Curriculum_11_12_2std_Quanten
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Beispiel Schulcurriculum Physik – 2-stündiger Kurs mit Schwerpunkt Quantenphysik Autoren: Fachberater des Regierungspräsidiums Karlsruhe Kerncurriculum (2/3 der Zeit) Thema (im Sinne Inhalt des Fachwissens – (mit Angabe der Behandlungstiefe) Kompetenznummern 8–13) 8. Grundlegende physikalische Größen – Elektrische, mechanische und thermische Größen Neben dynamischen Betrachtungsweisen Die Schülerinnen und Schüler können kennen die Schülerinnen und Schüler vor – Strom-Antrieb-Konzept zwischen Beobachtung und physikalischer allem die Erhaltungssätze und können sie – Erhaltungssätze Erklärung unterscheiden; zwischen ihrer vorteilhaft zur Lösung physikalischer Erfahrungswelt und deren physikalischer Fragestellungen einsetzen. Die – Entropieerzeugung Beschreibung unterscheiden; die Schülerinnen und Schüler kennen – mechanische, elektrische und physikalische Beschreibungsweise technische Möglichkeiten zum thermische Energiespeicher und anwenden; an Beispielen erläutern, dass Energiesparen“ und zur Reduzierung von naturwissenschaftliche Gesetze und „Entropieerzeugung“. Die Schülerinnen und Energietransporte Modellvorstellungen Grenzen haben. Schüler können mit weiteren grundlegenden physikalischen Größen 2. Physik als theoriegeleitete umgehen Erfahrungswissenschaft 9. Strukturen und Analogien Die Schülerinnen und Schüler können die naturwissenschaftliche Arbeitsweise Die Schülerinnen und Schüler können das Hypothese, Vorhersage, Überprüfung im magnetische und elektrische Feld als Experiment, Bewertung, ... anwenden und physikalisches System beschreiben und reflektieren; ein Modell erstellen, mit einer die Grundlagen der Maxwelltheorie geeigneten Software bearbeiten und die verstehen, in der die Elektrodynamik auf berechneten Ergebnisse reflektieren. vier Aussagen zurückgeführt wird; ihre Vorstellungen und Ausdrucksweisen über 5. Anwendungsbezug und Schwingungen und Wellen in eine gesellschaftliche Relevanz der Physik angemessene Fachsprache und mathematische Beschreibung überführen. Die Schülerinnen und Schüler können Fragen selbstständig erkennen, die sie mit Methoden der Physik bearbeiten und lösen; physikalische Grundkenntnisse und Methoden für Fragen des Alltags sinnvoll einsetzen; Zusammenhänge zwischen lokalem Handeln und globalen Auswirkungen erkennen und dieses Kompetenzen (im Sinne der Fachmethoden – Kompetenznummern 1–7) 1. Physik als Naturbetrachtung unter bestimmten Aspekten RP Karlsruhe: Beispiel Schulcurriculum Physik - 2stündiger Kurs Quantenphysik Seite 1 von 6 Schulcurriculum (1/3 der Zeit) Stun Stun Mögliche Ergänzungen und Vertiefungen den den und methodisch-didaktische Hinweise 3 0 08.04.2017 Wissen für ihr eigenes verantwortungsbewusstes Handeln einsetzen. Die Schülerinnen und Schüler kennen charakteristische Werte der behandelten physikalischen Größen und können sie für sinnvolle physikalische Abschätzungen anwenden. 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. 3. Formalisierung und Mathematisierung in der Physik 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. 8. Grundlegende physikalische Größen – Elektrische Feldstärke Neben dynamischen Betrachtungsweisen kennen die Schülerinnen und Schüler vor allem die Erhaltungssätze und können sie vorteilhaft zur Lösung physikalischer Fragestellungen einsetzen. Die Schülerinnen und Schüler kennen technische Möglichkeiten zum Energiesparen“ und zur Reduzierung von „Entropieerzeugung“. Die Schülerinnen und Schüler können mit weiteren grundlegenden physikalischen Größen umgehen. 