Physik - einsteinfreun.de · Der Schulinterne Lehrplan geht aus dem Beispiel-lehrplan des Schulministeriums hervor. Inhalt Seite 1 Die Fachgruppe Physik am Einstein-Gymnasium Rheda-Wieden-

Schulinterner Lehrplanzum Kernlehrplan für die gymnasiale Oberstufe

Einstein-Gymnasium Rheda-Wiedenbrück

Physik

Bearbeitungsstand: 12.01.16

Der Schulinterne Lehrplan geht aus dem Beispiel-lehrplan des Schulministeriums hervor.

Inhalt

Seite

1 Die Fachgruppe Physik am Einstein-Gymnasium Rheda-Wieden-brück .........................................................................................................

2 Entscheidungen zum Unterricht ........................................................................

3 Entscheidungen zu fach- und unterrichtsübergreifenden Fragen ................

4 Qualitätssicherung und Evaluation .................................................................

1 Die Fachgruppe Physik am Einstein-Gymnasium Rheda-Wiedenbrück

Das Einstein-Gymnasium ist eines von zwei öffentlichen Gymnasien der Doppel-stadt und liegt am Rande des Ortsteils Rheda, in einem eher ländlich geprägtenRaum. Die Schülerschaft ist vergleichsweise homogen strukturiert, was den sozia-len und ethnischen Hintergrund betrifft. Ca. ein Drittel der Schülerschaft stammtaus der Nachbargemeinde Herzebrock-Clarholz. Das Einstein-Gymnasium ist inder Sekundarstufe I mindestens vierzügig und wird als Ganztagsgymnasium ge-führt.

In die Einführungsphase der Sekundarstufe II wurden in den letzten Jahren regel-mäßig etwa 50 Schülerinnen und Schüler neu aufgenommen, überwiegend auszwei Realschulen der Stadt, und in M, D und E auf die parallelen Kurse gleichmä-ßig verteilt.

In der Regel werden in der Einführungsphase drei parallele Grundkurse eingerich-tet, aus denen sich für die Q-Phase ein Leistungs- und zwei Grundkurse entwi-ckeln. Der Unterricht findet im 45-Minuten-Takt statt, die Kursblockung siehtgrundsätzlich für Grundkurse eine, für Leistungskurse zwei Doppelstunden vor.

Den im Schulprogramm ausgewiesenen Zielen, Schülerinnen und Schüler ihrenBegabungen und Neigungen entsprechend individuell zu fördern und ihnen Orien-tierung für ihren weiteren Lebensweg zu bieten, fühlt sich die die Schule als Güte-siegelschule für individuelle Förderung in besonderer Weise verpflichtet:

Durch ein fachliches Förderprogramm unter Einbeziehung von Schülern und Leh-rern werden Schülerinnen und Schüler mit Übergangs- und Lernschwierigkeitensowie Problemen im sozialen Bereich intensiv unterstützt. Für jede Jahrgangsstufeder Sekundarstufe I steht ein ausgebildeter Beratungslehrer zur Verfügung, in derOberstufe unterstützt eine weitere Lehrkraft die Seiteneinsteiger zusätzlich zumLaufbahnberatungsteam. Für Schüler mit massiveren Problemen bietet die Schulewöchentliche Sprechstunden durch Fachkräfte des Jugendamtes und der Berufsbe-ratung in der Schule an.

Allen Schülern stehen drei ausgebildete ECHA-Lehrkräfte zur Förderung hochbe-gabter und/oder leistungsstarker Schüler zur Seite.

Schülerinnen und Schüler aller Klassen- und Jahrgangsstufen werden zur Teilnah-me an den vielfältigen Wettbewerben im Fach Physik und allgemeiner MINT(Physik-Olympiade, Pro MINT GT) angehalten und, wo erforderlich, begleitet.

Für den Fachunterricht aller Stufen besteht Konsens darüber, dass wo immer mög-lich physikalische Fachinhalte mit Lebensweltbezug vermittelt werden. Besonderseng ist die Zusammenarbeit mit der Fachgruppe Mathematik, was deshalb leichtfällt, da die Fachgruppe Physik eine echte Teilmenge der Fachgruppe Mathematikdarstellt.

In der Jgst. 6 wird im Rahmen der Wahlpflicht eine Astronomy-AG angeboten.Sie beschäftigt sich in englischer Sprache mit Themen der Astronomie.

In der Jgst. 7 wird im Rahmen der individuellen Lernzeit eine MINT-AG angebo-ten, in der besonders begabte und interessierte Schülerinnen und Schüler fächer-verbindend naturwissenschaftlich arbeiten können. Hier besteht auch die Möglich-keit, an Schüler experimentieren/Jugend forscht teilzunehmen.

Der grafikfähige Taschenrechner Casio fx-CG 20 wird in der Einführungsphaseeingeführt.

1.2 RessourcenDie Fachschaft Physik besteht gegenwärtig aus 5 Lehrern mit voller Stundenzahl und einem Referendar. Die räumliche Ausstattung ist gut, so kann z. B. in allen Räumen auf einen Beamer und einen OHP zurückgegriffen werden. Im Schüler-übungsraum steht ein Smartboard zur Verfügung.

Eine weitgehende Erneuerung bzw. Erweiterung der Sammlung ermöglicht zahl-reiche Schülerexperimente in allen Jahrgangsstufen.

Die meisten Experimente des Oberstufencurriculums können im Unterricht real durchgeführt werden.

2 Entscheidungen zum Unterricht

2.1 Unterrichtsvorhaben

Die Darstellung der Unterrichtsvorhaben im schulinternen Lehrplan besitzt denAnspruch, sämtliche im Kernlehrplan angeführten Kompetenzen abzudecken.Dies entspricht der Verpflichtung jeder Lehrkraft, Lerngelegenheiten für ihreLerngruppe so anzulegen, dass alle Kompetenzerwartungen des Kernlehrplansvon den Schülerinnen und Schülern erworben werden können.

Die entsprechende Umsetzung erfolgt auf zwei Ebenen: der Übersichts- und derKonkretisierungsebene.

Im „Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben“ (Kapitel 2.1.1) wird die für alle Lehre-rinnen und Lehrer gemäß Fachkonferenzbeschluss verbindliche Verteilung derUnterrichtsvorhaben dargestellt. Das Übersichtsraster dient dazu, den Kolleginnenund Kollegen einen schnellen Überblick über die Zuordnung der Unterrichtsvor-haben zu den einzelnen Jahrgangsstufen sowie den im Kernlehrplan genanntenKompetenzen, Inhaltsfeldern und inhaltlichen Schwerpunkten sowie in der Fach-konferenz verabredeten verbindlichen Kontexten zu verschaffen. Um Klarheit fürdie Lehrkräfte herzustellen und die Übersichtlichkeit zu gewährleisten, werden inder Kategorie „Kompetenzen“ an dieser Stelle nur die übergeordneten Kompe-tenzerwartungen ausgewiesen, während die konkretisierten Kompetenzerwartun-gen erst auf der Ebene konkretisierter Unterrichtsvorhaben Berücksichtigung fin-den. Der ausgewiesene Zeitbedarf versteht sich als grobe Orientierungsgröße, dienach Bedarf über- oder unterschritten werden kann. Um Spielraum für Vertiefun-gen, besondere Schülerinteressen, aktuelle Themen bzw. die Erfordernisse andererbesonderer Ereignisse (z. B. Praktika, Kursfahrten o.ä.) zu erhalten, wurden imRahmen dieses schulinternen Lehrplans ca. 75 Prozent der Bruttounterrichtszeitverplant.

Während der Fachkonferenzbeschluss zum „Übersichtsraster Unterrichtsvorha-ben“ einschließlich der dort genannten Kontexte zur Gewährleistung vergleichba-rer Standards sowie zur Absicherung von Lerngruppenübertritten und Lehrkraft-wechseln für alle Mitglieder der Fachkonferenz Bindekraft entfalten soll, besitztdie exemplarische Ausweisung „konkretisierter Unterrichtsvorhaben“ (Kapitel2.1.2, Tabellenspalten 3 und 4) empfehlenden Charakter, es sei denn, die Verbind-lichkeit bestimmter Aspekte ist dort, markiert durch Fettdruck, explizit angegeben.Insbesondere Referendarinnen und Referendaren sowie neuen Kolleginnen undKollegen dienen die konkretisierten Unterrichtsvorhaben vor allem zur standard-bezogenen Orientierung in der neuen Schule, aber auch zur Verdeutlichung vonunterrichtsbezogenen fachgruppeninternen Absprachen zu didaktisch-methodi-schen Zugängen, fächerübergreifenden Kooperationen, Lernmitteln und -orten so-wie vorgesehenen Leistungsüberprüfungen, die im Einzelnen auch den Kapiteln

2.2 bis 2.4 zu entnehmen sind. Abweichungen von den empfohlenen Vorgehens-weisen bezüglich der konkretisierten Unterrichtsvorhaben sind im Rahmen derpädagogischen Freiheit der Lehrkräfte jederzeit möglich. Sicherzustellen bleibt al-lerdings auch hier, dass im Rahmen der Umsetzung der Unterrichtsvorhaben ins-gesamt alle Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Berücksichtigung finden.

2.1.1 Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben

Unterrichtsvorhaben der Einführungsphase (EF)Kontext und Leitfrage Inhaltsfelder, Inhaltliche Schwerpunkte KompetenzschwerpunktePhysik und Sport, Physik und StraßenverkehrWie lassen sich Bewegungen vermessen und analysie-ren?Zeitbedarf: 42 Ustd.

Mechanik

Kräfte und Bewegungen

Energie und Impuls

E7 Arbeits- und DenkweisenK4 ArgumentationE5 AuswertungE6 ModelleUF2 Auswahl

Auf dem Weg in den WeltraumWie kommt man zu physikalischen Erkenntnissen über unser Sonnensystem?Zeitbedarf: 28 Ustd.

Mechanik

Gravitation


Energie und Impuls

UF4 VernetzungE3 HypothesenE6 ModelleE7 Arbeits- und Denkweisen

SchallWie lässt sich Schall physikalisch untersuchen?Zeitbedarf: 10 Ustd.

Mechanik

Schwingungen und Wellen


Energie und Impuls

E2 Wahrnehmung und MessungUF1 WiedergabeK1 Dokumentation

Summe Einführungsphase: 80 von 90 Stunden

Unterrichtsvorhaben der Qualifikationsphase (Q1) – GRUNDKURS Kontext und Leitfrage Inhaltsfelder, Inhaltliche Schwerpunkte KompetenzschwerpunkteErforschung des PhotonsWie kann das Verhalten von Licht beschrieben und er-klärt werden?Zeitbedarf: 7 Ustd.

Quantenobjekte

Photon (Wellenaspekt)

E2 Wahrnehmung und Messung E5 Auswertung K3 Präsentation

Erforschung des ElektronsWie können physikalische Eigenschaften wie die La-dung und die Masse eines Elektrons gemessen wer-den?Zeitbedarf: 14 Ustd.

Quantenobjekte

Elektron (Teilchenaspekt)

UF1 WiedergabeUF3 Systematisierung E5 Auswertung E6 Modelle

Photonen und Elektronen als QuantenobjekteKann das Verhalten von Elektronen und Photonen durch ein gemeinsames Modell beschrieben werden?Zeitbedarf: 15 Ustd.

Quantenobjekte

Elektron und Photon (Teilchenaspekt, Wellenaspekt)

Quantenobjekte und ihre Eigenschaften

E6 Modelle E7 Arbeits- und Denkweisen K4 Argumentation B4 Möglichkeiten und Grenzen

Energieversorgung und Transport mit Generatoren und TransformatorenWie kann elektrische Energie gewonnen, verteilt und bereitgestellt werden?Zeitbedarf: 22 Ustd.

Elektrodynamik

Spannung und elektrische Energie

Induktion

Spannungswandlung

UF2 Auswahl UF4 Vernetzung E2 Wahrnehmung und Messung E5 Auswertung E6 Modelle K3 Präsentation B1 Kriterien

Wirbelströme im AlltagWie kann man Wirbelströme technisch nutzen?Zeitbedarf: 3 Ustd.

Elektrodynamik

Induktion

UF4 Vernetzung E5 Auswertung B1 Kriterien

Summe Qualifikationsphase (Q1) – GRUNDKURS: 61 von 90 Stunden

Unterrichtsvorhaben der Qualifikationsphase (Q2) – GRUNDKURSKontext und Leitfrage Inhaltsfelder, Inhaltliche Schwerpunkte KompetenzschwerpunkteErforschung des Mikro- und MakrokosmosWie gewinnt man Informationen zum Aufbau der Ma-terie?Zeitbedarf: 13 Ustd.

Strahlung und Materie

Energiequantelung der Atomhülle

Spektrum der elektromagnetischen Strahlung

UF1 WiedergabeE5 AuswertungE2 Wahrnehmung und Messung

Mensch und Strahlung Wie wirkt Strahlung auf den Menschen?Zeitbedarf: 11 Ustd.


Kernumwandlungen

Ionisierende Strahlung

Spektrum der elektromagnetischen Strahlung

UF1 WiedergabeB3 Werte und NormenB4 Möglichkeiten und Grenzen

Forschung am CERN und DESYWas sind die kleinsten Bausteine der Materie?Zeitbedarf: 6 Ustd.


Standardmodell der Elementarteilchen

UF3 SystematisierungE6 Modelle

Lichtgeschwindigkeit als universelle NaturkonstanteWelchen Einfluss hat Bewegung auf den Ablauf der Zeit?Zeitbedarf: 5 Ustd.

Relativität von Raum und Zeit

Konstanz der Lichtgeschwindigkeit

Zeitdilatation

UF1 WiedergabeE6 Modelle

Teilchenbeschleuniger Ist die Masse bewegter Teilchen konstant?Zeitbedarf: 6 Ustd.


Veränderlichkeit der Masse

Energie-Masse Äquivalenz

UF4 VernetzungB1 Kriterien

Das heutige WeltbildWelchen Beitrag liefert die Relativitätstheorie zur Er-klärung unserer Welt?Zeitbedarf: 2 Ustd.



Zeitdilatation

Veränderlichkeit der Masse

Energie-Masse Äquivalenz

E7 Arbeits- und DenkweisenK3 Präsentation

Summe Qualifikationsphase (Q2) – GRUNDKURS: 43 von 60 Stunden

Unterrichtsvorhaben der Qualifikationsphase (Q1) – LEISTUNGSKURS Kontext und Leitfrage Inhaltsfelder, Inhaltliche Schwerpunkte KompetenzschwerpunkteKonstanz der Lichtgeschwindigkeit, ggf. Auswirkun-gen auf SatellitennavigationWelchen Einfluss hat Bewegung auf den Ablauf der Zeit?Zeitbedarf: 4 Ustd.

Relativitätstheorie


Problem der Gleichzeitigkeit

UF2 AuswahlE6 Modelle

HöhenstrahlungWarum erreichen Myonen aus der oberen Atmosphäre die Erdoberfläche?Zeitbedarf: 4 Ustd.


Zeitdilatation und Längenkontraktion

E5 AuswertungK3 Präsentation

Teilchenbeschleuniger - Warum Teilchen aus dem TaktgeratenIst die Masse bewegter Teilchen konstant?Zeitbedarf: 8 Ustd.


Relativistische Massenzunahme

Energie-Masse-Beziehung

UF4 VernetzungB1 Kriterien

Satellitennavigation – Zeitmessung unter dem Einflussvon Geschwindigkeit und GravitationBeeinflusst Gravitation den Ablauf der Zeit?Zeitbedarf: 4 Ustd.


Der Einfluss der Gravitation auf die Zeitmessung

K3 Präsentation

Das heutige WeltbildWelchen Beitrag liefert die Relativitätstheorie zur Er-klärung unserer Welt?Zeitbedarf: 2 Ustd.



Problem der Gleichzeitigkeit

Zeitdilatation und Längenkontraktion

Relativistische Massenzunahme

Energie-Masse-Beziehung

Der Einfluss der Gravitation auf die Zeitmessung

B4 Möglichkeiten und Grenzen

Kontext und Leitfrage Inhaltsfelder, Inhaltliche Schwerpunkte KompetenzschwerpunkteUntersuchung von Elektronen Wie können physikalische Eigenschaften wie die La-dung und die Masse eines Elektrons gemessen wer-den?Zeitbedarf: 24 Ustd.

Elektrik

Eigenschaften elektrischer Ladungen und ihrer Fel-der

Bewegung von Ladungsträgern in elektrischen und magnetischen Feldern

UF1 Wiedergabe UF2 Auswahl E6 Modelle K3 Präsentation B1 Kriterien B4 Möglichkeiten und Grenzen

Aufbau und Funktionsweise wichtiger Versuchs- und Messapparaturen Wie und warum werden physikalische Größen meis-tens elektrisch erfasst und wie werden sie verarbeitet?Zeitbedarf: 22 Ustd.

Elektrik

Eigenschaften elektrischer Ladungen und ihrer Fel-der

Bewegung von Ladungsträgern in elektrischen und magnetischen Feldern

UF2 Auswahl UF4 Vernetzung E1 Probleme und Fragestellungen E5 Auswertung E6 Modelle K3 Präsentation B1 Kriterien B4 Möglichkeiten und Grenzen

Erzeugung, Verteilung und Bereitstellung elektrischer EnergieWie kann elektrische Energie gewonnen, verteilt und bereitgestellt werden?Zeitbedarf: 22 Ustd.

Elektrik

Elektromagnetische Induktion

UF2 Auswahl E6 Modelle B4 Möglichkeiten und Grenzen

Physikalische Grundlagen der drahtlosen Nachrich-tenübermittlungWie können Nachrichten ohne Materietransport über-mittelt werden?Zeitbedarf: 28 Ustd.

Elektrik

Elektromagnetische Schwingungen und Wellen

UF1 Wiedergabe UF2 Auswahl E4 Untersuchungen und Experimente E5 Auswertung E6 Modelle K3 Präsentation B1 Kriterien B4 Möglichkeiten und Grenzen

Summe Qualifikationsphase (Q1) – LEISTUNGSKURS: 118 von 150 Stunden

Unterrichtsvorhaben der Qualifikationsphase (Q2) – LEISTUNGSKURS Kontext und Leitfrage Inhaltsfelder, Inhaltliche Schwerpunkte KompetenzschwerpunkteLicht als Teilchen - Erforschung des Photons Besteht Licht doch aus Teilchen?Zeitbedarf: 8 Ustd.

Quantenphysik

Licht und Elektronen als Quantenobjekte

Welle-Teilchen-Dualismus

Quantenphysik und klassische Physik

UF2 AuswahlE6 ModelleE7 Arbeits- und Denkweisen

Geschichte der Atommodelle, Lichtquellen und ihr Licht Wie gewinnt man Informationen zum Aufbau der Ma-terie?Zeitbedarf: 10 Ustd.

Atom-, Kern- und Elementarteilchenphysik

Atomaufbau

UF1 WiedergabeE5 AuswertungE7 Arbeits- und Denkweisen

Röntgenstrahlung, Erforschung des PhotonsWas ist Röntgenstrahlung?Zeitbedarf: 8 Ustd.

Quantenphysik

Licht und Elektronen als Quantenobjekte

UF1 WiedergabeE6 Modelle

Die Welt kleinster Dimensionen – Mikroobjekte undQuantentheorieKann das Verhalten von Elektronen und Photonen durch ein gemeinsames Modell beschrieben werden?Was ist anders im Mikrokosmos?Zeitbedarf: 18 Ustd.

Quantenphysik

Welle-Teilchen-Dualismus und Wahrscheinlich-keitsinterpretation

Quantenphysik und klassische Physik

UF1 WiedergabeK3 PräsentationE7 Arbeits- und Denkweisen

Kontext und Leitfrage Inhaltsfelder, Inhaltliche Schwerpunkte KompetenzschwerpunkteNatürliche StrahlungWie untersucht man ihre Eigenschaften?Zeitbedarf: 4 Ustd.



Nachweismethoden

UF3 SystematisierungE6 Modelle

(Erdgeschichtliche) AltersbestimmungenWie funktioniert die 14C-Methode?Zeitbedarf: 12 Ustd.


Radioaktiver Zerfall

UF2 AuswahlE5 Auswertung

Energie radioaktiver StrahlungWoher stammt die Energie radioaktiver Strahlung?Zeitbedarf: 8 Ustd.

Ionisierende Strahlung E5 AuswertungE6 Modelle

Energiegewinnung durch nukleare Prozesse und derenRisiken Wie funktioniert ein Kernkraftwerk?Zeitbedarf: 8 Ustd.


Kernspaltung und Kernfusion


Dosimetrie

B1 KriterienUF4 Vernetzung

Forschung am CERN und DESY – Elementarteilchen und ihre fundamentalen Wechselwirkungen Was sind die kleinsten Bausteine der Materie?Zeitbedarf: 11 Ustd.


Elementarteilchen und ihre Wechselwirkungen

UF3 SystematisierungK2 Recherche

Summe Qualifikationsphase (Q2) – LEISTUNGSKURS: 87 von 100 Stunden

2.1.2 Konkretisierte Unterrichtsvorhaben

2.1.2.1 Einführungsphase

Inhaltsfeld: Mechanik

Kontext: Physik und Sport

Leitfrage: Wie lassen sich Bewegungen vermessen, analysieren und optimieren?

Inhaltliche Schwerpunkte: Kräfte und Bewegungen, Energie und Impuls

Kompetenzschwerpunkte: Schülerinnen und Schüler können …

(E7) naturwissenschaftliches Arbeiten reflektieren sowie Veränderungen im Weltbild und in Denk- und Arbeitsweisen in ihrer historischen und kulturellen Entwicklung darstellen(K4) physikalische Aussagen und Behauptungen mit sachlich fundierten und überzeugenden Argumenten begründen bzw. kritisieren.(E5) Daten qualitativ und quantitativ im Hinblick auf Zusammenhänge, Regeln oder mathematisch zu formulierende Gesetzmäßigkeiten analysieren und Ergebnisse verallgemeinern,(E6) Modelle entwickeln sowie physikalisch-technische Prozesse mithilfe von theoretischen Modellen, mathematischen Modellierungen, Gedankenexperimenten und Simulationen erklä -ren oder vorhersagen,(UF2)zur Lösung physikalischer Probleme zielführend Definitionen, Konzepte sowie funktionale Beziehungen zwischen physikalischen Größen angemessen und begründet auswählen,

Inhalt (Ustd. à 45 min)

KompetenzenDie Schülerinnen und Schüler…

Experiment / Medium Kommentar/didaktische Hinweise

Beschreibung von Be-wegungen im Alltag und im Sport

Beschreibung und Analyse von linearen Bewegungen

(18 Ustd.)

unterscheiden gleichförmige und gleichmäßig beschleunigte Bewegungen und erklären zugrundeliegende Ursachen (UF2, K4),

planen selbstständig Experimente zur quantitativen und quali-tativen Untersuchung einfacher Zusammenhänge (u.a. zur Analyse von Bewegungen), führen sie durch, werten sie aus und bewerten Ergebnisse und Arbeitsprozesse (E2, E5, B1),

stellen Daten in Tabellen und sinnvoll skalierten Diagrammen(u. a. t-s- und t-v-Diagramme, Vektordiagramme) von Hand und mit digitalen Werkzeugen angemessen präzise dar (K1, K3),

erschließen und überprüfen mit Messdaten und Diagrammen funktionale Beziehungen zwischen mechanischen Größen (E5),

bestimmen mechanische Größen mit mathematischen Verfah-

Einstiegsvideo eines Sprinters

Erarbeitung sehr gut möglich mit Vi-deoaufnahmen von Bewegungen im Sport (Fahrradfahrt o. anderes Fahr-zeug, Sprint, Flug von Bällen) Analyseder Bewegungen mit digitaler Video-analyse (z.B. VIANA, Tracker)

Handexperimente zur qualitativen Beobachtung von Fallbewegungen (Gegenstände mit sehr kleinen und großen Massen bzw. Dichten; u. a. Vergleich Fall Stahlkugel und Blatt

Einführung in die Verwendung von digitaler Videoana-lyse

Unterscheidung gleichförmige und (beliebig) be-schleunigte Bewegungen (insbes. auch die gleichmä-ßig beschleunigte Bewegung).

