Physik

Inhaltsfelder

• Elektrizitätslehre
  • Magnetismus
  • Stromkreise, Leiter und Isolatoren
  • UND-, ODER- und Wechselschaltung
  • Nennspannungen von elektrischen Quellen und Verbrauchern
  • Wärmewirkung des elektrischen Stromes
  • Sicherer Umgang mit Elektrizität
  • Einführung der Energie über Energiewandler und Energietransportketten
• Das Licht und der Schall
  • Schallquellen und Schallempfänger
  • Schallausbreitung
  • Tonhöhe und Lautstärke
  • Licht und Sehen
  • Lichtquelle und Lichtempfänger
  • geradlinige Ausbreitung des Lichts
  • Schatten, Mondphasen
  • Reflexion, Spiegel
  • Aufbau und Bildentstehung beim Auge – Funktion der Augenlinse
  • Die Lupe als Sehhilfe
• Temperatur und Energie
  • Thermometer, Temperaturmessung, Volumen- und Längenänderung bei Erwärmung und Abkühlung
  • Aggregatzustände (Teilchenmodell)
  • Energieübertragung zwischen Körpern verschiedener Temperatur
  • Sonnenstand

Kontexte

• Physik am Fahrrad
• Stromversorgung zum Haus und im Haus
• Magnete
• Was Auge und Ohr alles können – und wie man nachhelfen kann
• Musikinstrumente
• Sonne – Temperatur – Jahreszeiten

Magnetismus

• Ich weiß, dass nur Objekte, die aus magnetischen Stoffen bestehen, insbesondere aus Eisen, durch Magnete angezogen werden.
• Ich weiß, dass jeder Magnet zwei Pole, nämlich einen Nord- und einen Südpol besitzt.
• Ich weiß, dass sich zwei Magnete über ungleichnamige Pole anziehen, über gleichnamige Pole abstoßen.
• Ich weiß, dass ein Magnet eine Umgebung, nämlich sein Magnetfeld, besitzt, in der seine Kräfte wirken.
• Ich weiß, dass die Erde ein großer Magnet ist, dessen magnetischer Nordpol (bzw. Südpol) in der Nähe des geographischen Südpols (bzw. Nordpols) liegt.
• Ich kann mit einem Kompass umgehen.
• Ich weiß, dass man einen magnetischen Pol nicht isolieren kann.
• Ich kann mit Hilfe eines Magneten einen Eisengegenstand magnetisieren und damit einen weiteren Magneten erzeugen.
• Ich weiß, dass es neben Dauermagneten auch Elektromagnete gibt.
• Ich kann Experimente durchführen, mit denen man die oben genannten Eigenschaften untersuchen kann.

Stromkreise, Leiter, Isolatoren

• Ich weiß, dass es elektrische Leiter und Nichtleiter (Isolatoren) gibt.
• Ich weiß, dass elektrischer Strom in einem Stromkreis fließt.
• Ich kenne elektrische Quellen, Verbraucher und Leiter als wesentliche Betandteile eines Stromkreises.
• Ich weiß, dass eine elektrische Quelle zwei Pole, nämlich einen Pluspol und einen Minuspol besitzt.
• Ich weiß, dass man die Stärke einer elektrischen Quelle durch ihre Spannung angeben kann.
• Ich kann einen Stromkreis aus geeigneten Bauelementen zusammensetzen und betreiben.
• Ich kenne den Aufbau des Stromkreises bei der Fahrradbeleuchtung.

Wirkungen des elektrischen Stroms

• Ich weiß, dass elektrischer Strom einen Leiter erwärmt.
• Ich weiß, dass elektrischer Strom ein Magnetfeld hervorruft.
• Ich kenne weitere Wirkungen des elektrischen Stroms, wie zum Beispiel die Erzeugung von Licht oder Schall.

Besondere Schaltungen

• Ich kann eine Reihenschaltung aufbauen und verstehe, weshalb diese als UND-Schaltung bezeichnet wird.
• Ich kann eine Parallelschaltung aufbauen und verstehe, weshalb diese als ODER-Schaltung bezeichnet wird.
• Ich kann einen Wechselschaltung aufbauen.

Sicherer Umgang mit Elektrizität

• Ich weiß, dass der Umgang mit Elektrizität Gefahren bergen kann.
• Ich weiß, dass insbesondere eine zu hohe Spannung eine Gefahr darstellt.
• Ich kenne wichtige Regeln zum sicheren Umgang mit elektrischem Strom.
• Ich weiß, was ein Kurzschluss ist und dass dieser zu Schäden insbesondere zu Bränden führen kann.
• Ich weiß, wie eine Sicherung wirkt.

Elektrische Energie

• Ich weiß, dass es verschiedene Energieformen gibt, die sich in einander umwandeln lassen.
• Ich weiß, dass Stromkreise Energie, nämlich elektrische Energie, transportieren.
• Ich weiß, dass in elektrischen Quellen andere Energieformen in elektrische Energie umgewandelt werden.
• Ich weiß, dass im Verbraucher elektrische Energie in andere Energieformen umgewandelt werden.
• Ich kann eine Energietransportkette aufstellen.

Lichtquellen und Lichtstrahlen

• Ich kann an Beispielen den Unterschied zwischen selbstleuchtenden und beleuchteten Körpern erläutern.
• Ich kann darlegen, wie der Sehvorgang vonstatten geht.
• Ich kann erläutern, dass Licht unsichtbar ist, solange es nicht ins Auge fällt.
• Ich weiß, dass man unter einem Lichtstrahl eine unendlich dünne mathematisch Linie versteht, mit deren Hilfe optische Vorgänge verdeutlicht werden.
• Ich weiß, dass aus Lichtquellen Lichtbündel austreten, die aus unendlich vielen Strahlen bestehen.
• Ich weiß, dass sich Lichtstrahlen geradlinig ausbreiten und ungestört kreuzen.
• Ich kann darlegen, wie sich Lichtbündel verhalten, wenn sie auf durchsichtige, durchscheinende oder licht- undurchlässige Körper fallen
• Ich kann in diesem Zusammenhang die Begriffe Reflexion, Absorption und Streuung erläutern.

Spiegel

• Ich kenne das Reflexionsgesetz am ebenen Spiegel und kann dies am Beispiel einer Zeichnung erläutern.
• Ich weiß, dass das Spiegelbild achsensymmetrisch zum Gegenstand hinter dem Spiegel liegt und kann dies zeichnerisch darstellen.
• Ich kann darlegen, dass beim Spiegelbild die ins Auge fallenden Lichtstrahlen nicht von einem Ort hinter dem Spiegel stammen sondern dass es sich um reflektierte Strahlen handelt.

Schatten

• Ich kenne das Reflexionsgesetz am ebenen Spiegel und kann dies am Beispiel einer Zeichnung erläutern.
• Ich weiß, dass das Spiegelbild achsensymmetrisch zum Gegenstand hinter dem Spiegel liegt und kann dies zeichnerisch darstellen.
• Ich kann darlegen, dass beim Spiegelbild die ins Auge fallenden Lichtstrahlen nicht von einem Ort hinter dem Spiegel stammen sondern dass es sich um reflektierte Strahlen handelt.

Strahlenoptik und Astronomie

• Ich kann erklären, wie der Wechsel von Tag und Nacht zustande kommt.
• Ich kann erklären, wie die Mondphasen zustande kommen
• Ich kann erklären, wie Sonnen- und Mondfinsternisse zustande kommen.
• Ich kann erklären, dass die Jahreszeiten aufgrund der Schiefstellung der Erdachse gegenüber der Sonnenbahnebene zustande kommen.

Optische Abbildungen

• Ich kann erklären, wie bei einer Lochkamera das Bild eines Gegenstandes entsteht und kann dies durch eine entsprechende Zeichnung belegen.
• Ich kann darlegen, wie sich durch Verändern der Bildweite oder der Gegenstandsweite die Abbildung vergrößern bzw. verkleinern lässt.
• Ich kann erklären, dass bei einer Lochkamera jeder Gegenstandspunkt als Scheibchen abgebildet wird.
• Ich kann in diesem Zusammenhang erläutern, dass bei großer Blendenöffnung die Abbildung lichtstärker, jedoch unschärfer wird.
• Ich weiß, dass es eine Linse im Gegensatz zu einem einfachen Loch vermag, einen Gegenstandspunkt ebenfalls als Punkt abzubilden.
• Ich kann darlegen, dass diese Eigenschaft von Linsen in optischen Geräten wie Kameras, Projektoren sowie im menschlichen Auge zur Erzeugung eines scharfen Bildes ausgenutzt wird.
• Ich kann den Aufbau des menschlichen Auges beschreiben und dabei die Begriffe Hornhaut, Pupille, Iris und Netzhaut richtig verwenden.

Schallquellen und Schallausbreitung

• Ich weiß, dass schwingende Körper Schall aussenden und kann dazu Beispiele nennen.
• Ich weiß, dass der Schall zu seiner Ausbreitung einen Träger benötigt.
• Ich weiß, dass sich der Schall in festen Körpern ausbreiten kann.
• Ich kann die Vorgänge der Schallausbreitung in Luft beschreiben und weiß insbesondere, dass sich die Luft nicht mit dem Schall mitbewegt.
• Ich weiß, dass der Schall reflektiert, gestreut, absorbiert und auch in Schattenbereiche gebeugt werden kann.
• Ich weiß, dass sich der Schall nicht unendlich schnell ausbreitet, sondern sich in Luft in 1s etwa 340 m weiter fortpflanzt und kann ein Experiment zur Bestimmung der Schallgeschwindigkeit beschreiben.

Töne

• Ich weiß, dass man Schwingungen z.B. durch eine Schreibstimmgabel aufzeichnen kann.
• Ich kann die Begriffe Ton und Geräusch unterscheiden.
• Ich kann den zeitlichen Verlauf einer Schwingung skizzieren und anhand dieser Zeichnung erläutern, was laute Töne von leisen Tönen und was hohe Töne von tiefen Tönen unterscheidet.
• Ich weiß, dass die Tonhöhe durch die Frequenz bestimmt wird und weiß, dass die Frequenz die Anzahl der Schwingungsvorgänge pro Sekunde in einem Schallerzeuger beschreibt.

Ohr und Lärmschutz

• Ich kenne beim menschlichen Ohr die Funktion des Trommelfells, der Gehörknöchelchen und des Hörnervs.
• Ich weiß, dass bei zu lauten Geräuschen das Ohr Schaden erleidet.
• Ich kann Maßnahmen zum Lärmschutz nennen und deren Wirkungsweise beschreiben.

Temperatur und ihre Messung

• Ich weiß, dass die Temperatur eine grundlegende thermische Eigenschaft von Gegenständen ist und dass diese mit Hilfe eines Thermometers gemessen wird.
• Ich kenne verschiedene Thermometerarten.
• Ich weiß, wie ein Flüssigkeitsthermometer aufgebaut ist und funktioniert.
• Ich kann ein Flüssigkeitsthermometer eichen.
• Ich weiß, dass feste Gegenstände, Flüssigkeiten und Gase ihr Volumen bzw. ihre Länge ändern, wenn sie erwärmt oder abgekühlt werden. Ich kann Experimente beschreiben, mit denen man dieses Phänomen nachweisen kann.
• Ich kenne wichtige Anwendungen dieses Phänomens, zum Beispiel Flüssigkeitsthermometer, Bimetalle oder Dehnungsfugen.

Aggregatzustände

• Ich weiß, dass Substanzen in einem der drei Aggregatzustände „fest“, „flüssig“ oder „gasförmig“ vorliegt.
• Ich weiß, dass die Änderung des Aggregatzustands durch geeignete Temperaturänderung erfolgen kann.
• Ich weiß, dass Substanzen aus mikroskopisch kleinen Teilchen (Atome und Moleküle) aufgebaut sind, die je nach Aggregatzustand unterschiedlich frei beweglich sind.

Energieübertragung

• Ich weiß, dass Energie durch Wärmeleitung, Wärmestrahlung und Wärmemitführung transportiert werden kann.
• Ich kann zu jedem der drei Transportarten ein geeignetes Experiment durchführen.
• Ich weiß, dass Energie weder aus nichts erzeugt noch vernichtet werden kann.
• Ich kann von einer Energietransportkette die Energie halbquantitativ bilanzieren.
• Ich weiß, dass Wärmeisolation eine wesentliche technische Maßnahme ist, um den häuslichen Energieverbrauch einzuschränken.

