L E H R P L A N _________________________________________________________________________________

P H Y S I K

Gymnasialer Bildungsgang

Gymnasiale Oberstufe

Hessisches Kultusministerium 2010

Bildungsgang Gymnasium Unterrichtsfach Physik

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Inhaltsverzeichnis

Seite

Teil A Grundlegung fr das Unterrichtsfach Physik in den Jahrgangsstufen 6G bis 9G und in der gymnasialen Oberstufe

1 Aufgaben und Ziele des Faches 3 1.1 Jahrgangsstufen 6G bis 9G 3 1.2 Einfhrungsphase und Qualifikationsphase 3 2 Didaktisch-methodische Grundlagen 3 2.1 Jahrgangsstufen 6G bis 9G 3 2.2 Einfhrungsphase und Qualifikationsphase 4 3 Umgang mit dem Lehrplan 4 3.1 Jahrgangsstufen 6G bis 9G 4 3.2 Einfhrungsphase und Qualifikationsphase 5 3.2.1 Die Einfhrungsphase 5 3.2.2 Die Qualifikationsphase 5 Teil B Unterrichtspraktischer Teil bersicht der verbindlichen Themen 6 Der Unterricht in der Sekundarstufe I 8 1 Die verbindlichen und fakultativen Unterrichtsinhalte der Jahrgangsstufen 6G bis 9G 8 1.1 Die Jahrgangsstufe 6G 8 1.2 Die Jahrgangsstufe 7G 10 1.3 Die Jahrgangsstufe 8G 13 1.4 Die Jahrgangsstufe 9G 18 2 bergangsprofil von der Jahrgangsstufe 9G in die gymnasiale Oberstufe 21 Der Unterricht in der Sekundarstufe II 22 3 Die verbindlichen und fakultativen Unterrichtsinhalte der Einfhrungsphase und der

Qualifikationsphase 22

3.1 Die Einfhrungsphase (E1 und E2) 22 3.2 Die Qualifikationsphase (Q1 bis Q4) 24 3.2.1 Grundkurse 24 3.2.1.1 Q1 und Q2 24 3.2.1.2 Q3 und Q4 26 3.2.2 Leistungskurse 29 3.2.2.1 Q1 und Q2 29 3.2.2.2 Q3 und Q4 33 4 Abschlussprofil am Ende der Qualifikationsphase

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Teil A Grundlegung fr das Unterrichtsfach Physik in den Jahrgangsstufen 6G bis 9G und in der gymnasialen Oberstufe 1 Aufgaben und Ziele des Faches

1.1 Jahrgangsstufen 6G bis 9G

Whrend das Beobachten und Experimentieren allen Naturwissenschaften gemeinsam ist, ist die Be-ziehung der Physik zur Theorie u. a. auch durch die Mathematisierung eine besondere. In der Sekun-darstufe I kann die Hinfhrung zur Theorie nur sehr vorsichtig geschehen. Alltagsbezug und Einbet-tung in einen fr Schlerinnen und Schler sinnvollen Kontext drfen nicht vernachlssigt werden zu-gunsten einer an der Fachsystematik orientierten berfrachtung mit theoretischen Zusammenhngen. In der Anlage des Lehrplanes erfhrt dieses Prinzip, Systematik durch thematische und lebensbezo-gene Inhalte zu stiften, Bercksichtigung. So werden Leitlinien nicht nur durch physikalische Zusam-menhnge, sondern auch von Alltagsproblemen und insbesondere von fcherbergreifenden Themen bestimmt.

1.2 Einfhrungsphase und Qualifikationsphase

Ziel des Physikunterrichtes in der gymnasialen Oberstufe ist es, Schlerinnen und Schler zu befhi-gen, Vorgnge in der Natur zu begreifen. In Lebensbereichen, in denen physikalisch-naturwissen-schaftliches bzw. technisches Verstndnis erforderlich ist, sollen sie sachkompetent und verantwor-tungsbewusst entscheiden und handeln. Im Zentrum des Unterrichtes stehen die Erarbeitung physikalischer Erkenntnisse, die Reflexion der Wege und Methoden, die Einblicke in die Wissenschaft der Physik und die Durchdringung der Ver-flechtungen zwischen physikalischer Forschung, technischer Anwendung und Gestaltung alltglicher Lebensbedingungen. 2 Didaktisch-methodische Grundlagen

2.1 Jahrgangsstufen 6G bis 9G

Mit Beginn des Physikunterrichts in Jahrgangsstufe 6G werden die Schlerinnen und Schler im Un-terricht erstmals angeleitet, sich systematisch mit physikalischen Fragestellungen auseinanderzuset-zen. Durchgngiges Unterrichtsprinzip sollte die Einbeziehung der Alltagserfahrung der Schlerinnen und Schler und ihrer dadurch entstandenen Vorstellungswelt sein. Eine eigene "Physikraum-Welt" sollte unbedingt vermieden werden. Dabei kann die Faszination von Naturerscheinungen, von technischen Gerten und modernen Medien (Fernsehen, Computer) hilfreiche Anste zu physikalischen Fragestellungen geben. Die sich hieraus oft ergebenden Querverbindungen zu anderen Gebieten der Physik und anderen Fchern frdern ein vernetztes Denken. In den einzelnen Jahrgangsstufen sind deshalb bewusst mehrere verschiedene Themenbereiche vorgesehen. Grundstzlich steht das Experiment im Mittelpunkt des Unterrichts. Insbesondere sollen Schlerexpe-rimente und experimentelle Hausaufgaben - neben dem Planen, Durchfhren und Auswerten der Ex-perimente - den Wissensdurst der Schlerinnen und Schler verstrken und den Forscherdrang fr-dern. Der jeweils vorgeschlagene Stundenrahmen ist bewusst so knapp gewhlt, dass Zeit fr derarti-ge Experimente bleibt. Mit einem Wechselspiel von Beobachtung, gedanklicher Verarbeitung, Theoriebildung und experimen-teller berprfung wird ein geordnetes Wissen erworben. Modellvorstellungen sollten frhzeitig ange-legt und kontinuierlich weiter entwickelt werden. Die Schlerinnen und Schler werden so vertraut mit der Kenntnis von Strukturen, wesentlichen Denk- und Sichtweisen sowie den in der Physik bedeutsa-men Begriffen und Gesetzmigkeiten.

