7 Physik I

7
Jahrgangsstufe
7
Physik I
(2-stündig)
In dieser Jahrgangsstufe werden die Schüler behutsam und ohne Überbetonung der Mathematisierbarkeit physikalischer Aussagen und Gesetzmäßigkeiten an die der Physik eigenen Sichtweisen und Arbeitsmethoden herangeführt.
Die Hinführung und die Erarbeitung der entsprechenden Inhalte erfolgt vornehmlich unter phänomenologischen Aspekten. Voraussetzung für einen effektiven Unterricht sind die aktive Beteiligung der Schüler bei der Planung, Durchführung
und Auswertung der Experimente und die Einplanung ausreichender Übungs- und Anwendungsphasen. Das im
Fachprofil dargestellte Grundwissen wird der Jahrgangsstufe entsprechend angebahnt, geübt und gefestigt.
Grundwissen
Am Ende der Jahrgangsstufe 7 sollen die Schüler über folgendes Grundwissen verfügen:
Ph 7.1
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Messergebnisse sinnvoll angeben
wissen, wie eine physikalische Grundgröße festgelegt wird
die Gravitation als fundamentale Wechselwirkung zwischen Körpern kennen
wissen, dass die Masse ortsunabhängig und die Gewichtskraft ortsabhängig ist
Grundgrößen Kraft und Masse sowie deren Einheiten
die Trägheit als grundlegende Eigenschaft aller Körper kennen
grundlegende Vorstellung über den Aufbau der Materie (Teilchenmodell)
das Wechselwirkungsprinzip kennen und dieses auf einfache Anwendungen übertragen
vektorielle Addition und Zerlegung von Kräften zeichnerisch durchführen
Optik
(ca. 27 Std.)
Ausgehend von eigenen Erfahrungen lernen die Schüler das Modell des Lichtstrahls kennen. Anhand einfacher und
anschaulicher Experimente erarbeiten die Schüler verschiedene optische Phänomene, so dass sie befähigt werden,
Naturerscheinungen und technische Anwendungen zu erklären.
Ausbreitung des Lichts (ca. 4 Std.)
• Lichtquellen und Lichtempfänger; optische Wahrnehmung; Hinweis auf die Ausbreitungsgeschwindigkeit des
Lichts im Vakuum und in anderen optischen Medien [VSE]
• Lichtbündel; Lichtstrahl als Modell
• Schatten: Kern-, Halbschatten; partielle und totale Mond- und Sonnenfinsternis
Reflexion des Lichts (ca. 3 Std.)
• gerichtete und diffuse Reflexion
• Reflexionsgesetz: Einfallender und reflektierter Strahl liegen mit dem Einfallslot in einer Ebene; Einfalls- und
Reflexionswinkel sind gleich groß; Umkehrbarkeit des Lichtweges
• Reflexion an ebenen Spiegeln; Spiegelbild; Anwendungen [VSE]
Brechung, Totalreflexion und Dispersion (ca. 9 Std.)
• Verhalten des Lichts beim Übergang von einem optischen Medium in ein zweites; Umkehrbarkeit des Lichtweges;
(optisches Medium: ein optisches Medium M1 wird als optisch dichter als ein Medium M2 bezeichnet, wenn die
Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichts in M1 geringer als in M2 ist.)
• Zusammenhang zwischen Einfalls- und Brechungswinkel für verschiedene Medienpaare: grafische Auswertung
--Diagramm)
• Totalreflexion; Bedingungen für das Eintreten der Totalreflexion
• Brechung an planparalleler Platte und am Prisma
• Naturerscheinungen und technische Anwendungen für Brechung und Totalreflexion
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Jahrgangsstufe
• Dispersion; Brechung des weißen Lichts beim Durchgang durch ein Prisma: kontinuierliches Spektrum, monochromatisches Licht, an den sichtbaren Bereich des Spektrums angrenzende Spektralbereiche [GE]; Entstehung
des Regenbogens (aus der Geschichte: I. Newton, J. W. v. Goethe)
Optische Linsen und optische Instrumente (ca. 11 Std.)
• Brechung des Lichts durch dünne sphärische Linsen; Arten von Linsen und ihre Wirkung auf divergente, parallele
und konvergente Lichtbündel
• Begriff der optischen Abbildung; Gegenstandspunkt – Bildpunkt; Abbildung durch dünne Sammellinsen: Zusammenhang zwischen Gegenstands- und Bildweite, Art der Bilder; grafische Auswertung (b-g-Diagramm); qualitative
Formulierung der Ergebnisse
• Abbildung durch das Auge; Arten der Fehlsichtigkeit sowie Maßnahmen zu deren Behebung [BO, GE, VSE]
• Sehwinkel; Netzhautbild; Lupe als optisches Gerät zur Vergrößerung des Sehwinkels
• Bau und Funktionsweise von optischen Instrumenten: Fernrohr und Fotoapparat [ME, IB, GE]
Ph 7.2
Mechanik (Teil 1)
(ca. 22 Std.)