Inhaltsfelder

• Optik
  • Brechung, Reflexion, Totalreflexion
  • Linsen
  • Aufbau und Bildentstehung beim Auge
  • Lupe als Sehhilfe
  • Das Fernrohr
  • Zusammensetzung des weißen Lichts
• Mechanik
  • Geschwindigkeit,
  • Kraft als vektorielle Größe, Zusammenwirken von Kräften
  • Gewichtskraft und Masse
  • Hebel und Flaschenzug
  • mechanische Arbeit, Energie und Leistung
  • allgemeiner Energieerhaltungssatz
• Druck und Auftrieb
  • Druck in Flüssigkeiten und Gasen
  • Schweredruck
  • Luftdruck
  • Auftrieb
• Wärmelehre
  • Wärmeenergie und Leistung
  • Energieumwandlungsprozesse, Wirkungsgrad
  • Energieerhaltungssatz, Energieentwertung
  • Wärmeenergiemaschinen
  • Aufbau und Funktion eines Kraftwerks
  • regenerative Energieanlagen

Kontexte

• Das Auge
• Linsen und optische Instrumente
• Werkzeuge und Maschinen erleichtern die Arbeit
• Die vielen Gesichter der Energie
• Energie „sparen“
• Tauchen
• „horror vakui“ oder die Macht des Luftdrucken
• Fliegen
• Heizen und Kühlen – ohne Energie läuft nichts
• Motoren erleichtern das Leben

Brechung des Lichtes

• Ich kann anhand einer Zeichnung darlegen, was man unter der Brechung des Lichtes versteht, und kann dabei die Begriffe „optisch dicht“, „optisch dünn“, „Grenzfläche“, „zum Lot hin“„vom Lot weg“, „reflektierter Anteil“ und „gebrochener Anteil“ sachlich richtig verwenden.
• Ich weiß, dass bei der Brechung des Lichtes der Lichtweg umkehrbar ist.
• Ich kann erklären, was man unter dem Begriff „Totalreflexion“ versteht, und kann die Bedingungen für das Auftreten dieses Phänomens nennen.
• Ich kann darlegen, was man unter einem Lichtleiter versteht, und kann dessen Funktionsweise mithilfe der Totalreflexion erläutern.

Optische Abbildungen

• Ich weiß, dass Linsen aufgrund ihrer Formgebung Lichtstrahlen umso stärker brechen je weiter entfernt sie vom Mittelpunkt einfallen.
• Ich weiß, was man unter der Brennweite bzw. dem Brennpunkt einer Linse versteht und kann ein Experiment beschreiben, um die Brennweite einer gegebenen Linse zu ermitteln.
• Ich weiß, dass Lichtstrahlen, die von einem Gegenstandspunkt ausgehen, so von einer Sammellinse gebrochen werden können, dass sie sich hinter der Linse wieder in einem Punkt, dem Bildpunkt, schneiden und dass diese Eigenschaft die Voraussetzung für eine optische Abbildung ist.
• Ich kenne den Aufbau des Auges und kann beschreiben, wie ein Bild auf der Netzhaut entsteht.
• Ich kenne Ursachen für Kurz- und Weitsichtigkeit.
• Ich kann die optische Funktionsweise von Fotoapparat und Projektor beschreiben.
• Ich kann die optische Funktionsweise von Sehhilfen, wie zum Beispiel Lupen beschreiben.
• Ich kann den Aufbau eines Fernrohres beschreiben und begründen.

Zusammensetzung des weißen Lichts

• Ich weiß, dass Lichtstrahlen unterschiedlicher Farbe verschieden stark gebrochen werden und dass dieses Phänomen Dispersion des Lichtes genannt wird.
• Ich weiß, dass weißes Licht, das von einem heißen Gegenstand stammt, in verschiedene Farben zerlegt werden kann, dass dieser Prozess „spektrale Zerlegung des Lichtes“ genannt wird und dass das auf dem Bildschirm erscheinende Farbband Spektrum genannt wird.

Bewegung

• Ich kann den Begriff gleichförmige Beschleunigung erläutern und die Definitionsgleichung der Geschwindigkeit angeben.
• Ich kann zu gegebenen Werten ein Weg-Zeit-Diagramm anfertigen.
• Ich kann einem Weg-Zeit-Diagramm relevante Daten entnehmen.
• Ich kann eine beschleunigte Bewegung von einer gleichförmigen Bewegung unterscheiden.
• Ich kann die Geschwindigkeit aus gegebenen Zeiten und Strecken berechnen.
• Ich kann die Geschwindigkeitseinheiten m/s und km/h ineinander umwandeln.
• Ich kann wahlweise aus zwei der gegebenen Größen Weg, Zeit, Geschwindigkeit die dritte Größe berechnen.

Kraft und mechanische Energie

• Ich kann darlegen, dass man Kräfte daran erkennt, dass sie einen Körper beschleunigen bzw. verformen.
• Ich kann darlegen, dass die Kraft eine gerichtete Größe ist und sie somit sinnvollerweise durch einen Pfeil beschrieben wird.
• Ich kann darlegen, dass eine Kraft nicht allein auftreten kann, sondern das Prinzip von actio et reactio besteht.
• Ich kann die Begriffe Reibungskraft, Gewichtskraft, Muskelkraft usw. erläutern
• Ich kann das Prinzip eines Federkraftmessers erläutern.
• Ich kann darlegen, dass die Einheit der Kraft 1 Newton (N) lautet und kann angeben, dass ein Körper der Masse 1 kg in unseren Breiten eine Gewichtskraft von 9,81 N entwickelt.
• Ich kann die Gleichung F = m·g benutzen und den darin befindlichen Ortsfaktor g in der Einheit N/kg erläutern.
• Ich kann wahlweise aus zwei der gegebenen Größen Masse, Gewichtskraft, Ortsfaktor die dritte Größe berechnen.
• Ich kann bei der Reibungskraft die Unterbegriffe Gleitreibung, Haftreibung, Rollreibung und Luftwiderstand erläutern und kann angeben, von welchen Parametern diese Kräfte abhängig sind.
• Ich kann darlegen, dass eine Temperaturerhöhung stattfindet, wenn man gegen Reibungskräfte einen Weg zurücklegt und somit Wärmeenergie freigesetzt wird.
• Ich kann darlegen, dass das Produkt aus Reibungskraft und zurückgelegtem Weg ein Maß für die entstehende Wärmeenergie darstellt und somit zur Definition der mechanischen Energie herangezogen wird.
• Ich kann einen Versuch zum Wärmeäquivalent angeben und darlegen, dass die aufgebrachte mechanische Energie und die gewonnene Wärmeenergie übereinstimmen, somit das Energieerhaltungsgesetz auch auf die mechanische Energie übertragbar ist und die Einheit 1 Nm identisch mit der Einheit 1 J ist.
• Ich kann die Begriffe mechanische Arbeit und mechanische Energie unterscheiden.

Einfache Maschinen

• Ich kann darlegen, dass ein Seil den Ansatzpunkt, nicht aber die Richtung und den Betrag einer Kraft verändert.
• Ich kann darlegen, dass bei einem über eine ortsfeste Rolle geführten Seil die Richtung der Kraft verändert wird.
• Ich kann darlegen, dass bei einem über ein lose Rolle geführten Seil sich die Kraft auf dem Seil halbiert, der Seilweg sich hingegen verdoppelt und somit sich die aufzubringende mechanische Energie nicht ändert.
• Ich kann darlegen, dass bei einem über einen Flaschenzug geführten Seil die Kraft durch die Anzahl der beteiligten Seilstücke geteilt werden muss, während der Seilweg mit dieser Anzahl multipliziert werden muss und somit sich die aufzubringende Energie nicht ändert.

Kraftpfeile

• Ich kann bei zwei drei und mehr Kräften, die in einen beliebigen Winkel zueinander stehen, die Kraftpfeile zeichnen und vektoriell addieren.
• Ich kann die Begriffe Kräfteparallelogramm, Resultierende und Komponente erläutern.
• Ich kann darlegen, was man unter dem Begriff Kräftegleichgewicht versteht.
• Ich kann auf ausgesuchte Beispiele (Schiefe Ebene, Kranausleger, an zwei Seilen aufgehängte Straßenlampe) das Prinzip der Kräftezerlegung anwenden.
• Ich kann am Beispiel der Schiefen Ebene erläutern, dass auch mit diesem Hilfsmittel keine mechanische Energie eingespart werden kann.

Mechanische Leistung

• Ich kann die Definitionsgleichung der mechanischen Leistung sowie deren Einheit angeben.
• Ich kann in Beispielen die mechanische Leistung von technischen Geräten (Krane, Aufzüge, Pumpen etc. ) berechnen.
• Ich kann abschätzen, welche Leistungen durch Wasserkraftwerke bereitgestellt werden können.

Hebel, Drehmoment

• Ich kann die wesentlichen Elemente eines einseitigen und zweiseitigen Hebels an einem Beispiel erläutern.
• Ich kann die am Hebel gültige Beziehung Beziehung F₁/F₂ = l₂/l₁ erläutern und auf gegebene Beispiele anwenden.
• Ich kann darlegen, dass man beim Anwenden des Hebels keine Energie „sparen“ kann.

Druck in Flüssigkeiten und Gasen

• Ich kann die Definitionsgleichung des Druckes p = F/A erläutern und darlegen, dass der Druck in Flüssigkeiten und Gasen allseitig wirkt.
• Ich kann die Druckeinheiten 1 Pascal, 1 Hektopascal, 1 bar und 1 mbar beschreiben und ineinander umwandeln.
• Ich kann wahlweise aus zwei der gegebenen Größen Kraft, Fläche, Druck die dritte Größe berechnen.
• Ich kann erläutern, wie eine hydraulische Presse funktioniert und kann in diesem Zusammenhang die Gleichung F₁/A₁ = F₂/A₂ benutzen.
• Ich kann darlegen, dass man beim Anwenden der hydraulischen Presse keine Energie „sparen“ kann.
• Ich kann erklären, dass Flüssigkeiten inkompressibel sind, während Gase unter Druck ihr Volumen verringern.
• Ich kann das Gesetz von Boyle-Mariotte angeben und auf einfache Aufgaben (n-facher Druck; 1/n-beim Volumen) anwenden.

Schweredruck

• Ich kann erläutern, wie in Flüssigkeiten der Schweredruck zustande kommt.
• Ich kann angeben, dass pro 1 m Wassertiefe der Schweredruck um 1 bar zunimmt und somit überschlägig den Druck für beliebige Wassertiefen angeben.
• Ich kann die Gleichung für den Schweredruck p = ρ_Fl·g·h auf einfache Aufgaben anwenden.
• Ich kann erklären, wie ein U-Rohr Manometer funktioniert.
• Ich kann das Prinzip der kommunizierenden Gefäßen erläutern und anwenden.

Luftdruck

• Ich kann erläutern, wie auf der Erde der äußere Luftdruck entsteht.
• Ich kann ein Experiment beschreiben, um die Dichte der Luft zu bestimmen.
• Ich kann erklären, dass der Luftdruck höhenabhängig ist und die Lufthülle der Erde keine feste Grenze hat.
• Ich kann ein Experiment beschreiben, um den äußeren Luftdruck zu messen und kann angeben, dass der Luftdruck unter Normalbedingungen 1013 hPa beträgt.
• Ich kann erläutern, was ein Vakuum ist und wie eine Vakuumpumpe funktioniert.
• Ich kann die Funktionsweise der Magdeburger Halbkugeln und vergleichbarer Gegenstände (Saughaken) erläutern und überschlägig die zu erwartenden Haltekräfte berechnen.
• Ich kann erläutern, warum unter Umständen Flüssigkeiten nicht aus unten offenen und oben geschlossenen Gefäßen auslaufen.
• Ich kann erläutern, dass man mit Wasser eine Flüssigkeitssäule von maximal 10 m Höhe bei unten offenen Gefäßen darstellen kann.
• Ich kann erläutern, warum sich bei sinkendem Luftdruck die Siedetemperatur verringert.

Auftrieb

• Ich kann den Satz des Archimedes formulieren und erläutern.
• Ich kenne die Formel F_A = ρ_Fl·V_Kö·g und kann sie auf einfache Aufgaben anwenden.
• Ich kann das Goldkronenexperiment des Archimedes beschreiben.
• Ich kann die Funktionsweise eine Aräometers und Dasymeters beschreiben.
• Ich kann erläutern, unter welchen Umständen ein Ballon fliegt und kann dessen Tragkraft abschätzen.

Wärmeenergie

• Ich kann darlegen, dass man Energie benötigt um Körper zu erwärmen.
• Ich kann angeben, dass diese Energie in der Einheit Joule (Abkürzung J ) gemessen wird und das Formelzeichen W erhält.
• Ich kann angeben, dass man die Energie von 4,2 J benötigt, um 1 g Wasser um 1° zu erwärmen.
• Ich kann berechnen, wie viel Energie (in J ) man benötigt, um eine gegebene Menge Wasser von einer gegebenen Ausgangstemperatur auf eine gewünschte Endtemperatur zu erwärmen.
• Ich kann einer Tabelle die Energiewerte entnehmen, die man benötigt um 1 g eines gegebenen Materials um 1° zu erwärmen und weiß, dass diese Werte die Bezeichnung spezifische Wärmekapazität (eines Stoffes) haben.
• Ich kann berechnen, wie viel Energie (in kJ) man benötigt, um an einem beliebigen Körper eine gewünschte Temperaturänderung hervorzurufen.

