Qualifikationsphase (S II) Physik / Schulinterner Arbeitsplan Gy WL Stand: 11. Sept. 2013

Transkript

1 Jahrgang 11 und Jahrgang 12 Inhalte die nur auf erhöhtem Anforderungsniveau verbindlich sind, werden kursiv dargestellt. Die untere tabellarische Aufstellung enthält nicht alle Kompetenzbeschreibungen aus dem KC es muss immer das KC im Original (dort : 3.4 Inhaltsbezogene Kompetenzen mit Zuordnung der prozessbezogenen Kompetenzen in der Qualifikationsphase sowie die genauen Ausführungen vorher in der getrennten Aufstellung nach inhaltsbezogenen und prozessbezogenen Kompetenzen) herangezogen werden! Die thematische Gliederung der einzelnen inhaltlichen Kompetenzen stellt keine verbindliche Reihenfolge im Unterrichtsgang dar. Zur Verfügung stehende Unterrichtszeit:: Die Erfahrung zeigt, dass ein Schulhalbjahr im Mittel 17 Wochen (nach Abzug üblicher Veranstaltungen) hat. Das vierte Kurshalbjahr ist bis zum Unterrichtsende etwa 8 Wochen lang. Im Jahrgang 11gibt es somit 34 Wochen, im 3. KHJ 17 und im 4. KHJ 8 Wochen in der Summe: 59 Wochen. Abzuziehen sind 6 Wochen für Klausuren und deren Rückgabe/Besprechung: verbleiben max. 5. Abzüglich von Eventualitiäten sind es eher: : 51 Wochen Die Zeiten in der Tabelle geben eine grobe Orientierung an. Themen in den Kurshalbjahren: Halbjahr 1: Elektrische und magnetische Felder Halbjahr 2: Schwingungen und Wellen Quanten I Halbjahr 3: Quanten II und Atomphysik Halbjahr 4: Kernphysik Je nach Länge der Schuljahre sollen einzelne inhaltliche des Themenbereiches Quantenobjekte (s. Original -KC-Fassung) bereits im 2. Kurshalbjahr behandelt werden, sowie mit dem Themenbereich Atomkern bereits im 3. KHJ begonnen werden. Seite 1 von 8

2 Themenbereich: Elektrizität Grundlagen des elektrischen Feldes Stromstärke, Spannung und elektrische Energie Kondensator Magnetisches Feld und Lorentzkraft Inhaltsbezogene Kompetenzen Die Schülerinnen und Schüler... beschreiben elektrische Felder durch ihre Kraftwirkungen auf geladene Probekörper. nennen die Einheit der Ladung und erläutern die Definition der elektrischen Feldstärke. beschreiben ein Verfahren zur Bestimmung der elektrischen Feldstärke auf der Grundlage von Kraftmessung. beschreiben den Zusammenhang zwischen Ladung und Stromstärke. nennen die Definition der elektrischen Spannung mithilfe der pro Ladung übertragbaren Energie. beschreiben den Zusammenhang zwischen der Feldstärke in einem Plattenkondensator und der anliegenden Spannung. geben die Energiebilanz für einen freien geladenen Körper im elektrischen Feld eines Plattenkondensators an. beschreiben den Entladevorgang eines Kondensators mithilfe einer Exponentialfunktion. nennen die Definition der Kapazität eines Kondensators. bestimmen die Richtung von magnetischen Feldern mit Kompassnadeln. ermitteln Richtung (Dreifingerregel) und Betrag der Kraft auf einen Feldlinienbilder Behandlung technischer Anwendungen (Kopierer) Analogiebetrachtung zum Gravitationsfeld 1 Woche Anwendung von Kondensatoren als Energiespeicher (z. B. Fahrradrücklicht) Magnetische Feldlinienbilder für geraden Leiter und Spule Analogie B-Feld zu E-Feld Prozessbezogene Kompetenzen und methodische Hinweise, Aufzeichnen von Äquipotenziallinien (Schülerübung) Kugel im Plattenkondensator. Messung z. B. mit Kraftsensor (CASSY), Abhängigkeit der el. Kraft zum Abstand einer Punktladung bei unveränderter Ladung. Ladungstransport durch Pendel (Schülerübung) Spannungsänderung bei Aufladung eines Faraday-Bechers mit Hilfe von Wassertropfen Experiment zum Entladungsvorgang (en: selbstständig durchführen), ausführliche Auswertung Kapazität von Kondensatoren (Schülerübung) Stromwaage (en: offen, Planung und Durchführung eines Experimentes mit vorgegebenen Komponenten) Seite 2 von 8

