Physik Curriculum
Werbung
Schulcurriculum Physik für die Sekundarstufe I (Stand November 2010) Der nachfolgende Vorschlag für ein Schulcurriculum geht von einem zweistündigen Unterricht in den Klassen 5, 8 und 9 aus. Bei 40 Unterrichtswochen ergeben sich maximal 80 Stunden Unterricht. I. Methoden Die Schülerinnen und Schüler sollen sich im Laufe ihres Physikunterrichtes mit neuen Inhalten auseinandersetzen. Dabei sind Phasen der Anwendung sowie des Übens, des Vertiefens und Festigens von immenser Bedeutung. Um die Lernphasen bei der Anwendung des neu erworbenen Wissen möglichst ertragreich zu gestalten, werden vielfältige Methoden und Medien eingesetzt. Die Methodenvielfalt trägt zur Motivation der Schülerinnen und Schüler bei und führt zu eigentätigem Arbeiten, was eine Erziehung zur Selbständigkeit ermöglicht. Eine Auswahl der Methoden: Die Modellmethode Das Lernen an Modellen ist zentraler Aspekt der Physik. Ein sich der Wahrnehmung des Menschen entziehender Teil der Welt wird durch das Konstrukt eines Modells zugänglich gemacht. Physikalische Phänomene können so erklärt werden und insbesondere für Schülerinnen und Schüler zugänglich gestaltet werden (siehe z.B. Atommodelle, Wellen- und Teilchenmodell des Lichts etc...). Das Experiment Das Experimentieren im Physikunterricht ist an die Erkenntnisgewinnung in der Wissenschaft angelehnt. Sei es durch durch das eigenständige Arbeiten im Schülerexperiment oder durch ein lehrergestütztes Demonstrationsexperiment - Experimente tragen auf motivierende Weise zum Lernerfolg im Unterricht bei. Der darbietende Unterricht Im Wechsel mit schülerzentrierten Phasen hat der durch den Lehrer geführte darbietende Unterricht nach wie vor zur Sicherung und Einführung in Themen (z.B. durch Mind Maps) seine Berechtigung. Durch das sokratische Gespräch hat er als Form der deduktiven Erkenntnisgewinnung auch in der Erarbeitungsphase des Unterrichts seine Berechtigung. Im Weiteren Sinne des Begriffs darbietender Unterricht wird durch mündliche und schriftliche Schülerpräsentationen mit Hilfe von Postern und anderer Medien die Präsentationsfähigkeit der Schülerinnen und Schüler gefördert. 1 Kooperatives Lernen Kooperative Lernformen wie Gruppen- und Partnerarbeit sind aufgrund ihres Lernpotenzials im sozialen Miteinander aus dem modernen Unterricht nicht wegzudenken. Im Physikunterricht werden häufig das Gruppenpuzzle (Lerner werden zu Experten) und das Stationenlernen (eigenständiges und selbstkontrolliertes Arbeiten an verschiedenen Lernstationen) durchgeführt. Textarbeit Die eigenständige Textarbeit ist auch im Physikunterricht ein Thema. Als Element des entdeckenden, forschenden Lernens ist die Arbeit mit Texten aus Büchern und Zeitschriften sowie die Internetrecherche eine alternative und durchaus motivierende Methode. Spiele Spielerische Lernformen, aber insbesondere Analogspiele, bei denen Schülerinnen und Schüler in die Rolle eines physikalischen Teilchens schlüpfen, werden im Physikunterricht eingesetzt, um komplizierte Sachverhalte insbesondere in der Elektrik und der Wärmelehre zu verdeutlichen. Durch die Aktivierung des kinästhetischen Wahrnehmungskanals werden somit vorwiegend motorisch orientierte Lernertypen berücksichtigt. 2 II Physikalische Basiskonzepte Die Natur verstehen mit physikalischen Basiskonzepten In der Physik wird versucht, ganz unterschiedliche Vorgänge in Natur und Technik dadurch zu verstehen, dass nach Gemeinsamkeiten und Zusammenhängen zwischen ihnen gesucht wird und sie mit denselben Begriffen beschrieben werden. Diese so genannten Basiskonzepte können als Wegweiser bei der Suche nach Erklärungen dienen. 