuM; MdP; AugR; WuM PaN; MdP; AugR; WuM; SuA; NutA Energie Energie, Energietransport, Energiespeicher Energieerhaltung Erscheinungsformen von Energie: Lageenergie, Bewegungsenergie, chemische Energie, elektrische Energie, innere Bewegungsenergie, Strahlungsenergie Wirkungsgrad E t Energiebilanzen (qualitativ) Leistung P = • Energietransporte mit verschiedenen Energieträgern beschreiben und qualitativ erklären [GpG] • Energieumwandlungen im menschlichen Körper funktional beschreiben • Umladung bzw. Umformung von Energie bei technischen Geräten und Maschinen wie Tauchsieder, Auto, Fahrrad, Wasserkraftwerk, Heizkraftwerk, Wärmetauscher, Fotovoltaikanlage funktional beschreiben [PaN, SuA] • Betriebskosten einfacher Geräte berechnen und mit dem Energiemonitor messen [NutA] PatE; MdP; AugR; hdP; GpG; SuA; NutA Energieversorgung in Deutschland Erneuerbare Energieträger/ nicht erneuerbare Energieträger Möglichkeiten der Energieeinsparung [AugR] Wärme und Energie • Temperatur, Temperaturskalen; Thermometer [GpG] Volumenausdehnung bei Temperaturerhöhung • • • - 3/20 - die Funktionsweise eines Thermometers erklären Wahrnehmung von Wärme/Kälte beschreiben, physikalische und andere Einflussfaktoren der Wahrnehmung unterscheiden [WuM] einen Bezug zwischen Messgrößen und subjektiver Wahrnehmung herstellen PaN; PatE; hdP; WuM Lehrplan für Physik in Klasse 8 Themen E-Lehre Inhalte Kompetenzen Wasserkreislauf und elektrischer Stromkreis elektrische Stromstärke elektrische Spannung als Potenzialdifferenz elektrische Ladung elektrischer Widerstand; R = • • U I • Wasserkreislauf und elektrischer Stromkreis Stromstärke, Potenzial, Spannung, Widerstand in verzweigten Stromkreisen [FuM] • Standards PaN; PatE; Analogie zwischen Wasser- und FuM; Stromkreislauf aufzeigen und erklären [SuA] MdP; GdP; SuA; Messgeräte verschalten und StromstärkenNutA sowie Spannungsmessungen durchführen Potentialverläufe in Schaltbildern analysieren und Spannungen zwischen verschiedenen Punkten bestimmen Schaltbilder lesen und einfache Schaltungen aufbauen [MdP] technische Anwendungen von Elektrizität [NutA] Magnetismus Ferromagnete, Pole, magnetische Kräfte Elementarmagnetmodell Erdmagnetfeld • - 4/20 - Phänomene mit Hilfe des Elementarmagnetmodells erklären [PatE] PaN; PatE; MdP; NutA Themen Inhalte Mechanik 1 physikalischen Größen, Messverfahren und Maßeinheiten: Länge, Volumen, Zeitdauer, Masse, Kraft Kompetenzen • • Geschichte der Maßeinheiten m Dichte von Körpern ρ = V s Geschwindigkeit: v = t G Ortsfaktor: g = m FSpann Federkonstante: D = s • Mechanik 2 Kräfte in der Physik: Schwerkraft, Spannkraft, [Auftriebskraft], Reibungskraft, magnetische Kraft, [elektrische Kraft] Kraftwirkungen: Änderung des Bewegungszustandes und Verformung • • • • Impuls, Impulserhaltung Trägheitsgesetz, Kräftegleichgewicht Zusammenwirken von Kräften F A [Auftriebskraft und Archimedisches Prinzip] Druck p = - 5/20 - Standards PatE; Messwerte aufnehmen, grafisch darstellen und FuM; MdP; auswerten Messverfahren zur Bestimmung von Dichten, hdP; WuM; Geschwindigkeiten, dem Ortsfaktor und GpG Federkonstanten erklären [MdP] mit den genannten Formeln umgehen und rechnen [FuM] PaN; PatE; Benutzung des Federkraftmessers FuM; Zusammenhang Impuls und Kraftwirkungen MdP; herstellen [PatE] AugR; Auswirkungen des Trägheitsgesetzes WuM; vorhersagen [MdP] Bedeutung der Reibungskraft für die Verkehrs- GpG; NutA sicherheit anhand von Beispielen erläutern [NutA] Lehrplan für Physik in Klasse 9 Themen Inhalte Kompetenzen E-Lehre 3 Elektrisches Feld, elektrische