Schulinternes Curriculum des Faches Physik für die ... · Keine Experimente sondern Herleitung der entsprechenden Modell des starren Körpers Gesetze der gleichförmigen und gleichmäßig

Städt. St.-Michael-Gymnasium Monschau

Schulinternes Curriculum des Faches Physik für die Sekundarstufe II

Inhalt Jahrgangsstufe EF ............................................................................................................................................................................................................................... 2

Qualifizierungs-Phase (Q1, Q2) [11 –12] Übersicht ............................................................................................................................................................................ 9

Verbindliche Reihenfolge ............................................................................................................................................................................................................. 18

Fachliche Hinweise ....................................................................................................................................................................................................................... 23

Experimente zur Vorbereitung auf das Zentralabitur .................................................................................................................................................................. 24

Fachmethoden .............................................................................................................................................................................................................................. 24

Curriculum Physik SII Städt. St.-Michael-Gymnasium Monschau

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Jahrgangsstufe EF Hinweis: Die Reihenfolge der Themen in dieser Tabelle ist verbindlich für die Unterrichtsreihenfolge!

Richtlinien

fett: obligatorisch, normal: empfohlen

Experimente

- KINEMATIK UND DYNAMIK DES MASSENPUNKTES

Gesetze der gleichförmigen und gleichmäßig beschleunigten Bewegung

träge Masse, Trägheitssatz

Kraft, Grundgleichung der Mechanik

Impuls, Impulserhaltung

Kraftstoß und Impulsänderung

Einstieg: Messung der Geschwindigkeit von Gasblasen in einem mit

Wasser gefüllten, geneigten Glasrohr

Luftkissenfahrbahn: Schiefe Ebene

Kräfteparallelogramm mit Federwaagen an der Magnettafel

Luftkissenfahrbahn horizontal: Beschleunigung durch ein Gewicht,

dessen Gewichtskraft von einer Rolle umgelenkt wird.

Elastischer und unelastischer Stoss auf der Stahlschienen- oder

Luftkissenbahn.

Start der Luftkissenbahn durch den Stoß mit einem Pendel

Freier Fall: Kugelfallversuch


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Richtlinien

fett: obligatorisch, normal: empfohlen

Experimente

Modell des Massenpunktes

Bezugssystem, Inertialsystem, Galilei-Transformation

Wurfbewegungen

Kreisbewegung, Zentripetalkraft

Trägheitskräfte in beschleunigten Bezugssystemen (Zentrifugalkraft, Corioliskraft)


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Richtlinien Experimente

ENERGIE UND ARBEIT

Lageenergie und Hubarbeit

Bewegungsenergie und Beschleunigungsarbeit

Spannenergie und Spannarbeit

[Energieentwertung und Reibungsarbeit ]

Energiebilanzierung bei Übertragung und Umwandlung - Erhaltung und Entwertung der Energie

Stoßvorgänge

Fadenpendel: Umwandlung der potentiellen Energie in kinetische

Energie durch Messung der Geschwindigkeit im Nulldurchgang

Eckige Klammer bedeutet: Am Ende, falls Zeit bleibt.

(s. o. Impulserhaltung)


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ROTATION DES STARREN KÖRPERS

Modell des starren Körpers

Gesetze der gleichförmigen und gleichmäßig beschleunigten Drehbewegung

Trägheitsmoment, Drehmoment, Rotationsenergie

Drehimpuls, Drehimpulserhaltung

Kreisel (Präzession)

Keine Experimente sondern Herleitung der entsprechenden

Größen der Rotation: Winkelgeschwindigkeit, Drehimpuls,

Drehmoment, Trägheitsmoment, Rotationsenergie in Analogie zur

linearen Bewegung.

Der Drehimpuls wird z.B. beim Bohrschen Atommodell oder bei den

Planentenbewegungen wieder benötigt.