3 Elektronen in Feldern stromdurchflossenen Leiter im homogenen Magnetfeld. nennen die Definition der magnetischen Flussdichte B (Feldstärke B) in Analogie zur elektrischen Feldstärke. beschreiben die Bewegung von freien Elektronen unter Einfluss der Lorentzkraft, unter Einfluss der Kraft im homogenen E- Feld, im Wien-Filter. erläutern die Entstehung der Hallspannung. beschreiben das physikalische Prinzip zur Bestimmung der spezifischen Ladung von Elektronen mithilfe des Fadenstrahlrohres. Bahnkurven: Parabelförmige Bahn im homogenen E- Feld (Analogie zum waagerechten Wurf im Gravitationsfeld) Kreisbahnausschnitt im homogenen B-Feld Hall-Effekt, Herleitung der Formel für die Größe der Hall- Spannung, Bestimmung der Elektronenmasse Elektronenstrahlablenkröhre, Fadenstrahlrohr Möglichkeit zur Fehlerbetrachtung: vgl. Impulse 11/12 S.260 Verwendung der Hall-Sonde: z. B. Untersuchung des B-Feldes zwischen zwei Helmholtz-Spulen Induktion beschreiben die Erzeugung einer Induktionsspannung durch die zeitliche Änderung von B bzw. A qualitativ. wenden das Induktionsgesetz in differenzieller Form auf lineare und sinusförmige Verläufe von an. Praktikumstag im DESY zu Felder und Induktion gesamt 16 Wochen Anwendung: dynamisches Mikrofon wird nicht erarbeitet sondern vorgegeben und durch geeignete Versuche überprüft Drehung einer Leiterschleife im homogenen B-Feld Qualitativ: Handversuche zur Induktion Quantifizierung höchstens exemplarisch z. B. Grundlagen der Wechselstromtechnik (technisch / historisch), z. B. als Referat Seite 3 von 8

4 Themenbereich: Schwingungen und Wellen Durchgängig kann entweder die Darstellung durch eine Sinuskurve oder die Zeigerdarstellung verwendet werden. Schwingungen Wellen Interferenz Inhaltsbezogene Kompetenzen Die Schülerinnen und Schüler... stellen harmonische Schwingungen grafisch dar. beschreiben harmonische Schwingungen mithilfe von Amplitude, Periodendauer. geben die Gleichung für die Periodendauer eines Feder-Masse- Pendels an. beschreiben die Ausbreitung harmonischer Wellen. beschreiben harmonische Wellen mithilfe von Periodendauer, Ausbreitungsgeschwindigkeit, Wellenlänge, Frequenz, Amplitude und Phase. begründen den Zusammenhang zwischen Wellenlänge und Frequenz und wenden die zugehörige Gleichung an. vergleichen longitudinale und transversale Wellen. beschreiben Polarisierbarkeit als Eigenschaft transversaler Wellen. beschreiben und deuten Interferenzphänomene für folgende Fälle: stehende Welle, Doppelspalt und Gitter, Michelson-Interferometer, en: Übertragung auf andere Oszillatoren Welle transportiert Energie Anwendung: LC-Display Keine Thematisierung des Einzelspaltes Anwendung des Michelson- Interferometers zum Nachweis kleiner Längenänderungen Prozessbezogene Kompetenzen und methodische Hinweise, Ermittlung der Sinus-Funktion durch vergleichende Schattenprojektion von Federpendel und Drehung auf einer Kreisscheibe Aufnahme einer Schwingung mit CASSY-Sensor Untersuchung von Schwingungen (Schülerversuch) Grundlagen: qualitative Untersuchung an Seilwellen Wellenwanne Stehende Seilwellen (Schülerversuch) Doppelspalt und Gitter mit Licht Interferenzmuster bei verschiedenen Strichdichten Seite 4 von 8

5 Anwendungen von Interferenzerscheinungen Bragg-Reflexion. beschreiben je ein Experiment zur Bestimmung der Wellenlänge von Schall mit zwei Sendern, Mikrowellen mit dem Michelson- Interferometer Licht mit einem Gitter (subjektiv / objektiv) und Röntgenstrahlung mit Bragg-Reflexion 4 Wochen Anwendungen: Bestimmung des Spurabstandes einer CD Strukturuntersuchung mit Bragg- Reflexion "subjektiv" später, vgl. Atomhülle, Emissionsspektren en: Michelson-Interferometer auf Experimente mit anderen Wellenarten übertragen (Schülerversuch) Bragg-Reflexion mit Mikrowellen oder Ultraschall gesamt: 1 Themenbereich: Quantenobjekte Gequantelte Energieübertragung Die Natur von Quantenobjekten und ihre Interpretation Inhaltsbezogene Kompetenzen Die Schülerinnen und Schüler... beschreiben ein Experiment zum äußeren lichtelektrischen Effekt mit der Vakuum- Fotozelle. erläutern die experimentelle Bestimmung des planckschen Wirkungsquantums mit LED's. erläutern die Entstehung des Röntgenbremsspektrums als Energieübertragung von Elektronen auf Photonen. beschreiben das Experiment mit der Elektronenbeugungsröhre und deuten die Beobachtungen als Interferenzerscheinung. bestimmen die Wellenlänge bei Seite 5 von 8 e.n: Bestimmung des planckschen Wirkungsquantums aus Röntgenspektrum 4 Wochen en: Übertragung auf verwandte Situationen en: Übertragung auf Prozessbezogene Kompetenzen und methodische Hinweise, Entladung eines Elektroskops durch UV-Licht Untersuchungen an der Fotozelle Aufnahme und Auswertung der Kennlinien verschiedener LED's (Schülerversuch) Elektronenbeugungsröhre Simulation zum Doppelspalt mit