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Die Stoffverteilung ist als Spiralcurriculum angelegt und soll die in der Sachkunde der Grundschule begonnenen Natur- und Technikerfahrungen aufnehmen und fortfhren. Dem bergang hierzu dient eine zweiwchige Phase zu Beginn des Unterrichts in der Jahrgangsstufe 6G. Es empfiehlt sich, in den Jahrgangsstufen 6G, 7G und 8G in einem phnomenologischen berblick die Hauptgebiete der Schulphysik zu betrachten, z. B. als Einstieg zu Beginn eines Schuljahres oder als Rckblick am Ende. Dieser wird dann in Jahrgangsstufe 9G unter dem Oberthema "Energie" wie-der aufgenommen. Dabei werden die in den Jahrgangsstufen 6G, 7G und 8G behandelten Gebiete zusammengefhrt und vertieft. Neu eingefhrt wird die Radioaktivitt. In einem weiteren Zyklus wird dies in der Oberstufe fortgefhrt und eine strkere Systematisierung und Mathematisierung ange-strebt. Durch die Wiederholung und Vertiefung der Inhalte in einer jeweils abstrakteren Ebene sowie ihrer Verknpfungen soll das erworbene Wissen gefestigt und entsprechend der jeweiligen Entwicklungs-stufe der Schlerinnen und Schler erweitert werden.

2.2 Einfhrungsphase und Qualifikationsphase

Der Physikunterricht soll sich an den Vorerfahrungen und Interessen der Schlerinnen und Schler orientieren und somit insbesondere in den Grundkursen der Qualifikationsphase auch emotionale Zu-gnge zum Fach erffnen. Die Zusammenarbeit mit anderen Fchern erffnet weitere Mglichkeiten der Motivation durch Perspektivenwechsel. Besondere Bedeutung erhlt der Physikunterricht in der gymnasialen Oberstufe durch das Aufgreifen fachbergreifender Problemstellungen. Durch den Erwerb der dazu erforderlichen Kenntnisse und F-higkeiten und durch die Erarbeitung der spezifisch physikalischen Kompetenz im Zusammenwirken mit den anderen Wissenschaften knnen die Schlerinnen und Schler komplexe Zusammenhnge verstehen und gesellschaftliche Problemfelder fundiert durchdringen. Die Konzeption des Physikunterrichts in der gymnasialen Oberstufe wird auch von der Problematik der Integration neuer Gebiete bestimmt. Die Flut neuer Erkenntnisse der Fachwissenschaft selbst, aber auch die wachsende Einsicht in die Notwendigkeit zur Bearbeitung vernetzter Systeme unter Einbe-ziehung anderer fachwissenschaftlicher Erkenntnisse und Methoden verlangt eine ffnung des Phy-sikunterrichtes gegenber diesen Entwicklungen. In allen drei Jahrgangsstufen der gymnasialen Oberstufe sind selbststndiges Planen und Arbeiten der Schlerinnen und Schler methodisches Ziel des Unterrichts. Ein solcher Unterricht ist gekenn-zeichnet durch Schlerorientierung, bewusste Erweiterung der in der Sekundarstufe I angelegten Pla-nungs- und Fachkompetenz, interdisziplinres Denken und Schaffung von Handlungsfreirumen, in denen Lehrende wie Lernende die Mglichkeiten auerschulischen Arbeitens nutzen. Die spezifische Systematik des Faches Physik und die Formulierung von Aussagen und Problemen durch die Mathe-matik knnen helfen, Zusammenhnge zu begreifen. Fachsystematik darf jedoch nicht Selbst-zweck im Unterricht sein, exemplarisches Vorgehen muss daher Vorrang vor Vollstndigkeit haben. Die Organisation des Unterrichtes soll Arbeitsformen bercksichtigen, die in der modernen Ar-beitswelt zwingend gefordert werden: Arbeit in Gruppen, verantwortliche Einzelarbeit als Teil eines Teams sowie Projektarbeit wozu insbesondere die Querverweise Anregungen geben. 3 Umgang mit dem Lehrplan 3.1 Jahrgangsstufen 6G bis 9G Der Lehrplan nimmt die klassischen physikalischen Themen (6G.2 9G.3) auf und verbindet sie mit dem Erfahrungshorizont der Schlerinnen und Schler. Daher bietet sich deren Anordnung in Form eines Spiralcurriculums an. Der jeweilige Stundenansatz ist ein Vorschlag, der bei der Jahresplanung Hilfestellung leisten soll. Er ist so gewhlt, dass er eine hinreichende Auseinandersetzung mit dem je-weiligen Thema ermglicht. Die angegebene Reihenfolge der Themenfelder der einzelnen Abschnitte ist nicht verbindlich. Die Stichworte erlutern die verbindlichen Unterrichtsinhalte auch in methodischer Hinsicht. Es wird freigestellt, mit welcher Intensitt der jeweilige verbindliche Inhalt bearbeitet wird, ob er also im Sinne eines orientierenden oder vertiefenden Lernens behandelt wird. Durch bewusste Nutzung der Metho-