7 3 – Visualisierung von Feldstärkeverteilungen (auch Feldlinien) Einsatz geeigneter Software – Potenzial und Spannung im elektrischen Feld – Quantitativer Zusammenhang zwischen Spannung und elektrischer Feldstärke im homogenen elektrischen Feld – Kondensator, Kapazität Praktikum: Kapazitätsbestimmung – Elektrisches Feld als Energiespeicher Überblick: Quantisierung der elektrischen Ladung, Millikanversuch 9. Strukturen und Analogien Die Schülerinnen und Schüler können das magnetische und elektrische Feld als physikalisches System beschreiben und die Grundlagen der Maxwelltheorie verstehen, in der die Elektrodynamik auf vier Aussagen zurückgeführt wird; ihre Vorstellungen und Ausdrucksweisen über Schwingungen und Wellen in eine angemessene Fachsprache und mathematische Beschreibung überführen. 10. Naturerscheinungen und technische 4. Spezifisches Methodenrepertoire der Anwendungen Physik Die Schülerinnen und Schüler können Die Schülerinnen und Schüler können weitere Erscheinungen in der Natur und Zusammenhänge zwischen physikalischen wichtige Geräte funktional beschreiben. Größen untersuchen; Experimente selbstständig planen, durchführen, auswerten, grafisch veranschaulichen und einfache Fehlerbetrachtungen vornehmen; RP Karlsruhe: Beispiel Schulcurriculum Physik - 2stündiger Kurs Quantenphysik – Magnetische Flussdichte 4 5 – Kraft auf stromdurchflossenen Leiter – Visualisierung von Feldstärkeverteilungen (auch Feldlinien) Wdh. Magnetismus, Magnetfeld eines stromdurchflossenen geraden Leiters Einsatz geeigneter Software Beispiele für technische Anwendungen: Elektromotor, Lautsprecher – Magnetischer Fluss – Induktion, Induktionsgesetz – Induktivität – Magnetisches Feld als Energiespeicher 8 4 Wirbelströme Induktionsherd Überblick: Ein- und Ausschaltvorgänge bei Spulen – Gravitationsfeldstärke – Analogiebetrachtungen zwischen elektrischem, magnetischem und Gravitationsfeld Seite 2 von 6 08.04.2017 selbstständig Strukturen erkennen und Analogien hilfreich einsetzen; computerunterstützte Messwerterfassungsund Auswertungssysteme im Praktikum selbstständig einsetzen; die Methoden der Deduktion und Induktion anwenden; geeignete Größen bilanzieren. 1. Physik als Naturbetrachtung unter bestimmten Aspekten – Gravitationsfeld als Energiespeicher – Generatorprinzip Grundlegendes Prinzip eines Transformators 7. Wahrnehmung und Messung – Harmonische mechanische und elektromagnetische Schwingungen, Die Schülerinnen und Schüler können den Analogie Die Schülerinnen und Schüler können Zusammenhang und den Unterschied zwischen Beobachtung und physikalischer zwischen der Wahrnehmung – Frequenz Erklärung unterscheiden; zwischen ihrer beziehungsweise Sinneswahrnehmung – Periodendauer Erfahrungswelt und deren physikalischer und ihrer physikalischen Beschreibung bei Beschreibung unterscheiden; die folgenden Themenstellungen reflektieren. – Amplitude physikalische Beschreibungsweise 8. Grundlegende physikalische Größen anwenden; an Beispielen erläutern, dass naturwissenschaftliche Gesetze und Neben dynamischen Betrachtungsweisen Modellvorstellungen Grenzen haben. kennen die Schülerinnen und Schüler vor allem die Erhaltungssätze und können sie 3. Formalisierung und vorteilhaft zur Lösung physikalischer Mathematisierung