1. Basiskonzept Energie Wenn sich ein Spielzeug ohne erkennbaren Grund bewegt oder ein Auto fährt ist hierzu Energie nötig (z.B. wird der Tank leerer). Die Sonne kann immer wieder Wind und Sturm erzeugen und bringt Pflanzen zum wachsen. Mit dem Energiebegriff kann man z.B. Vorhersagen über das Verhalten von Spielzeug oder Maschinen machen oder man kann Wettererscheinungen verstehen. Es ist nicht immer unbedingt nötig genau zu wissen, wie die Zusammenhänge sind. 2. Basiskonzept System Wenn das Rücklicht am Fahrrad nicht leuchtet, muss nicht die Glühlampe kaputt sein. Geht das vordere Licht dann eigentlich auch aus ? Betrachtet man den Mond mit einem Fernglas, erkennt man, er ist eine Kugel. Aber warum sieht er dann manchmal aus wie eine Sichel ? In Natur und Technik ist es oft so, dass man auf das ganze System achten muss, um herauszufinden, warum sich seine Teile so und nicht anders verhalten. Nur so kann man verstehen, dass es an anderer Stelle unbeabsichtigte Folgen haben kann, wenn man an einer Stelle etwas verändert. 3. Basiskonzept Struktur der Materie Man war schon vom Aufbau aller Materie aus Teilchen überzeugt, lange bevor man mit komplizierten Geräten die Struktur von Materie sichtbar machen konnte. Mit Hilfe des Teilchenmodells können viele Vorgänge in der Natur erklärt werden, wie z.B. die Aggregatzustände, die schnelle Ausbreitung von Parfum im Raum oder das Verhalten von Dauermagneten. 4. Basiskonzept Wechselwirkung Wenn man eine Veränderung beobachtet und nach einer Ursache forscht, findet man fast immer andere Veränderungen, die den beobachteten Vorgang bewirkt haben. Und oft gibt es dabei eine Wirkung in umgekehrter Richtung, so zieht z.B. der Nagel genauso am Magneten wie der Magnet am Nagel. Wenn man versucht zu verstehen, wie ein Vorgang im Detail funktioniert, findet man oft Wechselwirkungen wie (magnetische) Kräfte, Energieübertragung, elektrischen Strom oder Licht- und Schallausbreitung. 3 III. Inhaltsfelder und fachliche Kontexte a) Klasse 5 Fachliche Kontexte Inhaltsfelder Elektrizität und Magnetismus im Alltag Elektrizität und Magnetismus - Experimentieren mit einfachen Stromkreisen Was der Strom alles kann Untersuchung der eigenen Fahrradbeleuchtung Messgeräte erweitern die Wahrnehmung Magnetismus: keine Zauberei Der Kompass als Werkzeug zur Orientierung Sonne-Temperatur-Jahreszeiten - Was sich mit der Temperatur alles ändert Leben bei verschiedenen Temperaturen Die Sonne- unsere wichtigste Energiequelle Sehen und Hören - Sicher im Straßenverkehr – Augen und Ohren auf Licht und Schatten im Weltraum Sprechen und Hören Physik und Musik Energie im Alltag - Energie bestimmt unseren Alltag - - Experimentieren mit einfachen Stromkreisen (Parallel- und Reihenschaltung, Wassermodell, Und-/Oderschaltung mit Batterie und Glühlampen, Wechselschaltung) Untersuchung der eigenen Fahrradbeleuchtung Messung der el. Stromstärke / Arbeit mit dem Messgerät Magnetismus: Feld, Pole, Eigenschaften Stromwirkungen, Elektromagnetismus Der Kompass als Werkzeug zur Orientierung Wärmelehre - - Volumen- und Längenänderung, Aggregatzustände, Teilchenmodell, Anomalie des Wassers Wärmeleitung, -strahlung, -mitführung Energie von der Sonne Tag, Monat, Jahr, Jahreszeiten Licht und Schall - Zum Sehen brauchen wir Licht Licht-, Schatten-, Spiegelbilder, Reflexionsgesetz Mondphasen, Mond- und Sonnenfinsternisse Frequenz, Amplitude, Schallquellen und – empfänger, S.