Physik Grundlagenfach

Transkript

1 Physik Grundlagenfach A. Stundendotation Klasse 1. Klasse 2. Klasse 3. Klasse 4. Klasse Wochenlektion B. Didaktische Konzeption Der physikalische Aspekt der Naturwissenschaften wird im Grundlagenfach Physik aufgenommen. Dabei wird allgemeinbildendes Wissen aus der Physik unter naturwissenschaftlich experimenteller Vorgehensweise vermittelt. Das abstrakte und logische Denken wird speziell gefördert, das Vertrauen in das eigene Denken gestärkt. Überfachliche Kompetenzen Das Grundlagenfach Physik fördert besonders Reflexive Fähigkeiten ausdauernd, konzentriert und zuverlässig arbeiten den Grad an Sicherheit von Aussagen kritisch beurteilen wissen, wie Vermutungen entstehen und überprüft werden können Klarheit gewinnen, was beweisende und widerlegende Argumente sind und dass die Sicherheit von Aussagen stets relativ zu den im System vereinbarten Axiomen und Regeln sind wissenschaftlichem Denken verpflichtet sein Sozialkompetenz vorurteilslos auf Argumente anderer eingehen und diese kritisch überprüfen andere bei der Suche nach Einsicht und wichtigen Erkenntnissen tatkräftig unterstützen Sprachkompetenz eine universelle, unzweideutige und streng formalisierte Sprache anwenden Umgangssprache in Formelsprache umwandeln und korrekt und verständlich über abstrakte Sachverhalte sprechen Praktische Fähigkeiten und IKT-Kompetenzen: unterstützende Technologien sinnvoll einsetzen Informatikmittel (z.b. graphikfähige Taschenrechner, Computer), Formelsammlungen und Algorithmen für numerische Verfahren und zu Simulationszwecken sicher einsetzen Interessen Physik als Problemlösungsmethode, als Instrument zur Modellierung von Ausschnitten der Wirklichkeit, als Wissenschaft zur Erarbeitung von Lösungen zu Praxisproblemen und als ästhetisches Prinzip erleben

2 Bereitschaft gewinnen, sich auf Probleme der Physik einzulassen und sie mit Einfallsreichtum, Beharrlichkeit und Selbstvertrauen zu lösen Leistungsbewertung Zur Leistungsbewertung sind vor allem die schriftlichen Prüfungen massgebend. Mündliche Beiträge und die Bearbeitung von Aufträgen können ebenfalls in die Bewertung einfliessen. Verschiedene Kompetenzen werden zur Leistungsbewertung beigezogen: Die kulturwissenschaftliche Kompetenz (Wissen) besteht in einem Verständnis physikalischer Begriffsbildungen, physikalischer Resultate und Verfahren. Die argumentative Kompetenz (Beweisen) besteht darin, Demonstrationen, Argumentationen und Beweise anderer verstehen und selbst hervorbringen zu können. Die Problemlösungskompetenz (Textaufgaben) besteht darin, Problemsituationen durch den Einsatz von Mathematik meistern zu können. Querverbindung zu anderen Fächern Die Querverbindungen zwischen Physik und allen Naturwissenschaften sind zahllos; überall kommen physikalische Formalisierungen, Modellbildungen, Simulationen und Berechnungen zur Anwendung. Beispiele: Datenanalyse, Regression, Schwingungen, Optimierung, Wachstum und Zerfall, Reaktionskinetik, CAD, dynamische Systeme, usw. Auch zu nichtnaturwissenschaftlichen Fächern gibt es vielfältige Querbezüge. Beispiele: Töne und Klangsynthese, Kunst und Architektur, Darstellung räumlicher Objekte, Statistische Analysen, Grammatiken, Logik und Philosophie, historisch-originale Begegnungen, Algorithmen in den unterschiedlichsten Bereichen, usw. Massnahmen zum geschlechtergerechten Unterricht Gerade junge Männer sind oft mathematisch-naturwissenschaftlich interessiert und sollen im sonst sprachlich ausgerichteten Gymnasium gezielte Förderung erhalten. Jungen Frauen wird klar gemacht, dass sie den Männern ebenbürtige Leistungen erbringen können, wenn sie sich nicht das Vorurteil zueigen machen, sie seien prinzipiell schlechter in Physik. C. Fachlehrplan 2. Klasse 1. Lerngebiet: Grundlegende Methoden und Werkzeuge Zehnerpotenzen & Dezimalvorsätze Dezimalvorsätze in Zehnerpotenzen umwandeln und umgekehrt. Signifikante Ziffern die Genauigkeit einer Berechnung abschätzen und Resultate mit sinnvoller Genauigkeit angeben. Naturwissenschaftliche Methode zur Erkenntnisgewinnung die naturwissenschaftliche Methode zur Gewinnung von Erkenntnissen erklären