Herleitung der Formeln für gleichförmige und be-schleunigte Bewegungen mit Hilfe der Diagramme,

Hypothesen entwickeln und testen.

Entwicklung von Experimenten durch die Schüler




ren und mithilfe digitaler Werkzeuge (u.a. Tabellenkalkulati-on, GTR) (E6),

leiten aus zwei Bewegungsgleichungen die Ortskurve her (E6),

Papier (glatt vs. zur Kugel zusam-mengedrückt)

Untersuchung prototypischer be-schleunigter Bewegungen im Labor, freier Fall, schiefe Ebene

Experiment zur Massen(un)abhängig-keit des Falls und der Bewegung auf einer schiefen Ebene

Darstellung der Messdaten in Tabel-len und Diagrammen, Erstellen und Interpretieren von t-s- , t-v- und t-a-Diagrammen, Bestimmung von Strecken/Orten, Geschwindigkeiten und Beschleunigungen aus den Dia-grammen

Untersuchung des horizontalen Wurfesmit Videoanalyse, Stroboskopbild oderWurfapparat

(Fallrohr, Gedankenexperiment), Schlussfolgerungen bezüglich der Massen(un)abhängigkeit des freien Falls, auch Argumentation von Galilei

Geschwindigkeit (und ggf. Beschleunigung) als vekto-rielle Größe(n): Vektorielle Addition von Geschwin-digkeiten, Superpositionsprinzip (qualitativ, quantita-tiv nur per Zeichnung)

Newton’sche Gesetze,Kräfte und Bewegung

(12 Ustd.)

berechnen mithilfe des Newton’schen Kraftgesetzes Wirkun-gen einzelner oder mehrerer Kräfte auf Bewegungszustände und sagen sie unter dem Aspekt der Kausalität vorher (E6),

entscheiden begründet, welche Größen bei der Analyse von Bewegungen zu berücksichtigen oder zu vernachlässigen sind(E1, E4),

reflektieren Regeln des Experimentierens in der Planung und Auswertung von Versuchen (u. a. Zielorientierung, Sicher-heit, Variablenkontrolle, Kontrolle von Störungen und Fehler-quellen) (E2, E4),

geben Kriterien (u.a. Objektivität, Reproduzierbarkeit, Wider-spruchsfreiheit, Überprüfbarkeit) an, um die Zuverlässigkeit von Messergebnissen und physikalischen Aussagen zu beur-teilen, und nutzen diese bei der Bewertung von eigenen und fremden Untersuchungen (B1),

Newton’sches Bewegungsgesetz, Ex-perimente mit der Luftkissenfahr-bahn

Protokolle: Funktionen und Anfor-derungen

Kennzeichen von Laborexperimenten im Vergleich zu natürlichen Vorgängen besprechen, Ausschalten bzw. Kontrolle bzw. Vernachlässigen von Störungen

Definition der Kraft als Erweiterung des Kraftbegriffs aus der Sekundarstufe I.

Berechnung von Kräften und Beschleunigungen beim Kugelstoßen, bei Ballsportarten, Einfluss von Rei-bungskräften




Kreisbewegungen

(5 Ustd.)

analysieren und berechnen auftretende Kräfte bei Kreisbewe-gungen (E6),

Messung der Zentralkraft

An dieser Stelle sollen das experi-mentell-erkundende Verfahren zur Erkenntnisgewinnung und das de-duktive Verfahren am Beispiel der Herleitung der Gleichung für die Zentralkraft als zwei wesentliche Erkenntnismethoden der Physik be-arbeitet werden.

Beschreibung von gleichförmigen Kreisbewegungen, Winkelgeschwindigkeit, Periode

Erarbeitung der Formeln für Zentralkraft und Zentripe-talbeschleunigung:

Herausstellen der Notwendigkeit der Konstanthaltung der restlichen Größen bei der experimentellen Bestim-mung einer von mehreren anderen Größen abhängigenphysikalischen Größe (hier am Beispiel des vermutli-chen Schülerfehlers bei der Bestimmung der Zentral-kraft in Abhängigkeit der Masse des rotierenden Kör-pers)

Energie und Leistung

Impuls

(12 Ustd.)

erläutern die Größen Position, Strecke, Geschwindigkeit, Be-schleunigung, Masse, Kraft, Arbeit, Energie, Impuls und ihre Beziehungen zueinander an unterschiedlichen Beispielen (UF2, UF4),

analysieren in verschiedenen Kontexten Bewegungen qualita-tiv und quantitativ sowohl aus einer Wechselwirkungsper-spektive als auch aus einer energetischen Sicht (E1, UF1),

verwenden Erhaltungssätze (Energie- und Impulsbilanzen), um Bewegungszustände zu erklären sowie Bewegungsgrößenzu berechnen (E3, E6),

begründen argumentativ Sachaussagen, Behauptungen und Vermutungen zu mechanischen Vorgängen und ziehen dabei erarbeitetes Wissen sowie Messergebnisse oder andere objek-tive Daten heran (K4),

bewerten begründet die Darstellung bekannter mechanischer und anderer physikalischer Phänomene in verschiedenen Medien (Printmedien, Filme, Internet) bezüglich ihrer Rele-vanz und Richtigkeit (K2, K4),

Fadenpendel (Schaukel)

Newton'sche Wiege

Luftkissenfahrbahn

Sportvideos

Skateboards, Bälle

Begriff der Arbeit und der Energie aus der SI aufgrei-fen und wiederholen

Deduktive Herleitung der Definition der mechanischenEnergiearten aus den Newton‘schen Gesetzen und der Definition der Arbeit

Energieerhaltung an Beispielen (Pendel, Achterbahn, Halfpipe) besprechen und für Berechnungen nutzen

Energetische Analysen in verschiedenen Sportarten (Hochsprung, Turmspringen, Turnen, Stabhochsprung,Bobfahren, Skisprung)

Begriff des Impulses und Impuls als Erhaltungsgröße, Elastischer und inelastischer Stoß auch an anschauli-chen Beispielen aus dem Sport (z.B Impulserhaltung bei Ballsportarten, Kopfball beim Fußball, Kampfs-port) und dem Straßenverkehr (Verkehrsunfall)

Hinweis: Erweiterung des Impulsbegriffs am Ende desKontextes „Auf dem Weg in den Weltraum“

47 Ustd. Summe

Kontext: Auf dem Weg in den WeltraumLeitfrage: Wie kommt man zu physikalischen Erkenntnissen über unser Sonnensystem?Inhaltliche Schwerpunkte: Gravitation, Kräfte und Bewegungen, Energie und ImpulsKompetenzschwerpunkte: Schülerinnen und Schüler können (UF4) Zusammenhänge zwischen unterschiedlichen natürlichen bzw. technischen Vorgängen auf der Grundlage eines vernetzten physikalischen Wissens erschließen und aufzeigen.(E3) mit Bezug auf Theorien, Modelle und Gesetzmäßigkeiten auf deduktive Weise Hypothesen generieren sowie Verfahren zu ihrer Überprüfung ableiten,(E6) Modelle entwickeln sowie physikalisch-technische Prozesse mithilfe von theoretischen Modellen, mathematischen Modellierungen, Gedankenexperimenten und Simulationen erklä -ren oder vorhersagen,(E7) naturwissenschaftliches Arbeiten reflektieren sowie Veränderungen im Weltbild und in Denk- und Arbeitsweisen in ihrer historischen und kulturellen Entwicklung darstellen.




Aristotelisches Welt-bild, Kopernikanische Wende

(3 Ustd.)

stellen Änderungen in den Vorstellungen zu Bewegungen undzum Sonnensystem beim Übergang vom Mittelalter zur Neu-zeit dar (UF3, E7),

Geozentrisches und heliozentrischesPlanetenmodell

Einstieg über Film zur Entwicklung des Raketenbaus und der Weltraumfahrt

Besuch in einer Sternwarte, Planetarium Bochum

Beobachtungen am Himmel Historie: Verschiedene Möglichkeiten der Interpretation der Beobachtungen

Planetenbewegungen und Kepler’sche Ge-setze

(5 Ustd.)

ermitteln mithilfe der Kepler´schen Gesetze und des Gravita-tionsgesetzes astronomische Größen (E6),

beschreiben an Beispielen Veränderungen im Weltbild und in der Arbeitsweise der Naturwissenschaften, die durch die Ar-beiten von Kopernikus, Kepler, Galilei und Newton initiiert wurden (E7, B3).

Drehbare Sternkarte und aktuelle astronomische Tabellen

Animationen zur Darstellung der Pla-netenbewegungen

Orientierung am Himmel

Beobachtungsaufgabe: Finden von Planeten am Nacht-himmel

Tycho Brahes Messungen, Keplers Schlussfolgerun-gen

Benutzung geeigneter Apps

Kreisbewegungen

(1 Ustd.)

analysieren und berechnen auftretende Kräfte bei Kreisbewe-gungen (E6),

Animation einer Satelliten- oder Planetenbewegung

Kurzer Rückbezug auf die Zentralkraft;




Newton’sches Gravi-tationsgesetz, Gravita-tionsfeld

(8 Ustd.)

beschreiben Wechselwirkungen im Gravitationsfeld und ver-deutlichen den Unterschied zwischen Feldkonzept und Kraft-konzept (UF2, E6),

Arbeit mit dem Lehrbuch,

Recherche im Internet (vgl. z.B. http://www.leifiphysik.de/themenbe-reiche/gravitationsgesetz-und-feld)

Newton’sches Gravitationsgesetz als Zusammenfas-sung bzw. Äquivalent der Kepler’schen Gesetze

Newton’sche „Mondrechnung“

Anwendung des Newton’schen Gravitationsgesetzes und der Kepler‘schen Gesetze zur Berechnung von Sa-tellitenbahnen

Feldbegriff diskutieren, Definition der Feldstärke über Messvorschrift „Kraft auf Probekörper“

Massenbestimmungen im Planetensystem, Fluchtge-schwindigkeiten

Bahnen von Satelliten und Planeten

Impuls und Impulser-haltung, Rückstoß

(6 Ustd.)

beschreiben eindimensionale Stoßvorgänge mit Wechselwir-kungen und Impulsänderungen (UF1),

erläutern unterschiedliche Positionen zum Sinn aktueller For-schungsprogramme (z.B. Raumfahrt, Mobilität) und beziehenStellung dazu (B2, B3).

Skateboards und Medizinball

Wasserrakete

Raketentriebwerke für Modellraketen

Recherchen zu aktuellen Projekten von ESA und DLR, auch zur Fi-nanzierung

Impuls und Rückstoß

Bewegung einer Rakete im luftleeren Raum

Ggf. Untersuchungen mit einer Wasserrakete,

23 Ustd. Summe

Kontext: Schall

Leitfrage: Wie lässt sich Schall physikalisch untersuchen?

Inhaltliche Schwerpunkte: Schwingungen und Wellen, Kräfte und Bewegungen, Energie und Impuls

Kompetenzschwerpunkte: Schülerinnen und Schüler können(E2) kriteriengeleitet beobachten und messen sowie auch komplexe Apparaturen für Beobachtungen und Messungen erläutern und sachgerecht verwenden,(UF1) physikalische Phänomene und Zusammenhänge unter Verwendung von Theorien, übergeordneten Prinzipien/Gesetzen und Basiskonzepten beschreiben und erläutern,(K1) Fragestellungen, Untersuchungen, Experimente und Daten nach gegebenen Strukturen dokumentieren und stimmig rekonstruieren, auch mit Unterstützung digitaler Werkzeuge




Entstehung und Aus-breitung von Schall

(2 Ustd.)

erklären qualitativ die Ausbreitung mechanischer Wellen (Transversal- oder Longitudinalwelle) mit den Eigenschaften des Ausbreitungsmediums (E6),

Stimmgabeln, Lautsprecher, Frequenz-generator, Frequenzmessgerät, Schall-pegelmesser, rußgeschwärzte Glasplat-te, Schreibstimmgabel

Erarbeitung der Grundgrößen zur Beschreibung von Schwingungen und Wellen:

Frequenz (Periode) und Amplitude mittels der Hörein-drücke des Menschen

Modell der Schwin-gung

(3 Ustd.)

beschreiben Schwingungen als Störung eines Gleichgewichts und modellieren den Spezialfall der harmonischen Schwin-gung (E1, E6, E7)

Federpendel; projizierte Kreisbewe-gung

Lineares Kraftgesetzes

Grundgrößen im Diagramm

Modelle der Wellen-ausbreitung

(3 Ustd.)

beschreiben Schwingungen und Wellen als Störungen eines Gleichgewichts und identifizieren die dabei auftretenden Kräfte (UF1, UF4),

Klingel und Vakuumglocke

Lange Schraubenfeder, Wellenwan-ne

Entstehung von Longitudinal- und Transversalwellen

Ausbreitungsmedium, Möglichkeit der Ausbreitung longitudinaler. bzw. transversaler Schallwellen in Ga-sen, Flüssigkeiten und festen Körpern

Entstehung des Dopplereffekts, „Schallmauer“

Erzwungene Schwin-gungen und Resonanz

(2 Ustd.)

erläutern das Auftreten von Resonanz mithilfe von Wechsel-wirkung und Energie (UF1).

Stimmgabeln Resonanz (auch Tacoma-Bridge, Millennium-Bridge)

Musikinstrumente

Das menschliche Hören (Trommelfell, Gehörknöchel-chen, Gehörschnecke)

10 Ustd. Summe

2.1.2.2 Qualifikationsphase: Grundkurs

Inhaltsfeld: Quantenobjekte (GK)

Kontext: Erforschung des LichtesLeitfrage: Wie kann das Verhalten von Licht beschrieben und erklärt werden?Inhaltliche Schwerpunkte: WellenoptikKompetenzschwerpunkte: Schülerinnen und Schüler können(E2) kriteriengeleitet beobachten und messen sowie auch komplexe Apparaturen für Beobachtungen und Messungen erläutern und sachgerecht verwenden,(E5) Daten qualitativ und quantitativ im Hinblick auf Zusammenhänge, Regeln oder mathematisch zu formulierende Gesetzmäßigkeiten analysieren und Ergebnisse verallgemeinern, (K3) physikalische Sachverhalte und Arbeitsergebnisse unter Verwendung situationsangemessener Medien und Darstellungsformen adressatengerecht präsentieren,




Beugung und Interfe-renz Lichtwellenlän-ge, Lichtfrequenz, Kreiswellen, ebene Wellen, Beugung, Brechung

(7 Ustd.)

veranschaulichen mithilfe der Wellenwanne qualitativ unterVerwendung von Fachbegriffen auf der Grundlage des Huy-gens’schen Prinzips Kreiswellen, ebene Wellen sowie diePhänomene Beugung, Interferenz, Reflexion und Brechung(K3),

bestimmen Wellenlängen und Frequenzen von Licht mitDoppelspalt und Gitter (E5),

Doppelspalt und Gitter, Wellenwan-ne,

Spektrum der Hg-Lampe im Vgl. zur Glühlampe

Sehr schön sichtbare Beugungs-

phänomene finden sich vielfach bei Meereswellen (s. Google-Earth)

Ausgangspunkt: Beugung bei Licht

Modellbildung mit Hilfe der Wellenwanne (auch als Schülerpräsentation)

(als Beispiel verfügbar)

7 Ustd. Summe

Kontext: Erforschung des ElektronsLeitfrage: Wie können physikalische Eigenschaften wie die Ladung und die Masse eines Elektrons gemessen werden?Inhaltliche Schwerpunkte: Elektron (Teilchenaspekt)Kompetenzschwerpunkte: Schülerinnen und Schüler können(UF1) physikalische Phänomene und Zusammenhänge unter Verwendung von Theorien, übergeordneten Prinzipien / Gesetzen und Basiskonzepten beschreiben und erläutern,(UF3) physikalische Sachverhalte und Erkenntnisse nach fachlichen Kriterien ordnen und strukturieren, (E5) Daten qualitativ und quantitativ im Hinblick auf Zusammenhänge, Regeln oder mathematisch zu formulierende Gesetzmäßigkeiten analysieren und Ergebnisse verallgemeinern, (E6) Modelle entwickeln sowie physikalisch-technische Prozesse mithilfe von theoretischen Modellen, mathematischen Modellierungen, Gedankenexperimenten und Simulationen erklä -ren oder vorhersagen,



Experiment / Medium Kommentar

Elementarladung

(7 Ustd.)

erläutern anhand einer vereinfachten Version des Millikan-versuchs die grundlegenden Ideen und Ergebnisse zur Be-stimmung der Elementarladung (UF1, E5),

Reibungsexperimente,

Grießkornbilder in Öl,

Millikanversuch

Schwebemethode (keine Stokes´scheReibung), evtl. als Simulation

Wiederaufgreifen des Feld- und Spannungsbegriffs;

quantifizieren, formalisieren, intuitiv erfahren und plausibel machen;

Spannung als Quotient aus Energie und Ladung,

Arbeit im homogenen el. Feld (E=U/d)

Elektronenmasse

(7 Ustd.)

beschreiben Eigenschaften und Wirkungen homogenerelektrischer und magnetischer Felder und erläutern derenDefinitionsgleichungen. (UF2, UF1),

bestimmen die Geschwindigkeitsänderung eines Ladungs-trägers nach Durchlaufen einer elektrischen Spannung(UF2),

modellieren Vorgänge im Fadenstrahlrohr (Energie derElektronen, Lorentzkraft) mathematisch, variieren Parame-ter und leiten dafür deduktiv Schlussfolgerungen her, diesich experimentell überprüfen lassen, und ermitteln dieElektronenmasse (E6, E3, E5),

Wdh.: Darstellung des Magnetfeldesmit Eisenfeilspänen

Elektronenstrahl in Braun-Röhre,

auch Ablenkung des Strahls mit Per-manentmagneten (Lorentzkraft)

e/m-Bestimmung mit dem Faden-strahlrohr

Anwendung des Spannungsbegriffs (s. o.) zur Bestimmung der Energie der Elektronen, Lorentzkraft intuitiv erfahren und plausibel machen;

magnetische Feldstärke wird über Lorentzkraft definiert

14 Ustd. Summe

Kontext: Photonen und Elektronen als Quantenobjekte – Sonnenbrand und WirkungsquantumLeitfrage: Kann das Verhalten von Elektronen und Photonen durch ein gemeinsames Modell beschrieben werden?Inhaltliche Schwerpunkte: Elektron und Photon (Teilchenaspekt, Wellenaspekt), Quantenobjekte und ihre EigenschaftenKompetenzschwerpunkte: Schülerinnen und Schüler können(E6) Modelle entwickeln sowie physikalisch-technische Prozesse mithilfe von theoretischen Modellen, mathematischen Modellierungen, Gedankenexperimenten und Simulationen erklä-ren oder vorhersagen, (E7) naturwissenschaftliches Arbeiten reflektieren sowie Veränderungen im Weltbild und in Denk- und Arbeitsweisen in ihrer historischen und kulturellen Entwicklung darstellen. (K4) sich mit anderen über physikalische Sachverhalte und Erkenntnisse kritisch-konstruktiv austauschen und dabei Behauptungen oder Beurteilungen durch Argumente belegen bzw. wi-derlegen. (B4) begründet die Möglichkeiten und Grenzen physikalischer Problemlösungen und Sichtweisen bei innerfachlichen, naturwissenschaftlichen und gesellschaftlichen Fragestellungen be -werten.




Quantelung der Ener-gie von Licht, Austrittsarbeit

(7 Ustd.)

demonstrieren anhand eines Experiments zum Photoeffektden Quantencharakter von Licht und bestimmen den Zu-sammenhang von Energie, Wellenlänge und Frequenz vonPhotonen sowie die Austrittsarbeit der Elektronen (E5, E2),

Photoeffekt

Hallwachsversuch

Photozelle

Feld- und Spannungsbegriff sowie Energie des Lichts for-malisieren, intuitiv erfahren und plausibel machen

(als Beispiel verfügbar)

Streuung von Elek-tronen an Festkör-pern, de Broglie-Wellenlänge

(3 Ustd.)

erläutern die Aussage der de Broglie-Hypothese, wendendiese zur Erklärung des Beugungsbildes beim Elektronen-beugungsexperiment an und bestimmen die Wellenlängeder Elektronen (UF1, UF2, E4).

Elektronenbeugungsexperiment Bragg´sche Gleichung analog zur Gitterbeugung

Licht und Materie

(5 Ustd.)

erläutern am Beispiel der Quantenobjekte Elektron undPhoton die Bedeutung von Modellen als grundlegende Er-kenntniswerkzeuge in der Physik (E6, E7),

verdeutlichen die Wahrscheinlichkeitsinterpretation fürQuantenobjekte unter Verwendung geeigneter Darstellun-gen (Graphiken, Simulationsprogramme) (K3).

zeigen an Beispielen die Grenzen und Gültigkeitsbereichevon Wellen- und Teilchenmodellen für Licht und Elektro-nen auf (B4, K4),

beschreiben und diskutieren die Kontroverse um die Ko-penhagener Deutung und den Welle-Teilchen-Dualismus(B4, K4).

untersuchen, ergänzend zum Realexperiment, Computersi-mulationen zum Verhalten von Quantenobjekten (E6).