Heizwert

• Ich kann Beispiele von Brennstoffen (auch Lebensmitteln) nennen und erläutern, dass man sie nach Heizwerten unterscheidet.
• Ich kann darlegen, dass der Heizwert angibt, wie viel Wärmeenergie in einem Gramm oder Kilogramm eines Brennstoffes in chemischer Energie enthalten ist.
• Ich kann angeben, dass der Heizwert in der Einheit J/g bzw. kJ/g und in Sonderfällen in der Einheit kJ/l oder kJ/m³ angegeben wird und kann diese Werte einer Tabelle entnehmen.
• Ich kann berechnen, welche Temperaturänderungen an einem gegebenen Körper mit einer bestimmten Menge eines Brennstoffes maximal erreichbar sind.
• Ich kann darlegen, wie man mit einer Waage, einem Thermometer, einem Topf mit Wasser und einer gegebenen Menge eines Brennstoffes dessen Heizwert bestimmen kann.

Leistung

• Ich kann darlegen, dass man den Quotienten Energie/Zeit als Leistung P bezeichnet und dass die Einheit der Leistung 1 J/s = 1 W (Watt) ist.
• Ich kann die Leistung eines Brenners berechnen, wenn ich z.B. weiß, dass er in einer bestimmten Zeit eine bestimmte Menge eines Brennstoffes verbraucht.
• Ich kann die Leistung eines Tauchsieders berechnen, wenn ich z.B. weiß, dass er in einer bestimmten Zeit in einer bestimmte Menge Wasser eine bestimmte Temperaturänderung hervorruft.

Erhaltungsgesetz der Wärmeenergie und Wirkungsgrad

• Ich kann darlegen, dass Wärmeenergie nicht verloren geht noch von selbst erzeugt werden kann.
• Ich kann darlegen, dass der Wirkungsgrad der Quotient aus nutzbarer Energie und aufgebrachter Energie ist, das Formelzeichen h besitzt und üblicherweise in Prozent angegeben wird.
• Ich kann den Wirkungsgrad eines Brenners angeben, bei dem z.B. 30% der eingesetzten Energie an dem zu erhitzenden Topf vorbeiströmt.
• Ich kann die nutzbare Leistung eines Brenners berechnen, wenn der Wirkungsgrad gegeben ist.
• Ich kann ein Experiment beschreiben, um den Wirkungsgrad eines Brenners zu ermitteln.
• Ich kann darlegen, dass bei einer Energieumwandlung die neue Energieform in der Regel weniger wert ist als die vorherige Energieform.

Phasenänderungen

• Ich kann die Prozesse Schmelzen, Verdunsten, Verdampfen, Kondensieren, Erstarren und Sublimieren an Beispielen erläutern.
• Ich kann einer Tabelle die Energiewerte entnehmen, die man benötigt um 1 g eines gegebenen Materials zu schmelzen bzw. zu verdampfen und weiß, dass diese Werte die Bezeichnung spezifische Schmelzwärme bzw. spezifische Verdampfungswärme (eines Stoffes) haben und kann entsprechende Berechnungen durchführen.
• Ich kann erläutern, warum sich die Temperatur einer Glasscheibe, an der Dampf zu Wasser kondensiert, erhöht.
• Ich kann erläutern, warum sich meine Haut abkühlt, wenn auf ihr eine Flüssigkeit verdunstet.
• Ich kann darlegen, wie eine Kältemischung (Eis plus Salz) funktioniert.
• Ich kann darlegen, wie ein Kühlschrank/ eine Wärmepumpe/ eine Klimaanlage funktioniert.
• Ich kann berechnen, wie viel Energie man benötigt, um eine bestimmte Menge Wasser in Dampf zu verwandeln.
• Ich kann berechnen, wie viel Brennstoff einer gegebenen Sorte man benötigt, um eine bestimmte Menge Eis aufzutauen.

Verhalten von Gasen / Wärmeenergiemaschinen

• Ich kann beschreiben, wie sich ein Gas beim Abkühlen / beim Erwärmen verhält.
• Ich kann erläutern, warum es eine tiefstmögliche Temperatur gibt, die nicht unterschritten werden kann und -273°C beträgt.
• Ich kann erläutern, wie sich die Kelvinskala von der Celsiusskala unterscheidet.
• Ich kann Werte aus der Celsiusskala in die Kelvinskala umwandeln bzw. umgekehrt.
• Ich kann darlegen, wie man eine einfache Wärmeenergiemaschine baut, wenn man eine Gasspritze sowie ein Becken mit kaltem und ein Becken mit warmem Wasser zur Verfügung hat.
• Ich kann das Prinzip einer Dampfmaschine, eines Explosionsmotors, eines Kraftwerks beschreiben und darlegen, welche Energieumwandlungsprozesse bei diesen Maschinen stattfinden.

Inhaltsfelder

• Elektrizitätslehre
  • Einführung von Stromstärke und Ladung
  • Eigenschaften von Ladung, elektrische Quelle und elektrischer Verbraucher
  • Unterscheidung und Messung von Spannungen und Stromstärken
  • Spannungen und Stromstärken bei Reihen und Parallelschaltungen
  • Elektrischer Widerstand, Ohmsches Gesetz
  • Energie und Leistung in der Elektrik
  • Elektromotor und Generator
  • Aufbau und Funktionsweise eines Kraftwerkes
• Radioaktivität und Kernphysik
  • Aufbau der Atome
  • Ionisierende Strahlung (Arten, Reichweiten, Zerfallsreihen, Halbwertzeit)
  • Strahlennutzen, Strahlenschäden und Strahlenschutz
  • Kernspaltung
  • Nutzen und Risiken der Kernenergie

Kontexte

• Elektrizität: messen – verstehen – anwenden
• Der Aufbau der Materie
• Radioaktivität und Kernenergie: Grundlagen, Anwendung und Verantwortung
• Strahlenschutz

Elektrische Ladung

• Ich kenne das Kern-Hülle-Modell (eine negativ geladene Elektronenhülle umgibt einen positiv geladenen Atomkern) und kann mit seiner Hilfe erklären:
  • Ein Körper ist elektrisch neutral, wenn die Anzahl der positiven und negativen Ladungen gleich ist.
  • Ein Körper ist elektrisch negativ geladen, wenn Elektronenüberschuss besteht.
  • Ein Körper ist elektrisch positiv geladen, wenn Elektronenmangel besteht.
• Ich kann erklären, was bei der Erzeugung von elektrischer Ladung durch Reibung passiert, und diesen Vorgang an einem Experiment erläutern.
• Ich weiß, dass es zwei Sorten elektrischer Ladung gibt, die als positiv bzw. negativ bezeichnet werden.
• Ich weiß, dass die elektrische Ladung mit dem Formelbuchstaben Q bezeichnet und in der Einheit Coulomb (C) gemessen wird.
• Ich kann ein Experiment beschreiben mit dem gezeigt wird, dass sich gleichnamige Ladungen abstoßen und ungleichnamige anziehen.
• Ich kann erklären, warum bei einer Ladungstrennung Energie aufgewendet werden muss.
• Ich weiß, dass sich das Ergebnis einer solchen Ladungstrennung mit der physikalischen Größe elektrische Spannung U beschreiben lässt: zwischen den getrennten Ladungen (Polen) herrscht eine Spannung U .
• Ich kenne die Definition der elektrischen Spannung U=W/Q sowie die zugehörige Einheit 1 Volt = 1 V = 1 J/Q . (Zur Definition der Einheit Joule (J) vgl. Stufe 7.)
• Ich kenne die Definition der elektrischen Stromstärke I als bewegte (fließende) elektrische Ladung: I = Q/t und die zugehörige Einheit 1 Ampère = 1 A ; ich weiß, dass der Zusammenhang 1 C = 1 As besteht.
• Ich kann ausrechnen, wie lange ein Akku bei bekannter Ladungskapazität und Belastung Energie bereitstellt.

Elektrischer Stromkreis

• Ich weiß, dass ein elektrischer Stromkreis aus Quelle, Verbraucher (Lampe, Motor, Heizdraht, …) und leitenden Verbindungen besteht.
• Ich kann erklären, welche Funktion ein Schalter in einem Stromkreis hat.
• Ich weiß, dass in einem Stromkreis Energie von der Quelle zum Verbraucher transportiert wird.
• Ich kann diesen Energietransport mit Hilfe der Größen Spannung U, Stromstärke I und Leistung berechnen. Bei der Berechnung kann ich die korrekten Einheiten verwenden.
• Ich kann einen Stromkreis mit Hilfe der üblichen Symbole als Schaltbild darstellen.
• Ich kann einen einfachen Stromkreis aufbauen, Strom- und Spannungsmessgeräte korrekt schalten und ablesen.

Elektrischer Widerstand

• Ich weiß, dass die physikalische Größe Widerstand R als Quotient aus Spannung U und Stromstärke I definiert ist und dass die zugehörige Einheit 1 Ohm ist.
• Ich kann mit Hilfe dieser Gleichung R = U/I bei zwei gegebenen Größen die jeweils dritte berechnen und dabei die korrekten Einheiten verwenden. (Aufgaben)
• Ich weiß, dass jeder Verbraucher einen elektrischen Widerstand besitzt.
• Ich weiß, dass ein Verbraucher, dessen elektrischer Widerstand konstant ist, als „ohmscher Widerstand“ bezeichnet wird.
• Ich kann durch Kombination der beiden Gleichungen R = U/I und P = U*I Aufgaben zum Zusammenhang zwischen Leistung und Widerstand lösen.

Reihen- und Parallelschaltung

• Ich kenne den Unterschied zwischen der Reihen- bzw. Parallelschaltung von zwei Verbrauchern und kann diese Schaltungen in einem Schaltbild darstellen.
• Ich weiß, dass bei einer Reihenschaltung derselbe Strom durch die Verbraucher fließt und an jedem Verbraucher eine Teilspannung „abfällt“. (Beispiel: Lichterkette)
• Ich weiß, dass sich diese Teilspannungen zur Gesamtspannung der Quelle addieren.
• Ich weiß, dass sich bei einer Parallelschaltung die durch die Verbraucher fließenden Teilströme sich zum Gesamtstrom addieren.
• Ich weiß, dass im Haushaltsnetz die angeschlossenen Verbraucher für eine Spannung von 230V ausgelegt sind und parallel geschaltet werden müssen.

Kraft auf stromdurchflossene Leiter im Magnetfeld

• Ich weiß, dass man die Stärke und Richtung eines Magnetfeldes mit Hilfe von Feldlinien beschreiben kann. Dabei gilt, dass die Feldlinien vom Nord- zum Südpol verlaufen und ihre Dichte ein Maß für die Stärke des Feldes ist.
• Ich weiß, dass ein elektrischer Strom ein Magnetfeld erzeugt.
• Ich weiß, dass die Feldrichtung in einer Spule von der Stromrichtung abhängt.
• Ich weiß, dass sich in einer Spule (ein zylinderförmig aufgewickelter Draht) ein magnetisches Feld ausbildet, dessen Form dem Feld eines Stabmagneten gleicht.
• Ich weiß, dass auf einen stromdurchflossenen Leiter, der sich in einem Magnetfeld befindet, eine Kraft wirkt.
• Ich weiß, dass diese Kraft immer dann auftritt, wenn sich elektrische Ladungen senkrecht zu einem Magnetfeld bewegen.
• Ich kann die Richtung dieser Kraft mit Hilfe der Rechte-Hand-Regel bestimmen.
• Ich weiß, dass es bei bewegten Elektronen (Elektronenstrahl) wegen der negativen Ladung sinnvoll ist, die Linke-Hand-Regel zu verwenden.
• Ich kann die Funktionsweise eines Elektromotors mit Hilfe der Kraftwirkungen auf Ströme in Magnetfeldern erklären.
• Ich kann erläutern, dass ein Elekromotor elektrische Energie in mechanische Energie umwandelt.
• Ich weiß, dass das Verhältnis von abgegebener mechanischer Energie zur zugeführten elektrischen Energie als Wirkungsgrad bezeichnet wird und bei einem Elektromotor ca. 95% beträgt.