Kraftwirkung Modellvorstellung zum elektrischen Strom und Widerstand Q t Quantitative Beschreibung von Energieströmen W Definition der Leistung P = t P=U⋅I; W = U·I·t Reihenschaltungen Parallelschaltung • Definition der Stromstärke I = • • Magnetfeld eines stromdurchflossenen Leiters (Spule) Lorentzkraft auf Elektronen im Leiter und im Elektronenstrahl • • Grunderscheinungen im Zusammenhang mit elektromagnetischer Induktion Wechselspannung Großtechnische Anlagen zur Bereitstellung von elektrischer Energie • • • - 6/20 - Standards PatE Leitungsvorgänge in Metallen sollen mit Hilfe FuM der Vorstellung von Elektronenströmen erklärt MdP AugR werden können WuM GpG SuA Stromstärken und Potenzialunterschiede an NutA Schaltungen berechnen SdM TeuF Betriebskosten von Geräten berechnen und Stromrechnungen überprüfen können Richtung einer Lorentzkraft mittels DreiFinger-Regel ermitteln Erklären wie ein Elektromotor und eine braunsche Röhre funktionieren Die Einsatzmöglichkeiten eines Oszilloskops als Messinstrument kennen Erklären wie ein Generator und ein Transformator funktionieren Unterschied zwischen Gleich- und Wechselspannung beschreiben können Themen Inhalte Kompetenzen Aufbau der Materie Rutherford-Versuch bohrsches Atommodell einfaches Modell für Metalle und ihre Leitfähigkeit innere Struktur der Atomkerne Isotope radioaktiver Zerfall: α-, β, γ-Strahlung • Zusammenarbeit mit der Chemie ist erwünscht! • Aktivität, Halbwertzeit, Biologische Wirkung radioaktiver Strahlung Strahlenschutz Radioaktivität in Technik und Medizin Kernspaltung, Kernkraftwerk • • • • Elektronik Aufbau der Materie mit Hilfe von einem einfachen Atommodell erklären können Elektronische Bauteile (LDR, NTC, Diode, Transistor) • - 7/20 - Zerfallsreihe mit Hilfe einer Nuklidkarte aufschreiben. Massen- und Ladungsbilanzen bei Zerfällen und Spaltungen von Kernen aufstellen. Beurteilung des Strahlenrisikos Gefährlichkeit von α-, β, γ-Strahlung sachlich korrekt diskutieren Die Funktion der wichtigsten Elemente eines KKW beschreiben. Sachlich fundierte Diskussion über die Risiken großtechnischer Anlagen. Einfache Schaltungen mit diesen Bauteilen erklären können Standards PaN AugR hdP GpG NutA SdM TeuF MuW PatE MdP NutA TEuF Lehrplan für Physik in Klasse 10 Themen Mechanik 5Wo Inhalte Momentangeschwindigkeit, Durchschnittsgeschwindigkeit Definition der Beschleunigung Bewegungsgleichungen bei gleichförmiger Bewegung gleichmäßig beschleunigter Bewegung Freier Fall Kompetenzen • zwischen Momentan- und Durchschnittswerten der Geschwindigkeit unterscheiden können • Experimente zur Messung von Geschwindigkeiten planen und durchführen. • s-t und v-t- Diagramme interpretieren (auch Steigungen von Kurven, Fläche unter Kurve) • Zusammenhänge von s(t), v(t), a(t) als momentane Änderungsraten • Folgen für das Verhalten im Straßenverkehr begründen können • erklären, wie Physiker von Beobachtungen zu Naturgesetzen kommen Mechanik 5Wo Trägheitssatz, F = m⋅a • Kräftegleichgewicht • • Kraft als gerichtete Größe • • • qualitativ: gleichmäßige Kreisbewegung Zentripetalkraft, optional F = mv 2 r - 8/20 - Bewegungsarten in Abhängigkeit der wirkenden Kraft erkennen können Kräftegleichgewichte auswerten Konsequenzen aus dem Trägheitssatz für die Verkehrstechnik ableiten können Addition von Kraftvektoren Zerlegung von Kräften Probleme mit mehreren Gleichungen und Unbekannten lösen Standards PatE FuM MdP AugR hdP WuM GpG PaN PatE FuM MdP AugR hdP WuM GpG SuA NutA MuW Themen Mechanik 10Wo Inhalte mechanische Energie W = m ⋅ g ⋅ h , W = 12 m ⋅ v 2 , W = 12 D ⋅ s 2 Kompetenzen • Energiebilanzen aufstellen können • Beispiele für die Nutzung mechanischer Energie erläutern können Impuls, p = m ⋅ v, Impulserhaltung Einfache Stoßvorgänge mit dem Impulserhaltungssatz erklären können • Einfachen Schlussfolgerungen aus der Drehimpulserhaltung ziehen können (z.B. Pirouette) • Möglichkeiten zu „Energiesparen“ und Entropievermeidung“ kennen • Wirkungsgrade verschiedener Anlagen vergleichen • qualitativ: Drehimpuls, Drehimpulserhaltung Wärmelehre Kinetische Deutung von Druck und Temperatur und Energetik Entropie und Temperatur 12Wo Entropie als Energieträger Spezifische Wärmekapazität, Schmelz- / Verdampfungswärme • Entropieerzeugung und Wirkungsgrad Entropietransport im Stirlingmotor • • • Zusammenhang von Entropie- und Energietransporten: ∆E = T⋅ ∆S • • Atmosphäre, Treibhauseffekt (natürlich und anthropogen) - 9/20 - Zusammenhang zwischen Strahlung und Energie kennen elektromagnetisches Spektrum kennen Spektrum von Sonne und Erde vergleichen [Wiensches Verschiebungsgesetz, Schwarzer Körper] Messverfahren der Solarkonstanten anwenden Strahlungshaushalt der Erde (Treibhauseffekt) erklären Standards PaN PatE FuM MdP AugR WuM GpG SuA NutA PaN PatE MdP AugR GpG NutA SdM TEuF Lehrplan für Physik für das Kursystem – vierstündiger Kurs Themen elektrische und andere Ströme elektrische Felder Inhalte elektrische, mechanische und thermische Größen Kompetenzen Strom-Antrieb-Konzept Erhaltungssätze (Impuls, Ladung, Masse, Energie, Drehimpuls) Entropieerzeugung elektrische, mechanische und thermische Energiespeicher und Energietransporte • Energiebilanzen aufstellen und auswerten Kennlinien elektrischer Geräte elektrische Feldstärke • Kennlinien aufnehmen und interpretieren • ein Experiment beschreiben, mit dem die elektrische Feldstärke gemessen werden kann Visualisierung von Feldstärkeverteilungen Potenzial und Spannung im elektrischen Feld Zusammenhang zwischen Spannung und potenzieller Energie Kondensatoren und Kapazitäten Kapazität eines Plattenkondensators elektrische Feldkonstante • Lade- und Entladevorgänge an Kondensatoren mittels Messwerterfassungssystemen aufzeichnen Bewegung von geladenen Teilchen im elektrischen Längsfeld • Experimente zur Messung von ε0 beschreiben • Schaltbilder lesen, elektrische Schaltungen aufbauen • mögliche elektronische Schaltungen sind Verstärkerschaltungen und das Logik-Gatter Milikan-Versuch und seine Konsequenzen Informationstechnologie und elektronische Schaltungen mögliche Vertiefung: Wechselspannungswiderstände - 10/20 - Standards PaN PatE MdP AugR GpG SuA PaN FuM MdP GpG SuA NutA Themen Inhalte magnetische magnetische Flussdichte Felder Lorentzkraft als gerichtete Größe Kompetenzen • ein Experiment beschreiben, mit dem die magnetischer Flussdichte gemessen werden kann Visualisierung von Feldstärkeverteilungen magnetische Flussdichte einer langgestreckten Spule magnetische Feldkonstante; Materie im Magnetfeld, µr • ein Experiment beschreiben, mit dem die magnetische Feldkonstante gemessen werden kann Bewegung geladener Teilchen im homogenen magnetischen Feld Kräftegleichgewicht zwischen elektrischer und magnetischer Kraft, z.B. beim wienschen Geschwindigkeitsfilter • ein Experiment beschreiben, mit dem die spezifische Ladung gemessen werden kann • Halleffekt erklären • Mit der Hall-Sonde fachgerecht messen magnetischer Fluss; Induktion, Induktionsgesetz lenzsche Regel Induktivität, insbesondere einer langgestreckten Spule magnetisches Feld als Energiespeicher insbesondere für