in der Physik Fragestellungen einsetzen. Die Die Schülerinnen und Schüler können den Schülerinnen und Schüler kennen funktionalen Zusammenhang zwischen technische Möglichkeiten zum – Mechanische Welle als Phänomen physikalischen Größen erkennen, grafisch Energiesparen“ und zur Reduzierung von darstellen und Diagramme interpretieren; „Entropieerzeugung“. Die Schülerinnen und – Eigenschaften von Wellen funktionale Zusammenhänge zwischen Schüler können mit weiteren – Wellenlänge physikalischen Größen, die zum Beispiel grundlegenden physikalischen Größen durch eine Formel vorgegeben werden, umgehen. – Ausbreitungsgeschwindigkeit verbal beschreiben und interpretieren; 9. Strukturen und Analogien – Überlagerung von Wellen (Interferenz ) funktionale Zusammenhänge selbstständig finden; vorgegebene (auch bisher nicht im Die Schülerinnen und Schüler können das Unterricht behandelte) Formeln zur Lösung magnetische und elektrische Feld als von physikalischen Problemen anwenden. physikalisches System beschreiben und die Grundlagen der Maxwelltheorie 4. Spezifisches Methodenrepertoire der verstehen, in der die Elektrodynamik auf Physik vier Aussagen zurückgeführt wird; ihre Die Schülerinnen und Schüler können Vorstellungen und Ausdrucksweisen über – Elektromagnetische Welle als Zusammenhänge zwischen physikalischen Schwingungen und Wellen in eine Phänomen Größen untersuchen; Experimente angemessene Fachsprache und selbstständig planen, durchführen, mathematische Beschreibung überführen. – Licht als elektromagnetische Welle auswerten, grafisch veranschaulichen und 10. Naturerscheinungen und technische – Phänomen des Energietransports durch einfache Fehlerbetrachtungen vornehmen; elektromagnetische Felder RP Karlsruhe: Beispiel Schulcurriculum Physik - 2stündiger Kurs Quantenphysik Seite 3 von 6 4 2 Beschreibung von Schwingungen mit Zeigern ist sinnvoll Weitere Beispiele 4 4 Einsatz geeigneter Software Musikinstrumente stehende Welle, Eigenschwingung 17 4 08.04.2017 selbstständig Strukturen erkennen und Analogien hilfreich einsetzen; computerunterstützte Messwerterfassungsund Auswertungssysteme im Praktikum selbstständig einsetzen; die Methoden der Deduktion und Induktion anwenden; geeignete Größen bilanzieren. Anwendungen Die Schülerinnen und Schüler können weitere Erscheinungen in der Natur und wichtige Geräte funktional beschreiben – Analogie mechanischer und elektromagnetischer Wellen, insbesondere Vergleich von Schall und Licht – Die vier grundlegenden Aussagen der Maxwelltheorie Beispiel für Formulierungen: – Positive Ladung als Quelle und negative Ladung als Senke des E-Feldes – Quellenfreiheit des magnetischen BFeldes – Ein sich veränderndes B-Feld erzeugt ein E-Feld (Induktion) – Ein elektrischer Strom bzw. ein sich veränderndes E-Feld erzeugt ein B-Feld – Reflexion – Streuung (qualitativ) – Brechung (qualitativ) – Beugung Polarisation (qualitativ) Interferenzphänomene in der Natur ( keine ausführlichen Herleitungen und Übungen) – Ausbreitungsgeschwindigkeit elektromagnetischer Wellen – Doppelspalt, Gitter – Wahrnehmung von Helligkeit, Messung von Intensität – Wahrnehmung von Farben, Messung von Frequenzen – Überblick über das elektromagnetische Spektrum – Alltagsbezug elektromagnetischer Strahlung, Chancen und Risiken technischer Entwicklungen RP Karlsruhe: Beispiel Schulcurriculum Physik - 2stündiger Kurs Quantenphysik Seite 4 von 6 z.B. WLAN, Mobiltelefon, Hochspannungsleitung, Mikrowellenofen, schnurlose Telefone, Trafos in Wohnräumen Informationen und Hinweise auf aktuelle Diskussionen 08.04.2017 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. 