Induktion als Grundlage der Elektrotechnik

• Ich kann einen Versuch beschreiben, mit dem das Prinzip der Erzeugung einer elektrischen Spannung durch Bewegung eines Leiters in einem Magnetfeld demonstriert wird. (Grundversuch I)
• Ich kann einen Versuch beschreiben, mit dem das Prinzip der Erzeugung einer elektrischen Spannung durch zeitliche Änderung eines Magnetfeldes demonstriert wird. (Grundversuch II)
• Ich weiß, dass in einer Spule eine elektrische Spannung induziert wird, wenn sich die Anzahl der Feldlinien, die die Spulenfläche durchsetzen, zeitlich ändert.
• Ich kann die Funktionsweise eines Generators mit Hilfe des Grundversuches I erklären.
• Ich kann erläutern, dass bei einem Generator mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt wird.
• Ich weiß, dass das Verhältnis von erzeugter elektrischer Energie zur zugeführten mechanischen Energie als Wirkungsgrad bezeichnet wird und bei einem Generator ca. 95% beträgt.
• Ich kann den grundsätzlichen Aufbau eines Kraftwerkes beschreiben und erläutern.
• Ich kann die Energiewandlungsketten bei einem Gas- oder Kohlekraftwerk, bei einer Windkraftanlage, bei einer Photovoltaikanlage erläutern.
• Ich kann die Funktionsweise eines Transformators mit Hilfe des Grundversuches II erklären.
• Ich kann erklären, warum ein Transformator Spannungen herauf- oder heruntersetzen kann.
• Ich weiß, dass bei einem idealen Transformator die elektrische Leistung an Sekundär- bzw. Primärseite gleich groß ist.
• Ich weiß, dass Transformatoren eingesetzt werden, um
  • Stromkreise galvanisch zu trennen,
  • Übertragungsverluste zu verringern (Hochspannungsnetz)
  • niedrige Spannungen für Netzgeräte bereit zu stellen.

Aufbau der Atome

• Ich kenne die wesentlichen Ergebnisse des Rutherfordschen Streuversuch und kann daraus ein Atommodell entwickeln.
• Ich kann Eigenschaften von Materie mit einem angemessenen Atommodell beschreiben.
• Ich kann Atommodelle zur Erklärung von Phänomenen begründet auswählen und ihre Grenzen angeben.

Ionisierende Strahlung (Arten, Reichweiten, Zerfallsreihen, Halbwertzeit)

• Ich kann den Begriff „Ionisation“ erklären und Unterschiede zwischen ionisierender Strahlung und nicht-ionisierender Strahlung erläutern.
• Ich weiß, dass radioaktive Strahlung durch Prozesse im Atomkern hervorgerufen wird.
• Ich kenne die folgenden Nachweismethoden ionisierender Strahlung und kann ihre Funktionsweise erklären:
  • Photoplatte
  • Geiger-Müller-Zählrohr
  • Nebelkammer
• Ich weiß, dass Alpha-Teilchen zweifach positiv geladene Helium-Kerne mit hoher Bewegungsenergie sind.
• Ich weiß, dass Beta-Teilchen Elektronen (beta-minus) bzw. Positronen (beta-plus) mit hoher Bewegungsenergie sind.
• Ich weiß, dass Gammastrahlung wie Röntgenstrahlung elektromagnetische Strahlung hoher Energie ist.
• Ich kann Eigenschaften und Wirkungen radioaktiver Strahlung nennen.
• Ich weiß, dass sich die verschiedenen Arten ionisierender Strahlung sehr unterschiedlich verhalten und kann dies auf ihre Zusammensetzung zurückführen:
  • Reichweite
  • Absorptionsverhalten bzw. Durchdringungsvermögen
• Ich kann die Bedeutung der Begriffe Atomkern, Atomhülle, Isotop bzw. Nuklid, Massenzahl bzw. Nukleonenzahl, Ordnungszahl bzw. Kernladungszahl nennen.
• Ich kann mit Hilfe der Nuklidkarte zu einem gegebenen Nuklid Zerfallsart und Zerfallsprodukte ermitteln und so Zerfallsreihen identifizieren.
• Ich kann den Begriff Halbwertszeit erklären und ihn auf statistische Zerfallsprozesse großer Anzahlen von Atomkernen zurückführen.
• Ich kann ein Experiment zur Bestimmung der Halbwertszeit eines Nuklids beschreiben.
• Ich kann aus Tabellendaten die Zerfallskurve einer Probe in einem Diagramm darstellen.
• Ich kann aus einer Zerfallskurve die Halbwertszeit eines Nuklids bestimmen.
• Ich kann den Zerfall einer Probe mit Hilfe einer Exponentialfunktion N(t) = N0·(½)t/T½ mathematisch modellieren.
• Ich kann Zerfallskurven und Halbwertszeiten zur Vorhersage von Zerfallsprozessen nutzen.
• Ich kann die C-14-Methode zur Altersbestimmung in der Archäologie beschreiben und erklären und kann entsprechende Fragestellungen auch mathematisch lösen.

Strahlennutzen, Strahlenschäden und Strahlenschutz

• Ich kenne das Phänomen der natürlichen Radioaktivität und kann Ursachen nennen.
• Ich kann die Wechselwirkung zwischen Strahlung, insbesondere ionisierender Strahlung, und Materie sowie die daraus resultierenden Veränderungen der Materie beschreiben und damit mögliche medizinische Anwendungen und Schutzmaßnahmen erklären
• Ich kann technische Geräte und Anlagen unter Berücksichtigung von Nutzen, Gefahren und Belastung für die Umwelt vergleichen und bewerten und Alternativen erläutern.
• Ich kenne die Auswirkungen radioaktiver Strahlung auf den menschlichen Körper und kann sie nach Frühschäden (Strahlenkrankheit) und Spätschäden (Krebs, Erbschäden) unterscheiden.
• Ich kenne verschiedene medizinische Anwendungen ionisierender Strahlung und kann ihre Funktionsweisen erklären:
  • Tumorbehandlung
  • Röntgen
  • Radioaktive Marker
• Ich kann Nutzen und Risiken radioaktiver Strahlung und Röntgenstrahlung bewerten.

Kernspaltung und Kernfusion

• Ich kann Kernspaltung und Kernfusion mit Hilfe eines Atommodells beschreiben.
• Ich kann die Kernspaltung in einer kontrollierten Kettenreaktion in einem Kernreaktor und die damit verbundenen Stoff- und Energieumwandlungen erläutern.

Nutzen und Risiken der Kernenergie

• Ich kann Probleme der Nutzung der Kernenergie und der Behandlung von radioaktiven Abfällen erläutern und die daraus resultierenden physikalischen, technischen und gesellschaftlichen Fragestellungen differenziert darstellen.
• Ich kann die Veränderungen in Physik, Technik und Gesellschaft durch die Entdeckung radioaktiver Strahlung und Kernspaltung beschreiben.
• Ich kann Nutzen und Risiken radioaktiver Strahlung und von Röntgenstrahlung auf der Grundlage physikalischer und biologischer Fakten begründet abwägen.
• Ich kann eine eigene Position zur Nutzung der Kernenergie einnehmen, dabei Kriterien angeben und ihre Position durch stringente und nachvollziehbare Argumente stützen.

Allgemeines

Zusätzlich zum Pflichtunterricht wird an unserem Gymnasium seit längerem ein Wahlpflichtkurs Informatik/Physik im Differenzierungsbereich der Mittelstufe angeboten. Dieser Kurs wird zunächst in der Stufe 8 von den Fachlehrern des Faches Informatik geführt. In dieser Stufe liegt der Schwerpunkt auf dem Fach Informatik.

In der Stufe 9 erfolgt ein Wechsel des fachlichen Schwerpunkts. Nun geht es einerseits darum, die physikalische Struktur des Rechners angefangen von der digitalen Elektronik über die Recheneinheit bis zur Speicherung in den Grundzügen zu verstehen. Andererseits geht es darum, mit einem gegebenen Rechner über einfach zu durchschauende Interfaces mit der physikalischen Außenwelt in Verbindung zu treten. Der Bogen wird dabei vom experimentellen Aufbau einfacher logischer Gatter bis hin zur digitalen Steuerungs- und Regeltechnik gespannt.

Dabei können sehr viele Experimente inzwischen in Schülerübungen durchgeführt werden. Neben einem Schülersatz Notebooks stehen diverse Interfaces, Baukastensysteme und technische Modelle zur Verfügung.

Die folgenden Inhalte und Kompetenzen beziehen sich auf die Stufe 9 und sind das Ergebnis einer langjährigen und ständigen Weiterentwicklung an unserer Schule.

Thematik

Einführung in die digitale Elektronik

Inhaltsfelder

• Grundlagen zur Elektrizitätslehre
• Unterschied: Digital – Analog
• Einfache logische Schaltungen
• Einsatz technischer Halbleiter in logischen Schaltungen

Kompetenzerwartung

Die SuS können logische Schaltungen mit technischen Halbleitern selbst aufbauen und analysieren.

Thematik

Theoretische Grundlagen der Informationsverarbeitung

Inhaltsfelder

• Zeichensysteme
• Kodierung
• Logische Verknüpfungen

Kompetenzerwartung

Die SuS können verschiedene Zeichensysteme ineinander übertragen und die Logik der Booleschen Algebra anwenden um vorgegebene Probleme zu lösen.

Thematik

Schaltungen mit logischen Bausteinen

Inhaltsfelder

• Experimente mit logischen Gattern
• Rechnen mit logischen Gattern
• Aufbau und Funktionsweise eines Flipflops
• Zählschaltungen; Uhren
• Steuerung technischer Abläufe

Kompetenzerwartung

Die SuS können Experimente mit logischen Gattern aufbauen und damit physikalische Messparameter erfassen sowie technische Abläufe steuern.

Thematik

Einsatz des Rechners

Inhaltsfelder

• Einführung in Programmiertechniken zur Benutzung von Interfaces
• Steuerung technischer Abläufe
• Analog-Digital-Wandlung und Digital-Analog-Wandlung
• automatische Messwerterfassung
• Steuern und Regeln eines Industrierobotermodells.

Kompetenzerwartung

Die SuS können mit Hilfe der Programmiersprache VisualBasic Interfaces programmieren und damit komplexere physikalische Messparameter erfassen sowie technische Abläufe steuern.

Vorbemerkungen

• Bei der Behandlung physikalischer Probleme sowie der Auswertung von Versuchen wird erhöhter Wert auf den Einsatz von Computern gelegt. Dies umfasst insbesondere:
  • Messwerterfassung und -auswertung per Computer
  • Einsatz von Tabellenkalkulation
  • Videoanalyse von Bewegungen
  • Simulation (z. B. von Satellitenbahnen)
• Fächerübergreifend werden Ergebnisse für den Mathematikunterricht (insbesondere im Bereich der Differentialrechnung) bereitgestellt.
• Die Behandlung mechanischer Wellen soll nicht in der Einführungsphase sondern erst in der Qualifikationsphase erfolgen.

Inhaltsfelder

• Kinematik und Dynamik
  • Gleichförmige Bewegung
  • Gleichmäßig beschleunigte Bewegung, freier Fall
  • Waagerechter Wurf, Superpositionsprinzip
  • Träge Masse, Trägheitssatz
  • Kräfte, Newtonsche Gesetze
• Erhaltung von Impuls und Energie
  • Impuls, Impulserhaltung
  • Lageenergie und Hubarbeit
  • Spannenergie und Spannarbeit
  • Bewegungsenergie und Beschleunigungsarbeit
  • Energieentwertung und Reibungsarbeit
  • Energieerhaltung
  • Leistung
  • Stoßvorgänge (nur zentrale Stöße)
• Kreisbewegungen und Himmelsmechanik
  • Kreisbewegung und Zentripetalkraft
  • Gravitationsgesetz
  • Energie und Arbeit im Gravitationsfeld
  • Keplersche Gesetze
  • Raketenprinzip und Raumfahrt
  • Astronomische Weltbilder
• Mechanische Schwingungen
  • Schwingungsvorgänge und Schwingungsgrößen
  • Harmonische Schwingungen, lineares Kraftgesetz
  • Anharmonische Schwingungen
  • Thomson-Gleichung
  • Überlagerung von Schwingungen
  • erzwungene Schwingung, Resonanz
  • gedämpfte Schwingungen
  • Erzeugung ungedämpfter Schwingungen, Rückkopplung

Kontexte

• Physik im Straßenverkehr (Bewegungsvorgänge, Bremswege, Unfallabläufe)
• Physik im Sport
• Bewegungsvorgänge im Sonnensystem
• Raumfahrt

Gleichförmige Bewegung

• Ich kann auf der Grundlage von Weg-Zeit-Messungen ein Zeit-Weg-Diagramm erstellen.
• Ich kann t-s-Diagramme interpretieren.
• Ich kann die (Durchschnitts-)geschwindigkeit berechnen und weiß, dass sie der (Sekanten-)steigung im t-s-Diagramm entspricht.
• Ich weiß, dass Bewegungen mit konstanter Geschwindigkeit gleichförmige Bewegungen genannt werden.
• Ich kenne die Bewegungsgleichung der gleichförmigen Bewegung und kann einen Zusammenhang zu linearen Funktionen herstellen.
• Ich kann zu einem t-s-Diagramm durch Berechnungen ein t-v-Diagramm erstellen.
• Ich kann den Inhalt einer Fläche im t-v-Diagramm als zurückgelegten Weg interpretieren.
• Ich kann zu einem t-v-Diagramm durch Berechnungen ein t-s-Diagramm erstellen und weiß, dass dazu weitere Angaben erforderlich sind.
• Ich kann einfache Bewegungsaufgaben graphisch und rechnerisch lösen.