-wellen Energie - Konzeptbezogene Kompetenzen - - - - - - Energieformen - An Beispielen erklären, dass das Funktionieren von Elektrogeräten einen geschlossenen Stromkreis voraussetzt. Einfache elektrische Schaltungen planen, aufbauen und analysieren. Das „Wassermodell“ anwenden können, um Beobachtungen in einfachen Schaltungen erklären zu können. Beim Magnetismus erläutern, dass Körper ohne direkten Kontakt eine anziehende oder abstoßende Wirkung aufeinander ausüben können. An Beispielen beschreiben, dass sich bei Stoffen die Aggregatzustände durch Aufnahme bzw. Abgabe von Wärme verändern. Aggregatzustandsübergänge auf der Ebene einer einfachen Teilchenvorstellung beschreiben. Den Sonnenstand als eine Bestimmungsgröße für die Temperaturen auf der Erde erkennen. Auswirkungen von Schall auf Menschen im Alltag erläutern. Bildentstehung und Schattenbildung sowie Reflexion mit der gradlinigen Ausbreitung des Lichts erklären. Schwingungen als Ursache von Schall und Hören als Aufnahme von Schwingungen identifizieren. Geeignete Schutzmaßnahmen gegen die Gefährdungen durch Schall und Strahlung nennen. In Transportketten Energie bilanzieren und dabei die Idee der Energieerhaltung zugrunde legen. An Beispielen zeigen, dass an die Umgebung abge- 4 - Energie verschwindet nie, Energie wird entwertet - Energieumwandlungen und Energieerhaltungssatz gebene Energie nicht weiter genutzt werden kann. b) Klasse 8 Fachliche Kontexte Inhaltsfelder Der Sehvorgang und optische Instrumente Strahlenoptik - Mit optischen Instrumenten „Unsichtbares“ sichtbar gemacht Lichtleiter in Medizin und Technik Die Welt der Farben Die ganz großen Sehhilfen: Teleskope und Spektrometer - - Werkzeuge und Maschinen erleichtern die Arbeit - Einfache Maschinen: Kleine Kräfte, lange Wege Physik und Sport Anwendungen der Hydraulik Kraft, Druck, mechanische- und innere Energie - Tauchen und Schwimmen in Natur und Technik Reflexion, Brechung, Totalreflexion, Lichtleiter Bildentstehung mit Linsen z.B. im Auge Zeichnerische Konstruktion von Abbildungen Rechnerische Lösung von Aufgaben mit Hilfe der Linsenformel und der Formel zum Abbildungsmaßstab Sehfehler und ihre Korrektur Vergleich unterschiedlicher Kameras und Einstellungen Optische Instrumente als Sehhilfe (Lupe, Fernrohr, Projektor…) Zusammensetzung des weißen Lichts Geschwindigkeit Kraft als vektorielle Größe Zusammenwirken und zerlegen von Kräften Die schiefe Ebene Gewichtskraft und Masse Hebelgesetz und Flaschenzug Mechanische Arbeit, Energie und Leistung, Energieerhaltung Dichte, Druck, Stempeldruck, Schweredruck, Hydraulische Anlagen Die Auftriebskraft - Konzeptbezogene Kompetenzen - - - - - Die Funktion von Linsen für die Bilderzeugung und den Aufbau einfacher optischer Systeme beschreiben. Absorption und Brechung von Licht beschreiben. Brechung von Lichtstrahlen an Grenzflächen zeichnerisch konstruieren. Berechnung von Abständen und Größen mit Hilfe der Linsenformel und des Abbildungsmaßstabs. Abbildungen mit Linsen zeichnerisch konstruieren. Die physikalischen Hintergründe von Sehfehlern und ihrer Korrektur durch Linsen einsehen und verstehen. Die Funktionsweise optischer Instrumente verstehen und die Verläufe von ausgezeichneten Lichtstrahlen nachvollziehen. Bewegungsänderungen oder Verformungen von Körpern auf das Wirken von Kräften zurückführen. Kraft und Geschwindigkeit als vektorielle Größen beschreiben. Die Wirkungsweise und die Gesetzmäßigkeiten von Kraftwandlern an Beispielen beschreiben. Die Beziehung und den Unterschied zwischen Masse und Gewichtskraft beschreiben. Den quantitativen Zusammenhang von umgesetzter Energie, Leistung und Zeitdauer des Prozesses kennen und in Beispielen aus Natur und Technik nutzen. Druck als physikalische Größe quantitativ beschreiben und in Beispielen anwenden. Schweredruck und Auftrieb formal beschreiben und in Beispielen anwenden. Die Auftriebskraft in Flüssigkeiten 5 - Induktive und deduktive Herleitung der Auftriebsformel Schwimmen und Absinken c) Klasse 9 Fachliche Kontexte Inhaltsfelder Elektrizität - messen, verstehen, anwenden Elektrizität - Elektroinstallation