3 Phys. Grössen und Einheiten physikalische Grössen und Einheiten unterscheiden. 2. Lerngebiet: Mechanik (Bewegungslehre) Gleichförmige Bewegung Gleichförmige Bewegungen mathematisch beschreiben. Gleichförmige Bewegungen messtechnisch erfassen. Diagramme erstellen, korrekt beschriften und sinnvoll skalieren. aus einer Aufgabenstellung Gleichungen ableiten und lösen. Gleichmässig beschleunigte geradlinige Bewegung Gleichförmig beschleunigte Bewegungen mathematisch beschreiben. Gleichförmig beschleunigte Bewegungen messtechnisch erfassen. Diagramme erstellen, korrekt beschriften und sinnvoll skalieren. die Bedeutung der Steigung und der Fläche des Graphen einer Funktion erklären. aus einer Aufgabenstellung Gleichungen ableiten und lösen. Mittlere Geschwindigkeit (Differenzenquotient) und Momentangeschwindigkeit (Differenzialquotient) die mittlere Geschwindigkeit aus dem v-t Diagramm ablesen. Physikalische Grössen und Einheiten physikalische Grössen und Einheiten unterscheiden. 3. Lerngebiet: Mechanik (Ursachen der Bewegung) Masse / Trägheit den Effekt der Trägheit in Alltagssituationen erklären.

4 Newton sche Gesetze den Zusammenhang zwischen dem Bewegungszustand und den wirkenden Kräften herstellen. Kräfte als Vektoren Kräfte als vektorielle Grössen handhaben. den Zusammenhang zwischen der Verformung einer Feder und der wirkenden Kraft erklären. statische und dynamische Anwendungen im Alltag in Experimenten Kräfte und ihre Wirkungen untersuchen. 4. Lerngebiet: Mechanik (Erhaltungssätze) Arbeit, Energie und Leistung die Begriffe Arbeit, Leistung, Energie definieren. die verschiedenen Einheiten der Energie ineinander umrechnen. in Experimenten die verrichtete Arbeit bestimmen. Energie- und Impulserhaltung die Erhaltung der Energie in konkreten Situationen formulieren. in konkreten Situationen die Wirkung der Impulserhaltung erkennen (und in Berechnungen berücksichtigen). Wirkungsgrad den Wirkungsgrad einer Maschine ermitteln. 3. Klasse 1. Lerngebiet: Mechanik (Kreisbewegung)

5 Kinematische Grössen der Kreisbewegung die Bewegung eines Körpers auf einer Kreisbahn beschreiben. Zentripetalbeschleunigung und -kraft die Dynamik einer Kreisbewegung mithilfe der Zentripetalkraft erklären. Gesetzmässigkeiten erläutern. 2. Lerngebiet: Elektromagnetismus (Elektrizität) Ladung, Spannung, Strom bestimmen, ob ein Körper elektrisch geladen ist. die Bedeutung von Spannung und Strom anhand einer Analogie erklären. die historische und kulturelle Bedeutung der Elektrifizierung verstehen. Ohmscher Widerstand, Kondensatoren und serielle und parallele Schaltungen Ersatzwiderstände von Schaltungen berechnen. Schaltungen aufbauen und ausmessen erklären, was eine Kennlinie ist. Elektrische Leistung Die konsumierte Leistung einer Schaltung berechnen. Elektrisches Feld und Coulombgesetz die Kräfte zwischen Punktladungen mit Hilfe des Coulombgesetzes berechnen. den Feldbegriff erklären. ein elektrisches Feld grafisch darstellen. 3. Lerngebiet: Elektromagnetismus (Magnetismus) Magnetfeld, Permanentmagnet und Erdmagnetfeld Das Magnetfeld eines Permanentmagneten skizzieren. das Erdmagnetfeld skizzieren. Gemeinsamkeiten und Unterschiede von el. und magnet. Feldern angeben.

