Konstruktion von Physik-Klausuraufgaben

Konstruktion von PhysikKlausuraufgaben
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Grundlage
Inhaltliche Aspekte
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Vorgaben und Lehrplan
Fachliche Hinweise (neu!)
Übung dazu
Formulierungsaspekte (mit Übung)
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Operatoren
Übung dazu
Copyright G. Heinrichs 2006, geändert von Ihlefeld / Bastgen
Grundlage
Vorgabenpapier liefert
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abiturspezifische Hinweise
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


Mehrere Sachbereiche
Maximal zwei voneinander unabhängige Themen
…
Hinweise, die für alle Klausuren relevant
sind
Relevanz der Hinweise

Inhaltliche Aspekte
Auf der Grundlage der in den Vorgaben, im Lehrplan und in den
eingeführten Unterrichtsbüchern vorhandenen Aufgaben und
Experimenten sollen die zu erstellenden Prüfungsaufgaben…

Formulierungsaspekte
Aus der Aufgabenstellung gehen Art und Umfang der geforderten
Leistung hervor. Im Interesse der Eindeutigkeit orientiert sich die
Formulierung der Arbeitsaufträge an den in Kapitel 3.3 der EPA Physik
vorgesehenen Operatoren.
Zusammenstellung

aller obligatorischen Gegenstände (gemäß

der inhaltlichen Schwerpunkte

Farbcodierung:
Lehrplan)
(gemäß Vorgaben zum Abitur 2007)


im LP nicht als obligatorisch ausgewiesen
nicht als inhaltlicher Schwerpunkt ausgewiesen
Ladungen und Felder

elektrisches Feld, elektrische Feldstärke





Gesetz
potenzielle Energie im elektr. Feld,
Spannung, Kapazität
magnetisches Feld, magnetische Feldgröße B
Lorentzkraft


Feldkraft auf Ladungsträger im homogenen Feld,
radialsymmetr. Feld (nur Leistungskurs), Coulomb’sches
Stromwaage
Bewegung von Ladungsträgern in elektrischen und
magnetischen Feldern

Braunsche Röhre, Fadenstrahlrohr, Wien-Filter,
Hall-Effekt (nur Leistungskurs)
Elektromagnetismus

Elektromagnetische Induktion, Induktionsgesetz


Drehung einer Leiterschleife im homog. Magnetfeld
Selbstinduktion, Induktivität

verzögerter Einschaltvorgang bei Parallelschaltung von L und
R, Ein- und Ausschaltvorgänge bei Spulen
Elektromagnetische
Schwingungen und Wellen

Elektromagnetischer Schwingkreis,



elektromagnetische Wellen


Ausbreitung, Hertzscher Dipol
Interferenz


Grundphänomene, Analogie zum mechanischen Oszillator
RCL-Schwingkreis 1Hz, Federpendel
Mikrowelleninterferenz, Wellenwanne,
Lichtbeugung am Spalt, Doppelspalt und Gitter,
Wellenlängenmessung
Ausbreitung von Licht
Relativitätstheorie (nur LK)

Konstanz der Lichtgeschwindigkeit und deren
Konsequenzen

Michelson Experiment

relativistischer Impuls
Äquivalenz von Masse und Energie,

relativistische Kinematik

Thermodynamik (nur LK)

Thermodynamische Maschinen




(Stirling-Motor, Stirling-Kreisprozess, Wärmepumpe)
1. und 2. Hauptsatz der Thermodynamik
Entropie
dissipative Strukturen
Atom- und Kernphysik

Linienspektren und Energiequantelung des Atoms,
Atommodelle


Ionisierende Strahlung,



Strahlungsarten, Nachweismethoden
Röntgenspektroskopie
Radioaktiver Zerfall


Beobachtung von Spektrallinien am Gitter, Franck-HertzVersuch
Halbwertszeitmessung, Reichweite und Absorption von
Gammastrahlung
Kernspaltung und Kernfusion

Kernbausteine, Bindungsenergie, Kettenreaktion
Quanteneffekte

Lichtelektrischer Effekt und Lichtquantenhypothese



Linienspektren und Energiequantelung des Atoms
de Broglie-Theorie des Elektrons,
Welleneigenschaften von Teilchen,


Elektronenbeugung an polykristalliner Materie
Grenzen der Anwendbarkeit klassischer Begriffe in
der Quantenphysik


h-Bestimmung mit Photozelle und Gegenfeldmethode
Doppelspaltversuch mit Elektronen und Licht
reduzierter Intensität
Heisenbergsche Unbestimmtheitsrelation
Inhaltlich geeignet
oder nicht?
Das ist hier die Frage!
Gegeben:
3 Klausuraufgaben
Aufgabe:
Ankreuzen, ob Teilaufgabe geeignet,
nicht geeignet oder bedingt geeignet ist
(ggf. Erläuterung oder Begründung dazu)
Ziel:
Welche Relevanz haben die
Schwerpunkte des eigenen Unterrichts
für das Abitur?
Zeit/Form:
30 min/Partnerarbeit
Fachliche Hinweise



Es gelten die veröffentlichten Vorgaben
(Stand Februar 2005).
Die unter www.learnline.nrw.de ins Netz
gestellten Beispielaufgaben verdeutlichen den
Zusammenhang der Obligatorik des Fachs mit
diesen Vorgaben.
Die folgenden Hinweise sollen der weiteren
Klärung und Präzisierung dienen:
Math. Kompetenzen

„Grad der erwarteten mathematischen
Kompetenzen“:

Kompetenzen aus dem Grundkurs Mathematik


Kenntnis der Punktnotation für Ableitungen von
physikalischen Größen nach der Zeit
Umgang mit trigonometrischen Funktionen
Math. Kompetenzen

Nur für den Leistungskurs:

Lösungen von Differentialgleichungen mit
vorgegebenem Ansatz



ungedämpfte harmonische Schwingungen
Ein- und Ausschaltvorgänge
radioaktiver Zerfall
Hilfsmittel
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zulässige Formelsammlungen




nur im Handel erhältliche
nur im Kurs genutzt
keine selbst erstellten oder ergänzten
zulässige Taschenrechner



im Kurs genutzte Rechner
auch grafikfähige TR
auch CAS
Inhaltliche Schwerpunkte



Die in den Vorgaben in Klammern
angegebenen Experimente sind geeignete
Beispiele für die Erarbeitung der Inhalte im
Unterricht.
Ihre Durchführung ist nicht obligatorisch.
Die inhaltlichen Schwerpunkte lassen sich wie
folgt konkretisieren:
Fachliche Hinweise

Elektromagnetismus/
Induktionsgesetz:


Änderung der Flussdichte B und der Fläche A
Elektromagnetische Schwingungen
und Wellen:


Kenntnis der Thomsonschen
Schwingungsformel,
Analogie zum mechanischen Oszillator auch
bezüglich der Energiebilanzen
Fachliche Hinweise

Relativitätstheorie (nur Leistungskurs):




Lorenzkontraktion, Zeitdilatation und der
relativistische Energiesatz E02 = E2 + p2c2 ;
keine Lorenztransformation
keine Minkowskidiagramme
Atom- und Kernphysik / Atommodelle:


Bohrsches Atommodell,
Potentialtopfmodell (nur Leistungskurs)
Klausuraufgaben: Formulierung
Aufgabe 1 (alt!)
Bringt man NaCl in eine nicht leuchtende Bunsenflamme,
so geht von der Flamme gelbes Licht der Wellenlänge  =
589 nm aus.
Wie kommt diese Lichtemission zustande?
Aufgabe 1 (neu!)
Bringt man NaCl in eine nicht leuchtende Flamme eines
Bunsenbrenners, so geht von der Flamme gelbes Licht
der Wellenlänge λ = 589 nm aus.
Erläutern Sie mit Hilfe des Bohrschen Atommodells das
Zustandekommen dieser Lichtemission.
Klausuraufgaben: Formulierung
Aufgabe 2 (alt!)
Der Abbildung entsprechend wird ein weißer Schirm durch eine Natriumdampflampe und
eine Glühlampe gleicher Lichtleistung ausgeleuchtet. An der Stelle, wo sich die Lichtkegel
der Lampen kreuzen, wird die Bunsenflamme aus Aufgabe 1) in den Strahlengang beider
Lampen gebracht. Dort, wo das Licht der Na-Lampe auftrifft, entsteht ein dunkler
Schatten. Dort,2
wo(neu!)
das Glühlampenlicht auftrifft, entsteht kein Schatten.
Aufgabe
Erklären
Sie diese Beobachtungen
und betrachten
Siedas
diesich
Photonen
der
Eine
Natriumdampflampe
und eineausführlich,
Glühlampe senden
Licht aus,
im Bereich
verschiedenen
Lichtquellen kreuzt
einzeln.
der Bunsenbrennerflamme
und auf einem Schirm zwei getrennte Bereiche etwa
gleicher Helligkeit ausleuchtet. Bringt man nun Natriumchlorid (NaCl) in die Flamme,
so sieht man in dem von der Natriumdampflampe beleuchteten Bereich einen dunklen
Schatten. In dem Schirmbereich, der von der Glühlampe angeleuchtet wird, erkennt
man keine Veränderungen.
2.1. Zeichnen Sie die Versuchsanordnung von oben gesehen.
2.2. Analysieren Sie die Wirkung des Lichts der Natriumdampflampe
auf die Natriumatome in der Flamme.
2.3. Erklären Sie nun, warum in nur einem der beiden Lichtkegel
ein dunkler Bereich sichtbar ist.
2.4. Berechnen Sie die Photonenenergie des Natriumlichts in eV.
Operatoren (Auswahl)
ermitteln
einen Zusammenhang oder eine Lösung finden und das Ergebnis
formulieren
herleiten
aus Größengleichungen durch mathematische Operationen
eine physikalische Größe freistellen
interpretieren/ kausale Zusammenhänge in Hinblick auf Erklärungsmöglichkeiten
deuten
untersuchen und abwägend herausstellen
nennen/
angeben
skizzieren
Elemente, Sachverhalte, Begriffe, Daten ohne Erläuterungen
aufzählen
Sachverhalte, Strukturen oder Ergebnisse auf das Wesentliche
reduziert übersichtlich darstellen
Aufgabe zu Operatoren
• formulieren Sie die Aufgaben
mithilfe der Operatoren;
• orientieren Sie sich an den beigefügten Lösungen.
1. Photoeffekt (GK)
oder alternativ :
2. Heißluftmaschine und Wechselstrom (LK)
Zeit/Form: 45 min/Gruppenarbeit (max. 3 Pers./Gruppe)
Vorbereitungen

schulinterne Curricula überprüfen/verändern

Methodenlernen, Beachtung der Operatoren
(EPA)

Schülerinnen und Schüler informieren und
vorbereiten

Klausuren der relevanten Typen und Umgang
mit der Formelsammlung üben

Orientierung an den Formaten der
Beispielprüfungsaufgaben