und Sicherheit im Haus Autoelektrik Hybridantrieb - Kernenergie - Grundlagen, Anwendungen und Verantwortung - Radioaktivität und Kernenergie – Nutzen und Gefahren Strahlendiagnostik und Strahlentherapie Kernkraftwerke und Fusionsreaktoren Atomaufbau, Radioaktivität, und Kernenergie - Elektromagnetismus und effiziente 1 Elektrostatische Aufladung, Eigenschaften 1 von Ladungen Bewegte Ladungen und elektrische 1 Stromstärke Elektrische Quelle und elektrischer 1 „Verbraucher“ Unterscheidung und Messung von 1 Stromstärke und Spannung Elektrischer Widerstand, Ohmsches Gesetz Spannungen, Stromstärke und elektrischer Widerstand in Parallel- und Reihenschaltung Elektrische Leistung und Energie Aufbau von Materie, Aufbau von Atomen Ionisierende Strahlung (Arten, Reichweiten, Abschirmung…) Kernumwandlungen, Zerfallsreihen, Halbwertszeit Strahlennutzen, Strahlenschäden, Strahlenschutz Kernspaltung, Kernkraftwerk Nutzen und Risiken der Kernenergie Elektromagnetismus, Energieumwandlungen, Konzeptbezogene Kompetenzen - - - Die elektrischen Eigenschaften von Stoffen mit Hilfe 1 eines einfachen Kern-Hülle-Modells erklären . Die Spannung als Indikator für durch Ladungstrennung gespeicherte Energie beschreiben. Die Beziehung von Spannung, Stromstärke und Widerstand in elektrischen Schaltungen beschreiben und anwenden. Umgesetzte Energie und Leistung in elektrischen Stromkreisen aus Spannung und Stomstärke bestimmen. Quantitative Zusammenhänge zwischen Spannung, Ladung und Energie zur Beschreibung energetischer Vorgänge in Stromkreisen nutzen. - Eigenschaften von Materie mit einem angemessenen Atommodell beschreiben. Eigenschaften und Wirkungen verschiedener Arten radioaktiver Strahlung und ihre Namen nennen. Zerfallsreihen mit Hilfe der Nuklidkarte beschreiben. Nachweismöglichkeiten von Strahlung beschreiben. Die Wechselwirkung zwischen Strahlung und Materie sowie resultierende Veränderungen der Materie beschreiben und medizinische Anwendungen und Schutzmaßnahmen erklären (Nutzen & Risiken). - Den Aufbau von Systemen beschreiben und die - Diese Inhaltsfelder und konzeptbezogene Kompetenzen werden im Schuljahr 2012/2013 auch in Klasse 8 unterrichtet. 6 Energienutzung Umweltphysik - - Strom für zu Hause Das Blockheizkraftwerk Das Niedrigenergiehaus Verkehrssysteme und Energieeinsatz Treibhauseffekt - Lorentzkraft, Induktion Elektromotor und Generator Transformator Energieumwandlungsprozesse, Wirkungsgrad Umweltphysik (regenerative und konservative Energiequellen, Treibhauseffekt…) - Funktionsweise ihrer Komonenten erklären. Die Verknüpfung von Energieerhaltung und Energieentwertungin Prozessen aus Natur und Technik erkennen und beschreiben. Verschiedene Möglichkeiten der Energiegewinnung, -aufbereitung und –nutzung unter physikalischtechnischen, wirtschaftlichen und ökologischen Aspekten vergleichen und bewerten. 7 Schulcurriculum Sek II Auszug aus den Richtlinien Physik S II 2.2 Zuordnung der Themen und Gegenstände zu den Bereichen des Faches 2.2.1 Sachbereiche Die fünf Sachbereiche des Faches sind durch Themen und weiter durch Gegenstände entfaltet. Die unterschiedlichen Drucktypen der Gegenstände weisen auf die Obligatorik hin, die in Kapitel 2.3 ausführlich erläutert ist. Fett sind obligatorische Gegenstände für Grund- und Leistungskurse, fettkursiv sind zusätzliche obligatorische Gegenstände für Leistungskurse und normal gedruckt sind weitere empfohlene Gegenstände dargestellt. Teile der Leistungskursobligatorik können auch durch eine Behandlung der Gegenstände in der Jahrgangsstufe 11 abgedeckt werden. 