13. Modellvorstellungen und Weltbilder – Photoeffekt 12 6 Die Schülerinnen und Schüler können – Planck’sches Wirkungsquantum Grenzen der klassischen Physik benennen; Quantenobjekte die grundlegenden Gedanken der Zusammenhang Energie–Frequenz Quanten- und Atomphysik, Untersuchungsmethoden und Zusammenhang Impuls–Wellenlänge erkenntnistheoretische Aspekte Interferenzfähigkeit (Superposition der formulieren. Möglichkeiten) 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, ...). geschichtliche Entwicklung von Modellen und Weltbildern Veranschaulichung durch Software Komplementarität (Welcher-WegInformation und Interferenzfähigkeit) Stochastisches Verhalten Verhalten beim Messprozess, Nichtlokalität Erkenntnistheoretische Aspekte formulieren 1. Physik als Naturbetrachtung unter bestimmten Aspekten 10. Naturerscheinungen und technische – Atomhülle und Energiequantisierung Anwendungen – Linienspektren Die Schülerinnen und Schüler können Die Schülerinnen und Schüler können – Strahlungsbilanz der Erde und zwischen Beobachtung und physikalischer weitere Erscheinungen in der Natur und Treibhauseffekt Erklärung unterscheiden; zwischen ihrer wichtige Geräte funktional beschreiben Erfahrungswelt und deren physikalischer – Folgerungen aus der Beschreibung unterscheiden; die Schrödingergleichung Atomkern 11. Struktur der Materie physikalische Beschreibungsweise – Aspekte der Elementarteilchenphysik im anwenden; an Beispielen erläutern, dass Die Schülerinnen und Schüler können Überblick: Leptonen, Hadronen, Quarks naturwissenschaftliche Gesetze und Teilchenmodelle an geeigneten Stellen Modellvorstellungen Grenzen haben. anwenden und kennen deren jeweilige Grenzen; die Struktur der Materie auf der Basis einer quantenphysikalischen Modellvorstellung beschreiben. RP Karlsruhe: Beispiel Schulcurriculum Physik - 2stündiger Kurs Quantenphysik Informationen auch im Überblick Seite 5 von 6 14 5 Fraunhoferlinien Spektren verschiedener Strahler Exkursion, außerschulische Lernorte Referate – Bewegung von geladenen Teilchen in Feldern – Teilchenbeschleuniger, Strahlentherapie 08.04.2017 5. Anwendungsbezug und gesellschaftliche Relevanz der Physik 12. Technische Entwicklungen und ihre – geschichtliche Entwicklung von Folgen Modellen und Weltbildern Die Schülerinnen und Schüler können Fragen selbstständig erkennen, die sie mit Methoden der Physik bearbeiten und lösen; physikalische Grundkenntnisse und Methoden für Fragen des Alltags sinnvoll einsetzen; Zusammenhänge zwischen lokalem Handeln und globalen Auswirkungen erkennen und dieses Wissen für ihr eigenes verantwortungsbewusstes Handeln einsetzen. Die Schülerinnen und Schüler kennen charakteristische Werte der behandelten physikalischen Größen und können sie für sinnvolle physikalische Abschätzungen anwenden. 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. Historisch: Entwicklung von Atommodellen 13. Modellvorstellungen und Weltbilder Die Schülerinnen und Schüler können Grenzen der klassischen Physik benennen; die grundlegenden Gedanken der Quanten- und Atomphysik, Untersuchungsmethoden und erkenntnistheoretische Aspekte formulieren RP Karlsruhe: Beispiel Schulcurriculum Physik - 2stündiger Kurs Quantenphysik Seite 6 von 6 08.04.2017