Gleichmäßig beschleunigte Bewegung, freier Fall

• Ich weiß, dass die Momentangeschwindigkeit der Tangentensteigung im t-s-Diagramm entspricht und kann sie graphisch bestimmen.
• Ich kann t-v-Diagramme interpretieren.
• Ich kann die (durchschnittliche) Beschleunigung berechnen und weiß, dass sie der (Sekanten-)steigung im t-v-Diagramm entspricht.
• Ich weiß, dass Bewegungen mit konstanter Beschleunigung gleichmäßig beschleunigte Bewegungen genannt werden.
• Ich kenne die Bewegungsgleichung und das Geschwindigkeits-Zeit-Gesetz der gleichmäßig beschleunigten Bewegung und kann einen Zusammenhang zu quadratischen Funktionen herstellen.
• Ich zu einem t-v-Diagramm durch Berechnungen ein t-a-Diagramm erstellen.
• Ich kann den Inhalt einer Fläche im t-a-Diagramm als absolute Änderung der Geschwindigkeit interpretieren.
• Ich kann zu einem t-a-Diagramm durch Berechnungen ein t-v-Diagramm und ein t-s-Diagramm erstellen und weiß, dass dazu weitere Angaben erforderlich sind.
• Ich kann den freien Fall als gleichmäßig beschleunigte Bewegung mit a=g beschreiben und damit die Gesetze für den freien Fall herleiten.
• Ich kann Beschleunigungsprobleme rechnerisch lösen.

Waagerechter Wurf, Superpositionsprinzip

• Ich kann den waagerechten Wurf als Überlagerung (Superposition) einer gleichförmigen Bewegung in horizontaler und eines freien Falls in vertikaler Richtung beschreiben.
• Ich kann die Parabelbahn bei gegebenen Ausgangswerten herleiten.
• Ich kann Problemstellungen zu waagerechten Wurfbewegungen rechnerisch lösen.
• Ich kann Geschwindigkeiten als Vektoren beschreiben.

Kräfte

• Ich weiß, dass Kräfte an ihren Wirkungen zu erkennen sind und kann dies an Beispielen erläutern.
• Ich kann Kräfte als Vektoren beschreiben.
• Ich kann bei mehreren angreifenden Kräften die resultierende Kraft graphisch und rechnerisch ermitteln.
• Ich kann Kräfte graphisch und rechnerisch in ihre Komponenten zerlegen (z.B. schiefe Ebene).

Träge Masse, Newtonsche Gesetze

• Ich kenne den Trägheitssatz, kann ihn begründen und kann den Unterschied zwischen träger und schwerer Masse erläutern.
• Ich weiß, dass die Ursache einer gleichmäßig beschleunigten Bewegung eine konstante (resultierende) Kraft ist.
• Ich kann ein Experiment zur Untersuchung der Abhängigkeit der Beschleunigung von der beschleunigenden Kraft F und der trägen Masse des beschleunigten Körpers m beschreiben.
• Ich kann die Grundgleichung F = m·a durch Auswertung von Messungen herleiten.
• Ich kann einfache Beschleunigungsprobleme rechnerisch lösen.
• Ich kenne das Wechselwirkungsprinzip und kann es an einfachen Beispielen erläutern und anwenden.
• Ich kann das Wechselwirkungsprinzip vom Kräftegleichgewicht unterscheiden.

Mechanische Energieformen

• Ich kann darlegen, dass beim Anheben eines Körpers Arbeit verrichtet wird und dass der Körper potentielle Energie aufnimmt.
• Ich kann die potentielle Energie mit der Formel Wpot = m·g·h berechnen.
• Ich weiß, dass bei der Verformung eines Objekts Arbeit an ihm verrichtet wird.
• Ich weiß, dass für die Verformung eines elastischen Gegenstands Spannenergie aufgewandt werden muss, deren Betrag mit der Formel W_Sp = 0,5·D·x² berechnet wird.
• Ich weiß, dass zur Beschleunigung eines Körpers Beschleunigungsarbeit verrichtet wird und der Körper kinetische Energie aufnimmt.
• Ich kann die kinetische Energie mit der Gleichung W_kin = 0,5·m·v² berechnen.

Energieerhaltungssatz

• Ich weiß, dass Energie grundsätzlich nicht aus Nichts erzeugt werden und nicht vernichtet werden kann.
• Ich weiß, dass in vielen Vorgängen Energie seine Form wechseln kann und bin in der Lage mehrere Beispiele für Umwandlungen benennen.
• Ich weiß, dass bei einem Körper, der fällt, potentielle Energie in kinetische umgewandelt wird.
• Ich weiß, dass bei einem gespannten Gegenstand, zum Beispiel bei einer Feder, Spannenergie in kinetische Energie umgewandelt wird, sobald sich der Gegenstand wieder entspannt.
• Ich kann den Energieerhaltungssatz dazu verwenden, die Steighöhe eines geworfenen Gegenstands zu berechnen, wenn mir die Vertikalgeschwindigkeit bekannt ist.
• Ich bin in der Lage mit Hilfe des Energieerhaltungssatzes verschiedene Größen bei der Spannung einer Feder zu berechnen, wenn mir die anderen beteiligten Größen bekannt sind.

Reibung und Energieentwertung

• Ich weiß, dass einander berührende Gegenstände Reibungskräfte aufeinander ausüben können, welche ihre Bewegung dämpfen.
• Ich kann zwischen Haft-, Gleit- und Rollreibung unterscheiden.
• Ich weiß, dass bei zwei Objekten die Haftreibung stets stärker ist als die Gleitreibung.
• Ich kenne verschiedene Beispiele aus der Technik und dem Alltag, in denen Reibung eine Rolle spielt, und weiß, dass in manchen Fällen eine möglichst geringe, in anderen Fällen eine große Reibung gewünscht wird.
• Ich weiß, dass die Stärke der Reibung von den Materialien der beteiligten Körper abhängt und dass der Betrag der Kraft durch den Haft- beziehungsweise Gleitreibungskoeffizient beschrieben wird.
• Ich weiß, dass bewegte Gegenstände, die der Reibung unterliegen, kinetische Energie einbüßen.
• Ich weiß, dass diese verlorengegangene Energie als entwertete Energie bezeichnet wird, da sie nicht mehr ohne Weiteres nutzbar ist.

Impuls und Stoßvorgänge

• Ich kenne den Impuls eines Gegenstands und kann ihn mit der Formel p = m·v berechnen.
• Ich weiß, dass der Gesamtimpuls eines geschlossenen Systems erhalten bleibt und erst dann eine Veränderung erfährt, wenn äußere Kräfte wirken.
• Ich kann zwischen einem elastischen und einem inelastische Stoß zweier Objekte unterscheiden.
• Ich weiß, dass bei einem elastischen Stoß kinetische Energie nicht verloren geht, sondern lediglich von einem Stoßpartner auf den anderen übertragen werden kann.
• Ich weiß, dass ein vollständig inelastischer Stoß vorliegt, wenn beide Stoßpartner nach dem Stoß gleiche Richtung und Geschwindigkeit besitzen. In diesem Fall geht kintische Energie verloren.
• Ich bin in der Lage, für zentrale elastische oder vollständig inelastische Stöße die Endgeschwindigkeiten zu berechnen, wenn mir die Massen und Anfangsgeschwindigkeiten bekannt sind.
• Ich kann geeignete Experimente durchführen, um den Impulserhaltungssatz zu überprüfen.
• Ich kann im Rahmen der vorgenannten Experimente eine Videoanalyse der Bewegungen durchführen, um die beteiligten Geschwindigkeiten zu messen.

Physikalische Beschreibung einer Kreisbewegung

• Ich kann bei einer Kreisbewegung die Größen Bahngeschwindigkeit und Winkelgeschwindigkeit begrifflich unterscheiden und aus Radius und Umlaufdauer bzw. Drehzahl berechnen.
• Ich kann begründen, dass zur Aufrechterhaltung einer Kreisbewegung ständig eine auf den Mittelpunkt des Kreises gerichtete Kraft, die sog. Zentripetalkraft erforderlich ist.
• Ich kann die Größe dieser Kraft mit Hilfe von Formeln bestimmen und diese Kenntnisse anwenden auf Durchfahren von Kurven, Funktionsweise einer Loopingbahn usw .
• Ich weiß, dass die sog. Zentrifugalkraft entgegengesetzt gleich der Zentripetalkraft ist und nur im rotierenden System auftritt (Scheinkraft).

Gravitationsfeld

• Ich weiß, dass das von Isaac Newton entdeckte Gravitationsgesetz die Anziehung von Massen beschreibt, und kann seine mathematische Formulierung angeben.
• Ich kann das Prinzip eines Experimentes beschreiben, mit dem man die im Gravitationsgesetz auftretende Konstante bestimmen kann.
• Ich kann darlegen, wie man aus Kenntnis des Gravitationsgesetzes und der Größe des Erdradius die Masse der Erde bestimmen kann.
• Ich kann den Unterschied zwischen Gravitationskraft und Gravitationsfeld beschreiben.
• Ich kann die Energie berechnen, die man einem Körper zuführen muss, um ihn in einem Gravitationsfeld anzuheben.
• Ich kann die Energie berechnen, die frei wird, wenn ein Körper in einem Gravitationsfeld potentielle Energie verliert.
• Ich kann den Begriff Fluchtgeschwindigkeit erläutern und die ersten beiden kosmischen Geschwindigkeiten berechnen.

Himmelsmechanik

• Ich kann unter der Annahme, dass die Gravitationskraft als Zentripetalkraft wirkt, das 2. Keplersche Gesetz für den Sonderfall einer Kreisbahn herleiten
• Ich kenne die Keplerschen Gesetze und kann mit ihrer Hilfe astronomische Größen (z. B. Umlaufsdauer eines Planeten, Masse von Doppelsternen) ermitteln.
• Ich kann die wesentlichen Unterschiede des astronomischen Weltbildes der Antike und der auf den Erkenntnissen von Kopernikus, Galilei, Kepler und Newton beruhenden Sichtweise der Neuzeit darlegen.

Raumfahrt

• Ich kann unter Verwendung des Impulserhaltungssatzes die Funktionsweise einer Rakete an Hand von Experimenten erläutern.
• Ich kann ausrechnen, wie hoch die Geschwindigkeit sein muss, um einen Satelliten auf eine vorgegebene Bahn zu bringen.
• Ich kann die Begriffe „Schub“ und „Endgeschwindigkeit“ erläutern und diese unter Anwendung von Formeln berechnen.
• Ich kann darlegen, wie man einen geostationären Satelliten auf die vorgesehene Bahn bringt.
• Ich kann den physikalischen Hintergrund eines sog. „Swing-by-Manövers“ erklären.

Vorbemerkungen

• Anders als im Leistungskurs sieht der Lehrplan im Grundkurs nicht mehr die Bearbeitung des Stoffs in der klassischen Reihenfolge vor. Vielmehr sind die Themen in folgende Kategorien eingeordnet: Quantenobjekte, Elektrodynamik, Relativität sowie Strahlung und Materie. Die Reihenfolge im Unterricht ist allerdings nicht festgelegt.
• Basis dieses Lehrplans sind 25 Schlüsselversuche, die bis zum Abitur im Unterricht vorgeführt und ausführlich behandelt werden. In den Fällen, in dem Experimente wegen mangelnder Ausstattung nicht möglich sind, beschränkt man sich auf die theoretische Behandlung unter anderem mit Computersimulationen. Umfangreiches Material zu den Schlüsselversuchen findet man hier.