2.2.1.1 Mechanik KINEMATIK UND DYNAMIK DES MASSENPUNKTES Gesetze der gleichförmigen und gleichmäßig beschleunigten Bewegung träge Masse, Trägheitssatz Kraft, Grundgleichung der Mechanik Impuls,Impulserhaltung Kraftstoß und Impulsänderung Modell des Massenpunktes Bezugssystem, Inertialsystem, Galilei-Transformation Wurfbewegungen Kreisbewegung, Zentripetalkraft Trägheitskräfte in beschleunigten Bezugssystemen (Zentrifugalkraft, Corioliskraft) ENERGIE UND ARBEIT Lageenergie und Hubarbeit Bewegungsenergie und Beschleunigungsarbeit Spannenergie und Spannarheit Energieentwertung und Reibungsarbeit Energiebilanzierung bei Übertragung und Umwandlung - Erhaltung und Entwertung der Energie Stoßvorgänge ROTATION DES STARREN KÖRPERS Modell des starren Körpers Gesetze der gleichförmigen und gleichmäßig beschleunigten Drehbewegung Trägheitsmoment, Drehmoment, Rotationsenergie Drehimpuls, Drehimpulserhaltung Kreisel (Präzession) 8 GRAVITATION astronomische Weltbilder Kepler'sche Gesetze, unser Planetensystem Gravitationsgesetz, Gravitationsfeld, Gravitationsfeldstärke Energie und Arbeit im Gravitationsfeld, Potential Raketenprinzip, Raumfahrt Kosmologischer Ausblick MECHANISCHE SCHWINGUNGEN Schwingungsvorgänge und Schwingungsgrößen harmonische Schwingung nichtlineare Schwingungen, Vorhersagbarkeit des Schwingungsverhaltens Überlagerung von Schwingungen erzwungene Schwingung, Resonanz. gedämpfte Schwingung, Erzeugung ungedämpfter Schwingungen, Rückkopplung gekoppelte Schwingungen MECHANISCHE WELLEN Entstehung und Ausbreitung von Transversal- und Longitudinalwellen, Wellengleichung Beugung, Huygens'sches Prinzip, Reflexion, Brechung Interferenz von Wellen, stehende Welle Schall als mechanische Welle, Ultraschall, Infraschall Eigenschwingungen (Grund- und Obertöne, Synchronisationsphänomene) Dopplereffekt 2.2.1.2 Elektrik LADUNGEN UND FELDER elektrisches Feld, elektrische Feldstärke E zentralsymmetrisches Feld, Coulomb 'sches Gesetz potentielle Energie im elektrischen Feld, Spannung, Potential elektrische Feldkonstante elektrische Kapazität Dielektrikum, Dielektrizitätszahl elektrisches Feld als Energieträger, Energiedichte magnetisches Feld, magnetische Feldgröße B Lorentzkraft magnetische Feldkonstante Ferromagnetismus, Permeabilität Bewegung von Ladungsträgern in elektrischen und magnetischen Feldern Erzeugung eines Elektronenstrahls, e/m-Bestimmung elektrische Leitungsvorgänge in festen Körpern, Flüssigkeiten und Gasen 9 ELEKTROMAGNETISMUS elektromagnetische Induktion, Induktionsgesetz Selbstinduktion, Induktivität Magnetfeld als Träger von Energie, Energiedichte Erzeugung von Wechselspannung Transformator, Übertragung elektrischer Energie Wechselstromwiderstände, Reihen- und Parallelschaltung, Leistung ELEKTROMAGNETISCHE SCHWINGUNGEN UND WELLEN elektromagnetischer Schwingkreis (Grundphänomene, Analogien zum mechanischen Oszillator) Erzeugung ungedämpfter elektromagnetischer Schwingungen, Rückkopplung elektromagnetische Wellen (Ausbreitung, Hertz'scher Dipol, Maxwell'sche Postulate) Ausbreitung von Licht (Beugung, Interferenz, Reflexion, Brechung, Polarisation) IR- und UV-Strahlung, Strahlungsgesetze Informationsübertragung durch elektromagnetische Wellen Holographie 2.2.1.3 Relativitätstheorie ( nur LK) relativistische Kinematik Invarianz der Newton'schen Mechanik bei Inertialsystemwechsel Ätherhypothese und Michelson- Versuch Erhaltungssätze in der relativistischen Dynamik Aquivalenz von Masse und Energie Invarianz der elektrischen Ladung Transfonnation elektrischer und magnetischer Felder 2.2.1.4 Thermodynamik (nur LK) ENERGIEERHALTUNG UND ENERGIEENTWERTUNG Hauptsatz der Thermodynamik Entropie und 2. Hauptsatz der Thermodynamik dissipative Strukturen Irreversibilität und Zeitpfeil WÄRMEKRAFTMASCHINEN UND ENERGIEVERSORGUNG Wärmekraftmaschinen (Energie- und Entropiestrom, Wirkungsgrad, Kraft- Wärme-Kopplung, Heißluftmotor