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MECHANISCHE SCHWINGUNGEN

Schwingungsvorgänge und Schwingungsgrößen

harmonische Schwingung

gedämpfte Schwingung, [Erzeugung ungedämpfter Schwingungen]

erzwungene Schwingung, Resonanz

Überlagerung von Schwingungen

[nichtlineare Schwingungen, Vorhersagbarkeit des Schwingungsverhaltens]

Federpendel und Fadenpendel

Projektion der Schwingung und der Kreisbewegung

Federpendel: gedämpfte Schwingung, Erfassung der Messwerte

mit Cassy (berührungsfreie Messung der Geschwindigkeit über

Induktion, nur phänomenlogische Erklärung des Messprinzips)

Federpendel: erzwungene Schwingung, Erfassung der Messwerte

mit Cassy

Gekoppelte Pendel


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MECHANISCHE WELLEN

Entstehung und Ausbreitung von Transversal- und Longitudinalwellen, Wellengleichung

Beugung, Huygens'sches Prinzip, Reflexion, Brechung

Interferenz von Wellen, stehende Welle

Schall als mechanische Welle, Ultraschall, Infraschall

Eigenschwingungen (Grund- und Obertöne, Synchronisationsphänomene)

Dopplereffekt

Sling, Wellenmaschine

Wellenwanne (Auslöschung und Verstärkung auf den Hyperbeln)

Stehende Welle auf einem Seil,

Kundt’sches Rohr, Chladni’sche Klangfiguren


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GRAVITATION

astronomische Weltbilder

Kepler'sche Gesetze, unser Planetensystem

Gravitationsgesetz, Gravitationsfeld, Gravitationsfeldstärke

Energie und Arbeit im Gravitationsfeld, Potential

Raketenprinzip, Raumfahrt

Kosmologischer Ausblick

Cavendish-Gravitationswaage: J

D*2

0

Benutzung der Eigenschwingung des Drehpendels um die

Auslenkung.


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Qualifizierungs-Phase (Q1, Q2) [11 –12]

Übersicht

Vorgaben Zentral-Abitur 2009

[ alles verbindlich ]

Hinweise 2009

[ alles verbindlich ]

Experimente 2009

[in Vorgaben Abitur empfohlen]

Richtlinien

fett: obligator. GK u LK

fett kursiv: obligatorisch nur LK

• Ladungen und Felder

- elektrisches Feld, elektrische

Feldstärke

-- Feldkraft auf Ladungsträger im

homogenen Feld,

-- radialsymmetrisches Feld

(nur Leistungskurs)

- Feldkraft auf

Ladungsträger im

homogenen Feld

- radialsymmetrisches Feld z.B.

mit der Drehwaa-

ge [Schürholz]

- Influenz

- Ein- und Ausschalt-

vorgänge bei Kon-

densatoren

- elektrisches Feld,

elektrische Feldstärke

- zentralsymmetr. Feld,

Coulombsches Gesetz

- pot. Energie im elektr Feld,

Spannung, Potential

- elektr Feldkonstante

- elektr Kapazität

- Dielektrikum, Dielektr.zahl

- elektr Feld als Energieträger,

Energiedichte

- magnet. Feld,

magnet Feldgröße B


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- potenzielle Energie im elektrischen

Feld

- magnetisches Feld,

magnetische Feldgröße B,

Lorentzkraft (Stromwaage)

- Bewegung von Ladungsträgern in

elektrischen und magnetischen Feldern

-- Braunsche Röhre,

-- Fadenstrahlrohr,

-- Wien-Filter,

-- Hall-Effekt (nur Leistungskurs)

- Millikan-Versuch

- Braunsche Röhre

- Fadenstrahlrohr

- Wien-Filter

- Hall-Effekt

- Stromwaage

- Lorentzkraft

- magnet Feldkonstante

- Ferromagnetismus,

Permeabilität

- Bewegung v LadTrägern in

elektr u magnet Feldern

- Erzeugung eines e- -Strahls

- e/m – Bestimmung

- elektr LeitgsVorgänge in

festen Körper, Flüssigkeiten

u Gasen


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Vorgaben Hinweise Experimente Richtlinien

