Physik vierstündig
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Kern- und Schulcurriculum PHYSIK Physik Kursstufe (4-stündig) VORBEMERKUNG Der 4-stündige Physikkurs ist auf eine systematische Beschäftigung mit den wesentlichen Inhalten und Grundprinzipien gerichtet und macht damit die Breite, die Komplexität und den Aspektreichtum des Faches und seiner Bezüge zu Natur und Technik deutlich. Er zielt auf eine vertiefte Beherrschung der Fachmethoden und ihrer Anwendung sowie der theoretischen Reflexion ab. Den 4-stündigen Physikkurs zeichnet ein hoher Grad an Selbstständigkeit der Schülerinnen und Schüler vor allem beim Experimentieren, in einzelnen Fällen aber auch bei der Wissensgenerierung aus. Kerncurriculum PHYSIKALISCHE GRUNDLAGEN Kompetenzen Inhalte Physik als Naturbetrachtung Unter bestimmten Aspekten Elektrische, mechanische und thermische Größen; Magnetismus, Magnetfeld eines stromdurchflossenen Leiters; Strom-Antrieb- Physik als theoriegeleitete Erfahrungswissenschaft Konzept (mind. einen Vergleich analoger elektrischer, Spezifisches Methodenrepertoire der Physik (Impuls, Energie, Ladung, Drehimpuls (qualitativ)); Anwendungsbezug und gesellschaftliche Relevanz der Physik Energiespeicher und Energietransporte; Kennlinien von Geräten; Grundlegende physikalische Größen Strukturen und Analogien Naturerscheinungen und technische Anwendungen mechanischer und thermischer Systeme); Erhaltungssätze Entropieerzeugung; Mechanische, elektrische und thermische Informationstechnologie und elektronische Schaltungen Schulcurriculum Kerncurriculum Schulcurriculum GRAVITATIONSFELD Kompetenzen Inhalte Physik als Naturbetrachtung Unter bestimmten Aspekten Gravitationsfeldstärke; Gravitationsfeld; Gravitationsfeld als Energiespeicher (quantitativ im homogenen Bereich) Spezifisches Methodenrepertoire der Physik Anwendungsbezug und gesellschaftliche Relevanz der Physik ª Kepler’sche Gesetze ª Gravitationsgesetz ª Gravitationspotential; Äquipotentialflächen Physik als historisch-dynamischer Prozess Querverweise: Grundlegende physikalische Größen NWT: Astronomie Strukturen und Analogien Naturerscheinungen und technische Anwendungen Modellvorstellungen und Weltbilder ELEKTRISCHES FELD Kompetenzen Inhalte Physik als Naturbetrachtung unter bestimmten Aspekten Unterscheidung zwischen dem physikalischen System Feld und Formalisierung und Mathematisierung der Physik elektrischem und Gravitationsfeld; Visualisierung von Spezifisches Methodenrepertoire der Physik Feldkonstante ε0; Potenzial und Spannung im elektrischen Feld; Grundlegende physikalische Größen Feldstärke im homogenen elektrischen Feld; Kondensator und Querverweise: Strukturen und Analogien Kapazität; Kapazität des Plattenkondensators; Materie im elektrischen Feld εr; Elektrisches Feld als Energiespeicher NWT: Medizintechnik (EKG und EEG) Naturerscheinungen und technische Anwendungen Feldstärke; Elektrische Feldstärke; Analogiebetrachtung zwischen Feldstärkeverteilungen (auch Feldlinien); Elektrische ª Irdische elektrische Felder (Blitze) ª Glühelektrischer Effekt ª Ablenkung geladener Teilchen im elektrischen Querfeld Quantitativer Zusammenhang von Spannung und elektrischer (quantitativ für Plattenkondensator); Bewegung geladener Teilchen im elektrischen Längsfeld; Quantisierung der elektrischen Ladung (Millikan Versuch) Kerncurriculum Schulcurriculum MAGNETISCHES FELD Kompetenzen Inhalte Physik als Naturbetrachtung unter bestimmten Aspekten Magnetische Flussdichte; Lorentzkraft, Betrag und Richtung; Formalisierung und Mathematisierung der Physik (Hall-Effekt); Magnetisches Feld und magnetische Flussdichte Spezifisches Methodenrepertoire der Physik Materie im Magnetfeld μr; Analogiebetrachtungen zwischen elektrischem, magnetischem und Gravitationsfeld; Bewegung Grundlegende physikalische Größen geladener Teilchen im homogenen magnetischen Querfeld Kräftegleichgewicht zwischen elektrischer und magnetischer Kraft einer langgestreckten Spule; Magnetische Feldkonstante μ0; ª Hysteresekurve ferromagnetischer Stoffe ª e/m-Bestimmung ª Räumliche Bahnen im magnetischen Feld ª Senkrecht gekreuzte elektrische und magnetische Felder (Wienfilter) Strukturen und Analogien Naturerscheinungen und technische Anwendungen ELEKTROMAGNETISCHE INDUKTION Kompetenzen Inhalte Physik als Naturbetrachtung unter bestimmten Aspekten Induktion; Magnetischer Fluss; Induktionsgesetz; Induktivität; Formalisierung und Mathematisierung der Physik Energiespeicher (quantitativ für Spule); Erzeugung sinusförmiger Wechselspannungen, Generatorprinzip; Grundlegendes Prinzip Querverweise: Spezifisches Methodenrepertoire der Physik eines Transformators MATHE: Produktregel der Differentialrechnung Grundlegende physikalische Größen Strukturen und Analogien Naturerscheinungen und technische Anwendungen Induktivität der langgestreckten Spule; Magnetisches Feld als ª Dynamo und Generator Kerncurriculum MECHANISCHE SCHWINGUNGEN UND Schulcurriculum WELLEN Kompetenzen Inhalte Physik als Naturbetrachtung unter bestimmten Aspekten Beispiele für mechanische Schwingungen; Frequenz; Physik als theoriegeleitete Erfahrungswissenschaft Differenzialgleichung harmonischer Schwingungen; Formalisierung und Mathematisierung der Physik Dämpfung: Energie- und Entropiebilanz; Mechanische Welle als Spezifisches Methodenrepertoire der Physik Querwelle; Wellenlänge; Ausbreitungsgeschwindigkeit; Lösungen Querverweise: der Wellengleichung: Auslenkung s(x,t) des Wellenträgers, Anwendungsbezug und gesellschaftliche Relevanz der Physik Beispiele entweder in Abhängigkeit des Ortes oder der Zeit; MATHE: Grundlagen der Trigonometrie Differentialgleichungen Überlagerung von Wellen (Interferenz, stehende Welle, NWT: Wellenbegriff (Ultraschall) Wahrnehmung und Messung Eigenschwingung) Grundlegende physikalische Größen Naturerscheinungen und technische Anwendungen Periodendauer; Amplitude; Herleitung und Lösung der Energiebilanzen in schwingenden Systemen; Entropieerzeugung; s(t) = −D ⋅ s(t) und s(t) = s0 ⋅ sin(ωt) ª m ⋅ ª Longitudinalwellen ª Funktionaler Zusammenhang zwischen c, λ und f Phänomen; Eigenschaften von Wellen; Lineare harmonische Kerncurriculum ELEKTROMAGNETISCHE SCHWINGUNGEN UND WELLEN Kompetenzen Inhalte Physik als Naturbetrachtung unter bestimmten Aspekten Beispiele für elektromagnetische Schwingungen; Analogie der Formalisierung und Mathematisierung der Physik Schwingungen; Energiebilanz im elektromagnetischen Größen und Bauteile bei mechanischen und elektromagnetischen Schwingkreis; Herleitung und Lösung der Differenzialgleichung Spezifisches Methodenrepertoire der Physik harmonischer Schwingungen; Dämpfung: Energie- und Anwendungsbezug und gesellschaftliche Relevanz der Physik Elektrodynamik auf 4 Aussagen zurückgeführt wird: Wahrnehmung und Messung 2) Quellenfreiheit des magnetischen B-Feldes Grundlegende physikalische Größen 3) Ein sich veränderndes B-Feld erzeugt ein Strukturen und Analogien Schulcurriculum Entropiebilanz; Grundlagen der Maxwelltheorie, in der die 1) Ladungen als Quelle des E-Feldes E-Feld (Induktion) Naturerscheinungen und technische Anwendungen 4) Ein elektrischer Strom bzw. ein sich