Konstruktion von Physik-Klausuraufgaben

Grundlage Inhaltliche Aspekte

Vorgaben und Lehrplan Fachliche Hinweise (neu!) Übung dazu

Formulierungsaspekte (mit Übung) Operatoren Übung dazu

Copyright G. Heinrichs 2006, geändert von Ihlefeld / Bastgen

Grundlage

Vorgabenpapier liefert abiturspezifische Hinweise

Mehrere Sachbereiche Maximal zwei voneinander unabhängige Themen …

Hinweise, die für alle Klausuren relevantsind

Relevanz der Hinweise Inhaltliche Aspekte

Auf der Grundlage der in den Vorgaben, im Lehrplan und in deneingeführten Unterrichtsbüchern vorhandenen Aufgaben undExperimenten sollen die zu erstellenden Prüfungsaufgaben…

FormulierungsaspekteAus der Aufgabenstellung gehen Art und Umfang der gefordertenLeistung hervor. Im Interesse der Eindeutigkeit orientiert sich dieFormulierung der Arbeitsaufträge an den in Kapitel 3.3 der EPA Physikvorgesehenen Operatoren.

Zusammenstellung aller obligatorischen Gegenstände (gemäß

Lehrplan)

der inhaltlichen Schwerpunkte(gemäß Vorgaben zum Abitur 2007)

Farbcodierung: im LP nicht als obligatorisch ausgewiesen nicht als inhaltlicher Schwerpunkt ausgewiesen

Ladungen und Felder elektrisches Feld, elektrische Feldstärke

Feldkraft auf Ladungsträger im homogenen Feld, radialsymmetr. Feld (nur Leistungskurs), Coulomb’sches

Gesetz

potenzielle Energie im elektr. Feld,Spannung, Kapazität

magnetisches Feld, magnetische Feldgröße B Lorentzkraft

Stromwaage

Bewegung von Ladungsträgern in elektrischen undmagnetischen Feldern Braunsche Röhre, Fadenstrahlrohr, Wien-Filter,

Hall-Effekt (nur Leistungskurs)

Elektromagnetismus Elektromagnetische Induktion, Induktionsgesetz

Drehung einer Leiterschleife im homog. Magnetfeld

Selbstinduktion, Induktivität verzögerter Einschaltvorgang bei Parallelschaltung von L und

R, Ein- und Ausschaltvorgänge bei Spulen

ElektromagnetischeSchwingungen und Wellen Elektromagnetischer Schwingkreis,

Grundphänomene, Analogie zum mechanischen Oszillator RCL-Schwingkreis 1Hz, Federpendel

elektromagnetische Wellen Ausbreitung, Hertzscher Dipol

Interferenz Mikrowelleninterferenz, Wellenwanne,

Lichtbeugung am Spalt, Doppelspalt und Gitter,Wellenlängenmessung

Ausbreitung von Licht

Relativitätstheorie (nur LK)

Konstanz der Lichtgeschwindigkeit und derenKonsequenzen Michelson Experiment

relativistischer Impuls Äquivalenz von Masse und Energie, relativistische Kinematik

Thermodynamik (nur LK)

Thermodynamische Maschinen (Stirling-Motor, Stirling-Kreisprozess, Wärmepumpe)

1. und 2. Hauptsatz der Thermodynamik Entropie dissipative Strukturen

Atom- und Kernphysik Linienspektren und Energiequantelung des Atoms,

Atommodelle Beobachtung von Spektrallinien am Gitter, Franck-Hertz-

Versuch Ionisierende Strahlung,

Strahlungsarten, Nachweismethoden Röntgenspektroskopie

Radioaktiver Zerfall Halbwertszeitmessung, Reichweite und Absorption von

Gammastrahlung Kernspaltung und Kernfusion

Kernbausteine, Bindungsenergie, Kettenreaktion

Quanteneffekte Lichtelektrischer Effekt und Lichtquantenhypothese

h-Bestimmung mit Photozelle und Gegenfeldmethode

Linienspektren und Energiequantelung des Atoms de Broglie-Theorie des Elektrons,

Welleneigenschaften von Teilchen, Elektronenbeugung an polykristalliner Materie

Grenzen der Anwendbarkeit klassischer Begriffe inder Quantenphysik Doppelspaltversuch mit Elektronen und Licht

reduzierter Intensität

Heisenbergsche Unbestimmtheitsrelation

Inhaltlich geeignetoder nicht?

