Schulinterner Lehrplan Q1 Version 06_05_2011
Werbung
Schulinterner Lehrplan Qualifikationsphase Q1 Präambel Dieses Curriculum stellt keinen Maximallehrplan dar, sondern will als offenes Curriculum die Möglichkeit bieten, auf die didaktischen und pädagogischen Notwendigkeiten der Qualifikationsphase einzugehen. Das heisst, es wurde so entworfen, dass genügend Zeit für eine integrierte Wiederholung der Grundlagen aus der Sekundarstufe I und eine „ab initio“ Behandlung von zentralen Themen der Physik möglich und vorgesehen ist. Es gelten die in den Richtlinien dargestellten Grundsätze zur Jahrgangsstufe 12 unverändert weiter, insbesondere auch die fachlichen Hinweise zum Zentralabitur Physik. Themenblöcke: Ladungen und Felder Elektromagnetismus Elektromagnetische und mechanische Schwingungen 1. Ladungen und Felder Inhaltsfeld Wiederholung: - - fachlicher Kontext Kreisbewegung, Gravitationsfeld, Arbeit und Energie (insbesondere potentielle Energie) skalare und vektorielle Größen (Arbeit als skalare und Kraft als vektorielle Größe), Addition von vektoriellen Größen (Anbindung an die Parallelogrammregel) Komponentendarstellung von vektoriellen Größen Zerlegung einer Kraft in Komponenten Definition der Winkelfunktionen sin α, cos α (evtl. tan α) Elektrische Ladung - Kraftwirkung zwischen elektrischen Ladungen Ladungserhaltung Schulinterner Lehrplan Q1 Version 06_05_2011.doc 18.09.2011 Seite 1 von 6 Erläuterungen: Fett: nur LK Std Schulinterner Lehrplan Qualifikationsphase Q1 Inhaltsfeld - fachlicher Kontext Influenz Nachweis und Messung von elektrischen Ladungen Das elektrische Feld - Definition als Raum zwischen el. geladenen Objekten, in dem auf elektrische Ladungen Kraftwirkungen ausgeübt werden Nachweis von elektrischen Feldern (über Kraftwirkungen und Influenz) elektrische Feldlinien Struktur von elektrischen Feldern / Darstellung el. Felder: homogen, radial, bipolar die elektrische Feldstärke (als vektorielle Größe, Anbindung an den Ortsfaktor g der Gravitationswirkung ) die elektrische Feldstärke anhand der der Feldkraft auf eine Probeladung im homogenen Feld eines Plattenkondensators Kondensatoren, elektrische Feldkonstante ε0 Die Entstehung von Gewittern, Blitze Laserdrucker oder Kopierer Die Elementarladung - Millikan Versuch - Kraftwirkung auf kugelsymmetrische Probeladungen im radialsymmetrischen E-Feld - Das Coulombgesetz Arbeit und Energie im homogenen E-Feld - - Zusammenhang zwischen der elektrischen Energie und Spannung anhand a) der Reihenschaltung von Batterien (als Einstieg) und b) durch das Auseinanderziehen von Platten eines geladenen Plattenkondensators Definition: U = W/q, 1 V = 1J /1C Schulinterner Lehrplan Q1 Version 06_05_2011.doc 18.09.2011 Seite 2 von 6 Erläuterungen: Fett: nur LK - Ionengitter Std Schulinterner Lehrplan Qualifikationsphase Q1 Inhaltsfeld - fachlicher Kontext im homogenen Feld ist W = F • s = q • E • s (da F = const. Wegen E = const. und Richtung(E) ∥ Richtung(s)), also U = E • s bzw. mit (s = d) U=E•d Das elektrische Potential - Anbindung an potentielle Energie, Definition des Nullniveaus Äquipotentiallinien Wegunabhängigkeit der Potentialdifferenz - Erdung und Masse, Blitzableiter - Elektronische Schaltungen mit Kondensatoren, z. B. Zeitglieder oder Siebketten Fotoblitz, Defibrillator Kondensatoren als Speicher elektrischer Ladung - Kapazität eines Kondensators Laden und Entladen eines Kondensators Eel = 1/2 C • U2 Bewegung von Elektronen - senkrecht zur E-Feldrichtung durch ein homogenes E-Feld (Ablenkröhre), Anbindung: Wurfbewegung (Überlagerungen von Bewegungen, Unabhängigkeitsprinzip) Beschleunigung von geladenen Teilchen im homogenen E-Feld, Berechnung der Geschwindigkeit aus dem Energieerhaltungsansatz Schulinterner Lehrplan Q1 Version 06_05_2011.doc 18.09.2011 Seite 3 von 6 Erläuterungen: Fett: nur LK Teilchenbeschleuniger Oszilloskop oder Braunsche Röhre Std Schulinterner Lehrplan Qualifikationsphase Q1 Inhaltsfeld 2. fachlicher Kontext Das Magnetfeld - Elektromagnetismus - Induktion Anbindung SEK 1: - Magnetfeld von Permanentmagneten Kraftwirkung zwischen Magnetpolen, ferromagnetische Stoffe als Probekörper für Magnetfelder (Elementarmagnete) Feldrichtung von Magnetfeldern Oerstedt-Versuch Magnetfeld eines stromdurchflossenen Leiters ( Linke-Faust-Regel ) Magnetfeld einer Spule - Elektromagnete - Hallsonde zur Messung von Magnetfeldern - Messung des Erdmagnetfelds Kraftwirkung auf stromdurchflossene Leiter im Magnetfeld - die Stromwaage der Hall-Effekt Die magnetische Flussdichte B - Messung von B mit der Stromwaage Messung von B über die Hallspannung der Hallsonde Kraftwirkung auf bewegte elektrische Ladungen im Magnetfeld die Lorentzkraft (nur für Richtung(v) ⊥ Richtung(B) ) Spulen - Magnetfeld einer langen, schlanken Spule, magnetische Feldkonstante µ0, Helmholtz-Spulen, Spulen mit Eisenkern, Permeabilitätszahl µr Schulinterner Lehrplan Q1 Version 06_05_2011.doc 18.09.2011 Seite 4 von 6 Erläuterungen: Fett: nur LK Std Schulinterner Lehrplan Qualifikationsphase Q1 Inhaltsfeld fachlicher Kontext Bewegung von Probeladungen in elektrischen und magnetischen Feldern - das Fadenstrahlrohr ( Bestimmung von e/me und mit e der Elektronenmasse me ) die Braun‘sche Röhre das Zyklotron das Magnetfeldmassenspektometer der Wien-Filter ( als Beispiel für gekreuzte E- und B-Felder ) - - Teilchenbeschleuniger: Linearbeschleuniger, Ringbeschleuniger Elektronenmikroskop Polarlichter Elektromagnetische Induktion - Induktion durch Bewegung einer Leiterschleife im Magnetfeld Induktion durch Flächenänderung Induktion durch Flussdichteänderung der magnetische Fluss Φ das Induktionsgesetz (Anwendung der Produktregel der Differentialrechnung) die Lenz‘sche Regel - das Vorzeichen im Induktionsgesetz Selbstinduktion in Spulen Induktivität Ein- und Ausschalten von Gleichströmen durch Spulen Energie des Magnetfelds Drehung einer Leiterschleife im homogenen Magnetfeld - Wechselspannung, Scheitelspannung Ergänzungsthemen: Schulinterner Lehrplan Q1 Version 06_05_2011.doc 18.09.2011 Seite 5 von 6 Erläuterungen: Fett: nur LK - Generator, Kraftwerk - Lautsprecher Zündkerze, Leuchtstoffröhrenstarter Std Schulinterner Lehrplan Qualifikationsphase Q1 Inhaltsfeld fachlicher Kontext - - Frequenzweiche - Wechselstromnetz, Energieverteilung - 3. Effektivwerte beim Wechselstrom Kondensator und Spule im Wechselstromkreis Phasenbeziehung zwischen Spannung und Strom induktiver und kapazitiver Widerstand Reihen- und Parallelschaltung von ohm‘schen Widerstand, Spule und Kondensator im Wechselstromkreis (Siebkette, Sperrkreis) der unbelastete Transformator Elektromagnetische und mechanische harmonische Schwingungen Der elektromagnetische Schwingkreis - Wdh. Mechanische Schwingungen Thomson-Formel f =1/2π 1/√LC ungedämpfte Schwingung, Meißner-Rückkopplungsschaltung Aufstellen der Differentialgleichung des ungedämpften, idealen elektromagnetischen Schwingkreises gedämpfte elektr. Schwingung Resonanz, Resonanzkatastrophe Schulinterner Lehrplan Q1 Version 06_05_2011.doc 18.09.2011 Seite 6 von 6 Erläuterungen: Fett: nur LK Std