Technische Entwicklung und ihre Folgen Elektromagnetische Wellen als Phänomen; Energietransports veränderndes E-Feld erzeugt ein B-Feld durch elektromagnetische Felder; Ausbreitungsgeschwindigkeit elektromagnetischer Wellen; Überblick über das elektromagnetische Spektrum; Alltagsbezug elektromagnetischer Strahlung, Chancen und Risiken technischer Entwicklung; 2 Anwendungsbeispiele aus den Bereichen WLAN, Mobiltelefon, Hochspannungsleitung, schnurlose Telefone, Trafos in Wohnräumen 1 ⋅ I(t) und I(t) = I0 ⋅ sin(ωt) ª I(t) = − LC ª Herleitung und Messung der Vakuumlichtgeschwindigkeit ª Hertz’scher Dipol Querverweise: MATHE: Grundlagen der Trigonometrie Differentialgleichungen NWT: Elektromagnetisches Spektrum Kerncurriculum Schulcurriculum WELLENOPTIK Kompetenzen Inhalte Physik als Naturbetrachtung unter bestimmten Aspekten Licht als elektromagnetische Welle; Analogie mechanischer und elektromagnetischer Wellen, insbesondere Vergleich von Schall Formalisierung und Mathematisierung der Physik und Licht; Reflexion; Streuung, Brechung und Polarisation Spezifisches Methodenrepertoire der Physik Mehrfachspalt und Gitter; Wahrnehmung von Helligkeit, Messung Anwendungsbezug und gesellschaftliche Relevanz der Physik Spektrallampen (Zusammenhang und Unterschied zwischen (qualitativ); Beugung; Interferenz am Einzelspalt, Doppelspalt, von Intensitätsverteilungen; Spektren verschiedener Strahler und Frequenz und Farbe); Strahlungsbilanz der Erde Wahrnehmung und Messung ª Huygens’sches Prinzip ª Dispersion ª Michelson-Interferometer ª Interferenzphänomene in der Natur (z.B. Interferenz an dünnen Schichten) Querverweise: BIO/CH: Spektroskopie, Polarisation Grundlegende physikalische Größen Strukturen und Analogien Naturerscheinungen und technische Anwendungen GRUNDLAGEN DER QUANTENPHYSIK Kompetenzen Inhalte Physik als Naturbetrachtung unter bestimmten Aspekten Photoeffekt; Planck’sches Wirkungsquantum; Zusammenhang Formalisierung und Mathematisierung der Physik Broglie); Stochastisches Verhalten; Interferenzfähigkeit Physik als historisch-dynamischer Prozess Impuls-Unbestimmtheit und Welcher-Weg-Information); Querverweise: Verhalten bei Messprozessen (Präparation von Quantenobjekten, Modellvorstellungen und Weltbilder Determiniertheit der Wellenfunktion, Kollaps der Wellenfunktion); MATHE: stochastische Verteilungsfunktionen Energie – Frequenz; Zusammenhang Impuls – Wellenlänge (de (Superposition der Möglichkeiten); Komplementarität (Ort- Nichtlokalität, insbesondere Verschränktheit; Erkenntnistheoretische Aspekte formulieren ª Elektronenbeugung am Graphit-Kristall ª Doppelspaltversuch von Jönsson ª Schrödingers Katze ª Geschichtliche Bezüge (Einstein, Planck, …) Kerncurriculum GRUNDLAGEN DER ATOMPHYSIK Schulcurriculum ª Quantenzahlen und Orbitale beim Wasserstoffatom ª Laser ª Kernumwandlungen, Kernkraftwerk ª Teilchenbeschleuniger CERN oder DESY Kompetenzen Inhalte Physik als Naturbetrachtung unter bestimmten Aspekten Geschichtliche Entwicklung von Modellen und Weltbildern (am Physik als historisch-dynamischer Prozess und Energiequantisierung; Linienspektren; Linearer Potentialtopf; Struktur der Materie Bedeutung für die Atomphysik; Atomkerne; Überblick über Querverweise: Modellvorstellungen und Weltbilder Aspekte der Elementarteilchenphysik: CHEMIE: Atommodelle • Leptonen, Hadronen, Quarks RELIGION: Glaube und Naturwissenschaft Beispiel der Quantentheorie und der Atommodelle); Atomhülle Grundlegende Gedanken der Schrödingergleichung und ihrer • Untersuchungsmethoden (Spektren, hochenergetische Strahlen, Detektoren)