Spulen Generatorprinzip, Erzeugung sinusförmiger Spannungen grundlegendes Prinzip des Transformators • Wirbelströme erkennen • Stromstärken und Spannungen in Transformatoren berechnen Analogiebetrachtungen zwischen elektrischem, magnetischem und Gravitationsfeld • groben Überblick über die historische Entwicklung Maxwellgleichungen: der Elektrodynamik geben - Ladungen als Quellen und Senken des E-Feldes - magnetische Feld als Feld ohne Quellen - veränderliche B-Felder erzeugen E-Felder (Induktionsgesetz) - elektrische Ströme und veränderliche E-Felder erzeugen ein B-Feld - 11/20 - Standards PaN PatE FuM MdP AugR GpG SuA NutA Themen Schwingungen und Wellen Inhalte Kompetenzen Beispiele für mechanische und elektromagnetische Schwingungen Frequenz, Periodendauer, Amplitude Analogie bei mechanischen und elektromagnetischen Schwingungen Energiebilanzen für schwingenden Systemen Herleitung der entsprechenden Differenzialgleichungen und Lösungen harmonischer Schwingungen Dämpfung: Energie- und Entropiebilanz mechanische Welle als Phänomen Wellenlänge, Ausbreitungsgeschwindigkeit Schallwellen als Beispiel für Longitudinalwellen Lineare harmonische Querwelle Lösung der Wellengleichung: Auslenkung s(x;t) des Wellenträgers; Beispiele entweder der Abhängigkeit des Ortes oder der Zeit Überlagerung von Wellen, Eigenschwingungen Elektromagnetische Welle als Phänomen Licht als elektromagnetische Welle Analogie mechanischer und elektromagnetischer Wellen, insbesondere Vergleich von Schall und Licht Reflexion und Brechung Beugung Polarisation • Praktikum zu Schwingungen auch mit Messwerterfassungssystem • Phasenzeiger zu gegebenen Momentan-bildern zuordnen • Vergleich von laufenden und stehenden Wellen • Funktionsweise geeigneter Musikinstrumente erklären • Messung der Schallgeschwindigkeit über laufende und stehende Wellen • Anwendung des huygensschen Prinzips auf die Phänomene Reflexion, Brechung und Beugung an Spalten und Gitter Mögliche Vertiefung: Michelson-Interferometer aufbauen und justieren Einzel-, Doppel-, Mehrfachspalt und Gitter - 12/20 - Standards PaN FuM MdP HdP WuM GpG SuA NutA TEuF Themen Themen Inhalte Inhalte Kompetenzen Kompetenzen Schwingungen Wahrnehmung von Helligkeit, Messung von und Wellen Intensitätsverteilungen (Fortsetzung) Überblick über das elektromagnetischer Spektrum Spektren verschiedener Strahler und Spektrallampen Röntgenspektren • Einsatz von Messwerterfassungssystemen planen und Ergebnisse auswerten • Klänge von Musikinstrumenten per Messwerterfassungssystem aufnehmen und vergleichen Strahlungshaushalt der Erde Alltagsbezug elektromagnetischer Strahlung, Chancen und Risiken technischer Entwicklungen zwei Beispiele aus den Folgenden: WLAN; Mobiltelefone; Mikrowellenofen; Hochspannungsleitungen; schnurlose Telefone; Trafos in Wohnräumen Grundlagen der Quantenmechanik Mögliche Vertiefung: Röntgenspektrum aufnehmen • Kritische Auseinandersetzung mit dem Thema Elektrosmog Photoeffekt plancksches Wirkungsquantum • Experiment zur Messung von h beschreiben und auswerten Quantenobjekte: E=h⋅f p=h:λ Superposition der Möglichkeiten Komplementarität und Unschärferelation Welcher-Weg-Information Phasenzeiger und Psi-Funktionen • Interferenzmuster des z.B. Doppelspaltes neu interpretieren über das stochastische Verhalten von Quantenobjekten • Experimente mit einzelnen Quantenobjekten mithilfe geeigneter Simulationssoftware oder in Gedankenexperimenten erläutern - 13/20 - Standards Standards Themen Inhalte Kompetenzen Grundlagen Quantenobjekte: der QuantenVerhalten beim