Computerexperiment

Doppelspalt

Photoeffekt

Bedeutung der Experimente für die Entwicklung der Quan-tenphysik

Roter Faden: Von Hallwachs bis Elektronenbeugung

15 Ustd. Summe

Inhaltsfeld: Elektrodynamik (GK)

Kontext: Energieversorgung und Transport mit Generatoren und TransformatorenLeitfrage: Wie kann elektrische Energie gewonnen, verteilt und bereitgestellt werden?Inhaltliche Schwerpunkte: Spannung und elektrische Energie, Induktion, SpannungswandlungKompetenzschwerpunkte: Schülerinnen und Schüler können(UF2) zur Lösung physikalischer Probleme zielführend Definitionen, Konzepte sowie funktionale Beziehungen zwischen physikalischen Größen angemessen und begründet auswählen, (UF4) Zusammenhänge zwischen unterschiedlichen natürlichen bzw. technischen Vorgängen auf der Grundlage eines vernetzten physikalischen Wissens erschließen und aufzeigen. (E2) kriteriengeleitet beobachten und messen sowie auch komplexe Apparaturen für Beobachtungen und Messungen erläutern und sachgerecht verwenden,(E5) Daten qualitativ und quantitativ im Hinblick auf Zusammenhänge, Regeln oder mathematisch zu formulierende Gesetzmäßigkeiten analysieren und Ergebnisse verallgemeinern, (E6) Modelle entwickeln sowie physikalisch-technische Prozesse mithilfe von theoretischen Modellen, mathematischen Modellierungen, Gedankenexperimenten und Simulationen erklä-ren oder vorhersagen, (K3) physikalische Sachverhalte und Arbeitsergebnisse unter Verwendung situationsangemessener Medien und Darstellungsformen adressatengerecht präsentieren, (B1) fachliche, wirtschaftlich-politische und ethische Kriterien bei Bewertungen von physikalischen oder technischen Sachverhalten unterscheiden und begründet gewichten,

Inhalt

(Ustd. à 45 min)



Wandlung von me-chanischer in elektri-sche Energie:

Elektromagnetische In-duktion

Induktionsspannung

(5 Ustd.)

erläutern am Beispiel der Leiterschaukel das Auftreten ei-ner Induktionsspannung durch die Wirkung der Lorentz-kraft auf bewegte Ladungsträger (UF1, E6),

definieren die Spannung als Verhältnis von Energie undLadung und bestimmen damit Energien bei elektrischenLeitungsvorgängen (UF2),

bestimmen die relative Orientierung von Bewegungsrich-tung eines Ladungsträgers, Magnetfeldrichtung und re-sultierender Kraftwirkung mithilfe einer Drei-Finger-Regel (UF2, E6),

werten Messdaten, die mit einem Oszilloskop bzw. mit ei-nem Messwerterfassungssystem gewonnen wurden, imHinblick auf Zeiten, Frequenzen und Spannungen aus(E2, E5).

bewegter Leiter im (homogenen) Magnetfeld - „Leiterschaukelver-such“

Messung von Spannungen mit di-versen Spannungsmessgeräten (nicht nur an der Leiterschaukel)

Gedankenexperimente zur Über-führungsarbeit, die an einer La-dung verrichtet wird.

Deduktive Herleitung der Bezie-hung zwischen U, v und B.

Ausgangspunkt:

Ein Spannungsmesser registriert eine Spannung,

Definition von Spannung und Stromstärke

diese wird anhand von Beispielen für Energieumwandlungs-prozesse bei Ladungstransporten plausibel,

Anwendungsbeispiele.

Das Auftreten einer Induktionsspannung bei bewegtem Lei-ter im Magnetfeld wird mit Hilfe der auf die „mitbewegten Elektronen wirkenden Lorentzkräfte erklärt, eine Beziehung zwischen U, v und B wird (deduktiv) hergeleitet.

Die an der Leiterschaukel registrierten (zeitabhängigen) In-duktionsspannungen werden mit Hilfe der hergeleiteten Be-ziehung auf das Zeit-Geschwindigkeit-Gesetz des bewegten Leiters zurückgeführt.

Inhalt

(Ustd. à 45 min)



Technisch praktikable Generatoren:

Erzeugung sinusförmigerWechselspannungen

(4 Ustd.)

recherchieren bei vorgegebenen Fragestellungen histori-sche Vorstellungen und Experimente zu Induktionser-scheinungen (K2),

erläutern adressatenbezogen Zielsetzungen, Aufbautenund Ergebnisse von Experimenten im Bereich der Elek-trodynamik jeweils sprachlich angemessen und verständ-lich (K3),

Internetquellen, Lehrbücher, Fir-meninformationen, Filme und App-lets zum Generatorprinzip

Versuch mit Stabmagneten und Spulen,

Experimente mit drehenden Leiter-schleifen in (näherungsweise ho-mogenen) Magnetfeldern, Wech-selstromgeneratoren

Die Leiterschaukel wird als wenig praxistauglicher Genera-tor erkannt und mit historischen sowie moderneren Genera-toren verglichen.

Ggf. arbeitsteilige Erstellung von Präsentationen

erläutern das Entstehen sinusförmiger Wechselspannun-gen in Generatoren (E2, E6),


führen Induktionserscheinungen an einer Leiterschleifeauf die beiden grundlegenden Ursachen „zeitlich verän-derliches Magnetfeld“ bzw. „zeitlich veränderliche (ef-fektive) Fläche“ zurück (UF3, UF4),

Messung und Registrierung von In-duktionsspannungen mit Oszillo-skopen und Messwerterfassungs-systemen

Der Zusammenhang zwischen induzierter Spannung und zeitlicher Veränderung der (effektiv) vom Magnetfeld durch-setzten Fläche wird „deduktiv“ erschlossen.

Inhalt

(Ustd. à 45 min)



Nutzbarmachung elek-trischer Energie durch „Transformation“

Transformator

(10 Ustd.)

erläutern adressatenbezogen Zielsetzungen, Aufbautenund Ergebnisse von Experimenten im Bereich der Elek-trodynamik jeweils sprachlich angemessen und verständ-lich (K3),

ermitteln die Übersetzungsverhältnisse von Spannungund Stromstärke beim Transformator (UF1, UF2).

geben Parameter von Transformatoren zur gezielten Ver-änderung einer elektrischen Wechselspannung an (E4),


führen Induktionserscheinungen an einer Leiterschleife auf die beiden grundlegenden Ursachen „zeitlich verän-derliches Magnetfeld“ bzw. „zeitlich veränderliche (ef-fektive) Fläche“ zurück (UF3, UF4),

diverse „Netzteile“ von Elektro-Kleingeräten (mit klassischem Transformator)

Internetquellen, Lehrbücher, Fir-meninformationen

Demo-Aufbautransformator mit ge-eigneten Messgeräten

ruhende Induktionsspule in wech-selstromdurchflossener Feldspule - mit Messwerterfassungssystem zurzeitaufgelösten Registrierung der Induktionsspannung sowie auch deszeitlichen Verlaufs der Stärke des magnetischen Feldes

Der Transformator wird als das wichtigste Gerät zur Anpas-sung der (Netz-) Spannung an die jeweils erforderliche Be-triebsspannung eingeführt (ggf. experimentell und medial gestützter Schülervortrag).

Spannungsübersetzungsverhältnisse werden experimentell ermittelt (ggf. experimentell und medial gestützter Schüler-vortrag).

Der Zusammenhang zwischen induzierter Spannung und zeitlicher Veränderung der Stärke des magnetischen Feldes wird experimentell / „induktiv“ erschlossen. Das relativ auf-wendige Experiment wird vom Lehrer vorgeführt, die regis-trierten Messdiagramme können von den SuS selbstständig ausgewertet werden.

Energieerhaltung

Ohm´sche „Verluste“

(3 Ustd.)

verwenden ein physikalisches Modellexperiment zu Frei-leitungen, um technologische Prinzipien der Bereitstel-lung und Weiterleitung von elektrischer Energie zu de-monstrieren und zu erklären (K3),

bewerten die Notwendigkeit eines geeigneten Transfor-mierens der Wechselspannung für die effektive Übertra-gung elektrischer Energie über große Entfernungen (B1),

zeigen den Einfluss und die Anwendung physikalischerGrundlagen in Lebenswelt und Technik am Beispiel derBereitstellung und Weiterleitung elektrischer Energie auf(UF4),

beurteilen Vor- und Nachteile verschiedener Möglichkei-ten zur Übertragung elektrischer Energie über große Ent-fernungen (B2, B1, B4).

Modellexperiment (z.B. mit Hilfe von Aufbautransformatoren) zur Energieübertragung und zur Bestim-mung der „Ohm’schen Verluste“ beider Übertragung elektrischer Ener-gie bei unterschiedlich hohen Span-nungen

Internetquellen, Lehrbücher, Fir-meninformationen und Filme

Als ggf. arbeitsteiliges Gruppenpuzzle angelegtes Unter-richtsvorhaben unter Verwendung von Modellexperimenten, die von SuS durchgeführt und zur gegenseitigen Informationgenutzt werden,

Wdh.: elektrische Leistung

22 Ustd. Summe

Kontext: Wirbelströme im AlltagLeitfrage: Wie kann man Wirbelströme technisch nutzen?Inhaltliche Schwerpunkte: InduktionKompetenzschwerpunkte: Schülerinnen und Schüler können(UF4) Zusammenhänge zwischen unterschiedlichen natürlichen bzw. technischen Vorgängen auf der Grundlage eines vernetzten physikalischen Wissens erschließen und aufzeigen. (E5) Daten qualitativ und quantitativ im Hinblick auf Zusammenhänge, Regeln oder mathematisch zu formulierende Gesetzmäßigkeiten analysieren und Ergebnisse verallgemeinern, (B1) fachliche, wirtschaftlich-politische und ethische Kriterien bei Bewertungen von physikalischen oder technischen Sachverhalten unterscheiden und begründet gewichten,

Inhalt

(Ustd. à 45 min)



Lenz´sche Regel

(3 Ustd.)

erläutern anhand des Thomson´schen Ringversuchs dieLenz´sche Regel (E5, UF4),

bewerten bei technischen Prozessen das Auftreten er-wünschter bzw. nicht erwünschter Wirbelströme (B1),

Ringversuche bei Relativbewegung von Ring und Magnet

Thomson’scher Ringversuch

diverse technische und spielerische Anwendungen, Dämpfungselement an einer Präzisionswaage, fallender Magnet im Alu-Rohr usw.)

Internetquellen, Lehrbücher, Fir-meninformationen und Filme zu Wirbelstrombremsen in Fahrzeu-gen

Ausgehend von (kognitiven Konflikten bei) Ringversuchen wird die Lenz´sche Regel erarbeitet

und

zur Deutung diverser technischer und spielerischer Anwen-dungen genutzt. (Wirbelstrombremse bei Fahrzeugen oder z.B. an der Kreissäge)

3 Ustd. Summe

Inhaltsfeld: Strahlung und Materie (GK)

Kontext: Erforschung des Mikro- und MakrokosmosLeitfrage: Wie gewinnt man Informationen zum Aufbau der Materie?Inhaltliche Schwerpunkte: Energiequantelung der Atomhülle, Spektrum der elektromagnetischen StrahlungKompetenzschwerpunkte: Schülerinnen und Schüler können(UF1) physikalische Phänomene und Zusammenhänge unter Verwendung von Theorien, übergeordneten Prinzipien / Gesetzen und Basiskonzepten beschreiben und erläutern,(E5) Daten qualitativ und quantitativ im Hinblick auf Zusammenhänge, Regeln oder mathematisch zu formulierende Gesetzmäßigkeiten analysieren und Ergebnisse verallgemeinern,(E2) kriteriengeleitet beobachten und messen sowie auch komplexe Apparaturen für Beobachtungen und Messungen erläutern und sachgerecht verwenden,




Kern-Hülle-Modell

(2 Ustd.)

erläutern, vergleichen und beurteilen Modelle zur Struk-tur von Atomen und Materiebausteinen (E6, UF3, B4),

Recherche Diverse Atommodelle (Antike bis Anfang 20. Jhd.)

Energieniveaus der Atomhülle

(1 Ustd.)

erklären die Energie absorbierter und emittierter Photo-nen mit den unterschiedlichen Energieniveaus in derAtomhülle (UF1, E6),

Demonstration von Linienspektren Linienspektren deuten auf diskrete Energien hin

Quantenhafte Emission und Absorption von Photonen

Quantelung der Energie

(3 Ustd.)

erläutern die Bedeutung von Flammenfärbung und Lini-enspektren bzw. Spektralanalyse, für die Entwicklung vonModellen der diskreten Energiezustände von Elektronenin der Atomhülle (E2, E5, E6, E7),

Deutung der Linienspektren

Spektralanalyse

Flammenfärbung

Es kann das Bohr’sche Atommodell angesprochen werden (ohne Rechnungen)

u. a. Durchstrahlung einer Na-Flamme mit Na- und Hg-Licht (Schattenbildung)

Quantenhafte Absorpti-on von Energie durch Atome

(3 Ustd.)

erläutern die Ergebnisse des Franck-Hertz-Versuches. Franck-Hertz-Versuch mit Hg Ggf. Franck-Hertz-Versuch mit Neon




Linienspektren

(1 Ustd.)

interpretieren Spektraltafeln des Sonnenspektrums imHinblick auf die in der Sonnen- und Erdatmosphäre vor-handenen Stoffe (K3, K1),erklären Sternspektren und Fraunhoferlinien (UF1, E5,K2),stellen dar, wie mit spektroskopischen Methoden Infor-mationen über die Entstehung und den Aufbau desWeltalls gewonnen werden können (E2, K1),

Darstellung des Sonnenspektrums mit seinen Fraunhoferlinien

Röntgenstrahlung

(3 Ustd.)

...sowie die charakteristischen Röntgenspektren für die Entwicklung von Modellen der diskreten Energiezuständevon Elektronen in der Atomhülle (E2, E5, E6, E7),

Aufnahme von Röntgenspektren Das kontinuierliche Röntgenspektrum wird nicht vertieft behandelt.

Im Zuge der „Elemente der Quantenphysik“ kann die Rönt-genstrahlung bereits als Umkehrung des Photoeffekts bear-beitet werden

Mögliche Ergänzungen: Bremsspektrum mit h-Bestimmung/ Bragg-Reflexion

13 Ustd. Summe

Kontext: Mensch und StrahlungLeitfrage: Wie wirkt Strahlung auf den Menschen?Inhaltliche Schwerpunkte: Kernumwandlungen, Ionisierende Strahlung, Spektrum der elektromagnetischen StrahlungKompetenzschwerpunkte: Schülerinnen und Schüler können(UF1) physikalische Phänomene und Zusammenhänge unter Verwendung von Theorien, übergeordneten Prinzipien / Gesetzen und Basiskonzepten beschreiben und erläutern,(B3) an Beispielen von Konfliktsituationen mit physikalisch-technischen Hintergründen kontroverse Ziele und Interessen sowie die Folgen wissenschaftlicher Forschung aufzeigen und bewerten,(B4) begründet die Möglichkeiten und Grenzen physikalischer Problemlösungen und Sichtweisen bei innerfachlichen, naturwissenschaftlichen und gesellschaftlichen Fragestellungen be -werten.




Strahlungsarten

(2 Ustd.)

Unterscheiden a-, b-, g- Strahlung und Röntgenstrahlung sowie Neutronen- und Schwerionenstrahlung (UF3),

erläutern den Nachweis unterschiedlicher Arten ionisieren-der Strahlung mithilfe von Absorptionsexperimenten (E4, E5),

bewerten an ausgewählten Beispielen Rollen und Beiträgevon Physikerinnen und Physikern zu Erkenntnissen in derKern- und Elementarteilchenphysik (B1, B3),

Recherche

Absorption von a-, b- ,g - Strah-lung,

Ablenkung im Feld des Neodym-Magneten mit dem Totenkopf

Elementumwandlung

(3 Ustd.)

erläutern den Begriff Radioaktivität und beschreiben zuge-hörige Kernumwandlungsprozesse (UF1, K1), Umgang mit einer Isotopentafel

Detektoren

(3 Ustd.)

erläutern den Aufbau und die Funktionsweise von Nach-weisgeräten für ionisierende Strahlung (Geiger-Müller-Zählrohr) und bestimmen Halbwertszeiten und Zählraten(UF1, E2),

Geiger-Müller-Zählrohr Hinweise auf Halbleiterdetektoren können gegeben werden




Biologische Wirkung io-nisierender Strahlung

Energieaufnahme im menschlichen Gewebe

(2 Ustd.)

beschreiben Wirkungen von ionisierender und elektroma-gnetischer Strahlung auf Materie und lebende Organismen (UF1),

bereiten Informationen über wesentliche biologisch-medi-zinische Anwendungen und Wirkungen von ionisierender Strahlung für unterschiedliche Adressaten auf (K2, K3, B3,B4),

begründen in einfachen Modellen wesentliche biologisch-medizinische Wirkungen von ionisierender Strahlung mitderen typischen physikalischen Eigenschaften (E6, UF4),

Film / Video Nutzung von Strahlung zur Diagnose und zur Therapiebei Krankheiten des Menschen (von Lebewesen) so-wie zur Kontrolle bei technischen Anlagen sind sinn-volle Beispiele für den Unterricht

Dosimetrie

(1 Ustd.)

erläutern das Vorkommen künstlicher und natürlicherStrahlung, ordnen deren Wirkung auf den Menschen mit-hilfe einfacher dosimetrischer Begriffe ein und bewertenSchutzmaßnahmen im Hinblick auf die Strahlenbelastun-gen des Menschen im Alltag (B1, K2).

bewerten Gefahren und Nutzen der Anwendung physikali-scher Prozesse, u. a. von ionisierender Strahlung, auf der Basis medizinischer, gesellschaftlicher und wirtschaftlicherGegebenheiten (B3, B4)

bewerten Gefahren und Nutzen der Anwendung ionisieren-der Strahlung unter Abwägung unterschiedlicher Kriterien(B3, B4),

Einfache dosimetrische Begriffe: Aktivität, Energiedo-sis, Äquivalentdosis

11 Ustd. Summe

Kontext: Forschung am CERN und DESYLeitfrage: Was sind die kleinsten Bausteine der Materie?Inhaltliche Schwerpunkte: Standardmodell der ElementarteilchenKompetenzschwerpunkte: Schülerinnen und Schüler können(UF3) physikalische Sachverhalte und Erkenntnisse nach fachlichen Kriterien ordnen und strukturieren,(E6) Modelle entwickeln sowie physikalisch-technische Prozesse mithilfe von theoretischen Modellen, mathematischen Modellierungen, Gedankenexperimenten und Simulationen erklä -ren oder vorhersagen,




Kernbausteine und Ele-mentarteilchen

(4 Ustd.)

erläutern mithilfe des aktuellen Standardmodells den Aufbauder Kernbausteine und erklären mit ihm Phänomene der Kernphysik (UF3, E6),

erklären an einfachen Beispielen Teilchenumwandlungen imStandardmodell (UF1).

recherchieren in Fachzeitschriften, Zeitungsartikeln bzw.Veröffentlichungen von Forschungseinrichtungen zu ausge-wählten aktuellen Entwicklungen in der Elementarteilchen-physik (K2).

In diesem Bereich sind i. d. R. keine Realexperimente für Schulen möglich.

Es kann auf Internetseiten des CERN und DESY zurückgegriffen werden

Eine Auflistung möglicher Inhalte zur Auswahl(!) für den Unterricht ist bei den Angaben zum Leistungskurszu finden

(Virtuelles) Photon als Austauschteilchen der elektromagnetischen Wechselwirkung

Konzept der Aus-tauschteilchen vs. Feld-konzept

(2 Ustd.)

vergleichen in Grundprinzipien das Modell des Photons alsAustauschteilchen für die elektromagnetische Wechselwir-kung exemplarisch für fundamentale Wechselwirkungen mitdem Modell des Feldes (E6).

6 Ustd. Summe

Inhaltsfeld: Relativität von Raum und Zeit (GK)

Kontext: Lichtgeschwindigkeit als universelle NaturkonstanteLeitfrage: Welchen Einfluss hat Bewegung auf den Ablauf der Zeit?Inhaltliche Schwerpunkte: Konstanz der Lichtgeschwindigkeit, ZeitdilatationKompetenzschwerpunkte: Schülerinnen und Schüler können(UF1) physikalische Phänomene und Zusammenhänge unter Verwendung von Theorien, übergeordneten Prinzipien / Gesetzen und Basiskonzepten beschreiben und erläutern,(E6) Modelle entwickeln sowie physikalisch-technische Prozesse mithilfe von theoretischen Modellen, mathematischen Modellierungen, Gedankenexperimenten und Simulationen erklä -ren oder vorhersagen,




Relativität der Zeit

(5 Ustd.)

interpretieren das Michelson-Morley-Experiment als ein In-diz für die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit (UF4),

erklären anschaulich mit der Lichtuhr grundlegende Prinzi-pien der speziellen Relativitätstheorie und ermitteln quanti-tativ die Formel für die Zeitdilatation (E6, E7),

erläutern qualitativ den Myonenzerfalls in der Erdatmosphä-re als experimentellen Beleg für die von der Relativitäts-theorie vorhergesagte Zeitdilatation (E5, UF1).

begründen mit der Lichtgeschwindigkeit als Obergrenze fürGeschwindigkeiten von Objekten, dass eine additive Über-lagerung von Geschwindigkeiten nur für „kleine“ Ge-schwindigkeiten gilt (UF2),

erläutern die Bedeutung der Konstanz der Lichtgeschwin-digkeit als Ausgangspunkt für die Entwicklung der speziel-len Relativitätstheorie (UF1),

Experiment von Michelson und Morley (Computersimulation)

Lichtuhr (Gedankenexperiment / Computersimulation, Mediathek des ZDF)

Myonenzerfall (Experimentepool ei-ner Universität)

Ausgangsproblem: Konstanz der Lichtgeschwindig-keit, Äthertheorie

Wegen der Bedeutung der Konstanz der Lichtge-schwindigkeit für die (spezielle) Relativitätstheorie wird das Experiment von Michelson und Morley im Unterricht behandelt.

Für die Herleitung der Zeitdilatation ist die „Lichtuhr“ein geeignetes Gedankenexperiment. Zudem wird hiermit der relativistische Faktor g hergeleitet.

Der Myonenzerfall in der Erdatmosphäre dient danachals experimentelle Bestätigung der Zeitdilatation.

Längenkontraktion, dynamische Masse und E=mc2 werden als deduktiv herleitbar angegeben.

5 Ustd. Summe

Kontext: TeilchenbeschleunigerLeitfrage: Ist die Masse bewegter Teilchen konstant?Inhaltliche Schwerpunkte: Veränderlichkeit der Masse, Energie-Masse ÄquivalenzKompetenzschwerpunkte: Schülerinnen und Schüler können(UF4) Zusammenhänge zwischen unterschiedlichen natürlichen bzw. technischen Vorgängen auf der Grundlage eines vernetzten physikalischen Wissens erschließen und aufzeigen.(B1) fachliche, wirtschaftlich-politische und ethische Kriterien bei Bewertungen von physikalischen oder technischen Sachverhalten unterscheiden und begründet gewichten,




„Schnelle“ Ladungsträ-ger in E- und B-Fel-dern

(2 Ustd.)

erläutern die Funktionsweise eines Zyklotrons und argumen-tieren zu den Grenzen einer Verwendung zur Beschleuni-gung von Ladungsträgern bei Berücksichtigung relativisti-scher Effekte (K4, UF4),

Zyklotron (in einer Simulation mit undohne Massenveränderlichkeit)

Hier braucht keine Rechnung durchgeführt zu werden:Die Massenzunahme soll in der Simulation das „Aus-dem-Takt-Geraten“ eines beschleunigten Teilchens im Zyklotron zeigen.