und Wärmepumpe) Kraftwerke Energieversorgungskonzepte (konventionelle und regenerative Energien) KINETISCHE GASTHEORIE Verhalten von Gasen bei Temperaturänderung, der Temperaturbegriff Zustandsänderungen bei Gasen, spezifische Wärmen statistische Deutung der Entropie, ihre Bedeutung in anderen Fachgebieten 10 ENERGETIK DER ERDE statistische Deutung der Entropie, ihre Bedeutung in anderen Fachgebieten Energieabstrahlung der Sonne Energiehaushalt der Erde, Atmosphäre Treibhauseffekt, Veränderung des Gleichgewichts NICHTLINEARITÄT UND CHAOS Selbstorganisation und dissipative Strukturen Symmetrie und Symmetriebruch Sensitivität, Phasendiagramme und Artraktoren Feigenbaumdiagrammne. Bifurkationen und Selbstähnlichkeit Fraktale und fraktale Dimension Logistisches Wachstum 2.2.1.5 Atom- und Quantenphysik ATOMBAU und KERNPHYSIK Atommodelle ionisierende Strahlung (Strahlungsarten, Nachweismethoden) radioaktiver Zerfall (Zerfallsgesetz, Zerfallsprozesse) Spektroskopie (Röntgen-, γ- und ß-Strahlung) Kernspaltung und Kernfusion (Kernbausteine, Bindungsenergie, Kettenreaktion) QUANTENEFFEKTE Lichtelektrischer Effekt und Lichtquantenhypothese klassischer Begriffe in der Quantenphysik Heisenberg'sche Unbestimmtheitsrelation Quantenobjekte und Messprozesse Linienspektren und Energiequantelung des Atoms, Bohr'sches Atommodell de Broglie- Theorie des Elektrons Grenzen der Anwendbarkeit Schrödingergleichung und Anwendungen (Wasserstoffatom, Tunneleffekt) Pauli-Prinzip (Spin, Aufbau des Periodensystems 11 Leistungsbewertung im Fach Physik in der Sekundarstufe I Die rechtlich verbindlichen Hinweise zur Leistungsbewertung sowie zu Verfahrensvorschriften sind im Schulgesetz § 48 (1) (2) sowie in der APO–SI § 6 (1) (2) dargestellt. Die Leistungsbewertung im Fach Physik orientiert sich im Wesentlichen an den im schulinternen Curriculum ausgewiesenen Kompetenzerwartungen, die den Schülerinnen und Schülern sowie deren Erziehungsberechtigten über die Internetpräsens der Schule transparent gemacht sind. Dabei kommt dem Bereich der prozessbezogenen Kompetenzen der gleiche Stellenwert zu wie den konzeptbezogenen Kompetenzen. Den Schülerinnen und Schüler wird dann im Unterricht hinreichend Gelegenheit gegeben, diese kumulativ erworbenen Kompetenzen in den bis zur Leistungsüberprüfung angestrebten Ausprägungsgraden zu erreichen. Die Lernerfolgsüberprüfungen zielen nicht ausschließlich auf die Bewertung und Diagnose der Kompetenzentwicklung der Schülerinnen und Schüler ab, sondern bieten auch für die Lehrkraft Anlass, die Zielsetzungen und die Methoden ihres Unterrichts zu überprüfen und ggf. zu modifizieren. Auf diese Weise können den Schülerinnen und Schülern individuelle Angebote zum Weiterlernen gemacht werden und Hinweise zu Erfolg versprechenden individuellen Lernstrategien gegeben werden. Die Entwicklung von prozess- und konzeptbezogenen Kompetenzen wird durch genaue Beobachtung von Schülerhandlungen festgestellt. Dabei werden auch Ansätze und Aussagen, die auf nicht ausgereiften Konzepten beruhen, als konstruktive Elemente im Lernprozessen begriffen. Die Beobachtungen erfassen in enger Bindung an die Aufgabenstellung und das Anspruchsniveau der jeweiligen Unterrichtseinheit die Qualität, Häufigkeit und Kontinuität der Beiträge, die die Schülerinnen und Schüler im Unterricht einbringen und umfassen sowohl mündliche, als auch schriftliche Formen, wie: • mündliche Beiträge wie Hypothesenbildung, Lösungsvorschläge, Darstellen von Zusammenhängen und Bewerten von Ergebnissen, • qualitatives und quantitatives Beschreiben von Sachverhalten, auch in mathematisch-symbolischer 12 Form, • Analyse und Interpretation von Texten, Graphiken und Diagrammen, • selbstständige