BORG Mittersill – Themenpool Physik 2014/15 9 Wochenstunden --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Themenpool Physik im NAWI-hum – Zweig: 8BC (mit Schularbeiten aus Physik) ORG mit ergänzendem Unterricht in Biologie sowie Physik und Chemie 1. Strukturen im Mikrokosmos Größenordnungen im Mikrokosmos Aufbau von Materie, Molekülen, Atomen… Bindungskräfte und Teilchenbewegung als Erklärung der Aggregatzustände Historische Entwicklung des Atombegriffes Elektronen, Protonen, Neutronen als Bausteine des Atoms Suche nach Elementarteilchen – LHC 2. Strukturen im Makrokosmos Größenordnungen im Makrokosmos Sonne, Erde und Planeten im geozentrischen und heliozentrischen Weltbild Charakteristika von Sonne und Planeten Bewegungsgesetze im Sonnensystem (Gravitation, Keplergesetze) Geburt, Leben und Tod von Sternen, das Hertzsprung – Russel - Diagramm Die Sonne als Stern Aufbau von Galaxien am Beispiel unserer Milchstraße 3. Physik im Straßenverkehr Den Reaktionsweg als gleichförmige Translation erkennen, berechnen und in Diagrammen darstellen Den Bremsweg als beschleunigte (verzögerte) Translation erkennen , berechnen und in Diagrammen darstellen Abhängigkeit von Reaktions-, Brems- und Anhalteweg Definition und Wirkung von mechanischen Kräften (Reibungskraft, Federkraft, Zentripetalkraft) Anwendung der Newton´schen Axiome Energie- und Impulserhaltung in Verbindung mit elastischem und unelastischem Stoß Sicherheitseinrichtungen und ihre Grenzen erkennen (Gurt, Kopfstütze, Airbag, Helm) 4. Kraft und Bewegung Definition von mechanischen Kräften, Geschwindigkeit, Beschleunigung Kräfte als Ursache für Beschleunigung und Verzögerung Zentripetalkraft als Ursache von kreisförmigen Bewegungen Gravitationskraft und freier Fall Darstellung von geradlinigen Bewegungen in s-t-, v-t-, a-t-Diagrammen Newton´sche Axiome 5. Energie und Energieversorgung Beispiele für Energieformen (kinetische E., potentielle E., elektrische E., Kernenergie, ..) Prinzip der Energieerhaltung, Äqivalenzprinzip von Einstein Energieumwandlung in Kraftwerken, Wirkungsgrad Aufbau, Arbeitsweise, Einsatz von Wasser- und Wärmekraftwerken und ihre Auswirkungen auf die Umwelt 1 BORG Mittersill – Themenpool Physik 2014/15 9 Wochenstunden -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Erklärung und Beurteilung von Vor- und Nachteilen alternativer Energiequellen Grundlagen der Energieversorgung Österreichs 6. Schwingungen und Wellen Definition und graphische Darstellung von harmonischen Schwingungen Federpendel und Fadenpendel Entstehung und Ausbreitung von Transversal- und Longitudinalwellen Licht und Schall als Beispiele für TW bzw. LW erkennen, Physikalische Grundlagen der Wahrnehmung von Licht und Schall (Auge und Ohr) Definition von Amplitude, Elongation, Frequenz, Schwingungsdauer – mit einfachen Versuchen und rechnerischer Auswertung Überlagerung von Schwingungen und Wellen –konstruktive und destruktive Interferenz 7. Licht und Farbe Licht als elektromagnetische Welle - Entstehung von kohärentem und inkohärentem Licht durch Quantensprünge Lichtausbreitung: Reflexion, Brechung, Totalreflexion, Beugung, Interferenz, Polarisation (mit einfachen Versuchsbeispielen) Lichtspektren: Erzeugung durch Brechung und Beugung, Arten von Spektren Physik des menschlichen Auges – Aufbau bzw. Strahlengang des Lichtes, Farbwahrnehmung - Farbfehlsichtigkeit Interferenz und Polarisation 8. Der Laser als spezielle Lichtquelle Das Laserprinzip – pumpen, spontane und induzierte Emission Eigenschaften und Einsatzbeispiele des Laserlichtes in Medizin und Technik Laserarten: Rubinlaser – Gaslaser – Halbleiterlaser 9. Der Feldbegriff in der Physik Definition des Feldbegriffes und von Feldgrößen (Feldstärke, ..) Darstellung in Feldlinienbildern (Definition Feldlinie, Äquipotentialflächen, ..) Das Gravitationsfeld Das elektrostatische Feld Das (elektro)magnetische Feld Bedeutung der drei Felder für die Erde (Raumfahrt, Gewitter – Blitze, Kompass) 10. Elektrische Ladungen und ihre Eigenschaften Erzeugung elektrischer Ladungen (Reibung, Influenz, Ionisation) Elektrostatisches Feld: Definition – Feldgrößen – Feldlinienbilder Spezielle Beispiele für elektrostatische Felder: homogenes Feld, Spitzenwirkung, Faradaykäfig Speicherung elektrischer Ladungen im Kondensator, Schaltung von Kondensatoren Praktische Beispiele: Blitze, Kondensator, Reizleitung, .. 