6 Vertiefung auf erweitertem Niveau Quantenobjekten mit Ruhemasse mithilfe der debroglie-gleichung. erläutern Interferenz bei einzelnen Photonen interpretieren die jeweiligen Interferenzmuster stochastisch. beschreiben den Aufbau eines Mach- Zehnder-Interferometers. interpretieren ein Welcher-Weg - Experiment unter den Gesichtspunkten Nichtlokalität und Komplementarität. Quantenobjekte mit größerer Ruhemasse Komplementarität einzelnen Photonen gesamt: 9 Wochen Seite 6 von 8

7 Themenbereich: Atomhülle Emissionsspektren Absorption von Energiequanten Atommodell Anwendungen Inhaltsbezogene Kompetenzen Die Schülerinnen und Schüler... erläutern quantenhafte Emission anhand von Experimenten zu Linienspektren bei Licht erläutern quantenhafte Emission anhand von Experimenten zu Linienspektren bei Röntgenstrahlung erklären den Zusammenhang zwischen Spektrallinien und Energieniveauschemata erläutern einen Franck-Hertz-Versuch. erläutern einen Versuch zur Resonanzabsorption. erläutern die Quantisierung der Gesamtenergie von Elektronen in der Atomhülle. beschreiben die Orbitale bis n = 2 in einem dreidimensionalen Kastenpotenzial. erläutern die Grundlagen der Funktionsweise eines He-Ne-Lasers. Subjektive Beobachtung von Gitterinterferenz kann an dieser Stelle behandelt werden Bestimmung emittierter Wellenlängen mit Hilfe eines Energieniveauschemas Erklärung des charakteristischen Röntgenspektrums Balmer-Formel Leuchtstoffe (Energiesparlampe, weiße LED) Linearer Potenzialtopf Zusammenhang: dreidimensionale Orbitale / eindimensionale Wahrscheinlichkeitsverteilung Technische Anwendung eines Lasersystems Prozessbezogene Kompetenzen und methodische Hinweise, Gasentladungsröhren (Kapillare) Frank-Hertz-Versuch mit Neon und / oder Quecksilber, Kennlinie auswerten Natrium-Flamme, Natriumdampfresonanz Entwicklung der Atommodelle evtl. als Referat Praktikumstag im DESY: Quantenphänomene gesamt: 9 Wochen Seite 7 von 8

8 Themenbereich: Atomkern Ionisierende Wirkung radioaktiver Strahlung Zerfallsgesetz und Zerfallsreihen Inhaltsbezogene Kompetenzen Die Schülerinnen und Schüler... erläutern das grundlegende Funktionsprinzip eines Geiger-Müller-Zählrohrs als Messgerät für Zählraten. erläutern das Zerfallsgesetz und wenden es auf Abklingprozesse an. stellen Zerfalsreihen anhand einer Nuklidkarte auf. α Spektroskopie erläutern das grundlegende Funktionsprinzip eines Halbleiterdetektors für die Energiemessung von Kernstrahlung. interpretieren ein α Spektrum auf der Basis der zugehörigen Zerfallsreihe. gesamt: 7 Wochen Insgesamt verplant: 54 Wochen beschreiben die Quantisierung der Gesamtenergie von Nukleonen im eindimensionalen Potenzialtopf. Ionisierende Wirkung als zentrales Kennzeichen radioaktiver Strahlung Wiederholung aus Mittelstufe: Nullrate, wesentliche Eigenschaften und Unterscheidungsmerkmale von α-, β- und γstrahlung (Reichweite, Durchdringung von Materie, Ablenkbarkeit im B-Feld) Anwendung: C-14-Methode Energiespektren Anwendung: Radionuklide in der Medizin 1 Woche Prozessbezogene Kompetenzen und methodische Hinweise, Blitzüberschlag als Folge der Ionisierung von Luft, permanente Nebelkammer Messung mit der Ionisationskammer Modellierung mit Differenzenverfahren (Tabellenkalkulation) CASSY-Halbleiterdetektor mit Vakuumkammer Seite 8 von 8