Ruhemasse und dyna-mische Masse

(4 Ustd.)

erläutern die Energie-Masse Äquivalenz (UF1).

zeigen die Bedeutung der Beziehung E=mc2 für die Kern-spaltung und -fusion auf (B1, B3)

Film / Video / Animation Interpretation des Zusammenhangs zwischen Bin-dungsenergie pro Nukleon und der Kernspaltungs- bzw. -fusionsenergie bei den entsprechenden Prozes-sen

(Hiroshima, Nagasaki)

(Erzeugung und Vernichtung von Teilchen)

6 Ustd. Summe

Kontext: Das heutige WeltbildLeitfrage: Welchen Beitrag liefert die Relativitätstheorie zur Erklärung unserer Welt?Inhaltliche Schwerpunkte: Konstanz der Lichtgeschwindigkeit, Zeitdilatation, Veränderlichkeit der Masse, Energie-Masse ÄquivalenzKompetenzschwerpunkte: Schülerinnen und Schüler können(E7) naturwissenschaftliches Arbeiten reflektieren sowie Veränderungen im Weltbild und in Denk- und Arbeitsweisen in ihrer historischen und kulturellen Entwicklung darstellen.(K3) physikalische Sachverhalte und Arbeitsergebnisse unter Verwendung situationsangemessener Medien und Darstellungsformen adressatengerecht präsentieren,




Gegenseitige Bedin-gung von Raum und Zeit

(2 Ustd.)

diskutieren die Bedeutung von Schlüsselexperimenten beiphysikalischen Paradigmenwechseln an Beispielen aus derRelativitätstheorie (B4, E7),

erläutern die relativistische Längenkontraktion über einePlausibilitätsbetrachtung (K3),

beschreiben Konsequenzen der relativistischen Einflüsse aufRaum und Zeit anhand anschaulicher und einfacher Abbil-dungen (K3)

Film / Video(z.B.: http://www.tivi.de/infosund-tipps/wissen/popup/06888/index.html )

2 Ustd. Summe

http://www.tivi.de/infosundtipps/wissen/popup/06888/index.html


2.1.2.3 Qualifikationsphase: Leistungskurs

Inhaltsfeld: Relativitätstheorie (LK)

Kontext: Konstanz der Lichtgeschwindigkeit, ggf. Auswirkungen auf SatellitennavigationLeitfrage: Welchen Einfluss hat Bewegung auf den Ablauf der Zeit?Inhaltliche Schwerpunkte: Konstanz der Lichtgeschwindigkeit, Problem der GleichzeitigkeitKompetenzschwerpunkte: Schülerinnen und Schüler können(UF2) zur Lösung physikalischer Probleme zielführend Definitionen, Konzepte sowie funktionale Beziehungen zwischen physikalischen Größen angemessen und begründet auswählen,(E6) Modelle entwickeln sowie physikalisch-technische Prozesse mithilfe von theoretischen Modellen, mathematischen Modellierungen, Gedankenexperimenten und Simulationen erklä -ren oder vorhersagen,


Kompetenzen

Die Schülerinnen und Schüler…


Konstanz der Licht-geschwindigkeit und Problem der Gleichzei-tigkeit

Inertialsysteme

Relativität der Gleichzei-tigkeit

(4 Ustd.)

begründen mit dem Ausgang des Michelson-Morley-Experiments die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit (UF4, E5, E6),

erläutern das Problem der relativen Gleichzeitigkeit mit in zwei verschiedenen Inertialsystemen jeweils synchronisierten Uhren (UF2),

begründen mit der Lichtgeschwindigkeit als Ober-grenze für Geschwindigkeiten von Objekten Auswir-kungen auf die additive Überlagerung von Geschwin-digkeiten (UF2).

Experiment vonMichelson und Morley (Com-putersimulation)

Relativität der Gleichzeitigkeit(Video / Film)

Ausgangsproblem: Konstanz der Lichtgeschwindigkeit, ggf. Aus-wirkungen auf Satellitennavigation

Wegen der Bedeutung der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit für die (spezielle) Relativitätstheorie wird das Experiment von Michel-son und Morley (in einer Computersimulation) und die Äthertheo-rie im Unterricht behandelt.

Das Additionstheorem für relativistische Geschwindigkeiten braucht nicht hergeleitet zu werden (wie dies etwa anhand der Lor-entz-Transformationsgleichungen möglich ist), sondern kann er-gänzend angegeben werden.

4 Ustd. Summe

Kontext: HöhenstrahlungLeitfrage: Warum erreichen Myonen aus der oberen Atmosphäre die Erdoberfläche?Inhaltliche Schwerpunkte: Zeitdilatation und LängenkontraktionKompetenzschwerpunkte: Schülerinnen und Schüler können(E5) Daten qualitativ und quantitativ im Hinblick auf Zusammenhänge, Regeln oder mathematisch zu formulierende Gesetzmäßigkeiten analysieren und Ergebnisse verallgemeinern,(K3) physikalische Sachverhalte und Arbeitsergebnisse unter Verwendung situationsangemessener Medien und Darstellungsformen adressatengerecht präsentieren,


Kompetenzen



Zeitdilatation und relati-vistischer Faktor

(2 Ustd.)

leiten mithilfe der Konstanz der Lichtgeschwindig-keit und des Modells Lichtuhr quantitativ die Formel für die Zeitdilatation her (E5),

reflektieren die Nützlichkeit des Modells Lichtuhr hinsichtlich der Herleitung des relativistischen Fak-tors (E7),

erläutern die Bedeutung der Konstanz der Lichtge-schwindigkeit als Ausgangspunkt für die Entwick-lung der speziellen Relativitätstheorie (UF1)

Lichtuhr (Gedankenexperiment / Compu-tersimulation)

Myonenzerfall (Experimente-pool der Universität)

Für die Herleitung der Zeitdilatation ist die „Lichtuhr“ ein sehr ge-eignetes Gedankenexperiment. Zudem wird hiermit der relativisti-sche Faktor g hergeleitet.

Der Myonenzerfall in der Erdatmosphäre dient danach als eine ex-perimentelle Bestätigung der Zeitdilatation.

Längenkontraktion

(2 Ustd.)

begründen den Ansatz zur Herleitung der Längenkon-traktion (E6),

erläutern die relativistischen Phänomene Zeitdilatati-on und Längenkontraktion anhand des Nachweises von in der oberen Erdatmosphäre entstehenden Myo-nen (UF1),

beschreiben Konsequenzen der relativistischen Ein-flüsse auf Raum und Zeit anhand anschaulicher und einfacher Abbildungen (K3),

Myonenzerfall (Experimente-pool der Universität )

Der Myonenzerfall in der Erdatmosphäre dient danach als eine ex-perimentelle Bestätigung der Längenkontraktion (im Vergleich zur Zeitdilatation) – s. o.

Im Anschluss: Abschließender Schülervortrag „Myonenzerfall und Längenkontraktion“

4 Ustd. Summe

Kontext: Teilchenbeschleuniger – Warum Teilchen aus dem Takt geratenLeitfrage: Ist die Masse bewegter Teilchen konstant?Inhaltliche Schwerpunkte: Relativistische Massenzunahme, Energie-Masse-BeziehungKompetenzschwerpunkte: Schülerinnen und Schüler können(UF4) Zusammenhänge zwischen unterschiedlichen natürlichen bzw. technischen Vorgängen auf der Grundlage eines vernetzten physikalischen Wissens erschließen und aufzeigen.(B1) fachliche, wirtschaftlich-politische und ethische Kriterien bei Bewertungen von physikalischen oder technischen Sachverhalten unterscheiden und begründet gewichten,




Ruhemasse und dynami-sche Masse

(2 Ustd.)

erläutern die Energie-Masse-Beziehung (UF1)

berechnen die relativistische kinetische Energie von Teilchen mithilfe der Energie-Masse-Beziehung (UF2)

Die Formel für die dynamische Masse braucht nicht explizit herge-leitet zu werden.

„Schnelle“ Ladungsträ-ger in E- und B-Feldern

(4 Ustd.)

erläutern auf der Grundlage historischer Dokumente ein Experiment (Bertozzi-Versuch) zum Nachweis der relativistischen Massenzunahme (K2, K3),

Bertozzi-Experiment (anhand von Literatur)

z. B. soll das Bertozzi-Experiment mithilfe einer Schülerpräsentati-on behandelt werden (ggf. auch anhand einer Zentralabituraufgabe)

Simulation: Die Massenzunahme eines Teilchens im Zyklotron („Aus-dem-Takt-Geraten“)

Bindungsenergie im Atomkern

Annihilation

(2 Ustd.)

beschreiben die Bedeutung der Energie-Masse-Äqui-valenz hinsichtlich der Annihilation von Teilchen undAntiteilchen (UF4),

bestimmen und bewerten den bei der Annihilation von Teilchen und Antiteilchen frei werdenden Ener-giebetrag (E7, B1),

beurteilen die Bedeutung der Beziehung E=mc2 für Erforschung und technische Nutzung von Kernspal-tung und Kernfusion (B1, B3)

Historische Aufnahme von Teil-chenbahnen

Interpretation des Zusammenhangs zwischen Bindungsenergie pro Nukleon und der Kernspaltungs- bzw. Kernfusionsenergie bei den entsprechenden Prozessen

Hiroshima, Nagasaki

Erzeugung und Vernichtung von Teilchen

8 Ustd. Summe

Kontext: Satellitennavigation – Zeitmessung unter dem Einfluss von Geschwindigkeit und GravitationLeitfrage: Beeinflusst Gravitation den Ablauf der Zeit?Inhaltliche Schwerpunkte: Der Einfluss der Gravitation auf die ZeitmessungKompetenzschwerpunkte: Schülerinnen und Schüler können(K3) physikalische Sachverhalte und Arbeitsergebnisse unter Verwendung situationsangemessener Medien und Darstellungsformen adressatengerecht präsentieren,




Gravitation und Zeit-messung

(2 Ustd.)

beschreiben qualitativ den Einfluss der Gravitation auf die Zeitmessung (UF4)

Der Gang zweier Atomuhren in unterschiedlicher Höhe in einemRaum (früheres Experimente der PTB Braunschweig)

Flug von Atomuhren um die Erde (Video)

Dieser Unterrichtsabschnitt soll lediglich einen ersten – qualita-tiv orientierten – Einblick in die Äquivalenz von Gravitation und gleichmäßig beschleunigten Bezugssystemen geben

Elemente des Kontextes Satellitennavigation können genutzt werden, sowohl die Zeitdilatation (infolge der unterschiedlichenGeschwindigkeiten der Satelliten) als auch die Gravitationswir-kung (infolge ihres Aufenthalts an verschiedenen Orten im Gra-vitationsfeld der Erde) zu verdeutlichen.

Die Gleichheit von trä-ger und schwerer Masse(im Rahmen der heuti-gen Messgenauigkeit)

(2 Ustd.)

veranschaulichen mithilfe eines einfachen gegenständli-chen Modells den durch die Einwirkung von massebehaf-teten Körpern hervorgerufenen Einfluss der Gravitation auf die Zeitmessung sowie die „Krümmung des Raums“ (K3).

Einsteins Fahrstuhl-Gedanken-experiment

Das Zwillingsparadoxon (mit Beschleunigungsphasen und Phasen der glf. Bewegung

Film / Video (z.B.: http://ww-w.tivi.de/infosundtipps/wissen/popup/06888/index.html ; Jan 2012)

Präsentation durch Schülerin oder Schüler (mithilfe der Nut-zung von Informations- und Animationsmaterial aus dem Inter-net)

4 Ustd. Summe




Kontext: Das heutige WeltbildLeitfrage: Welchen Beitrag liefert die Relativitätstheorie zur Erklärung unserer Welt?Inhaltliche Schwerpunkte: Konstanz der Lichtgeschwindigkeit, Problem der Gleichzeitigkeit, Zeitdilatation und Längenkontraktion, Relativistische Massenzunahme, Energie-Masse-Beziehung, Der Einfluss der Gravitation auf die ZeitmessungKompetenzschwerpunkte: Schülerinnen und Schüler können(B4) begründet die Möglichkeiten und Grenzen physikalischer Problemlösungen und Sichtweisen bei innerfachlichen, naturwissenschaftlichen und gesellschaftlichen Fragestellungen be -werten.


Kompetenzen



Gegenseitige Bedingung von Raum und Zeit

(2 Ustd.)

bewerten Auswirkungen der Relativitätstheorie auf die Veränderung des physikalischen Weltbilds (B4).

2 Ustd. Summe

Inhaltsfeld: Elektrik (LK)

Kontext: Untersuchung von ElektronenLeitfrage: Wie können physikalische Eigenschaften wie die Ladung und die Masse eines Elektrons gemessen werden?Inhaltliche Schwerpunkte: Eigenschaften elektrischer Ladungen und ihrer Felder,Bewegung von Ladungsträgern in elektrischen und magnetischen FeldernKompetenzschwerpunkte: Schülerinnen und Schüler können(UF1) physikalische Phänomene und Zusammenhänge unter Verwendung von Theorien, übergeordneten Prinzipien / Gesetzen und Basiskonzepten beschreiben und erläutern, (UF2) zur Lösung physikalischer Probleme zielführend Definitionen, Konzepte sowie funktionale Beziehungen zwischen physikalischen Größen angemessen und begründet auswählen, (E6) Modelle entwickeln sowie physikalisch-technische Prozesse mithilfe von theoretischen Modellen, mathematischen Modellierungen, Gedankenexperimenten und Simulationen erklä-ren oder vorhersagen, (K3) physikalische Sachverhalte und Arbeitsergebnisse unter Verwendung situationsangemessener Medien und Darstellungsformen adressatengerecht präsentieren, (B1) fachliche, wirtschaftlich-politische und ethische Kriterien bei Bewertungen von physikalischen oder technischen Sachverhalten unterscheiden und begründet gewichten, (B4) begründet die Möglichkeiten und Grenzen physikalischer Problemlösungen und Sichtweisen bei innerfachlichen, naturwissenschaftlichen und gesellschaftlichen Fragestellungen be -werten.

Inhalt

(Ustd. à 45 min)



Grundlagen:

Ladungstrennung,

Ladungsträger

(4 Ustd.)

erklären elektrostatische Phänomene und Influenz mithil-fe grundlegender Eigenschaften elektrischer Ladungen (UF2, E6),

einfache Versuche zur Reibungs-elektrizität – Anziehung / Absto-ßung,

Versuche mit Hilfe eines Elektro-skops:Zwei aneinander geriebene Kunst-stoffstäbe aus unterschiedlichen Materialien tragen entgegengesetz-te Ladungen,Influenzversuche

Es kann auf zwei verschiedene Arten von „Elektrizität“ ge-schlossen werden (Wiederholung aus der SI).

Ladungen werden nicht erzeugt, sondern nur getrennt.

In Anlehnung an SI-Vorkenntnisse wird das Elektron als (ein) Träger der negativen Ladung benannt, seine Eigen-schaften sollen im Folgenden erforscht werden.

Inhalt

(Ustd. à 45 min)



Bestimmung der Ele-mentarladung:

elektrische Felder, Feld-linien

potentielle Energie im elektrischen Feld, Span-nung

Kondensator

Elementarladung

beschreiben Eigenschaften und Wirkungen homogenerelektrischer und magnetischer Felder und erläutern dieDefinitionsgleichungen der entsprechenden Feldstärken(UF2, UF1),

erläutern und veranschaulichen die Aussagen, Idealisie-rungen und Grenzen von Feldlinienmodellen, nutzenFeldlinienmodelle zur Veranschaulichung typischer Fel-der und interpretieren Feldlinienbilder (K3, E6, B4),

Skizzen zum prinzipiellen Aufbau des Millikanversuchs,einfache Versuche und visuelle Medien zur Veranschaulichung elektrischer Felder im Feldlinien-modell (Grießkörner in Öl),

Plattenkondensator (homogenes E-Feld),

evtl. Apparatur zur Messung der Feldstärke gemäß der Definition

Die Versuchsidee „eines“ Millikanversuchs wird erarbeitet,

dazu werden der Begriff des elektrischen Feldes sowie die Veranschaulichung elektrischer Felder im Feldlinienmo-dell, eingeführt und der aus der SI bekannte Ladungsbe-griff wiederholt und vertieft.

Definition der elektrischen Feldstärke in einem Punkt eineselektrischen Feldes, (Vermeidung von Zirkelschlüssen)

Definition des homogenen Feldes,

Definition der Spannung,

(10 Ustd.)

leiten physikalische Gesetze (u.a. die im homogenenelektrischen Feld gültige Beziehung zwischen Spannungund Feldstärke und den Term für die Lorentzkraft) ausgeeigneten Definitionen und bekannten Gesetzen deduk-tiv her (E6, UF2),

entscheiden für Problemstellungen aus der Elektrik, obein deduktives oder ein experimentelles Vorgehen sinn-voller ist (B4, UF2, E1),

Spannungs- und Ladungsmessung am Plattenkondensator,

Bestimmung der Elementarladung mit dem Millikanversuch; realer Versuchsaufbau oder entsprechende Medien (z. B: RCL (remote control labora-tory))

Zusammenhang zwischen E und U im homogenen Feld,

Zusammenhang zwischen Flächenladung Q und E,

Ermittlung der elektrischen Feldkonstante (evtl. Messung),

Bestimmung der Elementarladung mit Diskussion der Messgenauigkeit,

Übungsaufgaben (z.B. auch zum Coulomb’schen Gesetz, welches evtl. nur per Plausibilitätsbetrachtung eingeführt wird.)

Inhalt

(Ustd. à 45 min)



Bestimmung der Masseeines Elektrons:

magnetische Felder, Feldlinien,

potentielle Energie im elektrischen Feld,Energie bewegter La-dungsträger,

Elektronenmasse

(10 Ustd.)

erläutern an Beispielen den Stellenwert experimentellerVerfahren bei der Definition physikalischer Größen(elektrische und magnetische Feldstärke) und geben Kri-terien zu deren Beurteilung an (z.B. Genauigkeit, Repro-duzierbarkeit, Unabhängigkeit von Ort und Zeit) (B1,B4),

treffen im Bereich Elektrik Entscheidungen für die Aus-wahl von Messgeräten (Empfindlichkeit, Genauigkeit,Auflösung und Messrate) im Hinblick auf eine vorgege-bene Problemstellung (B1),

beschreiben qualitativ die Erzeugung eines Elektronen-strahls in einer Elektronenstrahlröhre (UF1, K3),

ermitteln die Geschwindigkeitsänderung eines Ladungs-trägers nach Durchlaufen einer Spannung (auch relativis-tisch) (UF2, UF4, B1),

Elektronenstrahlröhre mit homoge-nem Kondensatorfeld

Fadenstrahlrohr (zunächst) zur Erar-beitung der Versuchsidee,

einfache Experimente zur Modellie-rung magnetischer Felder;

(z.B.) Stromwaage zur Demonstrati-on der Kraftwirkung auf strom-durchflossene Leiter im Magnetfeld sowie zur Veranschaulichung der Definition der magnetischen Feld-stärke,

Versuche mit z.B. Oszilloskop, Fa-denstrahlrohr, Braun'scher Röhre o. ä. zur Demonstration der Lorentz-kraft,

Fadenstrahlrohr zur e/m – Bestim-mung (das Problem der Messung der magnetischen Feldstärke wird ausgelagert.)

Nachweis der Unmöglichkeit, die Elektronenmasse mit diesem Experiment zu bestimmen.

Im Sinne der Kontextarbeit wird nach der Masse des Ele-mentarteilchens Elektron gefragt. Eventuell wird themati-siert, dass die Ablenkung im elektrischen Feld (im nichtre-lativistischen Fall) nicht ausreicht.

Es bietet sich an, auch Polarlichter zu thematisieren.

Als Versuchsidee wird (evtl. in Anlehnung an astronomi-schen Berechnungen in der EF) die Auswertung der Daten einer erzwungenen Kreisbewegung des Teilchens erarbei-tet.

Dazu werden der Begriff des magnetischen Feldes sowie die Veranschaulichung magnetischer Felder (incl. Feldlini-enmodell) eingeführt.

Definition der magnetischen Feldstärke, Definition des ho-mogenen Feldes,

Kraft auf stromdurchflossene Leiter im Magnetfeld, Her-leitung der Lorentzkraft, 3-Finger-Regel.

Ein Verfahren zur Beschleunigung der Elektronen sowie zur Bestimmung ihrer Geschwindigkeit wird erarbeitet.

Inhalt

(Ustd. à 45 min)



erläutern den Feldbegriff und zeigen dabei Gemeinsam-keiten und Unterschiede zwischen Gravitationsfeld, elek-trischem und magnetischem Feld auf (UF3, E6),

entscheiden für Problemstellungen aus der Elektrik, ob ein deduktives oder ein experimentelles Vorgehen sinn-voller ist (B4, UF2, E1),

erläutern und veranschaulichen die Aussagen, Idealisie-rungen und Grenzen von Feldlinienmodellen, nutzenFeldlinienmodelle zur Veranschaulichung typischer Fel-der und interpretieren Feldlinienbilder (K3, E6, B4),

bestimmen die relative Orientierung von Bewegungsrich-tung eines Ladungsträgers, Magnetfeldrichtung und re-sultierender Kraftwirkung mithilfe einer Drei-Finger-Regel (UF2, E6),

leiten physikalische Gesetze (Term für die Lorentzkraft) aus geeigneten Definitionen und bekannten Gesetzen de-duktiv her (E6, UF2),

beschreiben qualitativ und quantitativ die Bewegung vonLadungsträgern in homogenen elektrischen und magneti-schen Feldern sowie in gekreuzten Feldern (Wien-Filter,Hall-Effekt) (E1, E2, E3, E4, E5 UF1, UF4),

schließen aus spezifischen Bahnkurvendaten bei der e/m-Bestimmung und beim Massenspektrometer auf wirken-de Kräfte sowie Eigenschaften von Feldern und beweg-ten Ladungsträgern (E5, UF2),

24 Ustd. Summe

Kontext: Aufbau und Funktionsweise wichtiger Versuchs- und MessapparaturenLeitfrage: Wie und warum werden physikalische Größen meistens elektrisch erfasst und wie werden sie verarbeitet?Inhaltliche Schwerpunkte: Eigenschaften elektrischer Ladungen und ihrer Felder ,Bewegung von Ladungsträgern in elektrischen und magnetischen FeldernKompetenzschwerpunkte: Schülerinnen und Schüler können(UF2) zur Lösung physikalischer Probleme zielführend Definitionen, Konzepte sowie funktionale Beziehungen zwischen physikalischen Größen angemessen und begründet auswählen, (UF4) Zusammenhänge zwischen unterschiedlichen natürlichen bzw. technischen Vorgängen auf der Grundlage eines vernetzten physikalischen Wissens erschließen und aufzeigen. (E1) in unterschiedlichen Kontexten physikalische Probleme identifizieren, analysieren und in Form physikalischer Fragestellungen präzisieren, (E5) Daten qualitativ und quantitativ im Hinblick auf Zusammenhänge, Regeln oder mathematisch zu formulierende Gesetzmäßigkeiten analysieren und Ergebnisse verallgemeinern, (E6) Modelle entwickeln sowie physikalisch-technische Prozesse mithilfe von theoretischen Modellen, mathematischen Modellierungen, Gedankenexperimenten und Simulationen erklä-ren oder vorhersagen, (K3) physikalische Sachverhalte und Arbeitsergebnisse unter Verwendung situationsangemessener Medien und Darstellungsformen adressatengerecht präsentieren, (B1) fachliche, wirtschaftlich-politische und ethische Kriterien bei Bewertungen von physikalischen oder technischen Sachverhalten unterscheiden und begründet gewichten, (B4) begründet die Möglichkeiten und Grenzen physikalischer Problemlösungen und Sichtweisen bei innerfachlichen, naturwissenschaftlichen und gesellschaftlichen Fragestellungen be -werten.