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denvielfalt knnen Freirume geschaffen werden. Bei diesen Entscheidungen ist die Relevanz fr das Anschlussprofil am Ende der Jahrgangsstufe 9G zu beachten. Verpflichtend zu unterrichten sind nur die verbindlichen Unterrichtsinhalte, die allein zum Erreichen des Anschlussprofils notwendig sind. Die genannten fakultativen Inhalte verstehen sich als Vorschlge zur Ergnzung und Erweiterung. Im Feld Besondere Arbeitsmethoden werden u. a. beispielhaft Leitthemen genannt, unter denen die Inhalte thematisch zusammengefasst werden knnen. Hausexperimente bieten die Mglichkeit, die experimentellen Fhigkeiten der Schlerinnen und Schler auszubauen und regen zur Teamarbeit an. Die Zusammenarbeit mit anderen Fchern, wie sie in den Querverweisen angeregt wird, sollte im Sin-ne fcherverbindenden Lernens zur Gewinnung eines tieferen Verstndnisses wahrgenommen wer-den. Unter Anmerkungen werden punktuell Anregungen zur Unterrichtsgestaltung gegeben. 3.2 Einfhrungsphase und Qualifikationsphase 3.2.1 Die Einfhrungsphase Der Plan fr die Einfhrungsphase ist in gleicher Weise wie fr die Sekundarstufe I angelegt. Er ist fr den 2-stndigen Unterricht konzipiert. Bei 3-stndigem Physikunterricht sollten verstrkt fakultative In-halte einbezogen werden. 3.2.2 Die Qualifikationsphase Grundkurse Grundkurse sollen neben der Wissensvermittlung insbesondere das Interesse der Schlerinnen und Schler wecken. Um dies zu erreichen, sind eine weitgehende Lsung von der Fachsystematik und eine Hinwendung zum Anwendungsbezug von entscheidender Bedeutung. Damit einher geht eine weitgehende Reduktion des mathematischen Formalismus. Diese drckt sich darin aus, dass eine Verlagerung von der strengen Berechnung zum qualitativen Abschtzen stattfindet. Solche Konzepte sollen durch die Einbeziehung fachbergreifender sowie die Bercksichtigung geis-teswissenschaftlicher Aspekte realisiert werden. Hierzu geben die fakultativen Inhalte Anregungen. Fr das zweite Kurshalbjahr der Qualifikationsphase (Q2) ist ein wahlfreier Kurs vorgesehen, der die oben entworfene Konzeption weiterfhren soll. Hierbei bietet sich auch die Zusammenarbeit mit ande-ren Fchern an. Die angegebenen Themen sind Vorschlge. Leistungskurse Im Leistungskurs ist neben der Vermittlung eines strukturierten Wissens ein intensiver Theoriebezug mglich. Dies beinhaltet eine strkere Betonung der Wissenschaftsmethoden. Dabei erlangen die Mo-dellbildung und die Entwicklung physikalischer Konzepte eine besondere Bedeutung. Untersttzend soll die mathematische Beschreibung der Zusammenhnge genutzt werden. Groen Anteil haben quantitative Experimente. Das schliet die selbststndige Planung, Durchfh-rung und Auswertung der Experimente sowie ihre kritische Diskussion durch die Schlerinnen und Schler ein. Der Einsatz elektronischer Medien ist insbesondere im Leistungskurs selbstverstndlich. Simulatio-nen, Online-Experimente und Prsentationen werden zur Erlangung einer tieferen fachlichen und me-dienbezogenen Kompetenz genutzt. Die fakultativen Inhalte geben Anregungen zur Weiterfhrung dieser Konzeption. Fr das zweite Kurshalbjahr der Qualifikationsphase (Q2) ist ein weiterfhrender, wahlfreier Kurs vor-gesehen. Die angegebenen Themen sind Vorschlge. Die Zusammenarbeit mit anderen Fchern soll-te gesucht werden.

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Teil B Unterrichtspraktischer Teil bersicht der verbindlichen Themen

Lfd. Nr.

Verbindliche Unterrichtsthemen

Stundenansatz

6G.1

Einfhrung: Physik als Naturwissenschaft

4

6G.2

Optik 1 8

6G.3

Wrmelehre 1 8

6G.4

Magnetismus 6

7G.1

Optik 2 22

7G.2

Wrmelehre 2 12

7G.3

Elektrizittslehre 1 17

8G.1

Mechanik

17

8G.2

Elektrizittslehre 2

18

8G.3

Von Druck und Auftrieb

8

9G.1

Arbeit und Energie

14

9G.2

Energieversorgung

26

9G.3

Radioaktivitt

10

E1 / E2

Mechanik

46

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7

Grundkurse

Q1

Elektrisches und magnetisches Feld

36

Q2

Mechanische und elektromagnetische Schwingungen und Wellen

36

Q3

Quanten- und Atomphysik

36

Q4

Wahlthema

24

Leistungskurse

Q1

Elektrisches und magnetisches Feld

63

Q2

Mechanische und elektromagnetische Schwingungen und Wellen

63

Q3

Quanten- und Atomphysik

63

Q4

Wahlthema

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Der Unterricht in der Sekundarstufe I Die Lehrplne sind getrennt nach Sekundarstufe I und Sekundarstufe II auf der Homepage des Hessi-schen Kultusministeriums abrufbar. Daher ist hier der Teil zur Sekundarstufe I der bersichtlichkeit halber entfernt worden.

