Schulinterner Lehrplan (Jahrgangsstufen 5 und 6)
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Schulinterner Lehrplan (Jahrgangsstufen 5 und 6) I. Optik Lichtsender (Lichtquellen) Lichtempfänger (Auge, Solarzelle, Fotopapier) Lichtausbreitung Streuung Licht als Übermittler von Informationen Schattenentstehung (Kern- und Halbschatten) Licht und Schatten im Weltraum - Tag und Nacht (Länge und Richtung eines Schattens Sonnenuhr) - Mondphasen - Mond- und Sonnenfinsternis Lochkamera Bewegung der Himmelskörper in unserem Sonnensystem II. Wärmelehre a) Ausdehnung von Flüssigkeiten Wärmeempfinden des Menschen Flüssigkeitsthermometer Aufbau und Bestandteile des Thermometers Messen mit dem Thermometer (Diagramme zeichnen und lesen) Funktionsweise des Flüssigkeitsthermometer Ausdehnung verschiedener Flüssigkeiten Anwendungsbeispiele der Ausdehnung von Flüssigkeiten (Sprinkleranlage, Tankwagen) Thermometerskala nach Celsius (Fixpunkte und Einteilung der Skala) Anomalie des Wassers (Bedeutung für das Leben auf unserer Erde) b) Ausdehnung von festen Körpern Vergleich verschiedener Materialien Kräfte bei der Längenänderung Anwendung des Phänomens im Alltag (Verformung von Eisenbahnschienen, Räder aufschrumpfen, Erosion, Dehnungsfugen und Dehnungsschleifen in Rohren ...) Bimetall und Bimetallthermometer c) Ausdehnung von gasförmigen Körpern d) Vergleich der Ausdehnung bei festen, flüssigen und gasförmigen Körpern (Erklärung der Ausdehnung mit Hilfe des Teilchenmodells) e) Wärme als Beispiel einer Energieform - Wärmetransport vom wärmeren zum kälteren Körper - Arten des Wärmetransports - Wärmeleitung - Vergleich verschiedener Materialien - Anwendung von guten und schlechten Wärmeleitern - Wärmemitführung (Konvektion) - Beispiele der Konvektion in Natur und Technik (Heizung, Kühlkreislauf in Motoren, Heißluftballon, Luftströmungen (Wind)) - Wärmestrahlung - Absorption von Wärmestrahlung (helle und dunkle Körper) - Vergleich der Wärmetransportarten - Thermosgefäß als Beispiel der Wirkungsweise aller drei Wärmetransportarten III. Magnetismus - Drehbar gelagerter Magnet Definition der Pole - Polgesetz - Magnetische Materialien - Magnetisieren und Entmagnetisieren Erklärung durch Elementarmagnete - Abschirmung magnetischer Kräfte - Evtl. Vorstellen eines E-Magneten IV. Elektrizitätslehre 1. Elektrische Verbraucher nach Einsatzmöglichkeiten unterscheiden (Licht, Wärme, Bewegung) 2. Elektrische Quellen kennen lernen (Batterie, Generator, Solarzelle) 3. Elektrischer Stromkreis Schaltzeichen und praktischer Aufbau Schaltungen mit Schaltern: - UND-Schaltung (Sicherheitsschaltung bei Schneidemaschine) - ODER-Schaltung (Klingelschaltung) - Blinkschaltung (Fußgängerampel) - Wechselschaltung Reihenschaltung von Verbrauchern (Weihnachtsbaumbeleuchtung) Parallelschaltung von Verbrauchern (Haushaltsstromkreis) Fahrradstromkreis 4. Leitende und nicht leitende Materialien Bedeutung von Leitern und Nichtleitern Gefahren des elektrischen Stroms (Der Mensch als Leiter) 5. Wirkungen des elektrischen Stroms Geräte, die Wärme erzeugen (Styroporschneider oder Schmelzsicherung) Geräte, die Licht erzeugen (Aufbau und vereinfachter Nachbau einer Glühlampe) Geräte, die Bewegung erzeugen (Demonstration eines Motors) V. Akustik 1. Schall in Umwelt und Technik: Alltagsgeräusche , Lärm, Sprache, Töne, Musik Schall ist alles, was wir hören können. Bau einfacher Schallerzeuger 2. Entstehung von Schall: Bewegung als Ursache Schwingung als sehr schnelle Hin- und Herbewegung Schwingung elastischer Körper Schallentstehung in Umwelt und Technik Sichtbarmachung von Schallschwingungen (regelmäßige Schwingungen) 3. Laute und leise Töne: Amplitude als Weite der Schwingung 4. Hohe und tiefe Töne: Frequenz als Anzahl der Schwingungen je Sekunde 5. Hörbereiche 6. Schall kann man auffangen: Das Ohr als Schallempfänger Mikrophone 7. Übertragung von Schall - durch Luft - durch Metalle, Holz, Baustoffe etc. - durch Wasser 8. Ausbreitung von Schall Schallgeschwindigkeit (Blitz und Donner) Schall wird reflektiert (Echo) 9. Speichern von Schall Schallplatte, Magnetband, CD 10. Gefahren des Lärms Lautstärkemessung Lärm und Gesundheit Lärmschutzvorschriften - Lärm und Lautstärke - Lärm vermeiden, Abstand halten - persönlicher Gehörschutz Lärmschutz In Wohnhäusern, am Arbeitsplatz Schulinterner Lehrplan (Jahrgangsstufen 7 und 8) I. Optik a. Reflexion des Lichts Reflexionsgesetz am ebenen Spiegel Bildentstehung am Spiegel Strahlenverlauf an gekrümmten Spiegeln Bilder an gekrümmten Spiegeln Anwendung von Spiegeln (Rasierspiegel, Überwachungsspiegel, Reflektor) b. Brechung des Lichts Brechungsphänomene i. Gegenstand im Wasser anvisieren und mit geradem Stab zu treffen versuchen Brechungsgesetz: ii. Begriffe (Einfallslot, Einfallswinkel, Brechungswinkel, Ablenkungswinkel) einführen iii. Abhängigkeit des Brechungs- und Ablenkungswinkels von iv. Einfallswinkel v. Stoffpaar vi. Lichtrichtung Totalreflexion vii. Voraussetzungen für ihre Entstehung viii. Beispiele der Totalreflexion c. Linsen Strahlenverlauf an Linsen: i. Linse als Brennglas ii. Begriffe (Brennpunkt, Brennweite) iii. Hauptstrahlen (Brennpunktsstrahl, Achsenparalleler Strahl, Mittelpunktstrahl) Bilder an Linsen: iv. Gegenstand mit Hilfe einer Linse auf einem Schirm abbilden (freies Experimentieren) v. Messen von Gegenstandsweite und Bildweite (Abhängigkeiten formulieren) vi. Bilder mit Hilfe der Hauptstrahlen konstruieren vii. Abhängigkeit der Bildgröße untersuchen Anwendung von Linsen (optische Geräte): viii. Diaprojektor Aufbau analysieren ix. Fotoapparat Funktion der Teile erklären Das Auge (evtl. fachübergreifend mit Biologie): Aufbau im Vergleich zum Fotoapparat Akkomodation Fehlsichtigkeit Je-destoSätze II. Mechanik a. Körper in Bewegung Geschwindigkeit als physikalische Größe Ermitteln der Geschwindigkeit aus Weg und Zeit Weg-Zeit-Diagramme Durchschnittsgeschwindigkeit und Momentangeschwindigkeit Geschwindigkeiten in Natur und Technik Umrechnung m/s ←→ km/h b. Kraft Kraft als Ursache (Kraftwirkungen) Kraftmessung - durch Vergleich ihrer Wirkungen (z.B. Armdrücken, Tauziehen, Gewichtheben) - durch Verformung einer Spiralfeder (evtl. Vergleich zum Gummiband) →Hookesches Gesetz Notwendigkeit einer Krafteinheit zur Vergleichbarkeit von Kräften Aufbau eines Kraftmessers Abhängigkeit der Kraftwirkung von - Betrag - Richtung →Kraft als vektorielle Größe (Darstellung als Pfeil) - Angriffspunkt Kraft und Gegenkraft c. Einfache Maschinen Hebel Seil und Rollen Flaschenzug Schiefe Ebene Man spart Kraft oder Weg d. Arbeit Arbeit = Kraft Weg Ermittlung der Arbeit beim Treppensteigen oder Seilklettern (→Sportunterricht) Goldene Regel der Mechanik e. Leistung Leistung = Arbeit : Zeit Ermittlung der Leistungen aus 4. f. Energie Fähigkeit, Arbeit verrichten zu können Energie als gespeicherte Arbeit Energieumwandlungsketten - Sonne als Ursprung der Energie - Wärme als letzte Energieform aller Energieumwandlungsprozesse III. Elektrizitätslehre 1. Elektrostatik Phänomene der elektrischen Aufladung beobachten Nachweis elektrischer Ladungen (Glimmlampe, Elektroskop) Anziehende und abstoßende Kräfte als Folge der Ladung → zwei verschiedene Ladungsarten (positiv und