Durch Längenmessung mit Messgeräten unterschiedlicher Messgenauigkeit erfahren die Schüler, dass Messen eine
notwendige Voraussetzung zur Gewinnung physikalischer Aussagen ist, dass Messergebnisse mit unvermeidlichen
Messfehlern behaftet sind und dass die Berücksichtigung dieser Fehler die physikalisch sinnvolle Angabe von Messergebnissen beeinflusst.
Die Schüler lernen die Grundgrößen Kraft und Masse kennen und verfügen damit über fundamentale Kenntnisse der
Mechanik. Die Auseinandersetzung mit dem Vektorcharakter der Kraft schafft die Basis für das Verständnis des Wechselwirkungsprinzips als grundlegendes physikalisches Prinzip. Mit dem Teilchenmodell gewinnen die Schüler einen ersten Einblick in den Aufbau der Materie.
Länge; Längenmessung (ca. 3 Std.)
• physikalische Größe als messbare Eigenschaft eines Körpers: Länge; physikalische Größe als Produkt aus Maßzahl und Einheit [M]
• Längenmessgeräte [G]
• Messfehler; Angabe eines Messergebnisses in der Form M = M ± M; gültige Ziffern
Kraft (ca. 12 Std.)
• Wirkungen einer Kraft; statischer und dynamischer Aspekt; Arten von Kräften; Vergleich von Kräften über ihre
Wirkungen; Gleichheit von Kräften
• Bestimmungsstücke einer Kraft (Angriffspunkt, Richtung, Betrag)
• Gravitation; Schwere; Gewichtskraft als Folge der Gravitation zwischen Erde/Himmelskörper und Körper
(aus der Geschichte: Newton)
• Vielfachheit für Kräfte (Additivität: Zwei gleiche Kräfte ergeben zusammen die doppelte Kraft; oder: Zwei Körper,
die am gleichen Ort die gleiche Gewichtskraft erfahren, ergeben zusammen einen Körper, auf den an diesem Ort
die doppelte Gewichtskraft wirkt.)
• Einheit der Kraft, festgelegt über die Gewichtskraft eines bestimmten Körpers an einem bestimmten Ort: 1 N
• Messgeräte zur Messung von Kräften
• Wechselwirkungsprinzip (Wechselwirkungskräfte, die an zwei verschiedenen Körpern angreifen); Beispiele für
Wechselwirkungskräfte
• Addition von Kräften mit unterschiedlichen Wirkungslinien; Kräfteparallelogramm; Ersatzkraft oder resultierende
Kraft; Gleichgewicht von zwei Kräften mit gleicher Wirkungslinie
• Zerlegung einer Kraft in Komponenten; Eindeutigkeit der Zerlegung; praktische Beispiele für die Addition und
Zerlegung von Kräften
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7
Jahrgangsstufe
Masse (ca. 5 Std.)
• Trägheit als Eigenschaft aller Körper; Trägheitssatz; Beispiele für das Auftreten von Trägheitswirkungen; Trägheit
im Straßenverkehr [VSE]
• Masse als physikalische Grundgröße; Masse als Begriff, mit dem sich Schwere und Trägheit von Körpern quantitativ beschreiben lassen; Festlegung eines Messverfahrens (Definition einer physikalischen Grundgröße)
• Zusammenhang zwischen Masse und Gewichtskraft; Ortsfaktor g als konstanter Quotient aus Gewichtskraft und
Masse; Ortsabhängigkeit des Ortsfaktors und damit der Gewichtskraft
Teilchenmodell (ca. 2 Std.)
• Eigenschaften und Aufbau physikalischer Körper
• Kräfte zwischen den Teilchen; thermische Bewegung
Ph 7.3
Akustik
(ca. 7 Std.)
Die Schüler erarbeiten durch Experimente Entstehung, Ausbreitung und Empfang von Schall. Ihnen werden die
physiologischen Wirkungen der Schallempfindung bewusst.
Dieser Themenbereich eignet sich im besonderen Maß für die fächerverbindende Zusammenarbeit mit Biologie und
Musik.
Entstehung von Schall (ca. 2 Std.)
• Schwingungen eines Schallerregers; Schallarten; Frequenz – Tonhöhe; Amplitude – Tonstärke; Frequenzbereich
der menschlichen und tierischen Stimme
Ausbreitung von Schall (ca. 2 Std.)
• Modellvorstellung für die Ausbreitung des Schalls; Schallgeschwindigkeit in Luft und anderen Medien
• Reflexion des Schalls
Empfang von Schall (ca. 3 Std.)
• Hörbereich beim Menschen und bei Tieren
• erzwungene Schwingung; Resonanz
• Schallpegel; Schall als umweltschädlicher Faktor [GE, UE]
• Doppler-Effekt; Frequenzänderung bei Annäherung an eine bzw. bei Entfernung von einer Schallquelle
Vorschlag für mögliche Projekte:
• Lärm und Lärmmessung; Schutzmaßnahmen
• Bau eines Fernrohres und Himmelsbeobachtungen
• Bau einer Lochkamera
• Fotoapparat: Einfluss der einzelnen Komponenten auf die Bildgestaltung; Bildspeicherung
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