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Der Unterricht in der Sekundarstufe II 3 Die verbindlichen und fakultativen Unterrichtsinhalte der Einfhrungsphase und der

Qualifikationsphase 3.1 Die Einfhrungsphase (E1 und E2)

E1/E2

Mechanik

Std.: 46

Begrndung: Ziel der Einfhrungsphase ist die vertiefte Einfhrung in die Arbeitsweise der Physik. Dafr eignet sich das Gebiet Mechanik in besonderer Weise. Die hier erarbeiteten Grundbegriffe dienen auch der Abrun-dung der bisher im Physikunterricht erarbeiteten Prinzipien und Inhalte fr Schlerinnen und Schler, die Physik nach dieser Jahrgangsstufe nicht weiter betreiben. Besondere Bedeutung erhlt der Inhaltsbereich Mechanik als Bindeglied zwischen Mittelstufe und gym-nasialer Oberstufe, da hier fundamentale und phnomenologisch gewonnene Erfahrungen mit den we-sentlichen Grundlagen eines Begriffsystems der Physik sowie mit typischen Arbeitsweisen verbunden werden. Die mathematische Beschreibung in vektorieller Form wird wichtiger. Gleichzeitig wird die Basis fr weitere Inhaltsbereiche der Physik geschaffen. Verbindliche Unterrichtsinhalte/Aufgaben: Geradlinige und kreisfrmige Bewegung Newtonsche Axiome Erhaltungsstze

Weg-Zeit-Gesetz, gleichfrmige und beschleunigte Be-wegung, Bezugssysteme, Superposition (senkrechter, waagerechter Wurf) Masse, Impuls, Kraft verschiedene Energietrger, Energieerhaltung, Energieumwandlungen 1. Hauptsatz der Wrmelehre Impuls als Erhaltungsgre (z. B. unelastischer Sto, Explosionen)

Fakultative Unterrichtsinhalte/Aufgaben (mindestens eines der vorgeschlagenen Themen ist verbindlich): Superposition Rotation starrer Krper Gravitation nichtlineare Dynamik Entropie

Schiefer Wurf Drehimpuls, Kreisel Gravitationsfeld, astrophysikalische Aspekte Chaos

Arbeitsmethoden der Schlerinnen und Schler/Hinweise und Erluterungen: Mgliche Leitthemen: Technik und Mechanik; Sport und Biomechanik; Verkehr; das mechanistische Welt-bild; Himmelsmechanik

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Querverweise: Mensch und Welt: L, GrA, Mu, G, PoWi, Ek, Rka, Rev, Phil, D, F, Ita, Rus, Ku 18. Jahrhundert: G, Phil, D, Mu, M Renaissance, Reformation, Aufkl-rung: Rev, G, Phil, L, GrA, D, Mu, M, Rka Programmierung Simulation: Inf, M, Ch, PoWi Mechanik und sportliche Bewe-gung: Spo Mathematische Konzepte: M

Bercksichtigung von Aufgabengebieten (6 Abs.4 HSchG): Verkehrserziehung Gesundheitserziehung

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3.2 Die Qualifikationsphase (Q1 bis Q4) 3.2.1 Grundkurse 3.2.1.1 Q1 und Q2

Q1 GK

Elektrisches und magnetisches Feld

Std.: 36

Begrndung: Die zentralen Begriffe Feld und Energie sind Schwerpunkte physikalischen Denkens. Die Elektrizittslehre bietet zahlreiche Mglichkeiten, Anwendungsbezge herzustellen. Es werden die Erkenntnisse aus der Mittelstufe ber z. B. Ladung, Spannung, Stromstrke, Induktion ver-tieft und in einen Zusammenhang gebracht. Die wesentlichen Aspekte der Fachsystematik sollen im Zu-sammenhang mit lebensweltlichen Kontexten (z. B. historische Bezge, neuere technische Entwicklun-gen) behandelt werden. Verbindliche Unterrichtsinhalte/Aufgaben: Elektrisches Feld Magnetisches Feld Ladungstrger in elektrischen und magne-tischen Feldern

Homogenes/inhomogenes Feld, Influenz Coulombkraft, Quantisierung der Ladung Feldstrke Spannung, Stromstrke Kapazitt, Feldenergie Feldstrke (B), Feldenergie Lorentzkraft Bewegung von Ladungstrgern in den Feldern Induktion, Selbstinduktion

Fakultative Unterrichtsinhalte/Aufgaben: Elektrisches und magnetisches Feld Physik und Technik

Halleffekt, e/m-Bestimmung Technische Anwendungen der Elektrostatik (z. B. Blitz-ableiter, berspannungsschutz, Laserdrucker) Anwendungen der Elektrodynamik in Forschung, Technik und Medizin

Arbeitsmethoden der Schlerinnen und Schler/Hinweise und Erluterungen: Prsentationen auch mit Filmmaterial und Unterrichtssoftware Mgliche Leitthemen: Historische Entwicklung des physikalischen Begriffssystems am Beispiel Feld und Energie; Elektrizitt im 19. und 20. Jahrhundert; Bedeutung der Elektrizitt und der Elektrotechnik in unse-rer Gesellschaft; Querverweise: Feldbegriff: G Integralbegriff: M

Bercksichtigung von Aufgabengebieten (6 Abs.4 HSchG): Gesundheitserziehung kologische Bildung und Umwelterziehung