Anwendungen in For-schung und Technik:

Bewegung von Ladungs-trägern in Feldern

(12 Ustd.)

beschreiben qualitativ und quantitativ die Bewegung von La-dungsträgern in homogenen elektrischen und magnetischen Feldern sowie in gekreuzten Feldern (Wien-Filter, Hall-Effekt) (E1, E2, E3, E4, E5 UF1, UF4),

erstellen, bei Variation mehrerer Parameter, Tabellen und Dia-gramme zur Darstellung von Messwerten aus dem Bereichder Elektrik (K1, K3, UF3),

beschreiben qualitativ die Erzeugung eines Elektronenstrahls in einer Elektronenstrahlröhre (UF1, K3),

ermitteln die Geschwindigkeitsänderung eines Ladungsträ-gers nach Durchlaufen einer Spannung (UF2, UF4, B1),

schließen aus spezifischen Bahnkurvendaten beim Massen-spektrometer auf wirkende Kräfte sowie Eigenschaften von Feldern und bewegten Ladungsträgern, (E5, UF2),

erläutern den Feldbegriff und zeigen dabei Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen Gravitationsfeld, elektrischem und magnetischem Feld auf (UF3, E6),

erläutern den Einfluss der relativistischen Massenzunahmeauf die Bewegung geladener Teilchen im Zyklotron (E6,UF4),

leiten physikalische Gesetze aus geeigneten Definitionen und bekannten Gesetzen deduktiv her (E6, UF2)

Hallsonde,

Halleffektgerät,

diverse Spulen, deren Felder vermes-sen werden (insbesondere lange Spu-len und Helmholtzspulen),

visuelle Medien, Computersimulatio-nen und RCLs zum Massenspektrome-ter, Zyklotron und evtl. weiteren Teil-chenbeschleunigern

Das Problem der Messung der Stärke des magneti-schen Feldes der Helmholtzspulen (e/m – Bestim-mung) wird wieder aufgegriffen,

Vorstellung des Aufbaus einer Hallsonde und Erar-beitung der Funktionsweise einer Hallsonde,

Veranschaulichung mit dem Halleffektgerät (Sil-ber),

Kalibrierung einer Hallsonde,

Messungen mit der Hallsonde u. a. nachträgliche Vermessung des Helmholtzspulenfeldes,

Bestimmung der magnetischen Feldkonstante,

Arbeits- und Funktionsweisen sowie die Verwen-dungszwecke diverser Elektronenröhren, Teilchen-beschleuniger und eines Massenspektrometer wer-den untersucht.

entscheiden für Problemstellungen aus der Elektrik, ob ein deduktives oder ein experimentelles Vorgehen sinnvoller ist (B4, UF2, E1),

wählen Definitionsgleichungen zusammengesetzter physika-lischer Größen sowie physikalische Gesetze (u.a. Cou-lomb’sches Gesetz, Kraft auf einen stromdurchflossenen Lei-ter im Magnetfeld, Lorentzkraft, Spannung im homogenen E-Feld) problembezogen aus (UF2),




Moderne messtechni-sche Verfahren sowie Hilfsmittel zur Mathe-matisierung:

Auf- und Entladung von Kondensatoren,

Energie des elektrischen Feldes

(10 Ustd.)

erläutern an Beispielen den Stellenwert experimenteller Ver-fahren bei der Definition physikalischer Größen (elektrischeund magnetische Feldstärke) und geben Kriterien zu derenBeurteilung an (z.B. Genauigkeit, Reproduzierbarkeit, Unab-hängigkeit von Ort und Zeit) (B1, B4),

erläutern und veranschaulichen die Aussagen, Idealisierungenund Grenzen von Feldlinienmodellen, nutzen Feldlinienmo-delle zur Veranschaulichung typischer Felder und interpretie-ren Feldlinienbilder (K3, E6, B4),



leiten physikalische Gesetze aus geeigneten Definitionen und bekannten Gesetzen deduktiv her (E6, UF2),

ermitteln die in elektrischen bzw. magnetischen Feldern ge-speicherte Energie (Kondensator) (UF2),

beschreiben qualitativ und quantitativ, bei vorgegebenen Lö-sungsansätzen, Ladungs- und Entladungsvorgänge in Kon-densatoren (E4, E5, E6),

diverse Kondensatoren (als Ladungs-/ Energiespeicher),

Aufbaukondensatoren mit der Möglich-keit, den Plattenabstand zu variieren,

statische Voltmeter bzw. Elektrometer-messverstärker,

Schülerversuche zur Auf- und Entla-dung von Kondensatoren sowohl mit großen Kapazitäten (Messungen mit Multimeter) als auch mit kleineren Ka-pazitäten (Messungen mit Hilfe von Messwerterfassungssystemen),

Computer oder GTR zur Messwertver-arbeitung

Kondensatoren werden als Ladungs-/ Energiespei-cher vorgestellt. (z.B. bei elektronischen Geräten wie Computern)

Die (Speicher-) Kapazität wird definiert und der Zusammenhang zwischen Kapazität, Plattenab-stand und Plattenfläche für den Plattenkondensator(deduktiv mit Hilfe der Grundgleichung des elek-trischen Feldes) ermittelt.

Plausibilitätsbetrachtung zur Grundgleichung des elektrischen Feldes im Feldlinienmodell,

Auf- und Entladevorgänge bei Kondensatoren werden messtechnisch erfasst, computerbasiert ausgewertet und zusätzlich (auch mit Differential-gleichungen, Kirchhoff'schen Gesetzen) beschrie-ben.

deduktive Herleitung der in Kondensatoren ge-speicherten elektrischen Energien




treffen im Bereich Elektrik Entscheidungen für die Auswahlvon Messgeräten (Empfindlichkeit, Genauigkeit, Auflösungund Messrate) im Hinblick auf eine vorgegebene Problem-stellung (B1),

wählen begründet mathematische Werkzeuge zur Darstellungund Auswertung von Messwerten im Bereich der Elektrik(auch computergestützte graphische Darstellungen, Lineari-sierungsverfahren, Kurvenanpassungen), wenden diese anund bewerten die Güte der Messergebnisse (E5, B4),

22 Ustd. Summe

Kontext: Erzeugung, Verteilung und Bereitstellung elektrischer EnergieLeitfrage: Wie kann elektrische Energie gewonnen, verteilt und bereitgestellt werden?Inhaltliche Schwerpunkte: Elektromagnetische InduktionKompetenzschwerpunkte: Schülerinnen und Schüler können(UF2) zur Lösung physikalischer Probleme zielführend Definitionen, Konzepte sowie funktionale Beziehungen zwischen physikalischen Größen angemessen und begründet auswählen, (E6) Modelle entwickeln sowie physikalisch-technische Prozesse mithilfe von theoretischen Modellen, mathematischen Modellierungen, Gedankenexperimenten und Simulationen erklä-ren oder vorhersagen, (B4) begründet die Möglichkeiten und Grenzen physikalischer Problemlösungen und Sichtweisen bei innerfachlichen, naturwissenschaftlichen und gesellschaftlichen Fragestellungen be -werten.




Induktion, das grundle-gende Prinzip bei der Versorgung mit elektri-scher Energie:

Induktionsvorgänge, In-duktionsgesetz,

Lenz‘sche Regel,

Energie des magneti-schen Feldes

(22 Ustd.)




planen und realisieren Experimente zum Nachweis derTeilaussagen des Induktionsgesetzes (E2, E4, E5),

führen das Auftreten einer Induktionsspannung auf die zeitli-che Änderung der von einem Leiter überstrichenen gerichte-ten Fläche in einem Magnetfeld zurück (u.a. bei der Erzeu-gung einer Wechselspannung) (E6),

erstellen, bei Variation mehrerer Parameter, Tabellen und Dia-gramme zur Darstellung von Messwerten aus dem Bereich der Elektrik (K1, K3, UF3),

treffen im Bereich Elektrik Entscheidungen für die Auswahl von Messgeräten (Empfindlichkeit, Genauigkeit, Auflösung und Messrate) im Hinblick auf eine vorgegebene Problem-stellung (B1),

identifizieren Induktionsvorgänge aufgrund der zeitlichenÄnderung der magnetischen Feldgröße B in Anwendungs-und Alltagssituationen (E1, E6, UF4),

Medien zur Information über prinzipi-elle Verfahren zur Erzeugung, Vertei-lung und Bereitstellung elektrischer Energie,

Modellversuch bestehend aus Antrieb für einen (eisenlosen) AC-Kleingenera-tor, unterschiedlich langen Überlandlei-tungen aus CrNi-Draht, und diversen „Verbrauchern“ (Glühlämpchen) sowie ggf. zweier Trafostationen,

Bewegung eines Leiters im Magnetfeld- Leiterschaukel,

einfaches elektrodynamisches Mikro-fon,

Gleich- und Wechselspannungsgenera-toren (vereinfachte Funktionsmodelle für Unterrichtszwecke)

quantitativer Versuch zur elektroma-gnetischen Induktion bei Änderung der Feldgröße B, registrierende Messung von B(t) und Uind(t),

„Aufbau-“ Transformatoren zur Span-nungswandlung

Die Sonderrolle der Photovoltaik (Energiewandlungohne Generator) wird aufgezeigt, die Gemeinsam-keiten der übrigen „Kraftwerke“ werden erarbeitet. Die Arbeitsweise großer (Verbund-) Netze sowie de-ren Steuerungsprobleme werden nur kurz angespro-chen, wegen seiner Einfachheit wird nur ein „klassi-sches“ lokales (lineares) Verteilungsnetz behandelt,die wesentlichen physikalischen Grundlagen könnenauch daran erarbeitet werden.

Leiterschaukelversuch evtl. auch im Hinblick auf die Registrierung einer gedämpften mechanischen Schwingung auswertbar,

Gleich- und Wechselspannungsgeneratoren werden nur qualitativ behandelt.

Das Induktionsgesetz in seiner allgemeinen Form wird erarbeitet:1. Flächenänderung (deduktive Herleitung)2. Änderung der Feldgröße B (quantitatives Expe-

riment)

Drehung einer Leiterschleife (qualitative Betrach-tung)

Der magnetische Fluss wird definiert, das Indukti-onsgesetz als Zusammenfassung und Verallgemei-nerung der Ergebnisse formuliert.

qualitative Deutung des Versuchsergebnisses zur Selbstinduktion




wählen begründet mathematische Werkzeuge zur Darstellung und Auswertung von Messwerten im Bereich der Elektrik (auch computergestützte graphische Darstellungen, Lineari-sierungsverfahren, Kurvenanpassungen), wenden diese an und bewerten die Güte der Messergebnisse (E5, B4),

ermitteln die in magnetischen Feldern gespeicherte Energie (Spule) (UF2),

bestimmen die Richtungen von Induktionsströmen mithilfeder Lenz’schen Regel (UF2, UF4, E6),

begründen die Lenz’sche Regel mithilfe des Energie- und desWechselwirkungskonzeptes (E6, K4),

Modellversuch zu einer „Überlandlei-tung“ (aus CrNi-Draht) mit zwei „Trafo-Stationen“, zur Untersuchung der Energieverluste bei unterschiedlich hohen Spannungen,

Versuch (qualitativ und quantitativ) zur Demonstration der Selbstinduktion (re-gistrierende Messung und Vergleich derEin- und Ausschaltströme in parallelen Stromkreisen mit rein ohmscher bzw. mit induktiver Last),

Versuche zur Demonstration der Wir-kung von Wirbelströmen,

diverse „Ringversuche“

Deduktive Herleitung des Terms für die Selbstin-duktionsspannung einer langen Spule (ausgehend vom Induktionsgesetz), Interpretation des Vorzei-chens mit Hilfe der Lenz’schen Regel

Definition der Induktivität,

messtechnische Erfassung und computerbasierte Auswertung von Ein- und Ausschaltvorgängen bei Spulen, zusätzlich Beschreibung auch mit Differen-tialgleichungen

deduktive Herleitung der in Spulen gespeicherten magnetischen Energien

22 Ustd. Summe

Kontext: Physikalische Grundlagen der drahtlosen Nachrichtenübermittlung

Leitfrage: Wie können Nachrichten ohne Materietransport übermittelt werden?Inhaltliche Schwerpunkte: Elektromagnetische Schwingungen und WellenKompetenzschwerpunkte: Schülerinnen und Schüler können(UF1) physikalische Phänomene und Zusammenhänge unter Verwendung von Theorien, übergeordneten Prinzipien / Gesetzen und Basiskonzepten beschreiben und erläutern, (UF2) zur Lösung physikalischer Probleme zielführend Definitionen, Konzepte sowie funktionale Beziehungen zwischen physikalischen Größen angemessen und begründet auswählen, (E4) Experimente mit komplexen Versuchsplänen und Versuchsaufbauten, auch historisch bedeutsame Experimente, mit Bezug auf ihre Zielsetzungen erläutern und diese zielbezogen un-ter Beachtung fachlicher Qualitätskriterien durchführen, (E5) Daten qualitativ und quantitativ im Hinblick auf Zusammenhänge, Regeln oder mathematisch zu formulierende Gesetzmäßigkeiten analysieren und Ergebnisse verallgemeinern, (E6) Modelle entwickeln sowie physikalisch-technische Prozesse mithilfe von theoretischen Modellen, mathematischen Modellierungen, Gedankenexperimenten und Simulationen erklä-ren oder vorhersagen, (K3) physikalische Sachverhalte und Arbeitsergebnisse unter Verwendung situationsangemessener Medien und Darstellungsformen adressatengerecht präsentieren, (B1) fachliche, wirtschaftlich-politische und ethische Kriterien bei Bewertungen von physikalischen oder technischen Sachverhalten unterscheiden und begründet gewichten, (B4) begründet die Möglichkeiten und Grenzen physikalischer Problemlösungen und Sichtweisen bei innerfachlichen, naturwissenschaftlichen und gesellschaftlichen Fragestellungen be -werten.




Der elektromagneti-sche Schwingkreis – das Basiselement der Nachrichtentechnik:

Elektromagnetische Schwingungen im RLC-Kreis,

Energieumwandlungs-prozesse im RLC-Kreis

(12 Ustd.)

erläutern die Erzeugung elektromagnetischer Schwingun-gen, erstellen aussagekräftige Diagramme und werten dieseaus (E2, E4, E5, B1),

treffen im Bereich Elektrik Entscheidungen für die Aus-wahl von Messgeräten (Empfindlichkeit, Genauigkeit, Auf-lösung und Messrate) im Hinblick auf eine vorgegebene Problemstellung (B1),

erläutern qualitativ die bei einer ungedämpften elektroma-gnetischen Schwingung in der Spule und am Kondensatorablaufenden physikalischen Prozesse (UF1, UF2),

beschreiben den Schwingvorgang im RLC-Kreis qualitativals Energieumwandlungsprozess und benennen wesentlicheUrsachen für die Dämpfung (UF1, UF2, E5),

Betrachtung eines Radios

einfache Resonanzversuche (auch aus der Mechanik / Akustik),

Resonanzschwingkreis

Der Schwingkreis als zentrale Funktionseinheit des Radios: Es kann leicht gezeigt werden, dass durch Veränderung von L bzw. C der Schwing-kreis so „abgestimmt“ werden kann, dass (z.B. os-zilloskopisch) eine modulierte Trägerschwingung registriert werden kann, also der Schwingkreis „von außen“ angeregt wird.

Die Analogie zu mechanischen Resonanzversu-chen wird aufgezeigt.




wählen begründet mathematische Werkzeuge zur Darstel-lung und Auswertung von Messwerten im Bereich der Elektrik (auch computergestützte graphische Darstellungen,Linearisierungsverfahren, Kurvenanpassungen), wenden diese an und bewerten die Güte der Messergebnisse (E5, B4),

entscheiden für Problemstellungen aus der Elektrik, ob ein deduktives oder ein experimentelles Vorgehen sinnvoller ist(B4, UF2, E1),

RLC - Serienschwingkreisinsbesondere mit registrierenden Messver-fahren und computergestützten Auswerte-verfahren,

Meißner- oder Dreipunkt-Rückkopplungs-schaltung zur Erzeugung / Demonstration entdämpfter elektromagnetischer Schwin-gungen

u. A. 1-Hz-Schwingkreis

Die zentrale Funktionseinheit „Schwingkreis“ wird genauer untersucht.

Spannungen und Ströme im RCL – Kreis werden zeitaufgelöst registriert, die Diagramme sind Grundlage für die qualitative Beschreibung der Vorgänge in Spule und Kondensator.

Quantitativ wird nur die ungedämpfte Schwin-gung beschrieben (incl. der Herleitung der Thom-sonformel).

wählen Definitionsgleichungen zusammengesetzter physikalischer Größen sowie physikalische Gesetze pro-blembezogen aus (UF2),

leiten physikalische Gesetze aus geeigneten Definitionen und bekannten Gesetzen deduktiv her (E6, UF2).

Die Möglichkeiten zur mathematischen Beschrei-bung gedämpfter Schwingungen sowie Möglich-keiten der Entdämpfung / Rückkopplung werden nur kurz und rein qualitativ angesprochen.




Materiefreie Übertra-gung von Information und Energie:

Entstehung und Ausbrei-tung elektromagneti-scher Wellen,

Energietransport und In-formationsübertragung durch elektromagneti-sche Wellen,

(16 Ustd.)

beschreiben den Hertz’schen Dipol als einen (offenen)Schwingkreis (UF1, UF2, E6),

erläutern qualitativ die Entstehung eines elektrischen bzw.magnetischen Wirbelfelds bei B- bzw. E-Feldänderung unddie Ausbreitung einer elektromagnetischen Welle (UF1,UF4, E6),

beschreiben qualitativ die lineare Ausbreitung harmoni-scher Wellen als räumlich und zeitlich periodischen Vor-gang (UF1, E6),

erläutern anhand schematischer Darstellungen Grundzügeder Nutzung elektromagnetischer Trägerwellen zur Über-tragung von Informationen (K2, K3, E6).

ermitteln auf der Grundlage von Brechungs-, Beugungs-und Interferenzerscheinungen (mit Licht- und Mikrowel-len) die Wellenlängen und die Lichtgeschwindigkeit (E2,E4, E5).

beschreiben die Phänomene Reflexion, Brechung, Beugungund Interferenz im Wellenmodell und begründen sie quali-tativ mithilfe des Huygens’schen Prinzips (UF1, E6).

erläutern konstruktive und destruktive Interferenz sowie dieentsprechenden Bedingungen mithilfe geeigneter Darstel-lungen (K3, UF1),

L-C-Kreis, der sich mit einem magneti-schen Wechselfeld über eine „Antenne“ zu Schwingungen anregen lässt,

Wellen-Sender mit Zubehör (Empfängerdi-pol, Feldindikatorlampe),

Visuelle Medien zur Veranschaulichung der zeitlichen Änderung der E- und B-Fel-der beim Hertz’schen Dipol, entsprechendeComputersimulationen,

Ringentladungsröhre (zur Vertiefung der elektromagnetischen Induktion),

visuelle Medien zur magneto-elektrischen Induktion,

Visuelle Medien zur Veranschaulichung der Ausbreitung einer elektromagnetischen Welle, entsprechende Computersimulatio-nen,

Versuche mit dem Wellen-Sender (s.o.),

Erinnerung an die Anregung des Radio-Schwing-kreises durch „Radiowellen“ zur Motivation der Erforschung sogenannter elektromagnetischer Wellen,

Was ist eine elektromagnetische Welle?Wie kann eine elektromagnetische Welle erzeugt werden?Wie breiten sich elektromagnetische Wellen (selbst im Vakuum) aus?

Übergang vom Schwingkreis zum Hertz’schen Dipol durch Verkleinerung von L und C,

Überlegungen zum „Ausbreitungsmechanismus“ elektromagnetischer Wellen: Induktion findet auch ohne Leiter („Indukti-

onsschleife“) statt! (z. B.) Versuch zur Demonstration des Ma-

gnetfeldes um stromdurchflossene Leiter, über die ein Kondensator aufgeladen wird.

Auch im Bereich zwischen den Kondensator-platten existiert ein magnetisches Wirbelfeld.




entscheiden für Problemstellungen aus der Elektrik, ob ein deduktives oder ein experimentelles Vorgehen sinnvoller ist(B4, UF2, E1),


beschreiben die Interferenz an Doppelspalt und Gitter imWellenmodell und leiten die entsprechenden Terme für dieLage der jeweiligen Maxima n-ter Ordnung her (E6, UF1,UF2),

wählen Definitionsgleichungen zusammengesetzter physikalischer Größen sowie physikalische Gesetze pro-blembezogen aus (UF2),

erstellen, bei Variation mehrerer Parameter, Tabellen und Diagramme zur Darstellung von Messwerten (K1, K3, UF3).