Messprozess mechanik Nichtlokalität und Verschränktheit (Fortsetzung) Dekohärenz Geschichtliche Entwicklung physikalischer Modelle, z.B. Sonnesystem Klassische und Quantenmechanik Bohrsches Atommodell Relativitätstheorie, E=mc² das Universum Vertiefung der Linearer Potenzialtopf QuantenAtomhülle und Energiequantisierung mechanik Linienspektren Standards PaN MdP • Experiment mit verschränkten Photonen erläutern hdP SdM • erkenntnistheoretische Aspekte der Quantenmechanik formulieren • Probleme der Kausalität diskutieren Anwendungen und Grenzen des bohrschen Atommodells diskutieren PaN SdM grundlegende Gedanken der Schrödingergleichung und ihre Bedeutung für die Atomphysik (Hierbei ist nicht an eine mathematische Behandlung der Schrödingergleichung gedacht, sondern an die Erarbeitung mit Hilfe geeigneter Simulationsprogramme in Teamarbeit) Atomkern Aspekte der Überblick über ElementarLeptonen, Hadronen, Quarks teilchenphysik Untersuchungsmethoden Standardmodell SdM - 14/20 - Lehrplan für Physik für das Kursystem – zweistündiger Kurs Themen elektrische und andere Ströme elektrische Felder Inhalte elektrische, mechanische und thermische Größen Kompetenzen Strom-Antrieb-Konzept Erhaltungssätze (Impuls, Ladung, Masse, Energie, Drehimpuls) Entropieerzeugung elektrische, mechanische und thermische Energiespeicher und Energietransporte • Energiebilanzen aufstellen und auswerten Kennlinien elektrischer Geräte • elektrische Schaltungen aufbauen • Kennlinien aufnehmen und interpretieren • ein Experiment beschreiben, mit dem die elektrische Feldstärke gemessen werden kann elektrische Feldstärke Visualisierung von Feldstärkeverteilungen Potenzial und Spannung im elektrischen Feld Zusammenhang zwischen Spannung und potenzieller Energie im elektrischen Feld Kondensatoren und Kapazitäten Kapazität eines Plattenkondensators elektrische Feldkonstante • Experimente zur Messung von ε0 beschreiben Bewegung von geladenen Teilchen im elektrischen Längsfeld Milikan-Versuch und seine Konsequenzen - 15/20 - Standards PaN PatE MdP AugR GpG SuA PaN FuM MdP GpG SuA NutA Themen magnetische Felder Inhalte magnetische Flussdichte Lorentzkraft als gerichtete Größe Kompetenzen Standards PaN • ein Experiment beschreiben, mit dem die magnetischer Flussdichte gemessen werden kann PatE FuM Visualisierung von Feldstärkeverteilungen MdP • ein Experiment beschreiben, mit dem die magnetische Flussdichte einer langgestreckten Spule AugR magnetische Feldkonstante gemessen werden GpG magnetische Feldkonstante; Materie im Magnetfeld, µr kann SuA NutA Bewegung geladener Teilchen im homogenen magnetischen Feld • ein Experiment beschreiben, mit dem die spezifische Ladung gemessen werden kann • Halleffekt erklären • Mit der Hall-Sonde fachgerecht messen magnetischer Fluss; Induktion, Induktionsgesetz lenzsche Regel Induktivität, insbesondere einer langgestreckten Spule magnetisches Feld als Energiespeicher insbesondere für Spulen Generatorprinzip, Erzeugung sinusförmiger Spannungen • Stromstärken und Spannungen in Transformatoren berechnen grundlegendes Prinzip des Transformators Maxwellgleichungen: - Ladungen als Quellen und Senken des E-Feldes • groben Überblick über die historische - magnetische Feld als Feld ohne Quellen Entwicklung der Elektrodynamik geben - veränderliche B-Felder erzeugen E-Felder (Induktionsgesetz) - elektrische Ströme und veränderliche E-Felder erzeugen ein B-Feld - 16/20 - Themen Schwingungen und Wellen Inhalte Kompetenzen Beispiele für mechanische und elektromagnetische Schwingungen