Inhaltsfelder

• Quantenobjekte
  • Eigenschaften des Elektrons, Masse, Ladung
  • Bewegung des Elektrons in E- und B-Feldern
  • Licht
  • Eigenschaften von Wellen
  • Teilchennatur des Lichts, Photonen
  • Welleneigenschaften des Elektrons, deBroglie-Wellen
• Elektrodynamik
  • Spannung und elektrische Energie
  • Induktion
  • Der Transformator
  • Lenz’sche Regel
  • Wechselspannung
  • Energieerhaltung
  • Ohmsche Verluste
• Relativität in Raum und Zeit
  • Konstanz von c
  • Zeitdilatatation
  • Massenänderung
  • Energie-Masse-Äquivalenz
• Strahlung und Materie
  • Spektrum der elektromagnetischen Strahlung
  • Energiequantelung in der Atomhülle
  • Ionisierende Strahlung
  • Kernumwandlung
  • Elementarteilchen (Standardmodell)

Schlüsselversuche

• Quantenobjekte
  • Wellenwanne
  • Doppelspalt
  • Gitter
  • Photoeffekt
  • Millikan-Versuch
  • Fadenstrahlrohr
  • Elektronenbeugung
• Elektrodynamik
  • Oszilloskop oder
    Messwerterfassungssystem
  • Leiterschaukel
  • Thomsonscher Ringversuch
  • Leiterschleife
  • Generator
  • Transformator
  • Modellexperiment
    zu Freileitungen
• Relativität
  • Michelson-Morley-Experiment
  • Myonenzerfall
  • Lichtuhr
  • Zyklotron
• Strahlung und Materie
  • Franck-Hertz-Versuch
  • Linienspektren
  • Sonnenspektren
  • Flammenfärbung
  • Geiger-Müller-Zählrohr
  • Charakteristische Röntgenspektren
  • Absorptionsexperimente

Kontexte

• Erforschung von Elektronen
• Erforschung des Photons
• Energieversorgung
• Wirbelströme im Alltag
• Mikro- und Makrokosmos
• Navigationssysteme
• Teilchenbeschleuniger

Lichtwellen

• Ich kann mithilfe der Wellenwanne qualitativ unter Verwendung von Fachbegriffen auf der Grundlage des Huygens’schen Prinzips Kreiswellen, ebene Wellen sowie die Phänomene Beugung, Interferenz, Reflexion und Brechung veranschaulichen.

Photonen

• Ich kann anhand einer vereinfachten Version des Millikanversuchs die grundlegenden Ideen und Ergebnisse zur Bestimmung der Elementarladung darlegen.
• Ich kann, ergänzend zum Realexperiment, Computersimulationen zum Verhalten von Quantenobjekten untersuchen.
• Ich kann Eigenschaften und Wirkungen homogener elektrischer und magnetischer Felder beschreiben.
• Ich kenne die Definitionsgleichungen elektrischer und magnetischer Felder.
• Ich kann die Geschwindigkeitsänderung eines Ladungsträgers nach Durchlaufen einer Spannung bestimmen.
• Ich kann die Vorgänge im Fadenstrahlrohr mathematisch modellieren.
• Ich kann anhand des Experiments mit dem Fadenstrahlrohr die Elektronenmasse bestimmen.

Materiewellen

• Ich kann die Aussage der de Broglie-Hypothese erläutern.
• Ich kann das Beugungsbild beim Elektronenbeugungsexperiment erklären und damit die Wellenlänge der Elektronen bestimmen.

Licht und Materie

• Ich kann am Beispiel der Quantenobjekte die Bedeutung von Modellen als grundlegende Erkenntniswerkzeuge in der Physik verdeutlichen.
• Ich kann die Wahrscheinlichkeitsinterpretation für Quantenobjekte unter Verwendung geeigneter Darstellungen (Graphiken, Simulationsprogramme) verdeutlichen.
• Ich bin in der Lage, an Beispielen die Grenzen und Gültigkeitsbereiche von Wellen- und Teilchenmodell für Licht und Elektronen zu zeigen.
• Ich kenne die Kontroverse um die Kopenhagener Deutung und den Welle-Teilchen-Dualismus.

Lorentzkraft

• Ich kann am Beispiel der Leiterschaukel das Auftreten einer Induktionsspannung durch die Wirkung der Lorentzkraft auf bewegte Ladungsträger erklären.
• Ich weiß, dass die Spannung als Verhältnis von Energie und Ladung definiert ist und kann so die Energie bei elektrischen Leitungsvorgängen bestimmen.
• Ich kann die Wirkungsrichtung der Lorentzkraft bestimmen (Drei-Finger-Regel).
• Ich vermag Messwerte mit einem Oszillioskop oder Messwerterfassungssystem zu gewinnen und im Hinblick auf Zeiten, Frequenzen oder Spannungen auszuwerten.

Transport elektrischer Energie

• Ich kann das Entstehen sinusförmiger Wechselspannungen in Generatoren erklären.
• Ich weiß, dass Induktionserscheinungen an einer Leiterschleife auf die beiden grundlegenden Ursachen „zeitlich veränderliches Magnetfeld“ oder „zeitlich veränderliche (effektive Fläche)“ zurückzuführen ist.
• Ich kann die Übersetzungsverhältnisse von Spannung und Stromstärke beim Transformator ermitteln.
• Ich kann Parameter von Transformatoren zur gezielten Veränderung einer elektrischen Wechselspannung angeben.
• Ich kann ein physikalisches Modellexperiment zu Freileitungen verwenden, um technologische Prinzipien der Bereitstellung und Weiterleitung von elektrischer Energie zu demonstrieren und zu erklären.
• Ich kann die Notwendigkeit eines geeigneten Transformierens der Wechselspannung für die effektive Übertragung elektrischer Energie über große Entfernungen bewerten.
• Ich kann den Einfluss und die Anwendung physikalischer Grundlagen in Lebenswelt und Technik am Beispiel der Bereitstellung und Weiterleitung elektrischer Energie aufzeigen.
• Ich kann Vor- und Nachteile verschiedener Möglichkeiten zur Übertragung elektrischer Energie über große Entfernungen beurteilen.

Lenz’sche Regel

• Ich kann anhand des Thomsonschen Ringversuchs die Lenz´sche Regel erläutern.
• Ich kann bei technischen Prozessen das Auftreten erwünschter bzw. nicht erwünschter Wirbelströme bewerten.

Relativität der Zeit

• Ich kann das Michelson-Morley-Experiment als ein Indiz für die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit interpretieren.
• Ich kann mit der Lichtuhr grundlegende Prinzipien der speziellen Relativitätstheorie anschaulich erklären und die Formel für die Zeitdilatation quantitativ ermitteln.
• Ich kann den Myonenzerfall in der Erdatmosphäre als experimentellen Beleg für die von der Relativitätstheorie vorhergesagte Zeitdilatation qualitativ erklären.
• Ich kann die relativistische Längenkontraktion über eine Plausibiliätsbetrachtung erklären.
• Ich kann mit der Lichtgeschwindigkeit als Obergrenze für Geschwindigkeiten von Objekten begründen, dass eine additive Überlagerung von Geschwindigkeiten nur für „kleine“ Geschwindigkeiten gilt.
• Ich kann die Bedeutung der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit als Ausgangspunkt für die Entwicklung der speziellen Relativitätstheorie erläutern.

„Schnelle“ Ladungsträger in E- und B-Feldern

• Ich kann die Funktionsweise eines Zyklotrons erläutern.
• Ich weiß, dass Ladungsträger aufgrund von relativistischen Effekten nicht grenzenlos beschleunigt werden können.

Ruhemasse und dynamische Masse

• Ich kann die Energie-Masse-Äquivalenz erläutern.
• Ich kenne die Bedeutung der Beziehung E = mc² für die Kernspaltung und Kernfusion.

Gegenwärtige Bedingung von Raum und Zeit

• Ich kenne die Bedeutung von Schlüsselexperimenten bei physikalischen Paradigmenwechseln und kann diese unter Berücksichtigung der Relativitätstheorie diskutieren.
• Ich kann Konsequenzen der relativistischen Einflüsse auf Raum und Zeit anhand anschaulicher und einfacher Abbildungen beschreiben.

Kern-Hülle-Modell

• Ich kann Modelle zur Struktur von Atomen und Materiebausteinen erläutern, vergleichen und beurteilen.

Energieniveaus der Atomhülle

• Ich kann die Energie absorbierter und emittierter Photonen mit den unterschiedlichen Energieniveaus in der Atomhülle erklären.

Quantenhafte Emission und Absorption von Photonen / Röntgenstrahlung

• Ich kann die Bedeutung von Flammenfärbung und Linienspektren bzw. Spektralanalyse, die Ergebnisse des Franck-Hertz-Versuchs sowie die charakteristischen Röntgenspektren für die Entwicklung von Modellen der diskreten Energiezustände von Elektronen in der Atomhülle erläutern.

Sternspektren und Frauenhoferlinien

• Ich kann Spektraltafeln des Sonnenspektrums im Hinblick auf die in der Sonnen- und Erdatmosphäre vorhandenen Stoffe interpretieren.
• Ich kann Sternspektren und Frauenhoferlinien erklären.
• Ich kann darstellen, wie mit spektroskopischen Methoden Informationen über die Entstehung und den Aufbau des Weltalls gewonnen werden können.

Strahlungsarten

• Ich kann α-, β- und γ-Strahlung und Röntgenstrahlung sowie Neutronen- und Schwerionenstrahlung unterscheiden.
• Ich kann den Nachweis unterschiedlicher Arten ionisierender Strahlung mithilfe von Absorptionsexperimenten erläutern.
• Ich kann an ausgewählten Beispielen Rollen und Beiträge von Physikerinnen und Physikern zu Erkenntnissen in der Kern- und Elementarteilchenphysik bewerten.

Elementumwandlung

• Ich kann den Begriff Radioaktivität erläutern und zugehörige Kernumwandlungsprozesse beschreiben.

Detektoren

• Ich kann den Aufbau und die Funktionsweise von Nachweisgeräten für ionisierende Strahlung (Geiger-Müller-Zählrohr) erläutern und Halbwertszeiten und Zählraten bestimmen.

Biologische Wirkung ionisierende Strahlung und Energieaufnahmen im menschlichen Gewebe / Dosimetrie

• Ich kenne die Wirkungen von ionisierender und elektromagnetischer Strahlung auf Materie und lebende Organismen.
• Ich kann Informationen über wesentliche biologisch-medizinische Anwendungen und Wirkungen von ionisierender Strahlung für unterschiedlichen Adressaten aufbereiten.
• Ich kann in einfachen Modellen wesentliche biologisch-medizinische Wirkungen von ionisierender Strahlung mit deren typischen physikalischen Eigenschaften begründen.
• Ich kann das Vorkommen künstlicher und natürlicher Strahlung erläutern, deren Wirkung auf den Menschen mithilfe einfacher dosimetrischer Begriffe einordnen und Schutzmaßnahmen im Hinblick auf die Strahlenbelastung des Menschen im Alltag erläutern.
• Ich kenne die Gefahren und den Nutzen der Anwendung physikalischer Prozesse, u.a. von ionisierender Strahlung, und kann diese auf der Basis medizinischer, gesellschaftlicher und wirtschaftlicher Gegebenheiten bewerten.

Kernbausteine und Elementarteilchen

• Ich kann mithilfe des aktuellen Standardmodells den Aufbau der Kernbausteine erläutern und mit ihm Phänomene der Kernphysik erklären.
• Ich kann an einfachen Beispielen Teilchenumwandlungen im Standardmodell erläutern.
• Ich kann in Fachzeitschriften, Zeitungsartikeln bzw. Veröffentlichungen von Forschungseinrichtungen zu ausgewählten aktuellen Entwicklungen in der Elementarteilchenphysik recherchieren.
• Ich kann in Grundprinzipien das Modell des Photons als Austauschteilchen für die elektromagnetische Wechselwirkung exemplarisch für fundamentale Wechselwirkungen mit dem Modell des Feldes vergleichen.

Inhaltsfelder

• Elektrodynamik
  • Eigenschaften elektrischer Ladungen und ihrer Felder
  • Bewegung von Ladungsträgern in elektrischen und magenetischen Feldern
  • Elektromagnetische Induktion
  • Elektromagnetische Schwingungen und Wellen
• Relativitätstheorie
  • Konstanz der Lichtgeschwindigkeit c
  • Problem der Gleichzeitigkeit
  • Zeitdilatation und Längenkontraktion
  • Relativistische Längenzunahme
  • Energie-Masse-Beziehung
  • Der Einfluss der Gravitation auf die Zeitmessung
• Quantenmechanik
  • Licht und Elektronen als Quantenobjekte
  • Welle-Teilchen-Dualismus und Wahrscheinlichkeitsinterpretation
  • Quantenphysik und klassische Physik
• Atom-, Kern- und Teilchenphysik
  • Atomaufbau
  • Ionisierende Strahlung
  • Radioaktiver Zerfall
  • Kernspaltung und Kernfusion
  • Elementarteilchen und ihre Wechselwirkungen

Kontexte

• Erzeugung und Verteilung elektrischer Energie
• Interferenz
• Gedankenexperimente in der Relativitätstheorie
• Myonenzerfall
• Die Grenzen der klassischen Physik
• Materiewellen
• Atommodelle
• Lichtquellen
• Röntgenstrahlung
• Strahlenschutz
• Was die Welt im Innersten zusammenhält

Eigenschaften elektrischer Ladungen und Felder

• Ich weiß, dass elektrische Ladung eine grundlegende Eigenschaft von Materie ist und kenne ihre Einheit.
• Ich kenne einfache Experimente, um Ladung zu trennen und sie nachzuweisen.
• Ich weiß, dass ein elektrisches Feld der Wirkungsbereich einer elektrischen Ladung ist.
• Ich kenne einige einfache Formen von elektrischen Feldern. Insbesondere sind mir die Eigenschaften homogener Felder bekannt.
• Ich weiß, dass die Spannung als Verhältnis von Energie und Ladung definiert ist und kann so die Energie bei elektrischen Leitungsvorgängen bestimmen.
• Ich weiß, dass das Feld einer Punktladung radialsymmetrisch ist und die Kraftwirkung durch das Coulomb-Gesetz beschrieben wird.
• Ich kenne den prinzipiellen Aufbau eines Kondensators.
• Ich weiß, dass die Kapazität als Verhältnis von gespeicherter Ladung und der anliegenden Spannung definiert ist.
• Ich kann die Kapazität aus den Baudaten eines Kondensators bestimmen.
• Ich weiß, dass der Entladevorgang eines Kondensators exponentiell mit der Zeit abläuft. Ich kann die zugrundeliegende Diifferentialgleichung aufstellen und lösen.
• Ich vermag mit Hilfe eines Messwerterfassungssystems die Entlade- beziehungsweise Aufladekurve eines Kondensators aufnehmen.
• Ich kenne den Aufbau des Millikan-Versuchs und weiß, wie mit dessen Hilfe die Elementarladung gemessen werden kann.

