Astrophysik - physixx
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Vorschlag eines Curriculums zum zweistündigen Physikkurs 11/12 mit Schwerpunkt Astrophysik Kompetenzen (im Sinne der Fachmethoden – Kompetenznummern 1–6) 1. Physik als Naturbetrachtung unter bestimmten Aspekten Kerncurriculum (2/3 der Zeit) Thema (im Sinne des Fachwissens – Kompetenznummern 7–13) 7. Wahrnehmung und Messung Inhalt (mit Angabe der Behandlungstiefe) – Wahrnehmung: Schwere, Messung: Schwerkraft, Die Schülerinnen und Schüler können den Gravitationsfeld Die Schülerinnen und Schüler können Zusammenhang und den Unterschied Gravitationsfeldstärke zwischen Beobachtung und physikalischer zwischen der Wahrnehmung Erklärung unterscheiden; zwischen ihrer beziehungsweise Sinneswahrnehmung – Visualisierung von Erfahrungswelt und deren physikalischer und ihrer physikalischen Beschreibung bei Feldstärkeverteilungen (auch Feldlinien) Beschreibung unterscheiden; die folgenden Themenstellungen reflektieren. – Stabilität der Himmelskörper, physikalische Beschreibungsweise 11. Struktur der Materie entartete Materie (qualitativ) anwenden; an Beispielen erläutern, dass naturwissenschaftliche Gesetze und Die Schülerinnen und Schüler können – Lichtablenkung durch Gravitation, Modellvorstellungen Grenzen haben. Teilchenmodelle an geeigneten Stellen Gravitationslinsen anwenden und kennen deren jeweilige 2. Physik als theoriegeleitete – Elektrische Feldstärke Grenzen; die Struktur der Materie auf der Erfahrungswissenschaft Basis einer quantenphysikalischen – Visualisierung von Die Schülerinnen und Schüler können die Modellvorstellung beschreiben. Feldstärkeverteilungen (auch Feldlinien) naturwissenschaftliche Arbeitsweise 8. Grundlegende physikalische Größen – Potenzial und Spannung im elektrischen Hypothese, Vorhersage, Überprüfung im Feld Experiment, Bewertung, ... anwenden und Neben dynamischen Betrachtungsweisen reflektieren; ein Modell erstellen, mit einer kennen die Schülerinnen und Schüler vor – Energie geladener Teilchen im geeigneten Software bearbeiten und die allem die Erhaltungssätze und können sie elektrischen Feld berechneten Ergebnisse reflektieren. vorteilhaft zur Lösung physikalischer Fragestellungen einsetzen. Die 5. Anwendungsbezug und – Magnetische Flussdichte Schülerinnen und Schüler können mit gesellschaftliche Relevanz der Physik weiteren grundlegenden physikalischen – Visualisierung von Die Schülerinnen und Schüler können Größen umgehen. Feldstärkeverteilungen (auch Feldlinien) Fragen selbstständig erkennen, die sie mit 9. Strukturen und Analogien – Analogiebetrachtungen zwischen Methoden der Physik bearbeiten und elektrischem, magnetischem und lösen; physikalische Grundkenntnisse und Die Schülerinnen und Schüler können das Gravitationsfeld Methoden für Fragen des Alltags sinnvoll magnetische und elektrische Feld als einsetzen. physikalisches System beschreiben und – Unterscheidung zwischen dem Die Schülerinnen und Schüler kennen die Grundlagen der Maxwelltheorie physikalischen System Feld und den charakteristische Werte der behandelten verstehen, in der die Elektrodynamik auf physikalischen Größen Feldstärke bzw. physikalischen Größen und können sie für vier Aussagen zurückgeführt wird; ihre Flussdichte sinnvolle physikalische Abschätzungen Vorstellungen und Ausdrucksweisen über Seite 1 von 5 Schulcurriculum (1/3 der Zeit) Stun Halbj Stun Mögliche Ergänzungen und Vertiefungen den ahr den Methodisch-didaktische Hinweise Zusammenarbeit mit anderen Fächern 20 11.1 12 Endzustände von Sternen: weißer Zwerg, Neutronenstern, Schwarzes