Schulinterner Lehrplan Q1 Version 06_05_2011

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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
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Erläuterungen:
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Std
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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
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Erläuterungen:
Fett: nur LK
-
Ionengitter
Std
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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
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Teilchenbeschleuniger
Oszilloskop oder Braunsche Röhre
Std
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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
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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:
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18.09.2011 Seite 5 von 6
Erläuterungen:
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-
Generator, Kraftwerk
-
Lautsprecher
Zündkerze, Leuchtstoffröhrenstarter
Std
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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
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