Visuelle Medien zur Veranschaulichung der Ausbreitung einer linearen (harmoni-schen) Welle,auch Wellenmaschine zur Erinnerung an mechanische Wellen, entsprechende Com-putersimulationen,

Mikrowellensender / -empfänger mit Gerä-tesatz für Beugungs-, Brechungs- und In-terferenzexperimente,

Interferenz-, Beugungs- und Brechungsex-perimente mit (Laser-) Licht an Doppel-spalt und Gitter (quantitativ) – sowie z.B. an Kanten, dünnen Schichten,... (qualitativ)

Beugungs-, Brechungs- und Interferenzerschei-nungen zum Nachweis des Wellencharakters elek-tromagnetischer Wellen,

28 Ustd. Summe

Inhaltsfeld: Quantenphysik (LK Q2)

Kontext: Licht als Teilchen - Erforschung des PhotonsLeitfrage: Besteht Licht doch aus Teilchen?Inhaltliche Schwerpunkte: Licht als Quantenobjekt, Welle-Teilchen-Dualismus, Quantenphysik und klassische PhysikKompetenzschwerpunkte: Schülerinnen und Schüler können(UF2) zur Lösung physikalischer Probleme zielführend Definitionen, Konzepte sowie funktionale Beziehungen zwischen physikalischen Größen angemessen und begründet auswählen,(E6) Modelle entwickeln sowie physikalisch-technische Prozesse mithilfe von theoretischen Modellen, mathematischen Modellierungen, Gedankenexperimenten und Simulationen erklä-ren oder vorhersagen,(E7) naturwissenschaftliches Arbeiten reflektieren sowie Veränderungen im Weltbild und in Denk- und Arbeitsweisen in ihrer historischen und kulturellen Entwicklung darstellen.




Lichtelektrischer Ef-fekt

(2 Ustd.)

diskutieren und begründen das Versagen der klassischen Mo-delle bei der Deutung quantenphysikalischer Prozesse (K4, E6)

legen am Beispiel des Photoeffekts und seiner Deutung dar,dass neue physikalische Experimente und Phänomene zurVeränderung des physikalischen Weltbildes bzw. zur Erwei-terung oder Neubegründung physikalischer Theorien undModelle führen können (E7),

Entladung einer positiv bzw. negativ geladenen (frisch geschmirgelten) Zinkplatte mithilfe des Lichts einer Hg-Dampf-Lampe (ohne und mit UV-absorbierender Glasscheibe)

Qualitative Demonstration des Photoeffekts

(Hallwachs-Effekt)




Teilcheneigenschaften von Photonen

Planck´sches Wir-kungsquantum

(6 Ustd.)

erläutern die qualitativen Vorhersagen der klassischen Elek-trodynamik zur Energie von Photoelektronen (bezogen aufdie Frequenz und Intensität des Lichts) (UF2, E3),

erläutern den Widerspruch der experimentellen Befunde zumPhotoeffekt zur klassischen Physik und nutzen zur Erklärungdie Einstein’sche Lichtquantenhypothese (E6, E1),

diskutieren das Auftreten eines Paradigmenwechsels in derPhysik am Beispiel der quantenmechanischen Beschreibungvon Licht und Elektronen im Vergleich zur Beschreibung mitklassischen Modellen (B2, E7),

beschreiben und erläutern Aufbau und Funktionsweise vonkomplexen Versuchsaufbauten (u.a. zur h-Bestimmung undzur Elektronenbeugung) (K3, K2),

ermitteln aus den experimentellen Daten eines Versuchs zumPhotoeffekt das Planck´sche Wirkungsquantum (E5, E6),

1. Versuch zur h-Bestimmung: Gegen-feldmethode (Hg-Linien mit Cs-Zelle)

oder:

2. Versuch zur h-Bestimmung: Mit Si-mulationsprogramm (in häuslicher Ar-beit)

oder:

3. h-Bestimmung mit Leuchtdioden, evtl. im Schülerexperiment

Spannungsbestimmung mithilfe Kondensatoraufla-dung erwähnen

8 Ustd. Summe

Inhaltsfeld: Atom-, Kern- und Elementarteilchenphysik (LK)

Kontext: Geschichte der Atommodelle, Lichtquellen und ihr LichtLeitfrage: Wie gewinnt man Informationen zum Aufbau der Materie?Inhaltliche Schwerpunkte: AtomaufbauKompetenzschwerpunkte: Schülerinnen und Schüler können(UF1) physikalische Phänomene und Zusammenhänge unter Verwendung von Theorien, übergeordneten Prinzipien / Gesetzen und Basiskonzepten beschreiben und erläutern,(E5) Daten qualitativ und quantitativ im Hinblick auf Zusammenhänge, Regeln oder mathematisch zu formulierende Gesetzmäßigkeiten analysieren und Ergebnisse verallgemeinern,(E7) naturwissenschaftliches Arbeiten reflektieren sowie Veränderungen im Weltbild und in Denk- und Arbeitsweisen in ihrer historischen und kulturellen Entwicklung darstellen.




Atomaufbau:Kern-Hülle-Modell

geben wesentliche Schritte in der historischen Entwicklungder Atommodelle bis hin zum Kern-Hülle-Modell wieder(UF1)

Recherche in Literatur und Internet Kurz: Diverse Atommodelle (Antike bis Anfang 20. Jhd.)

(1 Ustd.)

Rutherford’scher Streuversuch Per Arbeitsblatt oder Applet (z.B.. http://www.schul-physik.de/java/physlet/applets/rutherford.html)

Linienspektren

(3 Ustd.)

Erkennen die Notwendigkeit eines verbesserten Atommo-dells zur Erklärung quantenhafter Emission

Wasserstoffspektrum, subj. Versuch, Balmer-Formel

Demonstrationsversuch,

Linienspektren deuten auf diskrete Energieniveaus hin.

Bohr’sche Postulate

(3 Ustd.)

formulieren geeignete Kriterien zur Beurteilung des Bohr´schen Atommodells aus der Perspektive der klassischenund der Quantenphysik (B1, B4),

Literatur, Arbeitsblatt Berechnung der Energieniveaus, Bohr’scher Radius;

Termschema

Quantenhafte Absorptionund Emission von Ener-gie

(3 Ustd.)

erklären Linienspektren in Emission und Absorption sowieden Franck-Hertz-Versuch mit der Energiequantelung in derAtomhülle (E5),

stellen die Bedeutung des Franck-Hertz-Versuchs und der Experimente zu Linienspektren in Bezug auf die historische Bedeutung des Bohr’schen Atommodells dar (E7).

Linienspektren, Durchstrahlung einer Na-Flamme mit Na- und Hg-Licht (Schattenbildung),

Franck-Hertz-Versuch

Unterschiede bei Energieänderungen durch Stöße/Quantenabsorption werden erkennbar.

10 Ustd. Summe

Kontext: Röntgenstrahlung, Erforschung des PhotonsLeitfrage: Was ist Röntgenstrahlung?Inhaltliche Schwerpunkte: Licht und Elektronen als QuantenobjekteKompetenzschwerpunkte: Schülerinnen und Schüler können(UF1) physikalische Phänomene und Zusammenhänge unter Verwendung von Theorien, übergeordneten Prinzipien / Gesetzen und Basiskonzepten beschreiben und erläutern,(E6) Modelle entwickeln sowie physikalisch-technische Prozesse mithilfe von theoretischen Modellen, mathematischen Modellierungen, Gedankenexperimenten und Simulationen erklä -ren oder vorhersagen,




Röntgenröhre

Eigenschaften von Rönt-genstrahlung

(2 Ustd.)

beschreiben den Aufbau einer Röntgenröhre (UF1),

untersuchen Röntgenstrahlung in Bezug auf Durchdringungs-vermögen und ionisierende Eigenschaften (UF1)

Röntgenröhre der Schulröntgenein-richtung, Elektroskop, Tierpräparate,Überraschungseier usw.

Rechercheaufgabe zum Einsatz von Röntgenstrah-lung in Medizin und Technik

Geiger-Müller-Zählrohr

Bragg’sche Reflexions-bedingung

(2 Ustd.)

erklären die Funktionsweise des Geiger-Müller-Zählrohrs (E6),

erläutern die Bragg-Reflexion an einem Einkristall und leiten die Bragg’sche Reflexionsbedingung her (E6),

Aufnahme eines Röntgenspektrums (Winkel-Intensitätsdiagramm vs. Wellenlängen-Intensitätsdiagramm)

GMZ: z. B. Recherche in Hausaufgabe.

Die Bragg’sche Reflexionsbedingung basiert auf Welleninterpretation, die Registrierung der Rönt-genstrahlung mithilfe des Detektors hat den Teil-chenaspekt im Vordergrund;

Planck’sches Wirkungs-quantum

(1 Ustd.)

deuten die Entstehung der kurzwelligen Röntgenstrahlung als Umkehrung des Photoeffekts (E6),

Eine zweite Bestimmungsmethode für das Planck’sche Wirkungsquantum.

Moseley-Gesetz

(1 Ustd.)

deuten das charakteristische Röntgenspektrum im Rahmen des Bohr'schen Atommodells (E6),

Erweiterung des Modells auf schwere Atome




Compton-Effekt

(2 Ustd.)

Deuten die Wellenlängenänderung des gestreuten Lichtes im Teilchenmodell (E6, E7)

Ggf. Versuch mit Röntgenröhre

Simulation „Abiturwissen Physik“

Bedeutung der Anwendbarkeit der (mechanischen) Stoßgesetze hinsichtlich der Zuordnung eines Im-pulses für Photonen

Keine detaillierte (vollständig relativistische) Rech-nung im Unterricht notwendig, Rechnung ggf. als Referat vorstellen lassen

8 Ustd. Summe

Kontext: Die Welt kleinster Dimensionen – Mikroobjekte und Quantentheorie Leitfrage: Was ist anders im Mikrokosmos?Inhaltliche Schwerpunkte: Welle-Teilchen-Dualismus und Wahrscheinlichkeitsinterpretation, Quantenphysik und klassische PhysikKompetenzschwerpunkte: Schülerinnen und Schüler können(UF1) physikalische Phänomene und Zusammenhänge unter Verwendung von Theorien, übergeordneten Prinzipien / Gesetzen und Basiskonzepten beschreiben und erläutern,(E7) naturwissenschaftliches Arbeiten reflektieren sowie Veränderungen im Weltbild und in Denk- und Arbeitsweisen in ihrer historischen und kulturellen Entwicklung darstellen,(K3) physikalische Sachverhalte und Arbeitsergebnisse unter Verwendung situationsangemessener Medien und Darstellungsformen adressatengerecht präsentieren.




Wellencharakter von Elektronen

(2 Ustd.)

interpretieren experimentelle Beobachtungen an der Elek-tronenbeugungsröhre mit den Welleneigenschaften vonElektronen (E1, E5, E6),

Qualitative Demonstrationen mit der Elektronenbeugungsröhre

Qualitative Demonstrationen mithilfeRCL (Uni Kaiserslautern: http://rcl-munich.informatik.unibw-muen-chen.de/ )

Hinweise auf erlaubte nichtrelativistische Betrachtung (bei der verwendeten Elektronenbeugungsröhre der Schule)

http://rcl-munich.informatik.unibw-muenchen.de/






Streuung und Beugung von Elektronen

de Broglie-Hypothese

(4 Ustd.)

beschreiben und erläutern Aufbau und Funktionsweise vonkomplexen Versuchsaufbauten (u.a. zur h-Bestimmung undzur Elektronenbeugung) (K3, K2),

erklären die de Broglie-Hypothese am Beispiel von Elek-tronen (UF1),

Quantitative Messung mit der Elek-tronenbeugungsröhre

Herausstellen der Bedeutung der Bragg’schen Reflexi-onsbedingung für (Röntgen-) Photonen wie für Elektro-nen mit Blick auf den Wellenaspekt von Quantenobjek-ten

Dabei Betonung der herausragenden Bedeutung der de Broglie-Gleichung für die quantitative Beschreibung (lichtschnellen und nicht lichtschneller) Quantenobjek-te

Strukturanalyse mithilfe der Pulverkristallmetho-de nach nach Debye-Scherrer

(2 Ustd.)

Wenden die Elektronenstreuung an polykristalliner Materiezur Analyse verschiedener Substanzproben an (E7).

Schülerreferate mit Präsentationen zur Debye-Scherrer-Methode.

Wellenfunktion und Auf-enthaltswahrscheinlich-keit

(4 Ustd.)

erläutern die Aufhebung des Welle-Teilchen-Dualismus durchdie Wahrscheinlichkeitsinterpretation (UF1, UF4),

erläutern die Bedeutung von Gedankenexperimenten und Simu-lationsprogrammen zur Erkenntnisgewinnung bei der Untersu-chung von Quantenobjekten (E6, E7).

erläutern bei Quantenobjekten das Auftreten oder Verschwindeneines Interferenzmusters mit dem Begriff der Komplementarität(UF1, E3),

diskutieren das Auftreten eines Paradigmenwechsels in derPhysik am Beispiel der quantenmechanischen Beschreibung vonLicht und Elektronen im Vergleich zur Beschreibung mit klassi-schen Modellen (B2, E7),

stellen anhand geeigneter Phänomene dar, wann Licht durch einWellenmodell bzw. ein Teilchenmodell beschrieben werden kann(UF1, K3, B1),

Demonstration des Durchgangs ei-nes einzelnen Quantenobjekts durcheinen Doppelspalt mithilfe eines Si-mulationsprogramms und mithilfe von Videos

Ggf. Exkursion zur Universität, wenn dort De-monstrationsversuche zum Passieren einzelner Quantenobjekte durch Spalte bzw. Doppelspalte gezeigt werden.

Heisenberg´sche Un-schärferelation

(2 Ustd.)

erläutern die Aussagen und die Konsequenzen der Heisenberg-Unschärferelation (Ort-Impuls, Energie-Zeit) an Beispielen(UF1, K3),

bewerten den Einfluss der Quantenphysik im Hinblick auf Ver-änderungen des Weltbildes und auf Grundannahmen zur physika-lischen Erkenntnis (B4, E7).

Die Heisenberg’sche Unschärferelation kann (aus fachlicher Sicht) nur plausibel gemacht werden aufgrund des sich aus der Interferenzbedingung er-gebenden Querimpulses eines Quantenobjekts, wenn dieses einen Spalt passiert.

linearer Potentialtopf

Energiewerte im linea-ren Potentialtopf

(4 Ustd.)

deuten das Quadrat der Wellenfunktion qualitativ als Maß für dieAufenthaltswahrscheinlichkeit von Elektronen (UF1, UF4),

ermitteln die Wellenlänge und die Energiewerte von im linearenPotentialtopf gebundenen Elektronen (UF2, E6).

Auf die Anwendbarkeit des Potentialtopf-Modells bei Farbstoffmolekülen hinweisen

Die Anwendbarkeit des (mechanischen) Modells der stehenden Welle kann insofern bestätigt wer-den, als dass die für die stehenden Wellen sich er-gebende DGl mit derjenigen der (zeitunabhängi-gen) Schrödinger-DGl strukturell übereinstimmt

Ein Ausblick auf die Schrödinger-Gleichung ge-nügt.

18 Ustd. Summe

Kontext: Physik in der Medizin (Bildgebende Verfahren, Radiologie)Leitfrage: Wie nutzt man Strahlung in der Medizin?Inhaltliche Schwerpunkte: Ionisierende Strahlung, Radioaktiver ZerfallKompetenzschwerpunkte: Schülerinnen und Schüler können(UF3) physikalische Sachverhalte und Erkenntnisse nach fachlichen Kriterien ordnen und strukturieren,(E6) Modelle entwickeln sowie physikalisch-technische Prozesse mithilfe von theoretischen Modellen, mathematischen Modellierungen, Gedankenexperimenten und Simulationen erklä-ren oder vorhersagen,(UF4) Zusammenhänge zwischen unterschiedlichen natürlichen bzw. technischen Vorgängen auf der Grundlage eines vernetzten physikalischen Wissens erschließen und aufzeigen.




Strahlungsarten

(2 Ustd.)

erklären die Ablenkbarkeit von ionisierenden Strahlen inelektrischen und magnetischen Feldern sowie die Ionisie-rungsfähigkeit und Durchdringungsfähigkeit mit ihren Ei-genschaften (UF3),

benennen Geiger-Müller-Zählrohr und Halbleiterdetektorals experimentelle Nachweismöglichkeiten für ionisierendeStrahlung und unterscheiden diese hinsichtlich ihrer Mög-lichkeiten zur Messung von Energien (E6),

Absorption von a-, b- ,g - Strahlung

Ablenkung im Magnetfeld

Literatur (zur Röntgen- , Neutronen- und Schwerionenstrahlung)

Absorption und Ablenkung im Demonstrationsexperi-ment,

Strahlungsarten werden anhand ihrer Ablenkbarkeit in Feldern unterschieden

Ionisierende Strah-lung:

Detektoren

(2 Ustd.)

benennen Geiger-Müller-Zählrohr und Halbleiterdetektorals experimentelle Nachweismöglichkeiten für ionisierendeStrahlung und unterscheiden diese hinsichtlich ihrer Mög-lichkeiten zur Messung von Energien (E6),

Nebelkammer

Wdh. Geiger-Müller-Zählrohr

Ggf. Schülermessungen mit Zählrohren (Alltagsgegen-stände, Nulleffekt , Präparate etc.)

Demonstration der Nebelkammer,

Material zu Halbleiterdetektoren

4 Ustd. Summe

Kontext: (Erdgeschichtliche) AltersbestimmungenLeitfrage: Wie funktioniert die 14C-Methode?Inhaltliche Schwerpunkte: Radioaktiver ZerfallKompetenzschwerpunkte: Schülerinnen und Schüler können(UF2) zur Lösung physikalischer Probleme zielführend Definitionen, Konzepte sowie funktionale Beziehungen zwischen physikalischen Größen angemessen und begründet auswählen,(E5) Daten qualitativ und quantitativ im Hinblick auf Zusammenhänge, Regeln oder mathematisch zu formulierende Gesetzmäßigkeiten analysieren und Ergebnisse verallgemeinern,




Radioaktiver Zerfall:

Kernkräfte

(1 Ustd.)

benennen Protonen und Neutronen als Kernbausteine, iden-tifizieren Isotope und erläutern den Aufbau einer Nuklid-karte (UF1),

Ausschnitt aus Nuklidkarte Aufbauend auf Physik- und Chemieunterreicht der Mittelstufe

Zerfallsprozesse

(7 Ustd.)

identifizieren natürliche Zerfallsreihen sowie künstlich her-beigeführte Kernumwandlungsprozesse mithilfe der Nuk-lidkarte (UF2)

Elektronische Nuklidkarte Umgang mit einer Nuklidkarte

Siehe z. B. http://www.marcoschwarz-online.de/ein-stein-sagt/download-nukliddaten/

entwickeln Experimente zur Bestimmung der Halbwerts-zeit radioaktiver Substanzen (E4, E5), Isotopengenerator: Bariumzerfall Siehe http://www.physik-box.de/radon/radonseite.html

Ggf. Auswertung mit Tabellenkalkulation durch Schü-ler

nutzen Hilfsmittel, um bei radioaktiven Zerfällen den funk-tionalen Zusammenhang zwischen Zeit und Abnahme derStoffmenge sowie der Aktivität radioaktiver Substanzen zuermitteln (K3)

Tabellenkalkulation Linearisierung, Quotientenmethode, Halbwertszeitab-schätzung, logarithmische Auftragung;

Modellierung mittels GTR

leiten das Gesetz für den radioaktiven Zerfall einschließlicheines Terms für die Halbwertszeit her (E6), Analogie: Kondensatorentladung/Ausschaltvorgang

http://www.physik-box.de/radon/radonseite.html

http://www.marcoschwarz-online.de/einstein-sagt/download-nukliddaten/

http://www.marcoschwarz-online.de/einstein-sagt/download-nukliddaten/




Altersbestimmung

(4 Ustd.)

bestimmen mithilfe des Zerfallsgesetzes das Alter von Ma-terialien mit der C14-Methode (UF2) Tafel und Kreide,

Bsp.: Ötzi, prähistorische Fußspuren

Uran-Blei-Datierung,

ggf. Kalium-Argon-Methode

12 Ustd. Summe

Kontext: Energie radioaktiver StrahlungLeitfrage: Woher stammt die Energie radioaktiver Strahlung?Inhaltliche Schwerpunkte: Ionisierende Strahlung, Massendefekt, KernaufbauKompetenzschwerpunkte: Schülerinnen und Schüler können(B1) fachliche, wirtschaftlich-politische und ethische Kriterien bei Bewertungen von physikalischen oder technischen Sachverhalten unterscheiden und begründet gewichten,(UF4) Zusammenhänge zwischen unterschiedlichen natürlichen bzw. technischen Vorgängen auf der Grundlage eines vernetzten physikalischen Wissens erschließen und aufzeigen.




Massendefekt, Äquiva-lenz von Masse und Ener-gie, Bindungsenergie

(2 Ustd.)

Erklären die Strahlungsenergie mithilfe des Massendefektes(K4),

Video zum Massendefekt

Alpha-, Beta-Spektrosko-pie

(5 Ustd.)

werten die Versuche zur Energiebestimmung aus (E5), b-Spektroskop, Anschauungsmaterialzur Bestimmung der Energie von a-Teil-chen mit Szintillationszählern.

Postulat der Neutrinos aus der kontinuierlichen Energie-verteilung der b-Strahlung

Energie von Gammastrah-lung,

Termschema des Atom-kerns

(1 Ustd.)

erklären die Emission von Gammaquanten mithilfe eineseinfachen Kernmodells (E6),

Anlehnung an die a-Spektroskopie

8 Ustd. Summe

Kontext: Energiegewinnung durch nukleare Prozesse und deren RisikenLeitfrage: Wie funktioniert ein Kernkraftwerk?Inhaltliche Schwerpunkte: Kernspaltung und Kernfusion, Ionisierende StrahlungKompetenzschwerpunkte: Schülerinnen und Schüler können(B1) fachliche, wirtschaftlich-politische und ethische Kriterien bei Bewertungen von physikalischen oder technischen Sachverhalten unterscheiden und begründet gewichten,(UF4) Zusammenhänge zwischen unterschiedlichen natürlichen bzw. technischen Vorgängen auf der Grundlage eines vernetzten physikalischen Wissens erschließen und aufzeigen.




Kettenreaktion

(2 Ustd.)

erläutern die Entstehung einer Kettenreaktion als relevantesMerkmal für einen selbstablaufenden Prozess im Nuklear-bereich (E6),

beurteilen Nutzen und Risiken von Kernspaltung und Kern-fusion anhand verschiedener Kriterien (B1),

Mausefallenmodell, Video, Applet Mausefallenmodell ggf. per YouTube (z. B. http://www.youtube.com/watch?v=uniJX8FeCcU )

Kernspaltung, Kernfusi-on

(2 Ustd.)

beschreiben Kernspaltung und Kernfusion unter Berück-sichtigung von Bindungsenergien (quantitativ) und Kern-kräften (qualitativ) (UF4),

Diagramm B/A gegen A, Tabellenwerk, ggf. Applet

Z.B. http://www.leifiphysik.de

Dosimetrie

(2 Ustd.)

erläutern in allgemein verständlicher Form bedeutsameGrößen der Dosimetrie (Aktivität, Energie- und Äquiva-lentdosis) auch hinsichtlich der Vorschriften zum Strahlen-schutz (K3),

Auswertung von Berichten/Filmen überUnfälle im kerntechnischen Bereich

Risiken und Chancen der Kernenergie

(2 Ustd.)

hinterfragen Darstellungen in Medien hinsichtlich techni-scher und sicherheitsrelevanter Aspekte der Energiegewin-nung durch Spaltung und Fusion (B3, K4).