11. Gleichstromkreise Definition und Bedeutung von I, U, R Ohmsches Gesetz und Kirchhoff´sche Regeln – Schaltung von Widerständen Leitverhalten von Metallen, Halbleitern, Isolatoren (Bändermodelle) Berechnung und Aufbau einfacher Stromkreise 2 BORG Mittersill – Themenpool Physik 2014/15 9 Wochenstunden --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------12. Elektrizität und Magnetismus Der Versuch von Örsted Das elektromagnetische Feld Magnetfeld stromdurchflossener Spulen, Verhalten ferromagnetischer Stoffe Induktion und Selbstinduktion, Generator und Transformator Stromerzeugung und Stromtransport 13. Elektromagnetische Wellen Spektrum der elektromagnetischen Wellen, Eigenschaften, Ausbreitung Entstehung durch Quantensprünge oder in Schwingkreisen Röntgenstrahlen (Erzeugung, Eigenschaften, Anwendung) als Beispiel Radiowellen (Rundfunk, Fernsehen) als Beispiel 14. Grundlagen der Nachrichtentechnik Elektromagnetische Schwingkreise (Parallelschwingkreis, UHF-Kreis, λ/2-Dipol), Thomsonformel Berechnungen zur Thomsonformel Elektroakustische (Mikrofon, Lautsprecher) und elektrooptische Wandler (Halbleiter, Bildschirm) Modulation – Übertragung (Boden- und Raumwellen) - Demodulation 15. Physikalische Grundlagen bildgebender Verfahren in der Medizin Braunsche Röhre Sonografie: Ultraschall, Dopplereffekt Konventionelles Röntgen, CT Magnetresonanztomografie Szintigrafie 16. Spezielle Relativitätstheorie Einstein´sche Postulate Versuch von Michelson und Morley Zeitdilatation (Zwillingsparadoxon, Atomuhren), Längenkontraktion, Massenzunahme Energie-Masse-Äquivalent 17. Physik der Atomhülle Bedeutung der Elektronen in der historischen Entwicklung der Atommodelle (Thomson, Rutherford, Bohr, Schrödinger) Welle-Teilchen-Dualismus von Elektronen – Fotoeffekt, Doppelspaltversuch Heisenberg´sche Unschärferelation - Nullpunktsenergie Energiequantisierung der Elektronen, Quantensprünge in der Atomhülle, Orbitale 18. Physik des Atomkerns Entdeckung und Aufbau des Atomkerns, Kräfte im Kern Natürliche und künstliche Radioaktivität Kernspaltung und Kernfusion, Nutzung der Kernenergie Abschätzung von Risiken und Gefahren der Kernenergienutzung Strahlenwirkung und Strahlenschutz 19. Nutzung und Risiken der Kernenergie 3 BORG Mittersill – Themenpool Physik 2014/15 9 Wochenstunden -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Kernspaltung und Kernfusion Kernwaffen Kernspaltungsreaktor: Prinzip, Beispiele für Reaktorarten Vor- und Nachteile der Kernenergie, GAU, Tschernobyl und Fukushima als Beispiele für den Umgang mit Störfällen Strahlenschutz und Strahlenwirkung Wiederaufbereitung und Lagerung von radioaktivem Abfall 20. Strahlenwirkung und Strahlenschutz Definition und Eigenschaften von Röntgenstrahlen und radioaktiven Strahlen als ionisierende Strahlen Dosis, Dosisbegriffe, Einheiten Physikalische, biologische, effektive Halbwertszeit Belastungspfade – Bestrahlung, Kontamination, Inkorporation Biologische Wirkung und Schädigungen 5 A-Regel als Basis für Schutzmaßnahmen 21. Bekannte Physiker zu Beginn des 20. Jh. und ihre Leistungen Max Planck – Wirkungsquantum, Quantenphysik Albert Einstein - SRT Werner Heisenberg - Unschärferelation Niels Bohr - Atommodell Erwin Schrödinger - Dualismus Henri Bequerel und Marie Curie – Radioaktivität Otto Hahn – Lise Meitner – Kernspaltung Auswirkung der politischen Strömungen der NS-Zeit auf die Physiker von damals 22. Beispiele bekannter Experimente in der Entwicklung der Physik und ihre Bedeutung Versuch von Örsted Versuch von Michelson und Morley Froschschenkelversuch Streuversuch von Rutherford Doppelspaltversuch 23. Ausgewählte Naturphänomene Optik: Regenbogen, Schillern von Schmetterlingsflügeln Elektrostatik: Blitze und Gewitter Elektromagnetismus: Polarlichter, Erdmagnetismus 24. Modellvorstellungen und ihre Bedeutung Mechanik des Massenpunktes Atommodelle und ihre Entwicklung Geo- und heliozentrisches Weltbild Der Gedankenversuch der Schrödingerkatze – Modell des Welle-TeilchenDualismus Das Zwillingsparadoxon 4