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Q2 GK

Mechanische und elektromagnetische Schwingungen und Wellen

Std.: 36

Begrndung: Schwingungs- und Wellenphnomene sind in Natur und Technik vielfltig zu beobachten und von beson-derer Bedeutung. Diese sich oft ganz verschiedenartig darstellenden und z. T. sehr komplexen Erschei-nungen aus unterschiedlichen Bereichen der Physik lassen sich jedoch gleichartig beschreiben. Dieses Sachgebiet gestattet in besonderem Mae die Auseinandersetzung mit Phnomenen in Natur, Alltag und technischen Entwicklungen mit ihren verschiedenen Wellenlngenbereichen. Dadurch lassen sich bei der Wahl des konkreten Kursthemas schulinterne Schwerpunktsetzungen und Interessen der Lerngruppe be-sonders gut bercksichtigen. Es bieten sich Mglichkeiten fr projektorientiertes Arbeiten z. B.: Physikali-sche Grundlagen von Musikinstrumenten, Ultraschall in Natur und Medizin. Verbindliche Unterrichtsinhalte/Aufgaben: Mechanische und elektromagnetische Schwingungen Mechanische und elektromagnetische Wel-len berlagerung von Wellen

Harmonische Schwingungen charakteristische Gren (Schwingungsdauer, Frequenz, Kreisfrequenz) Resonanzphnomene (Probleme und Anwendung) Elektromagnetischer Schwingkreis Eigenschaften, charakteristische Gren (Ausbreitungs-geschwindigkeit, Wellenlnge, Frequenz) Stehende Wellen, Huygenssches Prinzip Beugung und Interferenz (Doppelspalt, Gitter) Reflexion, Brechung

Fakultative Unterrichtsinhalte/Aufgaben: Akustik Wellenleitung Wellenoptik

Musikinstrumente, Raumakustik Erdbebenwellen, Anwendungen in der Medizin und Technik Kommunikationstechnik Auflsungsvermgen optischer Gerte optische Beschichtungen

Arbeitsmethoden der Schlerinnen und Schler/Hinweise und Erluterungen: Prsentationen auch mit Filmmaterial und Unterrichtssoftware Mgliche Leitthemen: Informationsbertragung, Historische Entwicklung des Wellenkonzeptes Querverweise: Vektoren: M

Bercksichtigung von Aufgabengebieten (6 Abs. 4 HSchG): Gesundheitserziehung

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3.2.1.2. Q3 und Q4

Q3 GK

Quanten- und Atomphysik

Std.: 36

Begrndung: In der Physik haben das Experiment und die daraus abgeleiteten Modellvorstellungen einen hohen Stel-lenwert. Die grundlegenden Erfahrungen und Experimente der Quantenphysik sollen die Schlerinnen und Schler zu der Erkenntnis fhren, dass Mikroobjekte (z. B. Photon, Elektron) durch die Konzepte der klassischen Physik nicht vollstndig und widerspruchsfrei beschrieben werden knnen. Kausalitt, Deter-minismus und der klassische Bahnbegriff werden bei der Einfhrung der Quantenphysik in Frage gestellt. Die historische Entwicklung der Atommodelle kann eine Leitidee des Kurses sein. Die Diskussion philoso-phischer und erkenntnistheoretischer Fragestellungen bietet sich bei allen Themen an. Verbindliche Unterrichtsinhalte/Aufgaben: Vorstellungen vom Licht Quantenobjekte berblick ber die klassischen Atommodelle

Linienspektren Fotoeffekt/Einsteinsche Deutung Quanteneffekte, stochastische Deutung Elektronenbeugung, Erarbeitung einer quantenmechani-schen Atomvorstellung Grenzen dieser Modelle

Fakultative Unterrichtsinhalte/Aufgaben: Quantenphnomene Philosophische Fragestellungen

Unschrferelation Kausalitt, Erkenntnistheorie

Arbeitsmethoden der Schlerinnen und Schler/Hinweise und Erluterungen: Vorkenntnisse aus dem Chemieunterricht sollten einbezogen werden. Prsentationen auch mit Filmmaterial und Unterrichtssoftware Mgliche Leitthemen: Modell und Wirklichkeit Querverweise: Weltentwrfe: D, E, F, Spa, Rus, Ita, L, GrA (Thema 3), Ku, Mu, G, PoWi, Ek, Rka, Eth, Phil, Rev Probleme des Fortschritts: Phil, E, Ch Quantenphysik: D, Phil, M

Bercksichtigung von Aufgabengebieten (6 Abs. 4 HSchG): Friedenserziehung

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Q4 GK

Wahlthema

Std.: 24

Begrndung: Im vierten Kurshalbjahr der Qualifikationsphase (Q4) kann das Thema des Kurses frei gewhlt werden, jedoch so, dass die bisher behandelten Gebiete vertieft bzw. ergnzt werden. Die nachfolgend genannten Themen sind Vorschlge. Mit der Auswahl des Themas und dessen inhaltlicher Gestaltung sollte auf die Interessen der Lerngruppe eingegangen werden. Dies macht es mglich, in verstrktem Mae Methoden der selbststndigen Erar-beitung von Themen (Literaturrecherchen, Informationsbeschaffung aus dem Internet) einzubeziehen. Mgliche Unterrichtsinhalte und Kursthemen: Die nachfolgend angefhrten Beispiele mglicher Wahlthemen sollten im Zusammenhang mit zuvor be-handelten Inhaltsbereichen stehen, um hier den inneren Zusammenhang physikalischer Erkenntnisse so-wohl zurckliegender wie neuerer Erkenntnisse zu verdeutlichen. Aus den Schwerpunkten der bisher be-handelten Kursthemen ergeben sich so die Gebiete - Kernphysik, - Elementarteilchen, - Astrophysik, - Festkrperphysik, - Relativittstheorie, - nichtlineare Dynamik und - Geophysik als Ergnzung. Anwendungsbezge knnen verfolgt werden durch Themen wie - physikalische Technik in der Medizin, - Physik und Medizin. Die geistesgeschichtliche Entwicklung in Verbindung mit physikalischen Erkenntnissen kann in Kursthe-men wie - Physik und Philosophie (z. B. Wahrnehmen und Erkennen), - vom antik-mittelalterlichen zum modernen Weltbild (mgl. Kooperation mit Fach Latein) oder - historische Entwicklungen in der Physik verdeutlicht werden. Arbeitsmethoden der Schlerinnen und Schler/Hinweise und Erluterungen: Referate, Internetrecherche, Prsentationen, Verwendung elektronischer Medien, Besuch auerschuli-scher Lernorte ( z. B. Universitts- und Forschungsinstitute, Industrie)