• Elektromagnetismus

- Elektromagnetische Induktion,

Induktionsgesetz

-- Drehung einer Leiterschleife im

homogenen Magnetfeld

- Selbstinduktion, Induktivität

-- verzögerter Einschaltvorgang bei

-- Parallelschaltung von L und R,

-- Ein- und Ausschaltvorgänge bei

Spulen

Berücksichtigung der

Änderung der magne-

tischen Flussdichte B und

der

durchsetzten Fläche A

beim Induktionsgesetz

- Magnetfelder stromdurchflossener

Leiter und Spulen

- Induktion in Spulen

- Drehung einer Leiterschleife im

homogenen Magnetfeld

- Verzögerter Einschaltvorgang bei

Parallelschaltung von L und R

- Ein- und Ausschaltvorgänge bei

Spulen

- Schwingkreise mit und ohne

Dämpfung

- elektromagn Induktion,

Induktionsgesetz

- Selbstinduktion,

Induktivität

- Magnetfeld als Träger v

Energie, Energiedichte

- Erzeugung von ~Spannung

- Transformator, Übertragung

elektr Energie

- ~Strom-Widerstände,

Reihen- u Parallel-Schaltg,

Leistung


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• Elektromagnetische Schwingungen

und Wellen

- Elektromagnetischer Schwingkreis,

Analogie zum mechanischen Os-

zillator (RCLSchwingkreis 1Hz,

Federpendel)

- Interferenz

-- Mikrowelleninterferenz

-- Wellenwanne

-- Lichtbeugung am Spalt

-- Doppelspalt und Gitter

-- Wellenlängenmessung

Kenntnis der

Thomsonschen

Schwingungsformel,

Analogie zum

mechanischen Oszillator

auch bezüglich der

Energiebilanzen

- Mikrowelleninterferenz

- Wellenwanne

- Lichtbeugung am

-- Spalt

-- Doppelspalt und

-- Gitter

- Wellenlängenmessung

- Michelson-Experiment

[ Interferometer ]

- elektromagnet SchwgKrs

(Grundphänomene, Analo-

gien zum mechan Osz)

- Erzeugg ungedämpfter e.m.

Schwinggen, Rückkopplung

- e.m. Wellen (Ausbreitung,

Hertzscher Dipol,

Maxwell’sche Postulate)

- Ausbreitung v Licht

(Beugung, Interferenz,

Reflexion, Brechung,

Polarisation)

- IR- u UV-Strahlg, Strahlungs

gesetze

- Informations-Übertragung d

e.m. Wellen

- Holographie


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• Relativitätstheorie (nur Leistungskurs)

- Konstanz der Lichtgeschwindigkeit und

deren Konsequenzen

(Michelson [-Morley] Experiment)

- relativistischer Impuls,

Äquivalenz von Masse und Energie

Lorentzkontraktion,

Zeitdilatation und der

relativistische Energiesatz

E02 = E2 - p2

· c2 ; keine

Lorentztransformation und

keine Minkowski-

Diagramme

Michelson -[Morley] Experiment

- Invarianz der Newton’schen

Mechanik bei Inertialsystem

wechsel

- Ätherhypothese u Michelson-

Versuch

- relativist Kinematik

- Erhaltungssätze d relativist

Dynamik

- Äquivalenz von Masse u

Energie

- Invarianz der elektr Ladung

- Transformation elektr u

magnet Felder


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• Thermodynamik (nur Leistungskurs)

- Thermodynamische Maschinen

(Stirling-Motor, Stirling-Kreisprozess,

Wärmepumpe)

[nur Pflichtprogramm]

- 1. HS d Thermodynamik

- Entropie u 2. HS der ThDyn

- dissipative Strukturen


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• Atom- und Kernphysik

- Linienspektren und Energiequantelung

des Atoms, Atommodelle

(Beobachtung von Spektrallinien am Gitter,

Franck-Hertz-Versuch)

- Ionisierende Strahlung

(Röntgenspektroskopie)

- Radioaktiver Zerfall

(Halbwertszeitmessung, Reichweite von

Gammastrahlung,

Absorption von Gammastrahlung)

Bohrsches Atommodell,

Potentialtopfmodell (nur

Leistungskurs)

- Beobachtung von Spektrallinien am

Gitter [„Freiland-Versuch“]

- Franck-Hertz-Versuch

[ Röntgenphysik ]

-- Röntgenspektroskopie

-- Röntgenbeugung

-- Absorptionsspektren

[ Radioaktivität ]

-- Halbwertszeitmessung

-- Reichweite von Gammastrahlung

-- Absorption von Gammastrahlung

-- Natürliche Radioaktivität

α,β,γ-Strahlung

-- Szintillationszähler (wenn vorh.) u.