Recherche in Literatur und Internet

Schülerdiskussion, Pro-Kontra-Diskus-sion

Siehe http://www.sn.schule.de/~sud/methoden-kompendium/module/2/1.htm

8 Ustd. Summe

http://www.sn.schule.de/~sud/methodenkompendium/module/2/1.htm

http://www.sn.schule.de/~sud/methodenkompendium/module/2/1.htm

http://www.leifiphysik.de/

http://www.youtube.com/watch?v=uniJX8FeCcU

Kontext: Forschung am CERN und DESY – Elementarteilchen und ihre fundamentalen WechselwirkungenLeitfrage: Was sind die kleinsten Bausteine der Materie?Inhaltliche Schwerpunkte: Elementarteilchen und ihre WechselwirkungenKompetenzschwerpunkte: Schülerinnen und Schüler können(UF3) physikalische Sachverhalte und Erkenntnisse nach fachlichen Kriterien ordnen und strukturieren,(K2) zu physikalischen Fragestellungen relevante Informationen und Daten in verschiedenen Quellen, auch in ausgewählten wissenschaftlichen Publikationen, recherchieren, auswertenund vergleichend beurteilen,




Kernbausteine und Ele-mentarteilchen

(4 Ustd.)

systematisieren mithilfe des heutigen Standardmodells denAufbau der Kernbausteine und erklären mit ihm Phänome-ne der Kernphysik (UF3),

Existenz von Quarks (Video)

Internet (CERN / DESY)

Da in der Schule kaum Experimente zum Thema „Ele-mentarteilchenphysik“ vorhanden sind, sollen beson-ders Rechercheaufgaben und Präsentationen im Unter-richt genutzt werden.

Internet: http://project-physicsteaching.web.cern.ch/project-physicsteaching/german/

Schülerreferate

Kernkräfte

Austauschteilchen der fundamentalen Wechsel-wirkungen

(4 Ustd.)

vergleichen das Modell der Austauschteilchen im Bereichder Elementarteilchen mit dem Modell des Feldes (Vermitt-lung, Stärke und Reichweite der Wechselwirkungskräfte)(E6).

erklären an Beispielen Teilchenumwandlungen im Stan-dardmodell mithilfe der Heisenberg’schen Unschärferelati-on und der Energie-Masse-Äquivalenz (UF1).

Darstellung der Wechselwirkung mit Feynman-Graphen (anhand von Lite-ratur)

Besonderer Hinweis auf andere Sichtweise der „Kraft-übertragung“: Feldbegriff vs. Austauschteilchen

Die Bedeutung der Gleichung E=mc² (den SuS be-kannt aus Relativitätstheorie) in Verbindung mit der Heisenberg’schen Unschärferelation in der FormE t hD × D ³ (den SuS bekannt aus Elementen der

Quantenphysik) für die Möglichkeit des kurzzeitigen Entstehens von Austauschteilchen ist herauszustellen

http://project-physicsteaching.web.cern.ch/project-physicsteaching/german/






Aktuelle Forschung und offene Fragen der Ele-mentarteilchenphysik

(z.B. Higgs-Teilchen, Dunkle Materie, Dunkle Energie, Asymmetrie zwischen Materie und Antimaterie, …)

(3 Ustd.)

recherchieren in Fachzeitschriften, Zeitungsartikeln bzw.Veröffentlichungen von Forschungseinrichtungen zu ausge-wählten aktuellen Entwicklungen in der Elementarteilchen-physik (K2),

Literatur und Recherche im Internet

„CERN-Rap“: http://www.youtube.-com/watch?v=7VshToyoGl8

Hier muss fortlaufend berücksichtigt werden, welches der aktuelle Stand der Forschung in der Elementarteil-chenphysik ist (derzeit: Higgs-Teilchen, Dunkle Mate-rie, Dunkle Energie, Asymmetrie zwischen Materie und Antimaterie, …)

Der CERN-Rap gibt eine für Schülerinnen und Schü-ler motivierend dargestellte Übersicht über die aktuel-le Forschung im Bereich der Elementarteilchenphysik

11 Ustd. Summe

Hinweis: In diesem Bereich sind i. d. R. keine bzw. nur in Ausnahmefällen Realexperimente für Schulen möglich. Es sollte daher insbesondere die Mög-lichkeit genutzt werden, auf geeignete Internetmaterialien zurück zu greifen. Nachfolgend sind einige geeignet erscheinende Internetquellen aufgelistet. In-ternet-Materialien (Letzter Aufruf Jan 2012):

CERN-Film zum Standardmodell (sehr übersichtlich): http://project-physicsteaching.web.cern.ch/project-physicsteaching/german/kurzvideos/film6.wmv

3SAT-Film zum Standardmodell (elementar): http://www.youtube.com/watch?v=WfiDw-mpdso

Einführung in Teilchenphysik (DESY): http://teilchenphysik.desy.de/ http://kworkquark.desy.de/1/index.html

Übungen und Erklärungen zu Ereignisidentifikation (umfangreiche CERN-Internetseite zum Analysieren von (Original-) Eventdisplays) am Computer: http://kjende.web.cern.ch/kjende/de/wpath.htm

Ausgezeichnete Unterrichtsmaterialien des CERN zur Teilchenphysik: http://project-physicsteaching.web.cern.ch/project-physicsteaching/german/

Übungen zur Teilchenphysik in der Realität:


http://kjende.web.cern.ch/kjende/de/wpath.htm

http://kworkquark.desy.de/1/index.html

http://teilchenphysik.desy.de/

http://www.youtube.com/watch?v=WfiDw-mpdso

http://project-physicsteaching.web.cern.ch/project-physicsteaching/german/kurzvideos/film6.wmv

http://www.youtube.com/watch?v=7VshToyoGl8

http://www.youtube.com/watch?v=7VshToyoGl8

http://physicsmasterclasses.org/neu/ http://www.teilchenwelt.de/

Naturphänomene und Anregungen für den Physikunterricht: http://www.solstice.de

… und vieles mehr: http://www.teilchenwelt.de/material/materialien-zur-teilchenphysik/

http://www.teilchenwelt.de/material/materialien-zur-teilchenphysik/

http://www.solstice.de/

http://www.teilchenwelt.de/

http://physicsmasterclasses.org/neu/

2.2 Grundsätze der fachmethodischen und fachdidaktischen Arbeitim Physikunterricht der gymnasialen Oberstufe

In Absprache mit der Lehrerkonferenz sowie unter Berücksichtigung des Schulpro-gramms hat die Fachkonferenz Physik die folgenden fachmethodischen und fachdidakti-schen Grundsätze beschlossen.

Es werden zunächst (in kursiver Schrift) die fächerverbindenden Aspekte benannt, die an-schließend fachspezifisch konkretisiert werden und auch Gegenstand der Qualitätsanalysesind.

1.) Geeignete Problemstellungen zeichnen die Ziele des Unterrichts vor und bestimmendie Struktur der Lernprozesse:

Für den Physikunterricht bedeutet das eine kontextorientierte Anlage sowohl dergesamten Unterrichtsreihen wie auch, wenn möglich und sinnvoll, der Unterrichts-einheiten. Dazu gehört, dass möglichst aufgrund lebensweltnaher, technisch-gesell-schaftlicher oder forschungspraktischer Ausgangssituationen die – physikalischen– Problemfragen von den Schülerinnen und Schülern formuliert werden, diesenFragen anschließend auf experimentellem bzw. deduktiven Wege nachgegangenwird, die Ergebnisse hinsichtlich der Erkenntnisgewinnung und Bedeutung reflek-tiert sowie der Lernprozess bewusst gemacht wird.

2.) Medien und Arbeitsmittel sind schülernah gewählt:

Die Schülerinnen und Schüler müssen ein Mindestmaß an Formeln auswendig ken-nen. Die Verwendung der fächerübergreifend in der gymnasialen Oberstufe einge-führten Formelsammlung dient der Vorbereitung auf die Zentralabiturklausur.

Der an der Schule eingeführte grafikfähige Taschenrechner soll im Unterricht undin den Klausuren der Oberstufe verwendet werden.

Für den Physikunterricht ist die Nutzung des Computers selbstverständlich: DerComputer wird sowohl bei Messwerterfassung bei Realexperimenten (System„Cobra“ ist bestellt) als auch als Werkzeug zur Modellbildung und zur Simulation(Dynasys, Vensim, et al.), zur Durchführung interaktiver Bildschirmexperimenteoder ferngesteuerter Realexperimente (z. B. RCL der Uni Kaiserslautern), zur Si-mulation in der Sammlung nicht vorhandener Realexperimente sowie zur Recher-che und als Literaturquelle im Internet (insb. leifiphysik.de) genutzt. Der Computersoll auch bei der häuslichen Arbeit der Schülerinnen und Schüler Einsatz finden.

Der Physikunterricht bietet gute Gelegenheit, den Einsatz weiterer Medien, wie bei-spielsweise die Nutzung von Handys (Smartphones) über deren eingebaute Senso-ren bzw. mit Hilfe entsprechender Apps zu erproben. Smartphones sollen derzeit inwenigstens zwei der folgenden Gebiete eingesetzt werden: „Aufnahme von Videoszur Videoanalyse“, „Beschleunigungsmessungen im Mechanikunterricht der EF“,„Nutzen des GPS-Empfängers für Zeit-Positionsmessungen“, „Messungen mit demMikrofon“, „Messung radioaktiver Strahlung“. Untersuchungsaufträge für die je-

72

weils unterrichtende Lehrkraft und die gewonnenen Erfahrungen werden auf denFachkonferenzen abgesprochen bzw. ausgetauscht.

Zwecks Materialaustausch und -weiterleitung zwischen den Schülerinnen undSchülern bzw. an diese wird in den Kursen der Oberstufe ein (geschlossener) virtu-eller Arbeitsraum bzw. eine Lernplattform im Internet verwendet.

3.) Der Unterricht fördert eine aktive Teilnahme der Schülerinnen und Schüler. Sie er-halten Gelegenheit zu selbstständiger und kooperativer Arbeit und werden dabeiunterstützt:

Im Physikunterricht sollen immer wieder sowohl Phasen der Einzelarbeit und ko-operative Lernformen (letztere nicht nur bei Schülerexperimenten) realisiert wer-den, um sowohl die individuelle selbstständige Arbeit der Lernenden als auch derenfachlich-kommunikativen Kompetenzen zu stärken. Wenn die Größe der Lerngrup-pe es erlaubt, kann bei intensiven fachlichen Diskussionen und Analysen auch eineproblemorientierte Plenumsphase sinnvoll sein. Es ist darauf zu achten, für das Er-reichen des jeweiligen Unterrichtsziels eine geeignet erscheinende Unterrichtsme-thode zu wählen, wobei jede Einseitigkeit in der Wahl der Aktions- und Sozialfor-men vermieden werden sollte.

4.) Der Unterricht fördert die Zusammenarbeit zwischen den Schülerinnen und Schü-lern, bietet ihnen Möglichkeiten zu eigenen Lösungen und berücksichtigt die indivi-duellen Lernwege der Lernenden:

Für den Physikunterricht bedeutet das die besondere Wertschätzung verschiedener,individueller Lösungsideen, um letztlich fachlich richtige Lösungsalternativen zugewinnen und diese entsprechend zu würdigen. Dazu gehört auch, eventuell auftre-tende Fehler in der Gemeinschaft aller zu klären und sich der Fehlerursachen be-wusst zu werden, um aus den Fehlern zu lernen. Maßnahmen der Binnendifferen-zierung unterstützen individuelle Lernwege.

Im Zuge der Korrektur und Rückgabe von Klausuren in der Oberstufe sollen be-deutsame oder mehrfach aufgetretene Fehler und deren Ursachen analysiert wer-den. Die Schülerinnen und Schüler sollen individuell für sich eine Fehlerliste erstel-len, in der sie ihre typischen Fehler mit Beispielen notieren. Dabei können sie vonihrer Lehrperson beraten werden. Über die (o. g.) Lernplattform wird den Schüle-rinnen und Schülern eine Liste mit den von der Lehrkraft zusammengefassten (an-onymisierten) Fehlertypen zur Verfügung gestellt. Diese Liste sollte jahrgangsunab-hängig laufend aktualisiert werden, wenn weitere typische Fehler erkannt werden.Den Schülerinnen und Schülern dient diese als Hilfe zur Entwicklung, den Lehren-den als zusätzliche Unterstützung bei der Diagnose von Schülerkompetenzen.

73

2.3 Grundsätze der Leistungsbewertung und Leistungsrückmeldung

Auf der Grundlage von § 48 SchulG, § 13 APO-GOSt sowie Kapitel 3 des Kern-lehrplans Physik hat die Fachkonferenz im Einklang mit dem entsprechendenschulbezogenen Konzept die nachfolgenden Grundsätze zur Leistungsbewertungund Leistungsrückmeldung beschlossen. Die nachfolgenden Absprachen stellendie Minimalanforderungen an das lerngruppenübergreifende gemeinsame Handelnder Fachgruppenmitglieder dar. Bezogen auf die einzelne Lerngruppe kommen er-gänzend weitere der in den Folgeabschnitten genannten Instrumente der Leis-tungsüberprüfung zum Einsatz.

AnforderungsbereicheDie Leistungsbewertung in der Sekundarstufe II bezieht sich auf die im Kernlehr-plan benannten vier Kompetenzbereiche und unterscheidet dabei in Anlehnung andie EPA Physik jeweils die drei verschiedenen Anforderungsbereiche.

Anforderungs-bereich I

Reproduktion und die Anwendung einfacher Sachverhalte undFachmethoden

Anforderungs-bereich II

Reorganisation und das Übertragen komplexerer Sachverhalteund Fachmethoden

Anforderungs-bereich III

problembezogenes Anwenden und Übertragen komplexer Sach-verhalte und Fachmethoden

Die folgende Übersicht zeigt Beispiele, wie Schülerleistungen den Anforderungs-bereichen zugeordnet werden können:

Umgang mit Fachwissen Wiedergeben von einfachen Daten und Fakten (I)

Fachgerechtes Wiedergeben und Anwenden von komplexeren Zusammen-hängen (II)

Problembezogenes Verknüpfen von Daten und Fakten mit neuen Fragestel-lungen (III)

Wiedergeben von einfachen Gesetzen und Formeln sowie deren Erläute-rung (I)

Verknüpfen von Formeln und Gesetzen eines abgegrenzten Gebietes (II)

Problembezogenes Einordnen und Nutzen von Wissen in verschiedeneninner- und außerphysikalischen Wissensbereichen (III)

74

Erkenntnisgewinnung Aufbau und Beschreibung eines einfachen Experiments nach vorgelegtem

Plan (I)

Selbstständiger Aufbau und Durchführung eines Experiments (II)

Planung, Aufbau und Durchführung eines Experiment zu einer vorgegebe-nen Fragestellung (III)

Auswertung von Ergebnissen nach bekannten, einfachen Verfahren (I)

Modellbildung und mathematische Beschreibung physikalischer Phänome-ne (II)

Entwickeln und beschreiben alternativer Modelle, Modellelemente undLösungswege, auch in neuen Kontexten (III)

Kommunikation Entnehmen von Informationen aus einfachen Fachtexten (I)

Strukturieren von Informationen und adressatengerechte Aufarbeitung (II)

Eigenständiges Recherchieren, Strukturieren, Beurteilen und Aufarbeitenvon Informationen mit Bezug auf neue Fragestellungen oder Zielsetzungen(III)

Darstellen von Sachverhalten in verschiedenen Darstellungsformen als Ta-bellen, Graphen, Skizzen, Texte, Bilder, Diagramme, Mind-Maps, Con-cept-Maps, Formeln und Gesetze (I)

Strukturiertes schriftliches oder mündliches Präsentieren komplexer Sach-verhalte (II)

Analysieren und Einsetzen komplexer Texte und Darstellungen nach eige-ner Auswahl (III)

Bewertung Darstellen von Konflikten und ihren Lösungen in wissenschaftlich-histori-

schen Kontexten (I)

Übertragung bekannter Problemlösungen auf Konflikte mit physikalisch-technischem Hintergrund (II)

Angabe möglicher Problemlösungen bei Konflikten mit physikalisch-tech-nischem Hintergrund (III)

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Darstellen von Positionen und Argumenten bei Bewertungen in physika-lisch-technischen Zusammenhängen (I)

Kriteriengeleitetes Abwägen vorliegender Argumente bei Bewertungen inphysikalisch-technischen Zusammenhängen und Beziehen eines begründe-ten Standpunkts (II)

Bewertung komplexer physikalisch-technischer Zusammenhänge aus ver-schiedenen Perspektiven und auf der Basis von Sachargumenten (III)

ÜberprüfungsformenIm Lehrplan werden Überprüfungsformen angegeben, die Möglichkeiten bieten,Leistungen nach den oben genannten Kriterien im Bereich der „sonstigen Mitar-beit“ oder den Klausuren zu überprüfen. Um abzusichern, dass am Ende der Qua-lifikationsphase von den Schülerinnen und Schülern alle gefordertenKompetenzen erreicht werden, sind alle Überprüfungsformen notwendig. Beson-deres Gewicht wird im Grundkurs auf experimentelle Aufgaben und Aufgaben zurDatenanalyse gelegt.

Lern- und Leistungssituationen

In Lernsituationen ist das Ziel der Kompetenzerwerb. Fehler und Umwege die-nen den Schülerinnen und Schülern als Erkenntnismittel, den Lehrkräften gebensie Hinweise für die weitere Unterrichtsplanung. Das Erkennen von Fehlern undder konstruktiv-produktive Umgang mit ihnen sind ein wesentlicher Teil des Lern-prozesses. Lernsituationen sollen, insbesondere was das Auftreten von Fehlern an-betrifft, – auch für die Lernenden erkennbar – weitgehend beurteilungsfrei blei-ben.

Bei Leistungs- und Überprüfungssituationen steht der Nachweis der Verfügbar-keit der erwarteten bzw. erworbenen Kompetenzen im Vordergrund.

Lern- und Leistungssituationen sind nicht immer klar voneinander trennbar: Sokönnen insbesondere in vorrangig als Lernsituationen zu bezeichnenden Unter-richtsphasen weiterführende Beiträge der Lernenden, die auf früheremKompetenzerwerb basieren, durchaus entsprechend beurteilt werden.

Sonstige Mitarbeit

Folgende Aspekte können bei der Leistungsbewertung der sonstigen Mitarbeiteine Rolle spielen (die Liste ist nicht abschließend):

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Sicherheit, Eigenständigkeit und Kreativität beim Anwenden fachspezifi-scher Methoden und Arbeitsweisen

Verständlichkeit und Präzision beim zusammenfassenden Darstellen undErläutern von Lösungen einer Einzel-, Partner-, Gruppenarbeit oder eineranderen Sozialform sowie konstruktive Mitarbeit bei dieser Arbeit

Klarheit und Richtigkeit beim Veranschaulichen, Zusammenfassen undBeschreiben physikalischer Sachverhalte

sichere Verfügbarkeit physikalischen Grundwissens (z. B. physikalischeGrößen, deren Einheiten, Formeln, fachmethodische Verfahren)

situationsgerechtes Anwenden geübter Fertigkeiten

angemessenes Verwenden der physikalischen Fachsprache

konstruktives Umgehen mit Fehlern

fachlich sinnvoller, sicherheitsbewusster und zielgerichteter Umgang mitExperimentalmedien

fachlich sinnvoller und zielgerichteter Umgang mit Modellen, Hilfsmittelnund Simulationen

zielgerichtetes Beschaffen von Informationen

Erstellen von nutzbaren Unterrichtsdokumentationen, ggf. Portfolio

Klarheit, Strukturiertheit, Fokussierung, Zielbezogenheit und Adressaten-gerechtigkeit von Präsentationen, auch mediengestützt

sachgerechte Kommunikationsfähigkeit in Unterrichtsgesprächen undKleingruppenarbeiten

Einbringen kreativer Ideen

fachliche Richtigkeit bei kurzen, auf die Inhalte weniger vorangegangenerStunden beschränkten schriftlichen Überprüfungen

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Folgende Formulierungen können zur Leistungsbewertung im Rahmen der Sonsti-gen Mitarbeit herangezogen werden:

sehr gut sehr kontinuierliche, ausgezeichnete Mitarbeit, sehr umfangreiche, produktive

und kreative Beiträge, kommunikationsfördernd, souveräner Gebrauch der Fach-

sprache und souveräne Anwendung der physikalischen Kenntnisse und Fähigkei-

tengut kontinuierliche, gute Mitarbeit, gute und produktive Beiträge, kommunikations-

fördernd, sicherer Gebrauch der Fachsprache und sichere Anwendung der

physikalischen Grundkenntnissebefriedigend durchschnittliche Mitarbeit, kommunikativ, fachlich korrekte Beiträge, meistens

sicherer Gebrauch der Fachsprache und sichere Anwendung der physikalischen

Grundkenntnisseausreichend selten eigenständige Beteiligung, fachliche Ungenauigkeiten, auch unstrukturier-

te oder unproduktive Beiträge, kann sich grundlegend in der Fachsprache ver-

ständlich machen und physikalische Grundkenntnisse in der Regel anwendenmangelhaft nur sporadische Mitarbeit trotz Aufforderung und Hilfsangeboten, , schwerwie-

gende und anhaltende fachliche Defizite, meistens fehlerhafte oder lückenhafte

Anwendung der Fachsprache und der physikalischen Grundkenntnisseungenügend keine Beteiligung trotz Aufforderung und Hilfsangeboten, fehlende fachliche

Kenntnisse auch in elementaren Grundlagen, kann die Fachsprache nicht anwen-

den und sich mit ihr verständlich machen, es ist erkennbar, dass die Defizite nicht

in absehbarer Zeit behoben werden können

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Klausuren

Dauer und Anzahl richten sich nach den Angaben der APO-GOSt. In der Einfüh-rungsphase soll (in Anzahl und Dauer) das jeweilige dort benannte Minimum ge-wählt werden.

Die Notenfestsetzung erfolgt nach folgendem Schlüssel:

Leistungsbeurteilung Erreichte Hilfspunktzahl in %

sehr gut ≥85 bis 100

gut ≥70 bis 85

befriedigend ≥55 bis 70

ausreichend ≥40 bis 55

mangelhaft ≥20 bis 40

ungenügend <20

In der Qualifikationsphase werden die Notenpunkte durch äquidistante Untertei-lung der Notenbereiche (mit Ausnahme des Bereichs ungenügend) erreicht.