Planung, Durchführung und Auswertung von Experimenten, • Erstellen von Produkten wie Dokumentationen zu Aufgaben, Untersuchungen und Experimenten, Protokolle, Präsentationen, Lernplakate, Modelle, • Erstellung und Präsentation von Referaten, • Führung eines Heftes, Lerntagebuchs oder Portfolios, • Beiträge zur gemeinsamen Gruppenarbeit, • kurze schriftliche Überprüfungen. Vertiefende Übungen und Aufgaben im begrenzten zeitlichen Umfang sollen im Rahmen der gemeinsamen Lernzeit bearbeitet werden. Am Ende eines jeden Schulhalbjahres erhalten die Schülerinnen und Schüler eine Zeugnisnote gemäß § 48 SchG, die Auskunft darüber gibt, inwieweit ihre Leistungen im Halbjahr den im Unterricht gestellten Anforderungen entsprochen haben. In die Note gehen alle im Zusammenhang mit dem Unterricht erbrachten Leistungen ein. Die Ergebnisse schriftlicher Überprüfungen erhalten dabei keine bevorzugte Stellung innerhalb der Notengebung. 13 14 15 1. Physik Klausur GK 12.2 Feb. 2008 Name: I) Elektronen werden in einem Wehneltzylinder mit U= 200V beschleunigt. Sie treten relativ zu den Feldlinien unter einem Winkel von 50 Grad in ein homogenes Magnetfeld ein. . e 50o (x-Achse nach rechts; y-Achse nach oben; z-Achse in die Papierebene hinein) B. Feld a) Erkläre warum die e¯ eine Schraubenbahn beschreiben? b) Leite eine Gleichung her, mit der der Radius des Zylinders, auf den sie gewickelt erscheinen, berechnet werden kann! c) Berechne diesen! (B= 0,002T) d) Leite eine Gleichung her, mit der die Ganghöhe berechnet werden kann! e) Berechne die Ganghöhe? Nun überlagert man parallel zum Magnetfeld ein homogenes el. Feld. (E=140V/m). Wir nennen den Punkt, in dem die e¯ in das Raumgebiet eintreten und in dem die Felder existieren, P. (erstelle Skizze!) f) Wie bewegen sich die e¯ nun ( qualitativ, mit Begründung)? g) Wie weit entfernen sich die e¯ maximal von P? h) Wie lange brauchen sie hierzu? i) Wie viele Umläufe machen sie dabei ? j) Wo befinden sich die Elektronen nach 0,00002s? k) Können sich e¯ geradlinig durch ein Raumgebiet bewegen, in dem gleichzeitig ein el. und ein mag. Feld existieren? Wie müssen dann die Felder angeordnet sein? Gilt das dann für alle e¯ ? l m(e)=9,1exp -31 kg ╭╮ e=1,6 exp -19 C 16 Comptoneffekt und Paarbildung In eine Blasenkammer ( gefüllt mit flüssigem Wasserstoff ) fällt von links ein Photon mit einer Energie von 2,066 MeV (siehe Skizze). Die Bahn ist, da das Photon ungeladen ist und keine Spur erzeugt, nachträglich gestrichelt eingezeichnet. Im Punkt P(I) wird ein Comptonelektron erzeugt. Da die Blasenkammer von einem homogenen Magnetfeld durchsetzt ist ( B=0,02 T, die Feldlinien gehen senkrecht in die Papierebene hinein ), ist die Bahn des Elektrons ( in der Papierebene )gekrümmt. Der Krümmungsmittelpunkt (M) und der Krümmungsradius ist von einem Computer ermittelt worden. Oben im Bild wird offenbar ein Elektron-Positron-Paar gebildet.(Punkt P(2)) Genau in der Mitte dazwischen sieht man noch eine dicke, kurze Bahn eines anderen Teilchens. Die Krümmungsmittelpunkte des Paares sind auch von einem Rechner ermittelt worden( M(1) und M(2)). Ziel der Aufgabe ist: i) Begründe, warum das Paar nicht von einem 2,066MeV Photon direkt erzeugt wurde, sondern erläutere ausführlich, wie es wahrscheinlich tatsächlich erzeugt wurde. ii) Berechne auch die übrigen, den Prozess charakterisierenden Größen. Gehe in folgenden Teilschritten vor: 1) Berechne die Wellenlänge und den Impuls des einfallenden Photons. 2) Erläutere, warum im Wechselwirkungspunkt P(1) vermutlich Comptoneffekt auftritt. Beachte hierbei, dass das Paar bei Punkt P(2) offenbar zunächst in die gleiche Richtung fliegt und dann erst vom Magnetfeld getrennt wird. 3) Zeichne den Streuwinkel =25 in diese Skizze ein. 4) Leite die Gleichung für die Wellenlängenänderung des gestreuten Photons =(h/mec) (1-cos) her und berechne den Zahlenwert. Hinweis: Erstelle hierzu Energie- und Impulsbilanzen; verwende den Kosinussatz b2= c2+a2-2accos. 