Bewegung von Ladungsträgern in elektrischen und magnetischen Feldern

• Ich weiß, dass elektrische Ladung, die sich durch ein homogenes elektrisches Feld bewegt, eine parabelförmige Bahn beschreibt.
• Ich weiß, dass elektrische Ladung, welche sich relativ zu einem Magnetfeld bewegt, die Lorentz-Kraft erfährt.
• Ich kann die Wirkungsrichtung der Lorentzkraft bestimmen (Drei-Finger-Regel).
• Ich kenne einfach Experimente zum Nachweis der Lorentzkraft.
• Ich kenne Aufbau und Funktionsweise einer Elektronenstrahlröhre und einem Fadenstrahlrohr.
• Ich kann mit Hilfe eines Fadenstrahlrohrs die spezifische Ladung eines Elektrons bestimmen.
• Ich kenne den Aufbau und die Eigenschaften eines Wien-Filters.
• Ich bin mit der prinzipiellen Funktionsweise eines Zyklotrons vertraut und kann die Zyklotronfrequenz berechnen. Ich weiß, dass für hohe Frequenzen klassische Beschreibungen der Ladungsbewegung nicht ausreichen.
• Ich vermag Messwerte mit einem Oszilloskop oder Messwerterfassungssystem zu gewinnen und im Hinblick auf Zeiten, Frequenzen oder Spannungen auszuwerten.

Elektromagnetische Induktion

• Ich kann am Beispiel der Leiterschaukel das Auftreten einer Induktionsspannung durch die Wirkung der Lorentzkraft auf bewegte Ladungsträger erklären.
• Ich weiß, dass Induktionserscheinungen an einer Leiterschleife auf die beiden grundlegenden Ursachen „zeitlich veränderliches Magnetfeld“ oder „zeitlich veränderliche (effektive Fläche)“ zurückzuführen ist.
• Ich kann das Induktionsgesetz in seiner allgemeinen Form formulieren und anwenden. Insbesondere weiß ich, dass die Induktionsspannung proportional zur zeitlichen Änderung des magnetischen Flusses ist.
• Ich kann anhand des Thomsonschen Ringversuchs die Lenz´sche Regel erläutern.
• Ich kann bei technischen Prozessen das Auftreten erwünschter bzw. nicht erwünschter Wirbelströme bewerten.
• Ich weiß, was Selbstinduktion ist.
• Ich weiß, was die Induktivität ist und kenne ihre Einheit.
• Ich kann Ein- und Ausschaltvorgänge quantitativ untersuchen.
• Ich kann das Entstehen sinusförmiger Wechselspannungen in Generatoren erklären.
• Ich kann die Übersetzungsverhältnisse von Spannung und Stromstärke beim Transformator ermitteln.
• Ich kann Parameter von Transformatoren zur gezielten Veränderung einer elektrischen Wechselspannung angeben.
• Ich kann ein physikalisches Modellexperiment zu Freileitungen verwenden, um technologische Prinzipien der Bereitstellung und Weiterleitung von elektrischer Energie zu demonstrieren und zu erklären.
• Ich kann die Notwendigkeit eines geeigneten Transformierens der Wechselspannung für die effektive Übertragung elektrischer Energie über große Entfernungen bewerten.
• Ich kann den Einfluss und die Anwendung physikalischer Grundlagen in Lebenswelt und Technik am Beispiel der Bereitstellung und Weiterleitung elektrischer Energie aufzeigen.
• Ich kann Vor- und Nachteile verschiedener Möglichkeiten zur Übertragung elektrischer Energie über große Entfernungen beurteilen.

Elektromagnetische Schwingungen und Wellen

• Ich kann einen elektromagnetischen Schwingkreis aufbauen und die darin ablaufenden Vorgänge beschreiben.
• Ich kann die Schwingung durch eine Differentialgleichung beschreiben und Letztere durch einen geeigneten Ansatz lösen.
• Ich vermag gedämpfte und erzwungene elektromagnetische Schwingungen qualitativ und quantitativ zu beschreiben.
• Ich kann Analogien zwischen elektromagnetischen und mechanischen Schwingungen aufstellen.
• Ich kann mithilfe der Wellenwanne qualitativ unter Verwendung von Fachbegriffen auf der Grundlage des Huygens’schen Prinzips Kreiswellen, ebene Wellen sowie die Phänomene Beugung, Interferenz, Reflexion und Brechung veranschaulichen.
• Ich weiß, dass ein Hertz-Dipol ein besondere Form eines Schwingkreises darstellt. Ich kann anhand dessen die Entstehung und Ausbreitung elektromagnetischer Wellen beschreiben.
• Ich kenne das Huygensche Prinzip und vermag mit Hilfe geeigneter Simulationssoftware grundlegende optische Phänomene wie Reflexion, Brechung und Beugung zu erklären.
• Ich weiß, was Interferenz ist und wie Interferenzmuster – nicht nur bei elektromagnetischen Wellen – zustandekommen.
• Ich kann die Beugung am Doppelspalt, Gitter und Einfachspalt qualitativ und quantitativ beschreiben.

Versuch von Michelson-Morley

• Ich kenne Aufbau und Funktionsweise des Michelson-Interferometers.
• Ich kann mit dem Michelson-Interferometer die Wellenlänge von Licht bestimmen.
• Ich vermag mit Hilfe des Michelson-Interferometers den Brechungsindex von Gasen, zum Beispiel von Luft zu bestimmen
• Ich kann das Michelson-Morley-Experiment als ein Indiz für die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit interpretieren.

Relativität von Zeit und Raum

• Ich weiß, dass die Vakuumlichtgeschwindigkeit c in allen Inertialsystemen gleich ist und kann dieses Prinzip auch erläutern.
• Ich weiß, dass aus der Konstanz von c die Relativität der Gleichzeitigkeit folgt.
• Ich vermag die Relativität der Gleichzeitigkeit in einzelnen Szenarien zu erkennen und zu erläutern.
• Ich kann mit der Lichtuhr grundlegende Prinzipien der speziellen Relativitätstheorie anschaulich erklären und die Formel für die Zeitdilatation quantitativ ermitteln.
• Ich kann die relativistische Längenkontraktion quantitativ beschreiben.
• Ich kenne die scheinbar paradoxen Beobachtungen beim Myonenzerfall in der Erdatmosphäre und kann sie als experimentellen Beleg für die von der Relativitätstheorie vorhergesagte Zeitdilatation beziehungsweise Längenkontraktion qualitativ erklären.
• Ich kann mit der Lichtgeschwindigkeit als Obergrenze für Geschwindigkeiten von Objekten begründen, dass eine additive Überlagerung von Geschwindigkeiten nur für „kleine“ Geschwindigkeiten gilt.

„Schnelle“ Ladungsträger in E- und B-Feldern

• Ich kann die Funktionsweise eines Zyklotrons erläutern.
• Ich weiß, dass Ladungsträger aufgrund von relativistischen Effekten nicht grenzenlos beschleunigt werden können.

Ruhemasse und dynamische Masse

• Ich kann die relativistische Massenzunahme erläutern und rechnerisch mit ihr umgehen.
• Ich kann die Energie-Masse-Äquivalenz erläutern.
• Ich kenne die Bedeutung der Beziehung E = mc² für die Kernspaltung und -fusion.
• Ich kann mit dem relativistischen Energiesatz und der relativistischen Energie-Impuls-Beziehung umgehen.

Ausblick auf die allgemeine Relativitätstheorie

• Ich weiß, dass in starken Gravitationsfeldern relativistische Phänomene auftreten.
• Ich weiß, dass viele Effekte und Beobachtungen in der Astronomie, wie zum Beispiel die Besonderheiten der Merkurbahn, Gravitationswellen oder schwarze Löcher nur mit Mitteln der allgemeinen Relativitätstheorie beschreibbar sind.

Wechselwirkungen zwischen Lichtwellen und Elektronen

• Ich kann anhand eines Experiments zum Photoeffekt die Quantennatur des Lichts demonstrieren.
• Ich kann den Zusammenhang zwischen Energie, Frequenz und Wellenlänge eines Photons aufzeigen.
• Ich kann das Plancksche Wirkungsquantum sowie die Austrittsarbeit eines Elektrons bestimmen.
• Ich kann die Gegenfeldmethode zur Darstellung des Photoeffekts erläutern.
• Ich kenne einen Versuch zum „umgekehrten Photoeffekt“.
• Ich kann den Unterschied zwischen dem elastischen und dem inelastischen Photon-Elektron-Stoß darlegen.
• Ich weiß, was sich hinter dem Compton-Effekt verbirgt und kann ein entsprechendes Spektrum auswerten.
• Ich weiß, was Paarbildung und -vernichtung sind und kenne einen Versuch, der diese Phänomene darstellt.

Materiewellen

• Ich kann die Aussage der de Broglie-Hypothese erläutern.
• Ich kann das Beugungsbild beim Elektronenbeugungsexperiment erklären und damit die Wellenlänge der Elektronen bestimmen.
• Ich kenne den Begriff der de Broglie-Welle und -Wellenlänge.
• Ich kann die Bragg-Reflexion erläutern und entsprechende Rechnungen anstellen.

Quantenphysik und klassische Physik

• Ich kenne die Grundaussage des Heisenbergschen Unschärfe-Prinzips.
• Ich kann diese an einfachen Beispielen, zum Beispiel am linearen Potentialtopf, anwenden.
• Ich kann am Beispiel der Quantenobjekte die Bedeutung von Modellen als grundlegende Erkenntniswerkzeuge in der Physik verdeutlichen.
• Ich kann die Wahrscheinlichkeitsinterpretation für Quantenobjekte unter Verwendung geeigneter Darstellungen (Graphiken, Simulationsprogramme) verdeutlichen.
• Ich bin in der Lage, an Beispielen die Grenzen und Gültigkeitsbereiche von Wellen- und Teilchenmodell für Licht und Elektronen zu zeigen.
• Ich kenne die Kontroverse um die Kopenhagener Deutung und den Welle-Teilchen-Dualismus.

Atommodelle

• Ich kann Modelle zur Struktur von Atomen und Materiebausteinen erläutern, vergleichen und beurteilen.
• Ich kann die Eigenschaften und die Grenzen des Bohrschen Atommodells erläutern und die Radien, Bahngeschwindigkeiten und Energien der einzelnen Bohrschen Bahnen berechnen.
• Ich kann die Spektralserien des Wasserstoff-Atoms erläutern und rechnerisch auswerten.
• Ich kann die Energie absorbierter und emittierter Photonen mit den unterschiedlichen Energieniveaus in der Atomhülle erklären.
• Ich kann die Bedeutung von Flammenfärbung und Linienspektren bzw. Spektralanalyse, die Ergebnisse des Franck-Hertz-Versuchs sowie die charakteristischen Röntgenspektren für die Entwicklung von Modellen der diskreten Energiezustände von Elektronen in der Atomhülle erläutern.

Sternspektren und Frauenhoferlinien

• Ich kann Spektraltafeln des Sonnenspektrums im Hinblick auf die in der Sonnen- und Erdatmosphäre vorhandenen Stoffe interpretieren.
• Ich kann Sternspektren und Frauenhoferlinien erklären.
• Ich kann darstellen, wie mit spektroskopischen Methoden Informationen über die Entstehung und den Aufbau des Weltalls gewonnen werden können.

Strahlungsarten

• Ich kann α-, β- und γ-Strahlung und Röntgenstrahlung sowie Neutronen- und Schwerionenstrahlung unterscheiden.
• Ich kann den Nachweis unterschiedlicher Arten ionisierender Strahlung mithilfe von Absorptionsexperimenten erläutern.
• Ich kann an ausgewählten Beispielen Rollen und Beiträge von Physikerinnen und Physikern zu Erkenntnissen in der Kern- und Elementarteilchenphysik bewerten.