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Querverweise: Bercksichtigung von Aufgabengebieten (6 Abs. 4 HSchG): Welt- und Menschenbilder: G, PoWi, Ek, Rka, Rev, Eth, Phil, Bio, Inf, E, F, Spa, Mu, Ku, GrA (Thema 4) Globalisierung: PoWi, G, Ek Rka, Rev, E, Spa, Rus, Ch, Eth Deterministisches Chaos: M, Inf Mensch und Kosmos: Rka, Eth, Po-Wi, L Energieprobleme: Ch, Ek, Eth Evolution: Bio, Rka, Eth, Inf Naturwissenschaftliches Denken: Bio, Eth, Phil, M, Ch Messen Steuern Regeln: Ch, Spo, Inf Computersimulation: Inf, Bio, Ch, D, M Werkstoffe: Ch Wahrnehmung: Ch, Mu, G, Rka, Ku, D, Phil, GrA (Thema 3) 19. und 20. Jahrhundert: G, PoWi, Rev

Friedenserziehung

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3.2.2 Leistungskurse 3.2.2.1 Q1 und Q2

Q1 LK

Elektrisches und magnetisches Feld

Std.: 63

Begrndung: Die zentralen Begriffe Feld und Energie sind Schwerpunkte physikalischen Denkens. Die Elektrizittslehre bietet zahlreiche Mglichkeiten, Anwendungsbezge herzustellen. Es werden die Erkenntnisse aus der Mittelstufe ber z. B. Ladung, Spannung, Stromstrke, Induktion ver-tieft und in einen Zusammenhang gebracht. Die wesentlichen Aspekte der Fachsystematik sollen im Zu-sammenhang mit lebensweltlichen Kontexten (z. B. historische Bezge, neuere technische Entwicklun-gen) behandelt werden. Fr Leistungskurse erffnet sich eine Flle von vertiefenden und erweiternden Anstzen (z. B. Vektorfelder, Potentialbegriff). Der Inhaltsbereich elektrisches und magnetisches Feld erffnet die Chance, grundlegende Arbeitsweisen und Erkenntnisse mit den Inhalten anderer Fcher zu verknpfen. Die Vernetzung der Disziplinen in der unterrichtlichen Arbeit der Oberstufe kann dadurch verstrkt werden. Verbindliche Unterrichtsinhalte/Aufgaben: Elektrisches Feld Magnetisches Feld Ladungstrger in elektrischen und magnetischen Feldern

Homogenes/inhomogenes Feld, Influenz Coulombkraft Feldstrke, Quantisierung der Ladung Potential, Spannung, Stromstrke Kapazitt, Feldenergie Feldstrke (B), Feldenergie Lorentzkraft Bewegung von Ladungstrgern in Feldern (e/m-Bestimmung, Hall-Effekt) Induktion, Selbstinduktion

Fakultative Unterrichtsinhalte/Aufgaben: Elektrisches und magnetisches Feld Technische Anwendungen Wechselstrom Leitungsvorgnge

Technische Anwendungen der Elektrostatik (z. B. Piezo-effekt, Kopierer) Materie im elektrischen und magnetischen Feld Teilchenbeschleuniger, Elektronenmikroskop z. B. Motor, Generator, Mikrofon, Lautsprecher Datenspeicher Wechselstromwiderstnde bertragung elektrischer Energie Transformator z. B. Metalle, Halbleiter, Gase

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Arbeitsmethoden der Schlerinnen und Schler/Hinweise und Erluterungen: Prsentationen auch mit Filmmaterial und Unterrichtssoftware Mgliche Leitthemen: Historische Entwicklung des physikalischen Begriffssystems am Beispiel Feld und Energie; Elektrizitt im 19. und 20. Jahrhundert; Bedeutung der Elektrizitt und der Elektrotechnik in unse-rer Gesellschaft Querverweise: Feldbegriff: G Integralbegriff: M

Bercksichtigung von Aufgabengebieten (6 Abs.4 HSchG): Gesundheitserziehung kologische Bildung und Umwelterziehung

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Q2 LK

Mechanische und elektromagnetische Schwingungen und Wellen

Std.: 63

Begrndung: Schwingungs- und Wellenphnomene sind in Natur und Technik vielfltig zu beobachten und von beson-derer Bedeutung. Diese sich oft ganz verschiedenartig darstellenden und z. T. sehr komplexen Erschei-nungen aus unterschiedlichen Bereichen der Physik lassen sich jedoch gleichartig beschreiben. Hierzu mssen geeignete Gren gebildet und eine Abstrahierung der beobachteten Erscheinung von Nebenef-fekten vorgenommen werden. Dieses Sachgebiet gestattet in besonderem Mae die Auseinandersetzung mit Phnomenen in Natur, Alltag und technischen Entwicklungen mit ihren verschiedenen Wellenlngen-bereichen. Gleichzeitig wird erfahren, dass mathematische Methoden fr das Verstndnis und die Beschreibung von Naturgesetzen wesentlich sind. Die analoge mathematische Struktur bei der Beschreibung mechanischer und elektromagnetischer Schwingungen zeigt die Bedeutung bergreifender Modellvorstellungen in der Physik. Bei diesem Thema bieten sich Mglichkeiten fr projektorientiertes Arbeiten, Praktikum und Schlerrefe-rate z. B.: Physikalische Grundlagen von Musikinstrumenten oder Lautsprechern, Ultraschall in Natur und Technik, Kommunikationssysteme/Satellitenfunk, Ausbreitung von Signalen auf Computerkabeln (De-monstration an einer Lecherleitung). Verbindliche Unterrichtsinhalte/Aufgaben: Mechanische und elektromagnetische Schwingungen Mechanische und elektromagnetische Wel-len berlagerung von Wellen