Frequenz, Periodendauer, Amplitude Analogie bei mechanischen und elektromagnetischen Schwingungen Energiebilanzen für schwingenden Systemen mechanische Welle als Phänomen Wellenlänge, Ausbreitungsgeschwindigkeit Schallwellen als Beispiel für Longitudinalwellen Lineare harmonische Querwelle Standards PaN FuM MdP HdP WuM GpG SuA NutA TEuF • Vergleich von laufenden und stehenden Wellen Überlagerung von Wellen, Eigenschwingungen Elektromagnetische Welle als Phänomen Licht als elektromagnetische Welle Analogie mechanischer und elektromagnetischer Wellen, insbesondere Vergleich von Schall und Licht Wahlthema, bei Astronomie verbindlich: Dopplereffekt bei Schall und Licht Reflexion und Brechung Beugung Polarisation Einzelspalt, Doppelspalt und Gitter Wahrnehmung von Helligkeit, Messung von Intensitätsverteilungen - 17/20 - Themen Themen Inhalte Inhalte Kompetenzen Kompetenzen Schwingungen und Wellen Überblick über das elektromagnetischer Spektrum (Fortsetzung) Spektren verschiedener Strahler und Spektrallampen • Kritische Auseinandersetzung mit den Themen Elektrosmog, Treibhauseffekt der Erde Strahlungshaushalt der Erde Alltagsbezug elektromagnetischer Strahlung, Chancen und Risiken technischer Entwicklungen zwei Beispiele aus den Folgenden: WLAN; Mobiltelefone; Mikrowellenofen; Hochspannungsleitungen; schnurlose Telefone; Trafos in Wohnräumen Grundlagen der Quantenmechanik Photoeffekt plancksches Wirkungsquantum • Experiment zur Messung von h beschreiben und auswerten Quantenobjekte: E=h⋅f p=h:λ Superposition der Möglichkeiten Komplementarität und Unschärferelation Welcher-Weg-Information • Interferenzmuster des z.B. Doppelspaltes neu interpretieren über das stochastische Verhalten von Quantenobjekten • Experimente mit einzelnen Quantenobjekten mithilfe geeigneter Simulationssoftware oder in Gedankenexperimenten erläutern - 18/20 - Standards Standards Themen Inhalte Wahlthema Vertiefung der Quantenmechanik; Aspekte der Elementarteilchenphysik Quantenobjekte: Verhalten beim Messprozess Nichtlokalität und Verschränktheit Dekohärenz Kompetenzen Geschichtliche Entwicklung physikalischer Modelle, z.B. Sonnesystem Klassische und Quantenmechanik Bohrsches Atommodell Relativitätstheorie, E=mc² das Universum Linearer Potenzialtopf Atomhülle und Energiequantisierung Linienspektren grundlegende Gedanken der Schrödingergleichung und ihre Bedeutung für die Atomphysik (Hierbei ist nicht an eine mathematische Behandlung der Schrödingergleichung gedacht, sondern an die Erarbeitung mit Hilfe geeigneter Simulationsprogramme in Teamarbeit) Atomkerne, Tunneleffekt, radioaktiver Zerfall Überblick über Leptonen, Hadronen, Quarks Untersuchungsmethoden Standardmodell - 19/20 - • Experiment mit verschränkten Photonen erläutern • erkenntnistheoretische Aspekte der Quantenmechanik formulieren • Probleme der Kausalität diskutieren Anwendungen und Grenzen des bohrschen Atommodells diskutieren Standards PaN MdP hdP SdM Themen Inhalte Kompetenzen Standards Wahlthema Astrophysik Geschichte der Astronomie Zusammenhang zwischen technischen Entwicklungen und Veränderungen im Weltbild aufzeigen hdP FuM MuW Berechnung planetarischer Größen astronomische Messinstrumente historische und aktuelle Messverfahren für astronomische Größen beschreiben Strahlungsgesetze Sonnensysteme Informationen aus einem Spektrum ermitteln Funktionsweise von Infrarotthermometern erklären Sternentwicklung Urknallmodell – Entwicklung des Universums Vorstellung vom expandierenden Universum begründen Grundgedanken der Relativitätstheorie - 20/20 -