- Atommodelle

- ionisierende Strahlung

(Strahlungs-Arten,

Nachweismethoden)

- radioakt Zerfall

(Zerfallsgesetz, Zerfallspro-

zesse)

- Spektroskopie (Röntgen-, -

und -Strahlg)

- Kernspaltung und

Kernfusion

(Kernbausteine, Bindungs-

Energie, Kettenreaktion)


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-- Energieverteilung [der Strahlg. ]

-- Künstliche Radioaktivität

-- Neutronenaktivierung (in der

Regel als Film oder Simulation)

• Quanteneffekte

- Lichtelektrischer Effekt und

Lichtquantenhypothese

-- h-Bestimmung mit Photozelle und

Gegenfeldmethode

- de Broglie-Theorie des Elektrons,

Welleneigenschaften von Teilchen,

-- Elektronenbeugung an polykristalliner

Materie

- Grenzen der Anwendbarkeit klassischer

Begriffe in der Quantenphysik

-- Doppelspaltversuch mit Elektronen und

- h-Bestimmung mit Photozelle und

Gegenfeldmethode

- Elektronenbeugung an poly-

kristalliner Materie

- lichtelektr. Effekt und

Lichtquantenhypothese

- Linienspektrum u Energie-

Quantelung d Atoms,

- Bohr’sches Atommodell

[verbindl. wg. „Hinweise“ !!]

- De Broglie-Theorie d Elektr.s

- Grenzen d Anwendbarkeit

klass. Begriffe in der

Quantenphysik

- Heisenberg’sche

Unbestimmtheitsrelation

- Quantenobjekte u Mess-Prozesse

- Schrödinger-Gleichung u

Anwendungen (H-Atom,


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Licht reduzierter Intensität

Tunnel-Effekt)

- Pauli-Prinzip (Spin, Aufbau des

Periodensystems)


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Verbindliche Reihenfolge

Verbindliche Reihenfolge im GK Verbindliche Reihenfolge im LK

Stoff der 12


- elektrisches Feld, elektrische Feldstärke

-- Feldkraft auf Ladungsträger im homogenen Feld,

- potenzielle Energie im elektrischen Feld




- Bewegung von Ladungsträgern in elektrischen und magnetischen


- elektrisches Feld, elektrische Feldstärke

-- Feldkraft auf Ladungsträger im homogenen Feld,

-- radialsymmetrisches Feld

- potenzielle Energie im elektrischen Feld





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Feldern


-- Fadenstrahlrohr,

-- Wien-Filter,

- Bewegung von Ladungsträgern in elektrischen und magnetischen

Feldern


-- Fadenstrahlrohr,

-- Wien-Filter,

-- Hall-Effekt



Induktionsgesetz

-- Drehung einer Leiterschleife im homogenen Magnetfeld




-- Ein- und Ausschaltvorgänge bei Spulen



Induktionsgesetz

-- Drehung einer Leiterschleife im homogenen Magnetfeld




-- Ein- und Ausschaltvorgänge bei Spulen


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und Wellen


Analogie zum mechanischen Oszillator (RCL-Schwingkreis 1Hz,

Federpendel)

- Interferenz


-- Wellenwanne





und Wellen


Analogie zum mechanischen Oszillator (RCLSchwingkreis 1Hz,

Federpendel)

- Interferenz


-- Wellenwanne




• Relativitätstheorie

- Konstanz der Lichtgeschwindigkeit und deren Konsequenzen

(Michelson [-Morley] Experiment)

