Schulinterner Lehrplan des Faches Physik Ursulinenschule Hersel Lehrplan E (Einführungsphase)

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1 Lehrplan E (Einführungsphase) Die Anordnung der Themen ist nicht zwingend chronologisch zu verstehen. Auch fächerübergreifende Aspekte aus der vierten Spalte sind variabel handhabbar. Themen Fachliche Kontexte und Prozessbezogene Kompetenzen Fächerübergreifende Themen/ Bezug zum Schulprogramm 1. Kinematik Gesetze der gleichförmigen und gleichmäßig Bewegungen Allgemeine Bewegungsgesetze und differenzieller Zusammenhang Bezugssystem - Inertialsystem, Galilei- Transformation Freier Fall (ohne und mit Luftreibung) Bewegungsgesetze des Wurfs (waagerechter, schiefer, senkrechter) ungestörte Überlagerung) 2. Dynamik Träge Masse, Trägheitssatz Kraft, Grundgleichung Mechanik Impuls, Impulserhaltung Newton'sche Axiome Modell Massepunkt, Galilei Transformation Kraftstoß und Impulsänderung 3. Arbeit und Energie Lageenergie und Hubarbeit Bewegungsenergie und Beschleunigungsarbeit Spannenergie und Spannarbeit Energieentwertung und Reibungsarbeit Energiebilanzierung bei Übertragung und im alltäglichen Leben (Sport, Straßenverkehr und Technik) zu1.: können die beteiligten Größen mit verschiedenen Messverfahren messen die betrachteten differenzieren und die Bewegungsgleichungen verstehen und entsprechend der Fragestellung umformen die Bewegungsgleichungen innerhalb des fachlichen Kontextes anwenden zu2.: können den Zusammenhang zwischen Kraft und Beschleunigung die betrachteten, Übergänge von Impuls und Energie und auch rechnerisch untersuchen zu3.: können den verschiedene Energieformen unterscheiden können die betrachteten, Übergänge von Impuls und Energie und auch rechnerisch untersuchen beobachten, messen und wenden dabei verschiedene Arten von Bewegungsprotokollen an (wiederholte Durchführung eines Bewegungsablaufs und Messung jeweils eines Punktes, computergestützte Bewegungsaufnahme, Video) stellen den Zusammenhang zwischen den Beobachtungen und den Bewegungsgesetzen und den zugehörigen mathematischen Beschreibungen her. nutzen verschiedene Auswertemethoden (selbstgezeichnete Diagramme, Tabellenkalkulationsprogramm) vergleichen die realen mit Simulationen lernen Gefahrensituationen im Straßenverkehr besser einzuschätzen, Impulsund Energieübergänge mit passenden Fachbegriffen argumentieren für Deutungen realer Bewegungsabläufe im Sport Bewusste Behandlung von technischen Themen, die eher dem männlichen Interessenbereich zugeordnet werden.

2 Umwandlung - Erhaltung und Entwertung der Energie Stoßvorgänge Arbeitsintegral Energiebilanz: Federpendel, Maxwellsches Rad Elastischer und unelastischer Stoß 4. Rotation Kreisbewegung Zentripetalkraft Bewegungsgesetze der gleichförmigen und beschleunigten Drehbewegung Trägheitskräfte (Zentrifugalkraft, Corioliskraft) Trägheitsmoment, Drehmoment, Drehimpuls, Drehimpulserhaltungserhaltung, Kreisel 5. Gravitation Gravitationsgesetz, -konstante, -feld, Energie und Arbeit im Gravitationsfeld Weltbilder, Kepler'sche Gesetze Potential, Planeten im Sonnensystem in Himmelsmechanik und Weltraumfahrt zu4.: können Kreisbewegungen erkennen die auftretenden Kräfte als Scheinkräfte einordnen die Bewegungsgleichungen verstehen und entsprechend der Fragestellung umformen die Bewegungsgleichungen innerhalb des fachlichen Kontextes anwenden zu5.: können das Konzept der gegenseitigen Massenanziehung verstehen können die dadurch hervorgerufenen Phänomene einordnen und rechnerisch untersuchen prüfen die Vermutungen ihrer Mitschülerinnen schätzen die Fehlergrößen bei Messversuchen ab unterscheiden zwischen systematischen und statistischen Fehlern beobachten, messen und die wenden dabei verschiedene Arten von Bewegungsprotokollen an stellen den Zusammenhang zwischen den Beobachtungen und den Bewegungsgesetzen und den zugehörigen mathematischen Beschreibungen her. nutzen verschiedene Auswertemethoden lernen die Bewegungen und Phänomene aus der Rolle von unterschiedlichen Beobachtern (mitbewegt / im Inertialsystem ruhend) zu betrachten lernen Gefahrensituationen im Straßenverkehr besser einzuschätzen informieren sich in verschiedenen Medien über Weltbilder, Weltraumfahrt... mit passenden Fachbegriffen argumentieren für Deutungen realer halten Kurzreferate über die von ihnen gesammelten Informationen Philosophie: Weltbilder Bedeutung von Satteliten für die Erde (Kommunikation, Datenerhebung...)

