BORG Mittersill – Themenpool Physik 2015/16 9 Wochenstunden

BORG Mittersill – Themenpool Physik 2015/16
9 Wochenstunden
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Themenpool Physik im NAWI-hum – Zweig: 8BC
(mit Schularbeiten aus Physik)
ORG mit ergänzendem Unterricht in Biologie sowie Physik und Chemie
1.
Strukturen im Mikrokosmos
 Größenordnungen im Mikrokosmos
 Aufbau von Materie, Molekülen, Atomen…
 Bindungskräfte und Teilchenbewegung als Erklärung der Aggregatzustände
 Historische Entwicklung des Atombegriffes
 Elektronen, Protonen, Neutronen als Bausteine des Atoms
 Suche nach Elementarteilchen – LHC
2.
Strukturen im Makrokosmos
 Größenordnungen im Makrokosmos
 Sonne, Erde und Planeten im geozentrischen und heliozentrischen Weltbild
 Charakteristika von Sonne und Planeten
 Bewegungsgesetze im Sonnensystem (Gravitation, Keplergesetze)
 Geburt, Leben und Tod von Sternen, das Hertzsprung – Russel - Diagramm
 Die Sonne als Stern
 Aufbau von Galaxien am Beispiel unserer Milchstraße
3.
Physik im Straßenverkehr
 Den Reaktionsweg als gleichförmige Translation erkennen, berechnen und in
Diagrammen darstellen
 Den Bremsweg als beschleunigte (verzögerte) Translation erkennen , berechnen und
in Diagrammen darstellen
 Abhängigkeit von Reaktions-, Brems- und Anhalteweg
 Definition und Wirkung von mechanischen Kräften (Reibungskraft, Federkraft,
Zentripetalkraft)
 Anwendung der Newton´schen Axiome
 Energie- und Impulserhaltung in Verbindung mit elastischem und unelastischem Stoß
 Sicherheitseinrichtungen und ihre Grenzen erkennen (Gurt, Kopfstütze, Airbag, Helm)
4.
Kraft und Bewegung
 Definition von mechanischen Kräften, Geschwindigkeit, Beschleunigung
 Kräfte als Ursache für Beschleunigung und Verzögerung
 Zentripetalkraft als Ursache von kreisförmigen Bewegungen
 Gravitationskraft und freier Fall
 Darstellung von geradlinigen Bewegungen in s-t-, v-t-, a-t-Diagrammen
 Newton´sche Axiome
5.
Energie und Energieversorgung
 Beispiele für Energieformen (kinetische E., potentielle E., elektrische E.,
Kernenergie, ..)
 Prinzip der Energieerhaltung, Äqivalenzprinzip von Einstein
 Energieumwandlung in Kraftwerken, Wirkungsgrad
 Aufbau, Arbeitsweise, Einsatz von Wasser- und Wärmekraftwerken und ihre
Auswirkungen auf die Umwelt
 Erklärung und Beurteilung von Vor- und Nachteilen alternativer Energiequellen
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Grundlagen der Energieversorgung Österreichs
6.
Schwingungen und Wellen
 Definition und graphische Darstellung von harmonischen Schwingungen
 Federpendel und Fadenpendel
 Entstehung und Ausbreitung von Transversal- und Longitudinalwellen
 Licht und Schall als Beispiele für TW bzw. LW erkennen,
 Physikalische Grundlagen der Wahrnehmung von Licht und Schall (Auge und Ohr)
 Definition von Amplitude, Elongation, Frequenz, Schwingungsdauer – mit einfachen
Versuchen und rechnerischer Auswertung
 Überlagerung von Schwingungen und Wellen –konstruktive und destruktive
Interferenz
7.
Licht und Farbe
 Licht als elektromagnetische Welle - Entstehung von kohärentem und inkohärentem
Licht durch Quantensprünge
 Lichtausbreitung: Reflexion, Brechung, Totalreflexion, Beugung, Interferenz,
Polarisation (mit einfachen Versuchsbeispielen)
 Lichtspektren: Erzeugung durch Brechung und Beugung, Arten von Spektren
 Physik des menschlichen Auges – Aufbau bzw. Strahlengang des Lichtes,
Farbwahrnehmung - Farbfehlsichtigkeit
 Interferenz und Polarisation
8.
Der Laser als spezielle Lichtquelle
 Das Laserprinzip – pumpen, spontane und induzierte Emission
 Eigenschaften und Einsatzbeispiele des Laserlichtes in Medizin und Technik
 Laserarten: Rubinlaser – Gaslaser – Halbleiterlaser
9.
Der Feldbegriff in der Physik
 Definition des Feldbegriffes und von Feldgrößen (Feldstärke, ..)
 Darstellung in Feldlinienbildern (Definition Feldlinie, Äquipotentialflächen, ..)
 Das Gravitationsfeld
 Das elektrostatische Feld
 Das (elektro)magnetische Feld
 Bedeutung der drei Felder für die Erde (Raumfahrt, Gewitter – Blitze, Kompass)
10. Elektrische Ladungen und ihre Eigenschaften
 Erzeugung elektrischer Ladungen (Reibung, Influenz, Ionisation)
 Elektrostatisches Feld: Definition – Feldgrößen – Feldlinienbilder
 Spezielle Beispiele für elektrostatische Felder: homogenes Feld, Spitzenwirkung,
Faradaykäfig
 Speicherung elektrischer Ladungen im Kondensator, Schaltung von Kondensatoren
 Praktische Beispiele: Blitze, Kondensator, Reizleitung, ..