Charakteristische Gren Harmonische Schwingungen Elektromagnetischer Schwingkreis Eindimensionale Schwingungsgleichung Erzwungene Schwingungen und Resonanz Erzeugung Harmonische Transversalwellen Eindimensionale Wellengleichung Polarisation, Kohrenz Stehende Wellen Huygenssches Prinzip Reflexion, Brechung Beugung, Interferenz Spalt, Doppelspalt, Gitter Spektren

Fakultative Unterrichtsinhalte/Aufgaben: Chaotische Schwingungen Radiowellen Anwendung der Wellenoptik Auflsungsvermgen optischer Gerte

Erzeugung, Abstrahlung, Empfang Modulation, Demodulation Satellitenfunk Interferenz an dnnen Schichten, Entspiegelung, opti-sche Beschichtungen Laser Holographie Optische Messmethoden

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Arbeitsmethoden der Schlerinnen und Schler/Hinweise und Erluterungen: Prsentationen, auch mit Filmmaterial und Unterrichtssoftware. Mgliche Leitthemen: Informationsbertragung, Historische Entwicklung des Wellenkonzeptes Querverweise: Vektoren: M

Bercksichtigung von Aufgabengebieten (6 Abs. 4 HSchG): Gesundheitserziehung

Bildungsgang Gymnasium Unterrichtsfach Physik

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3.2.2.2 Q3 und Q4

Q3 LK

Quanten- und Atomphysik

Std.: 63

Begrndung: In der Physik haben das Experiment und die daraus abgeleiteten Modellvorstellungen einen hohen Stel-lenwert. Die grundlegenden Erfahrungen und Experimente der Quantenphysik sollen die Schlerinnen und Schler zu der Erkenntnis fhren, dass Mikroobjekte (z. B. Photon, Elektron) durch die Konzepte der klassischen Physik nicht vollstndig und widerspruchsfrei beschrieben werden knnen. Kausalitt, Deter-minismus und der klassische Bahnbegriff werden bei der Einfhrung der Quantenphysik in Frage gestellt. Die historische Entwicklung der Atommodelle kann eine Leitidee des Kurses sein. Die Diskussion philoso-phischer und erkenntnistheoretischer Fragestellungen bietet sich bei allen Themen an. Verbindliche Unterrichtsinhalte/Aufgaben: Quanteneffekte Stochastische Deutung von Quantenobjek-ten berblick ber die klassischen Atommodelle Philosophische Fragestellungen

Anregung von Atomen (Linienspektren, Resonanzab-sorption) Fotoeffekt/Einsteinsche Deutung Compton-Effekt, Elektronenbeugung De Broglie-Beziehung Reflexion, Brechung Doppelspaltversuch mit Elektronen und Photonen Unschrferelation Erarbeitung einer quantenmechanischen Atomvorstel-lung Potentialtopf Grenzen dieser Modelle

Fakultative Unterrichtsinhalte/Aufgaben: Potentialprofile Bndermodell Sternspektren

Schrdinger-Gleichung Tunneleffekt

Arbeitsmethoden der Schlerinnen und Schler/Hinweise und Erluterungen: Vorkenntnisse aus dem Chemieunterricht sollten einbezogen werden. Prsentation, auch mit Filmmaterial und Unterrichtssoftware Mgliche Leitthemen: Modell und Wirklichkeit, historische Entwicklung, Leistungsfhigkeit und Grenzen der Atommodelle. Querverweise: Weltentwrfe: D, E, F, Spa, Rus, Ita, L, GrA (Thema 3), Ku, Mu, G, PoWi, Ek, Rka, Eth, Phil, Rev, Probleme des Fortschritts: Phil, E, Ch Quantenphysik: D, Phil, M

Bercksichtigung von Aufgabengebieten (6 Abs. 4 HSchG): Friedenserziehung

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Q4 LK

Wahlthema

Std.: 43

Begrndung: Im vierten Kurshalbjahr der Qualifikationsphase (Q4) kann das Thema des Kurses frei gewhlt werden, jedoch so, dass die bisher behandelten Gebiete vertieft bzw. ergnzt werden. Die nachfolgend genannten Themen sind Vorschlge. Mit der Auswahl des Themas und dessen inhaltlicher Gestaltung sollte auf die Interessen der Lerngruppe eingegangen werden. Dies macht es mglich, in verstrktem Mae Methoden der selbststndigen Erar-beitung von Themen (Literaturrecherchen, Informationsbeschaffung aus dem Internet) einzubeziehen. Prsentationen sollten gebt werden.