negativ) – Polgesetz einfaches Atommodell (Kern-Hülle-Modell) zur Klärung der Aufladung Influenz (Kräfte wirken auch in größerer Entfernung) Anwendung in Natur und Technik (Gewitter, Entstaubungsanlage) 2. Elektrische Spannung Ladungstrennung → Bestreben sich auszugleichen. Dieses Bestreben nennt man Spannung Spannungsquellen (Geräte, die Ladungen trennen) Messen und Maßeinheit der Spannung (Demonstration) - Batterie, Akkumulator (Apfelbatterie als Schülerversuch, Bleiakku als Demonstration) - Thermoelement - Solarzelle als Demonstration - Generator Spannungen messen (Schülerversuche) Gängige Spannungswerte in Alltag Spannungsbereiche (Kleinspannung, Niederspannung, Hochspannung) → Gefahren 3. Elektrischer Strom Einfacher Stromkreis - Mit Lampe Strom erkennt man an seinen Wirkungen: - Mit dünnem Konstantandraht Licht, Wärme, Magnetismus - Mit Spule Modellvorstellung des Stroms (Elektronenfluss) Einheit der Stromstärke Messen der Stromstärke Leitfähigkeit von festen, flüssigen und gasförmigen Stoffen (Bedeutung für Natur und Technik) 4. Elektrischer Widerstand Spannung und Stromstärke im Stromkreis mit Lampe messen - Messwerte im Diagramm veranschaulichen - Widerstand als Spannung geteilt durch Stromstärke definieren Spannung und Stromstärke im Stromkreis mit Konstantandraht messen - Messwerte im Diagramm veranschaulichen - Vergleich mit der Lampe ( R = U/I = konstant → Ohmsches Gesetz) Berechnungen mit der Formel R = U/I Widerstände in der Technik Reihenschaltung von Widerständen und Verbrauchern - Gesetze für Spannung, Stromstärke und Widerstand in praktischer Übung erarbeiten - Anwendungen: - Weihnachtsbaumbeleuchtung Berechnen und durch - Vorwiderstand für eine Lampe Messung bestätigen - Messbereichserweiterung beim Voltmeter Parallelschaltung von Widerständen und Verbrauchern - Gesetze für Spannung, Stromstärke und Widerstand in praktischer Übung erarbeiten - Anwendungen: Berechnen und durch - Verbraucher im Haus Messung bestätigen - Messbereichserweiterung beim Ampèremeter 5. Elektrische Leistung und Energie Spannung und Stromstärke bei Verbrauchern mit bekannter Leistung ermitteln (evtl. mit Wattmeter bestimmen) → Leistung = Spannung Stromstärke Berechnung der Leistung Verbraucher in Stromkreis mit Stromzähler o.ä. einbauen → Arbeit = Leistung Zeit Die Energie zum Verrichten der Arbeit muss bezahlt werden: Kosten für vorstellbare Arbeiten errechnen (evtl. Netzstrom und Batteriestrom gegenüberstellen) Einsparmöglichkeiten (Heizgeräte als „Energiefresser“ herausstellen) 6. Elektromagnetismus Oersted-Versuch Magnetische Felder - gestreckter Leiter ringförmiger Leiter Spule Abhängigkeit der magnetischen Kraft einer Spule von - Stromstärke Windungszahl Länge Eisenkern Aufbau eines Elektromagneten Technische Anwendungen - Relais Klingel Elektromotor - Bestandteile: Rotor (Anker, Kommutator) Stator (Feldmagnet) Verschiedene Ankerformen → Laufverhalten des Motors E-Magnet als Feldmagnet Betrieb mit Wechselstrom möglich Theoretische unbegrenzte Leistung Schaltungsarten: Hauptschlussmotor, Nebenschlussmotor - Verwendung von E-Motoren 7. Elektromagnetische Induktion Das Prinzip der elektromagnetischen Induktion Änderung eines Magnetfeldes → Induktionsspannung an den Enden einer Spule (eines Leiters) Abhängigkeit der Richtung der Induktionsspannung von - Bewegungsrichtung Polung des Feldmagneten Wicklungssinn der Induktionsspule Abhängigkeit des Betrages der Induktionsspannung von - Geschwindigkeit Stärke des Feldmagneten Wicklungszahl der Induktionsspule Lenzsche Regel Selbstinduktion Wirbelströme Generator (Umkehrung des E-Motors) Wechselspannungsgenerator