3 vergleichen die verschiedenen Betrachtungsweisen bewerten unterschiedliche theoretische Ansätze ob sie als Grundlage für eine Theorie geeignet sind unterscheiden die verschiedenen 6. Struktur: Schwingungen und Wellen Schwingungsvorgänge und -größen Harmonische Schwingung Nichtlineare Schwingungen Entstehung und Ausbreitung von Transversalund Logitudinalwellen Beugung Interferenz von Wellen Überlagerung von Schwingungen Erzwungene Schwingung, Resonanz Gedämpfte Schwingung, Erzeugung ungedämpfter Schwingungen, Rückkoppelung, gekoppelte Schwingungen Wellengleichung Huygenssches Prinzip, Reflexion Brechung, Stehende Wellen Schall (Ultraschall, Infraschall), Eigenschwingungen, Dopplereffekt, Schwingungsvorgänge in Uhren Wellen auf Seilen, dem Wasser und Schallwellen zu6.: können Schwingungen und Wellen in verschiedenen Gegenständen und Medien erkennen Frequenz eine Schwingung feststellen Frequenz, Wellenlänge und Typ einer Welle bestimmen die Wellenphänomene Beugung und Interferenz erkennen Informationsquellen nach Zuverlässigkeit beobachten, messen und die Vorgänge bei Schwingungen und Wellen wenden dabei verschiedene Arten von Messverfahren an lernen verschiedene Phänomene in unterschiedlichen Medien mit einem Konzept zu begreifen lernen, das Wellen sich ungestört durchdringen können mit passenden Fachbegriffen argumentieren für Deutungen realer vergleichen objektiven Messungen mit subjektiven Hörwahrnehmungen Klausuren: 1 Klausur pro Halbjahr Sonstige Mitarbeit mündliche Beiträge (Unterrichtsgespräch, vorgetragene Hausaufgaben, Wiedergabe von Gelerntem, Kurzreferate) schriftliche Beiträge (Lösungen im Heft, schriftliche Übungen, Stunden- und Versuchsprotokolle) Bewertung: punktuelle oder zusammenfassende Beurteilung eines längeren Zeitraums, Quartalsfeststellungen Kriterien: Korrektheit, Darstellung, Umfang, Selbständigkeit, Kontinuität Musik: Musikinstrumente physikalische Beschreibung von Höreindrücken: Lautstärke, Tonhöhe, Ton, Geräusch... Geographie: Erdbeben, Erkundung des Erdinneren

4 Lehrplan Q1 (Qualifikationsphase 1) Die Anordnung der Themen ist nicht zwingend chronologisch zu verstehen. Die Reihenfolge der Hauptkapitel ist aber in Q1 verbindlich (Wiederholer!). Auch fächerübergreifende Aspekte aus der vierten Spalte sind variabel handhabbar. Themen Fachliche Kontexte und Prozessbezogene Kompetenzen Fächerübergreifende Themen/ Bezug zum Schulprogramm 1. Elektrostatik elektrisches Feld, elektrische Feldstärke E LK: Zentralsymmetrisches Feld, Coulombsches Gesetz Potentielle Energie im E-Feld, Spannung, Kapazität Millikan-Versuch, Potential, elektrische Feldkonstante, Dielektrikum, Dielektrizitätszahl, Arbeit im E-Feld, Elektrisches Feld als Energieträger, Energiedichte 2. Magnetostatik Magnetisches Feld, magnetische Feldgröße B, Lorentzkraft Magnetische Feldkonstante, Ferromagnetismus, Permeabilität, Halleffekt 3. Ladungen in Feldern Bewegungen von elektrischen Ladungen in elektrischen und magnetischen Feldern Erzeugung eines Elektronenstrahls, Glühelektrischer Effekt, e/m- Bestimmung, elektrische Leitungsvorgänge in festen Körpern, Flüssigkeiten und Gasen Auf den Spuren des Elektrons zu1.: können das Feldkonzept die Rolle der Elektronen (und anderer Ladungsträger) als Quelle des E-Feldes nennen die Wirkungen und Nachweismethoden für E-Felder zu2.: können die Gemeinsamkeiten und Unterschiede des Gravitations-, elektrischen- und magnetischen Feldes die Bewegung von Elektronen (und anderen Ladungsträgern) als Quelle des magnetischen Feldes. Anwendungen von Magnetfeldern zu3.: können die Bewegung von Ladungen auf die herrschenden Felder zurückführen aus den gegebenen Feldern die Bewegung der Elektronen berechnen mehrere Anwendungen von E- und B- Feldern planen, beobachten und Versuche lernen verschiedene Messgeräte und -verfahren kennen ordnen verschiedene Phänomene in ein theoretische Konzept ein und stellen dadurch Beziehungen zwischen sehr unterschiedlichen Bereichen her lernen makroskopische Effekte von verborgenen Vorgängen her zu erklären lernen, wie man durch makroskopische Messungen auf Eigenschaften des Elektrons (und anderer Teilchen) schließen kann Versuchsaufbauten und - abläufe argumentieren für Modelle, die die Beobachtungen erklären könnten prüfen die Vermutungen ihrer Mitschülerinnen diskutieren Grenzen von physikalischen Modellen Bedeutung von der Erforschung und Anwendung von E- und B- Feldern in der Wissenschaft und der Wirtschaft Biologie: Elektrische Vorgänge im Körper (Nerven, Steuerung von Muskeln, EEG)