Loch Einsatz geeigneter Software Praktikum: Äquipotenziallinien Teilchenbeschleuniger, Ionentriebwerke Energieeinheit Elektronvolt Einsatz geeigneter Software anwenden. Schwingungen und Wellen in eine – Bahnen von Körpern bzw. Teilchen im angemessene Fachsprache und Gravitationsfeld, elektrischen Feld bzw. mathematische Beschreibung überführen. magnetischen Feld Grundkenntnisse werden bei folgenden Themen erwartet: – Gravitationsfeld, elektrisches Feld und 10. Naturerscheinungen und technische magnetisches Feld als Energiespeicher Anwendungen Einsatz geeigneter Simulationsprogramme Bahnen von Satelliten und Himmelskörpern, Sonnenwind, Teilchenbeschleuniger, Plasmaströmungen in der Sonne Einsatz schülerzentrierter Arbeitsformen Die Schülerinnen und Schüler können weitere Erscheinungen in der Natur und wichtige Geräte funktional beschreiben. 1. Physik als Naturbetrachtung unter bestimmten Aspekten Die Schülerinnen und Schüler können zwischen Beobachtung und physikalischer Erklärung unterscheiden; zwischen ihrer Erfahrungswelt und deren physikalischer Beschreibung unterscheiden; die physikalische Beschreibungsweise anwenden; an Beispielen erläutern, dass naturwissenschaftliche Gesetze und Modellvorstellungen Grenzen haben. 7. Wahrnehmung und Messung – Mechanische Welle als Phänomen 12 11.2 6 Wasser-, Schall-, Erdbebenwellen Die Schülerinnen und Schüler können den – Welle als räumlich und zeitlich Zusammenhang und den Unterschied periodischer Vorgang zwischen der Wahrnehmung Frequenz, Periodendauer, Amplitude beziehungsweise Sinneswahrnehmung – Wellenlänge und und ihrer physikalischen Beschreibung bei Ausbreitungsgeschwindigkeit folgenden Themenstellungen reflektieren. stehende Wellen, Eigenschwingungen 8. Grundlegende physikalische Größen Beugung, Interferenz Neben dynamischen Betrachtungsweisen kennen die Schülerinnen und Schüler vor allem die Erhaltungssätze und können sie 5. Anwendungsbezug und vorteilhaft zur Lösung physikalischer gesellschaftliche Relevanz der Physik Fragestellungen einsetzen. Die Die Schülerinnen und Schüler können Schülerinnen und Schüler kennen Fragen selbstständig erkennen, die sie mit technische Möglichkeiten zum Methoden der Physik bearbeiten und Energiesparen“ und zur Reduzierung von lösen; physikalische Grundkenntnisse und „Entropieerzeugung“. Die Schülerinnen und Methoden für Fragen des Alltags sinnvoll Schüler können mit weiteren einsetzen; Zusammenhänge zwischen grundlegenden physikalischen Größen lokalem Handeln und globalen umgehen. Auswirkungen erkennen und dieses 9. Strukturen und Analogien Wissen für ihr eigenes verantwortungsbewusstes Handeln Die Schülerinnen und Schüler können das einsetzen. Die Schülerinnen und Schüler magnetische und elektrische Feld als kennen charakteristische Werte der physikalisches System beschreiben und behandelten physikalischen Größen und die Grundlagen der Maxwelltheorie können sie für sinnvolle physikalische verstehen, in der die Elektrodynamik auf Abschätzungen anwenden. vier Aussagen zurückgeführt wird; ihre Vorstellungen und Ausdrucksweisen über Schwingungen und Wellen in eine – Entropieerzeugung bei gedämpften Wellen – Überlagerung von mechanischen Wellen – Elektromagnetisches Feld – 4 Grundaussagen der Maxwelltheorie – Elektromagnetische Welle als Phänomen – Gemeinsame Eigenschaften mechanischer und elektromagnetischer Wellen (i) Positive Ladung als Quelle und negative Ladung als Senke des E-Feldes (ii) Quellenfreiheit des magnetischen B-Feldes (iii) Ein sich veränderndes B-Feld erzeugt ein EFeld (iv) Ein elektrischer Strom