5) Berechne die Wellenlänge des gestreuten Photons. 6) Berechne den Impuls den Comptonelektrons! 7) Berechne den Streuwinkel des Comptonelektrons! 8) Berechne den Krümmungsradius der Bahn des Comptonelektrons und seine Geschwindigkeit! 9) Berechne die Energie des gestreuten Photons und überprüfe, ob diese ausreicht, ein Elektron-Positron-Paar zu bilden. 17 10) Berechne die Geschwindigkeiten, die Impulse, W(kin) und die Krümmungsradien jedes Teilchens des Paares. Vergleiche mit der Skizze( Beachte den Maßstab). Bezeichne in der Skizze die Bahn von Elektron und Positron des Paares. Hinweis: Du kannst davon ausgehen, dass sich die Energie des Photons gleichmäßig auf die beiden Teilchen des Paars aufteilt! ( Weitere Teilchen erhalten vernachlässigbar wenig kinetische Energie) 11) Vergleiche die Impulssumme des Paares mit dem Impuls des gestreuten Photons. Begründe , warum noch eine dicke, kurze, leicht gekrümmte Bahn ( hier zufällig) in Richtung den Streuphotons existiert. Um welches Teilchen handelt es sich vermutlich? 12) Begründe durch Rechnung, warum der Hinweis in 10) ( Vernachlässigung der Übertragung von W(kin) auf ein anderes Teilchen) berechtigt ist. m(e)=9.1095 exp -31 kg= m(Positron) m(Proton)=1,6605 exp -27 kg e=l,602 exp-19 C c=2, 9979 exp 8 m/s h=6, 6262 exp -34 Js 18 Sonstige Mitarbeit in der Sekundarstufe II Beurteilung der sonstigen Mitarbeit im Fach Physik in der Einführungs- und Qualifikationsphase Der Bereich der sonstigen Mitarbeit (SoMi) wird der gleiche Stellenwert zugebilligt, wie der schriftlichen Mitarbeit (Klausur). Zur sonstigen Mitarbeit zählen - Beiträge zum Unterrichtsgespräch Hausaufgaben Beiträge zu physikalischen Experimenten und Experimentalpraktikumsphasen Versuchsvorbereitung, Versuchsdurchführung, Versuchsprotokoll Referate Protokolle Schriftliche Übungen Selbstständiges Arbeiten, Mitarbeit bei Gruppenarbeit und in Projekten Schülerleistungen können nicht punktuell benotet werden. Für die Vergabe einer SoMi-Note sind möglichst vielfältige Beobachtungen entscheidend. Bei den Beiträgen zum Unterrichtsgespräch werden die verschiedenen Anforderungsbereiche berücksichtigt. Lediglich reproduktive Beiträge rechtfertigen keine guten Noten! Um eine möglichst transparenten Vergabe von SoMi-Noten zu gewährleisten, bietet die Fachschaft Physik das Arbeiten mit Selbsteinschätzungsbögen an. Diese werden von den SuS ausgefüllt, von den Lehrern mit den eigenen Beobachtungen abgeglichen und zurückgegeben. 19 Ein beispielhafter Bogen findet sich hier: BEWERTUNGSKRITERIUM Bitte kreuze an Du nimmst aktiv am Unterricht teil (Quantität der Beiträge) Du nimmst am Unterricht teil (Qualität Deiner Beiträge) a) in den reproduktiven Teilen der Stunde (beim Vortrag der Hausaufgabe oder beim Vorlesen, Zusammenfassung von Ergebnissen/Versuchsbeobachtungen) b) in Phasen des Transfers und der Beurteilung (Erkennen von Zusammenhängen, Einordnung von Versuchsbeobachtungen, Problematisierung von Sachverhalten, Hypothesenbildung) a b Du fertigst deine Hausaufgaben regelmäßig und vollständig an Du zeigst die Bereitschaft, dich über die unterrichtlichen Anforderungen des Faches hinaus zu engagieren. (Referat – Buchvorstellung – Plakat, Protokoll…) In den Phasen der Gruppen- oder Partnerarbeit bist Du aktiv und konzentriert am Ergebnis beteiligt und überlässt nicht nur den anderen die Arbeit Im Rahmen der Still- und Freiarbeit beschäftigst Du Dich ruhig, konzentriert und selbständig mit den Materialien Bemerkung: 20