Das ist hier die Frage!

Gegeben: 3 Klausuraufgaben

Aufgabe: Ankreuzen, ob Teilaufgabe geeignet,nicht geeignet oder bedingt geeignet ist(ggf. Erläuterung oder Begründung dazu)

Ziel: Welche Relevanz haben dieSchwerpunkte des eigenen Unterrichtsfür das Abitur?

Zeit/Form: 30 min/Partnerarbeit

Fachliche Hinweise Es gelten die veröffentlichten Vorgaben

(Stand Februar 2005). Die unter www.learnline.nrw.de ins Netz

gestellten Beispielaufgaben verdeutlichen denZusammenhang der Obligatorik des Fachs mitdiesen Vorgaben.

Die folgenden Hinweise sollen der weiterenKlärung und Präzisierung dienen:

Math. Kompetenzen „Grad der erwarteten mathematischen

Kompetenzen“: Kompetenzen aus dem Grundkurs Mathematik

Kenntnis der Punktnotation für Ableitungen vonphysikalischen Größen nach der Zeit

Umgang mit trigonometrischen Funktionen

Math. Kompetenzen Nur für den Leistungskurs:

Lösungen von Differentialgleichungen mitvorgegebenem Ansatz ungedämpfte harmonische Schwingungen Ein- und Ausschaltvorgänge radioaktiver Zerfall

Hilfsmittel zulässige Formelsammlungen

nur im Handel erhältliche nur im Kurs genutzt keine selbst erstellten oder ergänzten

zulässige Taschenrechner im Kurs genutzte Rechner auch grafikfähige TR auch CAS

Inhaltliche Schwerpunkte Die in den Vorgaben in Klammern

angegebenen Experimente sind geeigneteBeispiele für die Erarbeitung der Inhalte imUnterricht.

Ihre Durchführung ist nicht obligatorisch. Die inhaltlichen Schwerpunkte lassen sich wie

folgt konkretisieren:

Fachliche Hinweise Elektromagnetismus/

Induktionsgesetz: Änderung der Flussdichte B und der Fläche A

Elektromagnetische Schwingungenund Wellen: Kenntnis der Thomsonschen

Schwingungsformel, Analogie zum mechanischen Oszillator auch

bezüglich der Energiebilanzen

Fachliche Hinweise Relativitätstheorie (nur Leistungskurs):

Lorenzkontraktion, Zeitdilatation und derrelativistische Energiesatz E0

2 = E2 + p2c2 ; keine Lorenztransformation keine Minkowskidiagramme

Atom- und Kernphysik / Atommodelle: Bohrsches Atommodell, Potentialtopfmodell (nur Leistungskurs)

Klausuraufgaben: FormulierungAufgabe 1 (alt!)Bringt man NaCl in eine nicht leuchtende Bunsenflamme,so geht von der Flamme gelbes Licht der Wellenlänge =589 nm aus.Wie kommt diese Lichtemission zustande?

Aufgabe 1 (neu!)Bringt man NaCl in eine nicht leuchtende Flamme einesBunsenbrenners, so geht von der Flamme gelbes Lichtder Wellenlänge λ = 589 nm aus. Erläutern Sie mit Hilfe des Bohrschen Atommodells dasZustandekommen dieser Lichtemission.

Aufgabe 2 (alt!)Der Abbildung entsprechend wird ein weißer Schirm durch eine Natriumdampflampe undeine Glühlampe gleicher Lichtleistung ausgeleuchtet. An der Stelle, wo sich die Lichtkegelder Lampen kreuzen, wird die Bunsenflamme aus Aufgabe 1) in den Strahlengang beiderLampen gebracht. Dort, wo das Licht der Na-Lampe auftrifft, entsteht ein dunklerSchatten. Dort, wo das Glühlampenlicht auftrifft, entsteht kein Schatten.Erklären Sie diese Beobachtungen ausführlich, und betrachten Sie die Photonen derverschiedenen Lichtquellen einzeln.