11. Gleichstromkreise
 Definition und Bedeutung von I, U, R
 Ohmsches Gesetz und Kirchhoff´sche Regeln – Schaltung von Widerständen
 Leitverhalten von Metallen, Halbleitern, Isolatoren (Bändermodelle)
 Berechnung und Aufbau einfacher Stromkreise
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--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------12. Elektrizität und Magnetismus
 Der Versuch von Örsted
 Das elektromagnetische Feld
 Magnetfeld stromdurchflossener Spulen, Verhalten ferromagnetischer Stoffe
 Induktion und Selbstinduktion, Generator und Transformator
 Stromerzeugung und Stromtransport
13. Elektromagnetische Wellen
 Spektrum der elektromagnetischen Wellen, Eigenschaften, Ausbreitung
 Entstehung durch Quantensprünge oder in Schwingkreisen
 Röntgenstrahlen (Erzeugung, Eigenschaften, Anwendung) als Beispiel
 Radiowellen (Rundfunk, Fernsehen) als Beispiel
14. Grundlagen der Nachrichtentechnik
 Elektromagnetische Schwingkreise (Parallelschwingkreis, UHF-Kreis, λ/2-Dipol),
Thomsonformel
 Berechnungen zur Thomsonformel
 Elektroakustische (Mikrofon, Lautsprecher) und elektrooptische Wandler (Halbleiter,
Bildschirm)
 Modulation – Übertragung (Boden- und Raumwellen) - Demodulation
15. Physikalische Grundlagen bildgebender Verfahren in der Medizin
 Braunsche Röhre
 Sonografie: Ultraschall, Dopplereffekt
 Konventionelles Röntgen, CT
 Magnetresonanztomografie
 Szintigrafie
16. Spezielle Relativitätstheorie
 Einstein´sche Postulate
 Versuch von Michelson und Morley
 Zeitdilatation (Zwillingsparadoxon, Atomuhren), Längenkontraktion, Massenzunahme
 Energie-Masse-Äquivalent
17. Physik der Atomhülle
 Bedeutung der Elektronen in der historischen Entwicklung der Atommodelle (Thomson,
Rutherford, Bohr, Schrödinger)
 Welle-Teilchen-Dualismus von Elektronen – Fotoeffekt, Doppelspaltversuch
 Heisenberg´sche Unschärferelation - Nullpunktsenergie
 Energiequantisierung der Elektronen, Quantensprünge in der Atomhülle, Orbitale
18. Physik des Atomkerns
 Entdeckung und Aufbau des Atomkerns, Kräfte im Kern
 Natürliche und künstliche Radioaktivität
 Kernspaltung und Kernfusion, Nutzung der Kernenergie
 Abschätzung von Risiken und Gefahren der Kernenergienutzung
 Strahlenwirkung und Strahlenschutz
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--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------19. Nutzung und Risiken der Kernenergie
 Kernspaltung und Kernfusion
 Kernwaffen
 Kernspaltungsreaktor: Prinzip, Beispiele für Reaktorarten
 Vor- und Nachteile der Kernenergie, GAU, Tschernobyl und Fukushima als Beispiele
für den Umgang mit Störfällen
 Strahlenschutz und Strahlenwirkung
 Wiederaufbereitung und Lagerung von radioaktivem Abfall
20. Strahlenwirkung und Strahlenschutz
 Definition und Eigenschaften von Röntgenstrahlen und radioaktiven Strahlen als
ionisierende Strahlen
 Dosis, Dosisbegriffe, Einheiten
 Physikalische, biologische, effektive Halbwertszeit
 Belastungspfade – Bestrahlung, Kontamination, Inkorporation
 Biologische Wirkung und Schädigungen
 5 A-Regel als Basis für Schutzmaßnahmen
21. Bekannte Physiker zu Beginn des 20. Jh. und ihre Leistungen
 Max Planck – Wirkungsquantum, Quantenphysik
 Albert Einstein - SRT
 Werner Heisenberg - Unschärferelation
 Niels Bohr - Atommodell
 Erwin Schrödinger - Dualismus
 Henri Bequerel und Marie Curie – Radioaktivität
 Otto Hahn – Lise Meitner – Kernspaltung
 Auswirkung der politischen Strömungen der NS-Zeit auf die Physiker von damals
22. Beispiele bekannter Experimente in der Entwicklung der Physik und ihre
Bedeutung
 Versuch von Örsted
 Versuch von Michelson und Morley
 Froschschenkelversuch
 Streuversuch von Rutherford
 Doppelspaltversuch
23. Ausgewählte Naturphänomene
 Optik: Regenbogen, Schillern von Schmetterlingsflügeln
 Elektrostatik: Blitze und Gewitter
 Elektromagnetismus: Polarlichter, Erdmagnetismus
24. Modellvorstellungen und ihre Bedeutung
 Mechanik des Massenpunktes
 Atommodelle und ihre Entwicklung
 Geo- und heliozentrisches Weltbild
 Der Gedankenversuch der Schrödingerkatze – Modell des Welle-Teilchen-Dualismus
 Das Zwillingsparadoxon
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