Gleichspannungsgenerator Dynamoelektrisches Prinzip (Ermöglichung des modernen Elektrizitätszeitalters) Der Transformator - Ermittlung der Transformatorgesetze Berechnungen am Transformator Hochspannungs- und Hochstromtransformator (Demonstrationsversuche) Energieversorgungssystem →Elektrisches Hochspannungsverbundnetz (Versuch zu Leistungsverlusten) Schulinterner Lehrplan (Jahrgangsstufen 9 und 10) I. Elektrizitätslehre a. Magnetische Wirkung des elektr. Stroms Die stromdurchflossene Spule Der Eisenkern in einer Spule (Wirkungen) Vergleich Elektromagnet und Dauermagnet b. Magnetische Werkstoffe Hartmagnetische und weichmagnetische Werkstoffe c. Feldlinien Richtung der Feldlinien ermitteln Linke – Hand – Regel Anwendungsbeispiele von Elektromagneten d. Induktion Elektrische Energie durch Induktion Induktionsspannung (Spannungsform) Magnetstärke und Windungszahl (Wirkung) Generator (Funktion) Induktion und Lenzsche Regel e. Der Transformator Feldspule / Induktionsspule Begriffsklärung Funktion des Transformators Eingangsspannung / Ausgangsspannung / Windungszahlen Formel Unbelasteter und belasteter Transformator Transformatoren im Wechselstromkreis II. Informationstechnik a. Daten Begriffsklärung Signalwandlung mit Sensoren Elektrische Sensoren b. Signalausgabe Begriffsklärung / einfache Beispiele c. Signale übertragen In der Vergangenheit und heute Informationsübertragung per Telefon und Funk Sender-Übertragung-Empfänger d. Datenumwandlung Dezimalzahlen – Dualzahlen 7 Segmentanzeige Analog – digital – binär Bild aus Pixeln Umwandlung Bilddaten in Dualzahlen Das Relais Kondensator als Speicher III. Temperaturmessung a. Thermometer Temperaturmessung mit Thermometern Thermometertypen Minimum-Maximum-Thermometer Bimetallthermometer Temperaturmessfarben Flüssigkristallthermometer b. Innere Wärme Teilchenmodell Innere Energie Energieerhaltungssatz c. Teilchenbewegung in Gasen Druck Druck und absolute Temperatur d. Spezifische Wärmekapazität Zugeführte Energie und Temperaturerhöhung Berechnung von Mischtemperaturen Schmelzwärme Verdampfungswärme Siedetemperatur und Druck e. Kühlschrank und Wärmepumpe Funktion des Kühlschrankes Funktion der Wärmepumpe f. Energieumwandlung Energiearten Wirkungsgrade Energiebedarf und Energieversorgung Energieumwandlung in Kraftwerken IV. Gleichförmige und ungleichförmige Bewegung a. Geschwindigkeit Einheit der Geschwindigkeit Formel Diagramme Weg / Zeit Momentangeschwindigkeit Durchschnittsgeschwindigkeit Geschwindigkeitsmessung b. Beschleunigung Geschwindigkeitsänderung Das Geschindikeit-Zeit-Gesetz Das Weg-Zeit Gesetz Diagramme c. Der freie Fall Fallbeschleunigung V. Kraft und Bewegung a. Antriebskräfte – Bewegungswiderstände - Trägheit Kraft und Wirkung Kräfte zerlegen Grundgleichung der Mechanik Bewegungsenergie b. Kreisbewegung Zentralkraft c. Reibung Gleitreibungskraft Haftreibungskraft Anpresskraft Reibungszahlen Bremsen VI. Radioaktivität a. Nachweis und Eigenschaften Fotomethode Spinthariskop Nebelkammer Funkenstrecke Geigerzähler b. Entstehung radioaktiver Strahlung Atommodell Umwandlungsprozess Strahlungsarten Halbwertzeit c. Gefahren und Nutzen Wirkung auf den Menschen Becquerel, Gray, Siewert VII. Energie aus Atomkraftwerken a. Kernspaltung Kettenreaktion / kontrollierte Kettenreaktion Der Reaktor Regelstäbe b. Aufbau eines Kernkraftwerks Reaktor Wärmetauscher Turbine Generator Kondensator c. Umwelt Sicherheitsvorkehrungen Radioaktiver Abfall Zwischenlager Endlager Wiederaufbereitung d. Die Katastrophe von Tschernobyl Theoretische Betrachtung Spielfilm Dokumentation (Video)