Mgliche Unterrichtsinhalte und Kursthemen: Die nachfolgend angefhrten Beispiele mglicher Wahlthemen sollten im Zusammenhang mit zuvor be-handelten Inhaltsbereichen stehen, um hier den inneren Zusammenhang physikalischer Erkenntnisse so-wohl zurckliegender wie neuerer Erkenntnisse zu verdeutlichen. Aus den Schwerpunkten der bisher be-handelten Kursthemen ergeben sich so die Gebiete - Kernphysik, - Elementarteilchen, - Astrophysik, - Festkrperphysik, - Relativittstheorie, - nichtlineare Dynamik und - Geophysik als Ergnzungen. Anwendungsbezge knnen verfolgt werden durch Themen wie - physikalische Technik in der Medizin, - Physik und Medizin. Die geistesgeschichtliche Entwicklung in Verbindung mit physikalischen Erkenntnissen kann in Kursthe-men wie - Physik und Philosophie (z. B. Wahrnehmen und Erkennen), - vom antik-mittelalterlichen zum modernen Weltbild (mgl. Kooperation mit Fach Latein) oder - historische Entwicklungen in der Physik verdeutlicht werden. Arbeitsmethoden der Schlerinnen und Schler/Hinweise und Erluterungen: Internetrecherche, Prsentationen, Verwendung elektronischer Medien, Besuch auerschulischer Lernorte ( z. B. Universitts- und Forschungsinstitute, Industrie).

Bildungsgang Gymnasium Unterrichtsfach Physik

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Querverweise: Bercksichtigung von Aufgabengebieten (6 Abs. 4 HSchG): Welt- und Menschenbilder: G, PoWi, Ek, Rka, Rev, Eth, Phil, Bio, Inf, E, F, Spa, Mu, Ku, GrA (Thema 4) Globalisierung: PoWi, G, Ek Rka, Rev, E, Spa, Rus, Ch, Eth Deterministisches Chaos: M, Inf Mensch und Kosmos: Rka, Eth, Po-Wi, L Energieprobleme: Ch, Ek, Eth Evolution: Bio, Rka, Eth, Inf Naturwissenschaftliches Denken: Bio, Eth, Phil, M, Ch Messen Steuern Regeln: Ch, Spo, Inf Computersimulation: Inf, Bio, Ch, D, M Werkstoffe: Ch Wahrnehmung: Ch, Mu, G, Rka, Ku, D, Phil, GrA (Thema 3) 19. und 20. Jahrhundert: G, PoWi, Rev

Friedenserziehung

Bildungsgang Gymnasium Unterrichtsfach Physik

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4 Abschlussprofil am Ende der Qualifikationsphase Allgemeines Ziel des Physikunterrichts ist die Herausarbeitung der Bedeutung der physikalischen Er-kenntnisse und der auf ihnen beruhenden technischen Mglichkeiten fr die Gestaltung der Lebens-verhltnisse der Menschen, aber auch der Probleme, die sich aus der Entwicklung der Physik und ih-rer Anwendungsbereiche ergeben. Die in Teil A unter 3.2.2 dargestellte Differenzierung der Grund- und Leistungskurse gilt auch fr die unten aufgefhrten Ziele.

Allgemeine Ziele Fachspezifische Ziele Kenntnisse Methoden

- Erarbeitung eines geordneten Wissens von grundlegenden na-

turgesetzlichen Zusammenhngen, Anwendung dieses Wis-sens auf konkrete Probleme u. a. auch aus dem Gebiet der Technik und deren Wechselwirkung mit der Physik

- Einsicht in die Arbeitsweise der Physik

- Einsicht in die Bedeutung von Begriffen, Methoden und Ergeb-nissen der Physik fr Natur- und Geisteswissenschaften

- Einsicht in die Bezge der Physik zum Leben des Menschen und seiner Umwelt und daraus resultierendem verant-wortungsbewusstem Handeln gegenber Gesellschaft und Umwelt

- Fhigkeit zu selbststndigem Arbeiten, zu sachbezogener Kommunikation und zu Kooperation auf der Grundlage fun-dierter naturwissenschaftlicher Kenntnisse

- LK: Fhigkeit, empirische und axiomatisch-deduktive Erkennt-nisgewinnung zu unterscheiden sowie Theorie und Experiment auf bereinstimmung und Widerspruch zu berprfen

- LK: Vertiefte Anwendung mathematisch-naturwissenschaftli-cher Methoden

- Wichtige physikalische Phnomene (wie etwa Schwingung, Resonanz, Induktion) und Begriffe (z. B. Feld, Teilchen, Welle) sowie die Metrisierung physikalischer Gren (wie Energie, Ladung usw.)

- Konzepte der Physik, z. B. Kausalitt, Wechselwirkung, Feld, Quantelung

- Physikalische Modelle

- LK: vertieftes Verstndnis physikalischer Theorien

- Vorgnge und Objekte unter physikalischen Gesichtspunkten beobachten und beschreiben

- Messungen durchfhren, Versuchsprotokolle erstellen, Mess-daten auswerten

- Experimentelle Daten interpretieren und die Genauigkeit von Messwerten beurteilen

- Die funktionale Abhngigkeit von Messdaten darstellen

- Die Bildung physikalischer Grenbegriffe an Beispielen auf-zeigen

- Grundstzliche Eigenschaften von Modellen, Vernderungen und Weiterentwicklungen von Modellvorstellungen auf Grund experimenteller Ergebnisse am Beispiel aufzeigen

Bildungsgang Gymnasium Unterrichtsfach Physik

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- Experimente nach vorgelegtem Plan aufbauen oder einfache Experimente selbst planen

- Die Simulation von Experimenten mit dem Computer nachvoll-ziehen bzw. durchfhren

- LK: Hypothesen aufstellen und eine Methode zur berprfung angeben

- LK: Den Rang einer Aussage (Definition, Axiom, Hypothese, Gesetz) innerhalb eines Systems von Aussagen beurteilen

- LK: Das Wechselspiel von Hypothese - Experiment - Theorie im Prozess der physikalischen Erkenntnisgewinnung aufzeigen