Klausuraufgaben: Formulierung

Aufgabe 2 (neu!)Eine Natriumdampflampe und eine Glühlampe senden Licht aus, das sich im Bereichder Bunsenbrennerflamme kreuzt und auf einem Schirm zwei getrennte Bereiche etwagleicher Helligkeit ausleuchtet. Bringt man nun Natriumchlorid (NaCl) in die Flamme,so sieht man in dem von der Natriumdampflampe beleuchteten Bereich einen dunklenSchatten. In dem Schirmbereich, der von der Glühlampe angeleuchtet wird, erkenntman keine Veränderungen.2.1. Zeichnen Sie die Versuchsanordnung von oben gesehen.2.2. Analysieren Sie die Wirkung des Lichts der Natriumdampflampe

auf die Natriumatome in der Flamme.2.3. Erklären Sie nun, warum in nur einem der beiden Lichtkegel

ein dunkler Bereich sichtbar ist.2.4. Berechnen Sie die Photonenenergie des Natriumlichts in eV.

Operatoren (Auswahl)

Sachverhalte, Strukturen oder Ergebnisse auf das Wesentliche

reduziert übersichtlich darstellenskizzieren

Elemente, Sachverhalte, Begriffe, Daten ohne Erläuterungen

aufzählennennen/angeben

kausale Zusammenhänge in Hinblick auf Erklärungsmöglichkeiten

untersuchen und abwägend herausstelleninterpretieren/deuten

aus Größengleichungen durch mathematische Operationen

eine physikalische Größe freistellenherleiten

einen Zusammenhang oder eine Lösung finden und das Ergebnis

formulierenermitteln

Aufgabe zu Operatoren

• formulieren Sie die Aufgabenmithilfe der Operatoren;

• orientieren Sie sich an den beigefügten Lösungen.

1. Photoeffekt (GK)

oder alternativ :

2. Heißluftmaschine und Wechselstrom (LK)

Zeit/Form: 45 min/Gruppenarbeit (max. 3 Pers./Gruppe)

Vorbereitungen schulinterne Curricula überprüfen/verändern

Methodenlernen, Beachtung der Operatoren(EPA)

Schülerinnen und Schüler informieren undvorbereiten

Klausuren der relevanten Typen und Umgangmit der Formelsammlung üben

Orientierung an den Formaten derBeispielprüfungsaufgaben

Operatoren (1)

Operatoren (2)

Operatoren (3)

Konstruktion derPrüfungsaufgaben (1)

Grundlage: Lehrplan und ‚Vorgaben‘(siehe „Obligatorik“)

Anforderungsbereiche I-III gemäß Lehrplan Kap. 5.2

Unabhängigkeit von Teilaufgaben,ggf. Zwischenwerte

Aufgabenarten gemäß Lehrplan Kap. 5.3.1

Konstruktion derPrüfungsaufgaben (2)

Berücksichtigung mehrerer Sachbereiche(und Halbjahre)

Kompetenzbereiche und Fachmethoden gemäßLehrplan Kap 2.2

spezifischer Unterrichtsbezug entfällt

Differenzierung GK-LK nicht nur quantitativ, sondernvor allem auch qualitativ

Leistungsanforderungen orientiert an EPA-Physik,Kap.3.3

Aufgabenartengemäß Kap. 5.3.1

Bearbeitung eines Demonstrationsexperiment

Aufgabe mit fachspezifischem Material:

nicht vorgeführtes Experiment

Tabellen, Graphen, Messreihen

Texte, Bilder, Filme, ...

Durchführung und Bearbeitung einesSchülerexperiment

keine rein numerisch oder ausschließlich aufsatzartigzu lösende Prüfungsaufgaben