- relativistischer Impuls, Äquivalenz von Masse und Energie


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Stoff der 13

• Thermodynamik

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

Wärmepumpe)


- Linienspektren und Energiequantelung des Atoms, Atommodelle

(Beobachtung von Spektrallinien am Gitter, Franck-Hertz-Versuch)

- Ionisierende Strahlung (Röntgenspektroskopie)

- Radioaktiver Zerfall (Halbwertszeitmessung, Reichweite von

Gammastrahlung, Absorption von Gammastrahlung)


- Linienspektren und Energiequantelung des Atoms, Atommodelle

(Beobachtung von Spektrallinien am Gitter, Franck-Hertz-Versuch)

- Ionisierende Strahlung (Röntgenspektroskopie)

- Radioaktiver Zerfall (Halbwertszeitmessung, Reichweite von

Gammastrahlung, Absorption von Gammastrahlung)

• Quanteneffekte

- Lichtelektrischer Effekt und Lichtquantenhypothese

-- h-Bestimmung mit Photozelle und Gegenfeldmethode

- de Broglie-Theorie des Elektrons, Welleneigenschaften von Teilchen,

• Quanteneffekte

- Lichtelektrischer Effekt und Lichtquantenhypothese

-- h-Bestimmung mit Photozelle und Gegenfeldmethode

- de Broglie-Theorie des Elektrons, Welleneigenschaften von Teilchen,


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-- Elektronenbeugung an polykristalliner Materie

- Grenzen der Anwendbarkeit klassischer Begriffe in der Quantenphysik

-- Doppelspaltversuch mit Elektronen und Licht reduzierter Intensität

-- Elektronenbeugung an polykristalliner Materie

- Grenzen der Anwendbarkeit klassischer Begriffe in der Quantenphysik

-- Doppelspaltversuch mit Elektronen und Licht reduzierter Intensität


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Fachliche Hinweise

Für das Zentralabitur im Fach Physik gelten unverändert die veröffentlichten Vorgaben (Stand Februar 2005). Die unter www.learnline.nrw.de in Netz gestellten

Beispielaufgaben verdeutlichen den Zusammenhang der Obligatorik des Fachs mit diesen Vorgaben.

Die folgenden Hinweise sollen der weiteren Klärung und Präzisierung dienen:

Zum Grad der erwarteten mathematischen Kompetenzen:

Neben Kompetenzen aus dem Grundkurs Mathematik werden folgende weitere mathematische Kompetenzen vorausgesetzt:

für Grund- und Leistungskurs:

Kenntnis der Punktnotation für Ableitungen von physikalischen Größen nach der Zeit Umgang mit trigonometrischen Funktionen

für den Leistungskurs:

Lösungen von Differenzialgleichungen mit vorgegebenem Ansatz, wie sie bei ungedämpften harmonischen Schwingungen, bei Ein- und Ausschaltvorgängen und beim radioaktiven Zerfall zur mathematischen Beschreibung der Vorgänge herangezogen werden.

Zu „Hilfsmittel“:

Es sind nur die im Handel erhältlichen und im Kurs genutzten Formelsammlungen zulässig, keine selbst erstellten oder ergänzten. Als Taschenrechner sind die im Kurs genutzten Rechner zulässig, auch grafikfähige Taschenrechner oder CAS.


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Zu „Inhaltliche Schwerpunkte“:

Die in den Vorgaben in Klammern angegebenen Experimente sind geeignete Beispiele für die Erarbeitung der Inhalte im Unterricht. Ihre Durchführung ist nicht obligatorisch.

Experimente zur Vorbereitung auf das Zentralabitur

Die Liste enthält empfehlenswert durchzuführende Experimente sowohl im Grundkurs als auch im Leistungskurs Physik, der Unterschied ist nur bei der Tiefe

der Analyse zu sehen. Die Durchführung der Experimente sollte im Zentrum des Unterrichts stehen, wenn die Sammlung es zulässt. Sofern die Ausstattung der

Sammlung die Durchführung nicht zulässt, ist es auch möglich die Experimente z.B. mit Hilfe von Filmen oder Simulationen zu beschreiben oder das Internet zu

nutzen, um die Durchführung online zu demonstrieren, was von einigen Hochschulen schon angeboten wird. Auch eine Besprechung mit Darstellungen in

Lehrbüchern ist möglich, wenn auch die anderen Alternativen vorzuziehen sind. Schülerexperimente sind wo möglich dem Demonstrationsexperiment

vorzuziehen.