Elementumwandlung

• Ich kenne Eigenschaften von Atomkernen und kann einfache Kernmodell erläutern.
• Ich kann den Begriff Radioaktivität erläutern und zugehörige Kernumwandlungsprozesse beschreiben.

Detektoren

• Ich kann den Aufbau und die Funktionsweise von Nachweisgeräten für ionisierende Strahlung (Geiger-Müller-Zählrohr) erläutern und Halbwertszeiten und Zählraten bestimmen.

Biologische Wirkung ionisierende Strahlung und Energieaufnahmen im menschlichen Gewebe / Dosimetrie

• Ich kenne die Wirkungen von ionisierender und elektromagnetischer Strahlung auf Materie und lebende Organismen.
• Ich kann Informationen über wesentliche biologisch-medizinische Anwendungen und Wirkungen von ionisierender Strahlung für unterschiedlichen Adressaten aufbereiten.
• Ich kann in einfachen Modellen wesentliche biologisch-medizinische Wirkungen von ionisierender Strahlung mit deren typischen physikalischen Eigenschaften begründen.
• Ich kann das Vorkommen künstlicher und natürlicher Strahlung erläutern, deren Wirkung auf den Menschen mithilfe einfacher dosimetrischer Begriffe einordnen und Schutzmaßnahmen im Hinblick auf die Strahlenbelastung des Menschen im Alltag erläutern.
• Ich kenne die Gefahren und den Nutzen der Anwendung physikalischer Prozesse, u.a. von ionisierender Strahlung, und kann diese auf der Basis medizinischer, gesellschaftlicher und wirtschaftlicher Gegebenheiten bewerten.

Kernbausteine und Elementarteilchen

• Ich kann mithilfe des aktuellen Standardmodells den Aufbau der Kernbausteine erläutern und mit ihm Phänomene der Kernphysik erklären.
• Ich kann an einfachen Beispielen Teilchenumwandlungen im Standardmodell erläutern.
• Ich kann in Fachzeitschriften, Zeitungsartikeln bzw. Veröffentlichungen von Forschungseinrichtungen zu ausgewählten aktuellen Entwicklungen in der Elementarteilchenphysik recherchieren.
• Ich kann in Grundprinzipien das Modell des Photons als Austauschteilchen für die elektromagnetische Wechselwirkung exemplarisch für fundamentale Wechselwirkungen mit dem Modell des Feldes vergleichen.

Art der Mitarbeit:Mündliche Mitarbeit
im Unterricht

Beurteilungskriterien

Die Beurteilung erfolgt nicht als punktuelle Teilleistung, sondern bezieht sich auf einen längeren Zeitraum. Aus der persönlichen Beteiligung in den verschiedenen Unterrichtsphasen ergibt sich das Leistungsbild.
Kriterien sind dabei:

• sachliche Richtigkeit,
• Vollständigkeit
• sprachliche Ausdrucksfähigkeit
• Originalität und Häufigkeit

In Fällen unzureichender Beteiligung kann ein Prüfungsgespräch Informationen zur Leistungsbeurteilung ergeben.

Art der Mitarbeit:Schriftliche Mitarbeit
im Unterricht

Beurteilungskriterien

Die Beurteilung ergibt sich aus:

• schriftlichen Übungen
• Protokollen
• Heftführung

Insgesamt bietet die schriftliche Mitarbeit besonders Schülerinnen und Schülern, die eher zurückhaltend sind, Möglichkeiten, ihre Leistungsfähigkeit nachzuweisen.
In der Regel sollen pro Halbjahr etwa 2 schriftliche Übungen zu klar abgegrenzten Stoffgebieten geschrieben werden.

Experimentelle Mitarbeit im Unterricht

Beurteilungskriterien

Bei der Durchführung von Schülerexperimenten und Schülerdemonstrationsexperimenten werden die praktischen Fähigkeiten und Fertigkeiten beurteilt.
Die Leistung der experimentellen Mitarbeit wird u.a. deutlich in folgenden Punkten:

• Übersichtlichkeit der Versuchsanordnung
• Genauigkeit der Beobachtung und Messung
• Vollständigkeit und Übersichtlichkeit der Aufzeichnungen
• benötigter Zeitbedarf für Aufbau und Durchführung eines Experiments

Art der Mitarbeit:Referate

Beurteilungskriterien

Vor dem Einsatz von Referaten sollten im Unterricht die wesentlichen Beurteilungskriterien bekannt gemacht werden. Insbesondere ist auf die folgenden Punkte hinzuweisen:

• Ein Referat sollte selbst erstellt sein. Im Internet kursieren eine Vielzahl von fertigen Referaten, eine bloße Übernahme muss als Täuschungsversuch gewertet werden.
• Ein Referat sollte weitgehend frei vorgetragen werden. Ein reines Ablesen z.B. einer fertigen PowerPoint-Präsentation ist wenig hilfreich.
• Ein Referat lebt von bildlichen Darstellungen und Illustrationen. Dies kann durch Tafelzeichnungen, eingescannte Bilder, eingeblendete Websites, Applets, Kameraprojektionen und eine PowerPoint-Präsentation unterstützt werden.

Erfahrungsaustausch zur Volumenbegrenzung

• Die Fachlehrer sind übereinstimmend der Auffassung, dass die im bisherigen Hausaufgabenkonzept vorgesehenen Maximalzeiten ausreichend sind. Hinweise seitens der Schüler- oder Elternschaft auf einen zu großen Umfang von Hausaufgaben im Fach Physik sind nicht bekannt.

Vereinbarungen zur Aufgabenstellung

• In der Regel besteht die Hausaufgabe darin, sich an Hand der Unterrichtsmitschriften oder der ausgeteilten Arbeitsblätter kurz über den augenblicklichen Stand des Unterrichts zu informieren.
• Bei rechenintensiven Hausaufgaben sollen Stundenplan (Ganztag) und die Hausaufgabensituation in den anderen Fächern (insbesondere in der Stufe 9) beachtet werden. In diesem Fall soll die vom Fachlehrer vorgesehene Arbeitszeit im Klassenbuch vermerkt werden.
• Großformatige Aufgaben wie z.B. Referate sollen individuell mit den betroffenen Schülern abgesprochen werden.

Das Fach Physik trägt schon seit langem zur Vertiefung des ITG-Unterrichtes bei. Dies geschieht durch:

• Anwendung von Programmen zur Messwerterfassung unter Einsatz verschiedener Sensoren, deren Messwerte bei Bedarf in ein Tabellenkalkulationsprogramm exportiert werden können
• Einsatz von Simulationssoftware, um physikalische Vorgänge bei komplexen experimentellen Abläufen zu verdeutlichen bzw. um aufwändige Experimente, die sich mit einer Schulsammlung nicht darstellen lassen, zu simulieren
• Nutzung von Applets vor allem zur Modellbildung von experimentell nicht zugänglichen Abläufen
• Anwendung von Präsentationssoftware z.B. bei Referaten
• Einsatz von Suchmaschinen zur Informationsfindung von physikalischen Konstanten, Materialeigenschaften, historischen Fakten usw.

Die nachfolgende Tabelle gibt die Themenkomplexe an, mit denen das Fach Physik ausgewählte Unterrichtsschwerpunkte des ITG-Unterrichts einbindet und vertieft.

Themenkomplexe

Stufe 6

Beispiele:

• Komplexes Thema wie Wärmetransport
• Versuchsprotokoll zu einem ausgewählten Experiment
• Aufarbeitung einer Exkursion

ITG-Ziele

Erzeugen einer Präsentation

• Sammeln von Daten, Diagrammen, Abbildungen, Fotos, Applets usw. auch im Internet
• Einbinden dieser Daten in eine geeignete Plattform
• Formatieren und Layout-Arbeit

Kommentar

• Die Durchführung mindestens einer Präsentation wird angestrebt.
• Die verwendete Plattform (Präsentationsprogramm, Textverarbeitungsprogramm, HTML-Seiten o.ä.) ist nicht vorgeschrieben.
• Es können auch andere Beispiele gewählt werden.

Themenkomplexe

Stufen 7 und 8

• Geschwindigkeit

ITG-Ziele

Nutzen eines Tabellenkalkulationsprogramms

• Navigation, Eingabe von Werten, Änderung von Werten in einem Rechenblatt
• Herstellung von Diagrammen mit sinnvollen Achsenbeschriftungen
• Bestimmung von Ausgleichsgeraden bzw. -funktionen in Diagrammen
• Formatierungen (Wahl der korrekten Zahldarstellung, Eingeben von Sonderzeichen wie z.B. Hochzahlen und griechische Buchstaben)
• Eingabe von Formeln (Mittelwertbildung,
  Test auf Quotientengleichheit usw.)

Kommentar

• In der Stufe 7 stehen batterie-betriebene Experimentierwagen mit zwei Geschwindigkeitsstufen zur Verfügung
• In der Stufe 9 sollen im Zusammenhang mit der Widerstandsdefinition auch nichtlineare Kennlinien (z. B. von Glühlampen) bearbeitet werden.

Themenkomplexe

Stufe 9

• Ohmsches Gesetz
• Absorption von
  γ-Strahlung

Im Fach Physik liegt der Schwerpunkt der Ausbildung von Medienkompetenz hauptsächlich in der Durchführung von fertigkeitsorientierten Unterrichtseinheiten, in denen die Schüler den sinnvollen Umgang mit Messprogrammen, Tabellenkalkulationen, Internetrecherche und Präsentationsprogrammen erlernen (siehe Beitrag zur ITG).

Die Ausbildung einer kritischen Haltung bezüglich der Nutzung und des Konsums von Medienangeboten sollte aus Sicht der Fachschaft Physik insbesondere der pädagogischen Arbeit in den Fächern Deutsch, Fremdsprachen, Politik / Sozialwissenschaften, Religionslehre, Kunst und Musik überlassen werden.

Unter- und Mittelstufe

In den Kompetenzkatalogen des schulinternen Lehrplans (siehe oben) finden sich in Ergänzung zum Kernlehrplan für die Sekundarstufe I alle inhaltsbezogenen Kompetenzen, die die Schülerinnen und Schüler aus der Sekundarstufe I mitbringen sollten, um in der gymnasialen Oberstufe erfolgreich mitzuarbeiten.

Die hier dargestellten Kompetenzkataloge wurden in intensiven Diskussion innerhalb der Fachgruppe erstellt.
Sie geben den Schülern und Eltern einerseits die Möglichkeit zu erfahren, welche Fähigkeiten im Laufe der Sekundarstufe I nachhaltig zu erwerben sind; andererseits verfolgt die Veröffentlichung auch den Zweck, die Zielgerichtetheit des pädagogischen Handelns der Fachlehrkräfte zu verdeutlichen.

Oberstufe

In den Kompetenzkatalog zur Oberstufe sind die in den letzten Jahren mit dem Zentralabitur gemachten Erfahrungen eingeflossen.
Außerdem aktualisieren wir laufend unsere experimentelle Ausstattung. Dadurch ermöglichen wir ebenfalls eine optimale Vorbereitung auf das Zentralabitur.

• Der Unterrichtsstoff der Sekundarstufe I ist unabdingbares Grundwissen für die meisten technisch orientierten Ausbildungsberufe sowie natur- und ingenieurwissenschaftlicher Studiengänge. Dies gilt insbesondere für die Bereiche Mechanik, Elektrik, Optik und Wärmelehre, für die Atomphysik nur eingeschränkt.
• Der Oberstufenunterricht liefert mit seinen Themen in der klassischen Physik (Mechanik, Elektrodynamik und Wellenlehre) Grundlagen für ein erfolgreiches ingenieurwissenschaftliches Studium. Die Inhalte aus der modernen Physik werden insbesondere in naturwissenschaftlichen Studiengängen benötigt.
• Das Angebot im Differenzierungskurs Physik-Informatik in der Stufe 9 ist sehr praxisnah und liefert einen Einblick in Berufe, deren Schwerpunkte im Bereich der Elektronik liegen.
• Einen konkreten Beitrag zur Orientierung bei der Studien- und Berufswahl leisten die fachorientierten Exkursionen (siehe oben), darunter insbesondere der jährliche Besuch der Hannover-Messe. Die Südwestfälische Industrie und Handelskammer zu Hagen (SIHK) bietet bis zu 23 Schülern aus Physikkursen der Qualifikationsphase 1 die Möglichkeit die Hannover Messe, der weltweit führenden Industriemesse, zu besuchen. Die Kosten für Anfahrt und Eintritt werden dabei von der SIHK übernommen. Ziel dieser Maßnahme ist es, Schülern einen Einblick in die Welt der Industrie zu liefern und dabei auch Interesse an einer Tätigkeit in technischen Berufen zu wecken.