6 Magnetisches Feld um einen stromführenden Draht und in einer Spule, Rechte-Hand-Regel das Magnetfeld um einen stromführenden Draht darstellen und quantifizieren. das Magnetfeld um eine Spule darstellen und quantifizieren. Kraft auf bewegte Ladungen und Ströme, Drei-Finger-Regel Betrag und Richtung der Lorentzkraft bestimmen. ausgewählte Phänomene/technische Anwendungen (z.b. Elektromotor) qualitativ erklären. die gefundenen Gesetzmässigkeiten experimentell überprüfen. 4. Lerngebiet: Elektromagnetismus (Induktion) Induktion Kraft, Magnetfeld und induzierte Spannung in Beziehung bringen. Generatoren und Drehstrom Die technische Realisierung der Induktion zur Spannungserzeugung beschreiben (Generatoren). Vor- und Nachteile der Wechselpannung gegenüber der Gleichspannung abwägen. Transformatoren Spannungsumwandlungen mittels Tranformatoren verstehen und berechnen. 5. Lerngebiet: Periodische Vorgänge (Schwingungen) Grundbegriffe zur Beschreibung periodischer Vorgänge Begriffe der Frequenz, Winkelgeschwindigkeit, Amplitude und Phase korrekt verwenden. Bewegungsgleichung des harmonischen Oszillators Extrema für y, v und a in Diagrammen identifizieren.

7 Schwingungen in Diagrammen darstellen. Fadenpendel und Federpendel die Beziehung zwischen der Schwingungsdauer und den charakteristischen Grössen eines Oszillators angeben das Resonanzphänomen erklären. die gefundenen Gesetzmässigkeiten experimentell überprüfen. 4. Klasse 1. Lerngebiet: Periodische Vorgänge (Wellen) Longitudinal- und Transversalwellen zwischen Longitudinal- und Transversalwellen unterscheiden und kennen je ein Beipiel aus dem Alltag. den Unterschied zwischen Wellen und Schwingungen erklären. Begriffe wie Wellenlänge und Frequenz anwenden. Wellen mathematisch beschreiben. Wellengeschwindigkeit die Licht- und die Schallgeschwindigkeit angeben. Wellenphänomene: Interferenz und Beugung Beugung und Interferenz mit korrekter Fachsprache erklären. die gefundenen Gesetzmässigkeiten experimentell überprüfen. 2. Lerngebiet: Thermodynamik Druck und Temperatur den Begriff der Temperatur auf mikroskopischer Ebene korrekt interpretieren.

8 Methoden zur Temperaturmessung benennen. Temperaturangaben von Celsius in Kelvin umrechnen und umgekehrt. Wärme die Begriffe Wärme und Temperatur unterscheiden. Wärmekapazität & Phasenübergänge die Grössenordnungen der Wärmemengen für Schmelzen, Erwärmen und Verdampfen von Wasser benennen. Ideale Gase und Hauptsätze der Wärmelehre p, V und T eines idealen Gases in Beziehung setzen und Zustandsänderungen in Diagrammen darstellen. 3. Lerngebiet: Technik (Wärmearbeitsmaschinen) Wärmearbeitsmaschinen und thermodynamischer Wirkungsgrad die kulturelle und politische Bedeutung der Wärmearbeitsmaschinen verstehen. die Umsetzung von Wärme in Arbeit in Kreisprozessen erklären. die gefundenen Gesetzmässigkeiten experimentell überprüfen. die ökologische Bedeutung von Wärmearbeitsmaschinen abschätzen. Wärmearbeitsmaschinen im Kontext der Energieversorgung einbetten und die Bedeutung von alternativen Energieformen erkennen. 4. Lerngebiet: Neuere Physik (Physik des 20. Jahrhunderts) zur Auswahl Kernphysik die 3 Strahlungsarten sowie die Einheiten für die wichtigsten Messgrössen in der Dosiemetrie erklären.

9 Spezielle Relativitätstheorie die Grundidee der nuklearen Energiegewinnung aufgrund der Energie-Masse-Beziehung erklären. die Bedeutung der SRT für das wissenschaftliche Weltbild abschätzen. Quantenphysik an Beispielen die Aussagen der Quantenphysik erklären. Halbleiterphysik die Eigenschaften eines Halbleiters erklären.