Die Leistungsbewertung in den Klausuren sollte mit der Perspektive schriftlicheAbiturprüfung mit Hilfe eines Kriterienrasters zu den Teilleistungen durchgeführtwerden. Dieses Kriterienraster soll auch für Schülerinnen und Schüler transparentsein.

Mündliche Abiturprüfungen

Auch für das mündliche Abitur (im 4. Fach oder bei Abweichungs- bzw. Beste-hensprüfungen im 1. bis 3. Fach) soll ein Kriterienraster für den ersten und zwei-ten Prüfungsteil vorgelegt werden, aus dem auch deutlich wird, wann eine guteoder ausreichende Leistung erreicht wird.

79

2.4 Lehr- und Lernmittel

Für den Physikunterricht in der Sekundarstufe II findet derzeit das Lehrwerk„Metzler Physik“ in den Ausgaben für die Einführungsphase sowie für Grundkursund Leistungskurs der Qualifikationsphase Verwendung.

Die Schülerinnen und Schüler arbeiten die im Unterricht behandelten Inhalte inhäuslicher Arbeit nach

a) mithilfe ihrer eigenen Mitschrift, zu deren vollständiger Führung sie angehaltenwerden; dies wird im Bedarfsfall von der Lehrkraft kontrolliert;

b) mithilfe geeigneter Informationen aus dem Internet (wie beispielsweise leifi-physik.de et al. – die Link-Liste „guter“ Adressen ist von den jeweiligen Lehrkräf-ten der Kurse zu aktualisieren bzw. fortzuschreiben und wird auf der ersten Fach-konferenz im Schuljahr der Fachgruppe zur Verfügung gestellt),

c) mithilfe eines von der jeweiligen Fachlehrkraft für ihren konkreten Unterrichtaktualisierten Skripts, das auf einer in den Vorjahren erstellten ausführlichen Un-terrichtsmitschrift basiert (getrennt nach GK und LK). Hier ist in den kommendenJahren wegen der Veränderung in der Konzeption des Grundkurses das vorhande-ne Skript deutlich zu überarbeiten.

Im Unterricht wird der in der Schule eingeführte grafikfähige Taschenrechner mitdem zu ihm passenden Messwerterfassungssystem an geeigneter Stelle eingesetzt.

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3 Entscheidungen zu fach- und unterrichtsübergreifendenFragen

Nachfolgend werden die an unserer Schule angebotenen Projektkurse mit Physikals Referenzfach beschrieben:

Projektkurs „Astronomie“ in der Q1.

Vorbereitung auf die Erstellung der Facharbeit

Die Vorbereitung erfolgt durch die Fachschaft Deutsch. Die Besonderheiten einerFacharbeit Physik (insbes. die Zitierweise) werden den Schülern, die eine Fachar-beit im Fach Physik verfassen, individuell durch die Lehrkraft erläutert.

Exkursionen

Bis auf das Abiturhalbjahr sollen in Absprache mit den übrigen Naturwissenschaf-ten und der Mathematik Exkursionen durchgeführt werden. Aus Sicht der Physiksind folgende Ziele denkbar:

EF 1: Besuch eines Science Centers

EF 2: Besuch eines Planetariums

Q1.1: Besuch eines Industrieunternehmens

Q1.2: Besuch eines Schülerlabors

Q2.1: Besuch eines KKWs

4 Qualitätssicherung und Evaluation

Evaluation des schulinternen Curriculums

FachgruppenarbeitDie folgende Checkliste dient dazu, den Ist-Zustand bzw. auch Handlungsbedarfin der fachlichen Arbeit festzustellen und zu dokumentieren, Beschlüsse der Fach-konferenz zur Fachgruppenarbeit in übersichtlicher Form festzuhalten sowie dieDurchführung der Beschlüsse zu kontrollieren und zu reflektieren. Die Liste wirdregelmäßig überarbeitet und angepasst. Sie dient auch dazu, Handlungsschwer-punkte für die Fachgruppe zu identifizieren und abzusprechen.

Bedingungen und Planungen derFachgruppenarbeit

Ist-ZustandAuffälligkeiten

Änderungen/Konsequenzen/Perspektivplanung

Wer(Verantwortlich)

Bis wann(Zeitrahmen)

FunktionenFachvorsitzStellvertretungSammlungsleitungStrahlenschutzbeauftragungen Fristen beachten!Sonstige Funktionen (im Rahmen der schulprogrammatischen fächerübergreifendenSchwerpunkte)

Ressourcenpersonell Fachlehrkräfte

fachfremdLerngruppenLerngruppengröße…

räumlich FachräumeBibliothekComputerraumRaum für FachteamarbeitSammlungsraum

materiell/sachlich

LehrwerkeFachzeitschriftenAusstattung mit Demons-

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trationsexperimentenAusstattung mit Schüler-experimenten

zeitlich Abstände FachteamarbeitDauer Fachteamarbeit

Unterrichtsvorhaben

Leistungsbewertung/EinzelinstrumenteKlausurenFacharbeitenKurswahlenGrundkurseLeistungskurseProjektkurseLeistungsbewertung/Grundsätzesonstige Mitarbeit

Arbeitsschwerpunkt(e) SEfachintern

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- kurzfristig (Halbjahr)- mittelfristig (Schuljahr)- langfristig fachübergreifend- kurzfristig- mittelfristig- langfristig…FortbildungFachspezifischer Bedarf- kurzfristig- mittelfristig- langfristigFachübergreifender Bedarf- kurzfristig- mittelfristig- langfristig…

85

1

Einstein-Gymnasium Rheda-WiedenbrückFachschaft PhysikCurriculum für die Sek. I

Klasse 6

Inhaltsfelder Fachliche Kontexte

Kompetenzen Experimente/Methoden

Fachüber-greifendes

Lernen

Sprach-förderung

Diagnostik Leistungs-bewertung

Elektrizität Elektrizität messen, verstehen, anwenden

Anmerkung: Es ist zumeist nicht sinnvoll, Experimente von vornherein als Demo- oder Schülerversuch festzuschreiben.

Stromkreise

Leiter u. Isolator

einfache Schaltungen,Fahrradbeleuch-tung

Nennspan-nungen

Wirkungen des el. Stroms

sicherer Umgang mit Elektrizität,Sicherungen

Magnete, Magnetfelder

Experimen-tieren mit einfachen Stromkreisen

Elektrizität im Alltag

Fahrradbe-leuchtungen

Gefahren des el. Stroms

an Beispielen aus dem Alltag verschie-dene Wirkungen des el. Stroms aufzeigen u. untersuchen

Beispiele für ge-schlossene Strom-kreise erklären

einfache el. Schal-tungen planen u. aufbauen

Maßnahmen für den sicheren Umgang mit el. Strom be-schreiben

Magnetismus: anziehende/absto-ßende Wirkung be-schreiben

Regeln zur Gruppen-arbeit im Rahmen erster Schülerexperimente,Umgang mit Experimen-tiermaterial;wird im Folgenden ggf. wiederholt.

Experimente zur Leit-fähigkeit

Simulationen, z. B. mit Leifi Physik

Versuch zur Schmelz-drahtsicherung

Versuche mit Magneten und Kompassnadeln

Experiment zur Klingel

Protokollführung

Präsentation von Experi-menten und deren Aus-wertungen

Biologiez. B. Photosynthese in Jgst. 6.1

Chemiez. B. chem. Wirkung des el. Stroms, Vorgriff auf Jgst. 7

Erdkunde magnetische und geografische Pole, Vorgriff auf Jgst. 7

Formulierungs-techniken

erste Einblicke in Fachsprache

mündliches und schriftliches Beschreiben von Experimenten

Formulieren von Beobachtungen und Erklärungen

Argumentieren

Erstellung eines Portfolios

mündliche Mitarbeit, z. B. Hypothesen-bildung zu Experi-menten,Bewertung experi-menteller Ergebnisse(qualitative Analysen)

Vortragen von Haus-aufgaben

Schülerexperimente und einfache Präsentationen als Unterrichtsbeiträge

nach pädagogischen Erwägungen:ggf. schriftliche Überprüfungen,ggf. Prüfungsgespräche

mündliche Mitarbeit im Unterricht:nicht punktuell, sondern über längere Zeiträume bewertet;beachtet wird insb. Regelmäßigkeit, sachliche Richtigkeit, sprachlicher Ausdruck und auch Kreativität

schriftliche Mitarbeit im Unterricht:Sie bietet auch stil-leren Schülern eine Alternative, Beiträge zu liefern;

experimentelle Mitarbeitim Unterricht: Schülerexperimente und Schülerdemon-strationsexperimente:praktische Fertig-keiten, Sorgfalt, Teamfähigkeit

2

Forts. Klasse 6




Lernen

Sprach-förderung


Temperatur und Energie

Sonne,Temperatur, Jahreszeiten

Thermometer, Temperatur-messung

Volumen-, Längen-änderung bei Temperatur-änderung,Aggregat-zustände (Teilchen-modell)

Energieüber-gänge

Einführung des Energiebegriffs

was sich mit der Temperatur alles ändert

Leben bei verschiedenen Temperaturen

die Sonne als wichtigste Energiequelle

an Beispielen beschreiben, dass sich bei Stoffen die Aggregatzustände durch Aufnahme bzw. Abgabe von Wärme verändern

Aggregatzustände, Aggregat-zustandsübergänge auf der Ebene einer einfachen Teil-chenvorstellung beschreiben

an Vorgängen aus ihrem Er-fahrungsbereich Speiche-rung, Transport u. Umwand-lung von Energie aufzeigen

den Sonnenstand als eine Bestimmungsgröße für die Temperatur auf der Erdober-fläche erkennen

Schülerversuch zum subjektiven Tempera-turempfinden

Kalibrieren einesThermometers

Demo-Versuch zur Wärmeausdehnung

Versuche zur Wärme-übertragung (Wärmetransport, Wärmeleitung,Wärmestrahlung)

Protokollführung

Präsentation von Experimenten und deren Auswertungen

Biologie ohne Sonne kein Leben, in Jgst. 6.1

Chemie erstes Atommodell, Vorgriff auf Jgst. 7


weitere Einblicke in Fachsprache

mündliches und schriftliches Be-schreiben von Experimenten


Argumentieren









3

Forts. Klasse 6




Lernen

Sprach-förderung


Licht und Schall

Sehen und Hören

Licht u. Sehen

Lichtquellen u. -empfänger

geradlinige Aus-breitung des Lichts

Spiegel, Reflexions-gesetz

Schatten, Tag u. Nacht, Jahreszeiten (Sonnenstand)

Mondphasen, Finsternisse

Schallquellen u. -empfänger

Schallausbrei-tung

Tonhöhe, Lautstärke

Erde u. Mond auf der Bahn um die Sonne

ein Blick in den Spiegel

Physik und Musik

Bildentstehung und Schattenbildung sowie Reflexion mit der geradlinigen Ausbreitung des Lichts erklären

Schallquellen nennen können

Schallentstehung und -ausbreitung erklären können

Sichtbarmachendes Lichtwegs

Lochkamera

Schülerversuchemit Spiegeln

Schülerversuch zum Reflexionsgesetz

Computer-simulation zu Mondphasen undFinsternissen

Protokollführung

Präsentation von Experimenten und deren Auswertungen

Biologiez. B. Auge des Nautilus, Hörvermögen von Mensch und Fleder-maus: Sinnesorgane in Jgst. 6.2

Erdkundez. B. Jahreszeiten in verschiedenen geografischen Breiten, Vorgriff auf Jgst. 7

MusikTöne, Schall: Basiskenntnisse in Jgst. 5/6

MathematikGrundbegriffe der Geometrie: Winkel, Geraden, Strahlen



mündliches und schriftliches Beschreiben von Experimenten


Argumentieren


mündliche Mitarbeit, z. B. Hypothesenbildung zu Experimenten,Bewertung experi-menteller Ergebnisse(qualitative Analysen)






experimentelle Mitarbeitim Unterricht: Schülerexperimente und Schülerdemon-strationsexperimente: praktische Fertig-keiten, Sorgfalt, Teamfähigkeit

4

Klasse 8




Lernen

Sprach-förderung


Optik Das menschliche Auge

Reflexion und Spiegelbild, Brechung, Totalreflexion, Lichtleiter

Aufbau und Bildentstehung beim Auge

Lupe, Mikroskop

Zusammen-setzung des sog. weißen Lichts

Von der Linse zum Auge

Lichtleiter in Medizin und Technik

Die Welt der Farben

Sehhilfen

die Funktion von Linsen für die Bilderzeugung und den Aufbau einfacher optischer Systeme beschreiben

Lage von Gegenstand und Bild angeben

Absorption und Brechung von Licht beschreiben

Infrarot-, Licht- und Ultraviolettstrahlung unterscheiden und mit Beispielen ihre Wirkung beschreiben

„Kerzenversuch“ zur Lage des Spiegelbildes

Schülerexperimente zurBrechung/Totalreflexion

(Schüler-)Experiment zum Lichtspektrum

additive Lichtmischung(RGB/Farbmonitor)

Wirkung von UV und IR(Recherche)

Schülerexperimente mit Linsen:Brennpunkt, vereinfachteBildkonstruktion

Lupe, Mikroskop

optische Täuschungen

Simulationen mit LEIFI-Physik

BiologieAufbau des Linsenauges im Vgl. zu anderen Augen im Tierreich;Sezieren von Tieraugen durch die Lehrkraft

Chemie/BiologieLicht und Fotosynthese;gesundheitliche Auswirkungen von UV-, IR- Bestrahlung

InformatikRGB-Modell additiver Farbmischung

MathematikWinkel, Konstruktionen,Maßstäbe

GeschichteNewtons Experimente mit seiner Netzhaut





Argumentieren

Sprachliche Richtigkeit in schriftlichen Überprüfungen




Schülerexperimente und Präsentationen als Unterrichts-beiträge



schriftliche Mitarbeit im Unterricht:Sie bietet auch stil-leren Schülern eine Alternative, Beiträge zu liefern.


5

Forts. Klasse 8




Lernen

Sprach-förderung


Elektrizität Elektrizität messen, verstehen, anwenden

Stromstärke und Ladung, Eigenschaften von Ladung,elektrische Quelle und elektrischer Verbraucher

Messung von Spannung und Stromstärke

elektrischer Widerstand, Ohm'sches Gesetz

Spannung und Stromstärke bei Reihen- und Parallel-schaltung

Gewitter: Elektrizität in der Atmosphäre

Elektrische Geräte im Haushalt/Elektro-installation

Sicherheit im Haus

die elektrischen Eigenschaften von Stoffen (Ladung und Leitfähigkeit) mit Hilfe eines einfachen Kern-Hülle-Modells erklären

die Stärke des elektrischen Stroms zu seinen Wirkungen in Beziehung setzen und dieFunktionsweise einfacher elektrischer Gerätedarauf zurückführen

die Beziehung von Spannung, Stromstärkeund Widerstand in elektrischen Schaltungenbeschreiben und anwenden

den Aufbau eines Elektromotors beschreiben und seine Funktion mit Hilfe der magnetischen Wirkung des elektrischen Stroms erklären

(Schüler-)Experimente zur Elektrostatik

Umgang mit Messgeräten, Messen von Stromstärke und Spannung in Reihen-/Parallel-schaltung

Schüler-experimente zum Magnetfeld elektrischerLeiter

Simulation mit LEIFI-Physik

ChemieAtommodell: Kern-Hülle-Modell

Biologiekörperliche Gefahren des el. Stroms

MathematikAlgebra, Umgang mit Einheiten





Argumentieren





Schülerexperimente und Präsentationen als Unterrichtsbeiträge



schriftliche Mitarbeit im Unterricht:Sie bietet auch stil-leren Schülern eine Alternative, Beiträge zu liefern.

experimentelle Mitarbeitim Unterricht: Schülerexperimente und Schülerdemon-strationsexperimente: praktische Fertig-keiten, Sorgfalt, Teamfähigkeit

6

Forts. Klasse 8




Lernen

Sprach-förderung


Mechanik Werkzeuge und Maschinen

Geschwindig-keit und Kraft als vektorielle Größen

Zusammen-wirken von Kräften

Gewichtskraftund Masse

Hebel und Flaschenzug

mechanische Arbeit, Energie

Maschinen erleichtern die Arbeit (1): einfachemechanische Maschinen

Bewegungsänderungen oder Verformungenvon Körpern auf das Wirken von Kräften zurückführen

die Beziehung und den Unterschied zwischenMasse und Gewichtskraft beschreibendie Wirkungsweisen u. die Gesetzmäßigkeitenvon Kraftwandlern an Beispielen beschreiben

Schülerversuche zur Trägheit

Experimente zu Hebeln und Flaschenzügen im Alltag

BiologieHebelverhältnisse am menschl. Arm

Geschichtehistorische Maschinen, z. B. einfache Ziehbrunnen






Argumentieren





Schülerexperimente und Präsentationen als Unterrichtsbeiträge


mündliche Mitarbeit:nicht punktuell, sondern über längere Zeiträume bewertet;beachtet wird insb. Regelmäßigkeit, sachliche Richtigkeit, sprachlicher Ausdruck und auch Kreativität

schriftliche Mitarbeit:Sie bietet auch stil-leren Schülern eine Alternative, Beiträge zu liefern.

experimentelle Mitarbeit: Schülerexperimente und Schülerdemon-strationsexperimente: praktische Fertig-keiten, Sorgfalt, Teamfähigkeit

7

Klasse 9




Lernen

Sprach-förderung


Mechanik(mechanische) Energieerhaltung,Leistung,Druck, Auftrieb in Flüssigkeiten

Tauchen in Natur u. Technik,Anwendungen der Hydraulik (hier:Druckbegriff)

Druck als physikalische Größe quantitativbeschreiben und in Beispielen anwenden,Schweredruck und Auftrieb formal beschreibenund in Beispielen anwenden

Schülerversuche mit Tauchkörpern, Schülerversuche zu Hebel und Flaschenzug,Messung der persönlichen Leistung,Leifi-Simulation zu einfachen Maschinen

BiologieSchwimmblase,Blutdruck

GeschichteTorricelli,hist. Blutdruck-bestimmung






Argumentieren



mündliche Mitarbeit, z. B. Hypothesen-bildung zu Experimenten,Bewertung experimenteller Ergebnisse(qualitative Analysen)

Vortragen von Hausaufgaben

Schülerexperi-mente und Präsentationen als Unterrichtsbei-träge

nach pädagogischen Erwägungen:ggf. schriftliche Überprüfungen,ggf. Prüfungsge-spräche


schriftliche Mitarbeit:Sie bietet auch stilleren Schülern eine Alternative, Beiträge zu liefern.

experimentelle Mitarbeit: Schülerexperi-mente und Schülerdemon-strationsexperi-mente: praktische Fertigkeiten, Sorgfalt, Teamfähigkeit

8

Forts. Klasse 9




Lernen

Sprach-förderung


Erzeugung/Umwandlung elektrischer Energie

Nutzung elektrischer Energie

elektrische Energie und LeistungInduktion, Generator, Transformator, Elektromotor,Energieumwand-lungsprozesse, Energieerhaltung

Maschinen erleichtern die Arbeit (2): elektrische Maschinen

den quantitativen Zusammenhang von Spannung, Ladung und gespeicherter bzw.umgesetzter Energie zur Beschreibungenergetischer Vorgänge in Stromkreisennutzen,den Aufbau von Generator und Transformatorbeschreiben und ihre Funktionsweisenmit der elektroma-gnetischen Induktion erklären

Messungen mit „Energiezähler“ für die SteckdoseVersuche zur InduktionMotor-Generator-ModellAufstellen von Energieketten


ErdkundeEnergietrassen





Argumentieren





Schülerexperi-mente und Präsentationen als Unterrichts-beiträge

nach pädagogischen Erwägungen:ggf. schriftliche Überprüfungen,ggf. Prüfungs-gespräche



experimentelle Mitarbeit: Schülerexperi-mente und Schülerdemon-strationsexperi-mente: praktische Fertigkeiten, Sorgfalt, Teamfähigkeit

9

Forts. Klasse 9




Lernen

Sprach-förderung


Energie, Leistung, Wirkungsgrad

effiziente Energie-nutzung: eine wichtige Aufgabe der Physik

Energie und Leistung in Mechanik, Elektrik und Wärmelehre

Maschinen erleichtern die Arbeit (3): Kraftwerke

die Funktion einer Wärmekraft-maschine erklären

Kraftwerksmodell MathematikAlgebra, Umgang mit Einheiten

Geschichtehistorische Wärmekraft-maschinen





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Schülerex-perimente und Präsentationen als Unterrichts-beiträge

nach pädagogischen Erwägungen:ggf. schriftliche Überprüfungen,ggf. Prüfungs-gespräche



experimentelle Mitarbeit: Schülerex-perimente und Schülerdemon-strationsex-perimente: praktische Fertig-keiten, Sorgfalt, Teamfähigkeit

10

Forts. Klasse 9




Lernen

Sprach-förderung


Radioaktivität,Kernphysik

Strahlenschutz,Kernenergie

Aufbau der Atome (Atomkerne),

ionisierende Strahlung (Arten, Zerfallsreihen,Halbwertszeit),

Strahlenschutz, Schäden durchradioaktive Strahlung,

Anwendungenionisierender Strahlung,

Kernspaltung, Kernenergie

Radioaktivität und Kernenergie – Nutzenund Gefahren,

Strahlendia-gnostik und Strahlentherapie,

Kernkraftwerke und Atombombe

experimentelle Nachweis-möglichkeitenfür radioaktive Strahlung beschreiben,

die Wechsel-wirkung ion. Strahlung mit Materie sowie die daraus resultierendenVeränderungen der Materie beschreibenund damit mögliche medizinische Anwendungenund Schutz-maßnahmen erklären

Reichweite- und Absorptionsmessung mit Radium-präparat/Geiger-Müller-Zählrohr,

Internetrecherche zu Kernkraft-werken/Kern-waffen,

Filme zu Tschernobyl/Kernwaffen(-tests)


Biologiemedizinische Aspekte

GeschichteUnfall von Tschernobyl,

Radioaktivität und Silberbergbau in der Zeit vor der Entdeckung der Radioaktivität,

Entdeckung der Radioaktivität,Marie Curie





Argumentieren





Schülerex-perimente und Präsentationen als Unterrichts-beiträge

nach pädagogischen Erwägungen:ggf. schriftliche Überprüfungen,ggf. Prüfungsge-spräche


schriftliche Mitarbeit:Zur Vorbereitung auf die Sek. II wird eine schriftl. Übung im Stil einer Oberstufen-klausur geschrieben.

experimentelle Mitarbeit: Schülerex-perimente und Schülerdemon-strationsex-perimente: praktische Fertig-keiten, Sorgfalt, Teamfähigkeit

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Physik - einsteinfreun.de · Der Schulinterne Lehrplan geht aus dem Beispiel-lehrplan des Schulministeriums hervor. Inhalt Seite 1 Die Fachgruppe Physik am Einstein-Gymnasium Rheda-Wieden-