Fachmethoden

Der Physikunterricht der gymnasialen Oberstufe vermittelt neben der Kenntnis wichtiger physikalischer Phänomene, Begriffe, Gesetze und Modelle mindestens

gleichrangig eine Vertiefung und Weiterführung fachspezifischer Methoden und Arbeitsweisen, die insbesondere dazu beitragen, Schülerinnen und Schüler

physikalische Sichtweisen sowie Möglichkeiten und Grenzen naturwissenschaftlichen Denkens erfahren zu lassen. Die Fachmethoden werden im Rahmen der

kontextorientierten Behandlung der Inhalte der Sachbereiche integrativ vermittelt. Dabei baut der Unterricht auf dem der Sekundarstufe I auf und intensiviert,

präzisiert und erweitert die in den Richtlinien und Lehrplänen formulierten Fachmethoden.

So sollen die Schülerinnen und Schüler in der gymnasialen Oberstufe insbesondere folgende Fähigkeiten und Fertigkeiten erreichen:


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Beobachten, beschreiben, physikalisch fragen

Erscheinungen in Natur, Umwelt, Technik und Experiment aus physikalischer Sicht beobachten und Phänomene unter physikalischen Fragestellungen theorie- und modellgeleitet beschreiben und analysieren

aus Beobachtungen physikalische Fragestellungen entwickeln und formulieren bzw. mit physikalischen Methoden den mithilfe der Physik beschreibbaren Bereich des jeweiligen Wirklichkeitsausschnitts erschließen sowie Arbeitshypothesen aufstellen, überprüfen und modifizieren

mit Gesprächspartnern unterschiedlicher physikalischer Vorbildung über physikalische Sachverhalte angemessen kommunizieren (adäquate Verwendung von Fach- und Umgangssprache)

Experimente planen und durchführen

umfangreichere und anspruchsvollere Experimente planen, sorgfältig durchführen und auswerten

verschiedene Visualisierungsmöglichkeiten der Messwerte kennen, angemessen verwenden und bewerten

Physikalische Gesetze und Begriffe erarbeiten

anhand der grafischen und rechnerischen Auswertung von Experimenten Zusammenhänge zwischen physikalischen Größen qualitativ und quantitativ darstellen

Gesetze finden und sie unter Zuhilfenahme geeigneter Modelldarstellung (Modellbildung) formulieren


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sich sinnvoll und angemessen der verschiedenen Wege der physikalischen Erkenntnisgewinnung bedienen

physikalische Begriffe bilden

Gesetze und Modelle anwenden und reflektieren

physikalische Gesetze und Modelle zur Erklärung und Vorhersage von Phänomenen heranziehen

die Berechtigung, die Zweckmäßigkeit, den Gültigkeitsbereich und die Grenzen von Modellen bewerten

Gesetze und Modelle anwenden und hinsichtlich ihrer Bedeutung und Tragfähigkeit reflektieren

Physikalische Erkenntnisse auf aktuelle außerschulische Probleme anwenden

physikalische Erkenntnisse zur Klärung von Problemen der Lebenswelt heranziehen

den Beitrag der Physik zur Beurteilung und Lösung von Problemen der Umwelt und Technik erkennen und bewerten


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Die Bedeutung physikalischer Erkenntnisse reflektieren

den Einfluss physikalischer Erkenntnisse auf das Weltbild und das Bild vom Menschen reflektieren

die grundsätzliche Begrenztheit von Inhalt und Bedeutung physikalischer Erkenntnisse erkennen und hinterfragen

die Wechselwirkung physikalischer Erkenntnisse mit der gesellschaftlichen Entwicklung erkennen.

Documents

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