bzw. ein sich veränderndes E-Feld erzeugt ein B-Feld – Energietransport in Feldern Induktion Seite 2 von 5 angemessene Fachsprache und mathematische Beschreibung überführen. Grundkenntnisse werden bei folgenden Themen erwartet: Referate Alltagsbezug elektromagnetischer Strahlung, Chancen und Risiken technischer Entwicklungen Beispiele: WLAN, Mobiltelefon, Hochspannungsleitung, Mikrowellenofen, schnurlose Telefone, Trafos in Wohnräumen 10. Naturerscheinungen und technische Anwendungen Die Schülerinnen und Schüler können weitere Erscheinungen in der Natur und wichtige Geräte funktional beschreiben. 1. Physik als Naturbetrachtung unter bestimmten Aspekten Die Schülerinnen und Schüler können zwischen Beobachtung und physikalischer Erklärung unterscheiden; zwischen ihrer Erfahrungswelt und deren physikalischer Beschreibung unterscheiden; die physikalische Beschreibungsweise anwenden; an Beispielen erläutern, dass naturwissenschaftliche Gesetze und Modellvorstellungen Grenzen haben. 12. Technische Entwicklungen und ihre Folgen Die Schülerinnen und Schüler können bei weiteren technischen Entwicklungen Chancen und Risiken abwägen; Möglichkeiten reflektieren, durch die negative Folgen für Mensch und Umwelt minimiert werden. 7. Wahrnehmung und Messung – Licht als elektromagnetische Welle 12 Die Schülerinnen und Schüler können den – Lichtgeschwindigkeit Zusammenhang und den Unterschied – Intensität von Licht zwischen der Wahrnehmung beziehungsweise Sinneswahrnehmung und ihrer physikalischen Beschreibung bei folgenden Themenstellungen reflektieren. Energiestromdichte Intensität und Abstand Photovoltaik Praktikum: Messung von Lichtintensitäten Messung zu den Strahlungsgesetzen 9. Strukturen und Analogien Grundkenntnisse werden bei folgenden Themen erwartet: 2. Physik als theoriegeleitete Erfahrungswissenschaft 10. Naturerscheinungen und technische Anwendungen Die Schülerinnen und Schüler können die naturwissenschaftliche Arbeitsweise Hypothese, Vorhersage, Überprüfung im Experiment, Bewertung, ... anwenden und reflektieren; ein Modell erstellen, mit einer geeigneten Software bearbeiten und die berechneten Ergebnisse reflektieren. Die Schülerinnen und Schüler können weitere Erscheinungen in der Natur und wichtige Geräte funktional beschreiben. 3. Formalisierung und Mathematisierung in der Physik 20 11. Struktur der Materie Die Schülerinnen und Schüler können Teilchenmodelle an geeigneten Stellen anwenden und kennen deren jeweilige Grenzen; die Struktur der Materie auf der – Stefan-Boltzmann Gesetz – Spektren, Spektralapparat Beugung von Licht Praktikum: Messung von Intensitätsverteilungen Laborspektren, Sonnenspektrum, Sternspektren Zusammenhang und Unterschied zwischen Frequenz und Farbe Praktikum – Wiensches Verschiebungsgesetz – Spektralanalyse, Atomhülle und Energie-Quantisierung – Kernfusion – Thermischer Energietransport in Sternen Seite 3 von 5 12.1 Die Schülerinnen und Schüler können den funktionalen Zusammenhang zwischen physikalischen Größen erkennen, grafisch darstellen und Diagramme interpretieren; funktionale Zusammenhänge zwischen physikalischen Größen, die zum Beispiel durch eine Formel vorgegeben werden, verbal beschreiben und interpretieren; funktionale Zusammenhänge selbstständig finden; vorgegebene (auch bisher nicht im Unterricht behandelte) Formeln zur Lösung von physikalischen Problemen anwenden. Basis einer quantenphysikalischen Modellvorstellung beschreiben. Entropieerzeugung – Sternentwicklung 12. Technische Entwicklungen und ihre Folgen Die Schülerinnen und Schüler können bei weiteren technischen Entwicklungen Chancen und Risiken abwägen; Möglichkeiten reflektieren, durch die negative Folgen für Mensch und Umwelt minimiert werden. 13. Modellvorstellungen und Weltbilder 4. Spezifisches Methodenrepertoire der Die Schülerinnen und Schüler können Physik Grenzen der klassischen Physik benennen; Die Schülerinnen und Schüler können Geschichtliche Entwicklung von Modellen Zusammenhänge zwischen physikalischen und Weltbildern Größen untersuchen; Experimente selbstständig planen, durchführen, auswerten, grafisch veranschaulichen und einfache Fehlerbetrachtungen vornehmen; selbstständig Strukturen erkennen und Analogien hilfreich einsetzen; computerunterstützte Messwerterfassungsund Auswertungssysteme im Praktikum selbstständig einsetzen; die Methoden der Deduktion und Induktion anwenden; geeignete Größen bilanzieren. 6. Physik als ein historischdynamischer Prozess Die Schülerinnen und Schüler können an Beispielen selbstständig darstellen, dass physikalische Begriffe und Vorstellungen nicht statisch sind, sondern sich in einer fortwährenden Entwicklung befinden; welche Faktoren zu Entdeckungen und Erkenntnissen führen (Intuition, Beharrlichkeit, Zufall, ...). 1. Physik als Naturbetrachtung unter bestimmten Aspekten – Hertzsprung-Russell Diagramm Masse-Leuchtkraft Beziehung bei Hauptreihensternen Rote Riesen, weiße Zwerge Novae, Planetarische Nebel – Dopplereffekt Vergleich von Schall und Licht Einsatz eines Modellbildungssystems – Überblick über das elektromagnetische Spektrum – Detektoren für elektromagnetische Strahlung Infrarot-, Röntgenteleskope Bestimmung von kosmischen Distanzen – Kosmologie: Strukturen im Universum, Rotverschiebung, Standardmodell – Urknall – Aspekte der Elementarteilchenphysik im Überblick: Leptonen, Hadronen, Quarks 12.2 – Geschichtliche Entwicklung von Weltbildern Einsatz schülerzentrierter Arbeitsformen – Folgerungen aus der speziellen Relativitätstheorie, Kausalität, deterministisches Chaos, Grenzen der klassischen Physik – Sonnensystem, Bedingungen für Leben (Drakeformel) 11. Struktur der Materie Die Schülerinnen und Schüler können Die Schülerinnen und Schüler können Teilchenmodelle an geeigneten Stellen zwischen Beobachtung und physikalischer anwenden und kennen deren jeweilige – Grundlegende Gedanken der Quantenphysik am Beispiel von Photonen und Elektronen: Interferenzfähigkeit, stochastisches Seite 4 von 5 18 5 Veranschaulichung durch geeignete Software Erklärung unterscheiden; zwischen ihrer Erfahrungswelt und deren physikalischer Beschreibung unterscheiden; die physikalische Beschreibungsweise anwenden; an Beispielen erläutern, dass naturwissenschaftliche Gesetze und Modellvorstellungen Grenzen haben. 6. Physik als ein historischdynamischer Prozess Die Schülerinnen und Schüler können an Beispielen selbstständig darstellen, dass physikalische Begriffe und Vorstellungen nicht statisch sind, sondern sich in einer fortwährenden Entwicklung befinden; welche Faktoren zu Entdeckungen und Erkenntnissen führen (Intuition, Beharrlichkeit, Zufall, ...). Grenzen; die Struktur der Materie auf der Basis einer quantenphysikalischen Modellvorstellung beschreiben. 13. Modellvorstellungen und Weltbilder Verhalten, Komplementarität, Nichtlokalität, Verhalten beim Messprozess Erkenntnistheoretische Aspekte – Atomkern Die Schülerinnen und Schüler können Grenzen der klassischen Physik benennen; – die grundlegenden Gedanken der Quanten- und Atomphysik, Untersuchungsmethoden und erkenntnistheoretische Aspekte formulieren. Seite 5 von 5 Exkursion Einsatz schülerzentrierter Arbeitsformen