5 4. Elektromagnetismus Elektromagnetische Induktion, Induktionsgesetz, Selbstinduktion, Induktivität Lenz'sche Regel, Magnetfeld als Träger von Energie, Energiedichte, Erzeugung von Wechselspannung, Transformator, Übertragung elektrischer Energie, Wechselstromwiderstände, Reihen- u. Parallelschaltung, Leistung 5. Elektromagnetische Schwingungen und Wellen Elektromagnetischer Schwingkreis (Analogie zum Federpendel) Elektromagnetische Wellen LK: Hertzscher Dipol Erzeugung ungedämpfter elektromagnetischer Schwingungen Maxwellsche Gleichungen 6. Thermodynamik 1.Hauptsatz der Thermodynamik, Entropie, 2.Hauptsatz der Thermodynamik, dissipative Strukturen Wärmekraftmaschinen (Energie und Entropiestrom) Heißluftmotor und Wärmepumpe, Kraftwerke Auswirkungen bewegter Ladungen im elektrischen und magnetischen Feld und deren Anwendung zu4.: können die gegenseitige Beeinflussung von wechselnden E- und B-Feldern zu5.: können die Entstehung von elektromagnetischen Schwingungen und Wellen erläutern verschiedene Anwendungen der Elektromagnetischen Wellen Wärmekraftwerke - Diskussion um die Energieerzeugung zu6.: können, warum sich Wärme nicht vollständig in mechanische Energie verwandeln lässt die Auswirkungen bei der Energieversorgung benennen Klausuren: 2 Klausuren pro Halbjahr Sonstige Mitarbeit: siehe E planen, beobachten und Versuche lernen verschiedene Messgeräte und -verfahren kennen lernen durch Analogiebildung physikalische Modelle zu bilden informieren sich in verschiedenen Medien über Anwendungen von Induktion und elektromagnetischen Wellen. mit passenden Fachbegriffen erläutern komplexe Vorgänge mit Hilfe grundlegender Gesetzmäßigkeiten halten Kurzreferate über die von ihnen gesammelten Informationen lernen, das Wärme eine besondere Energieform ist informieren sich über die verschiedenen Arten der Energiegewinnung diskutieren verschiedenen Auswirkungen des 2.Hauptsatzes bewerten verschiedene Wege der Energiegewinnung und -nutzung unter dem Aspekt des Entropiezuwachses Bedeutung der elektromagnetischen Wellen für die Kommunikation Biologie: Untersuchung von elektrischen Vorgängen im Körper durch nichtinvasive, induktive Methoden Zusammenhänge Energieerzeugung - Wirtschaft Geschichte: Industrialisierung und Energieerzeugung

6 Lehrplan Q2 (Qualifikationsphase 2) Die Anordnung der Themen ist nicht zwingend chronologisch zu verstehen. Auch fächerübergreifende Aspekte aus der vierten Spalte sind variabel handhabbar. Themen Fachliche Kontexte und Prozessbezogene Kompetenzen Fächerübergreifende Themen/ Bezug zum Schulprogramm 1. Wellenoptik Ausbreitung von Licht Beugung, Interferenz UV und IR-Strahlung, Strahlungsgesetze, Reflexion, Brechung, Polarisation, Informationsübertragung, Holographie 2. Relativitätstheorie Relativistische Mechanik Äquivalenz von Masse und Energie Invarianz der Newton'schen Mechanik bei Inertialsystemwechsel, Ätherhypothese und Michelsonversuch, Lorentztransformation, Gleichzeitigkeit, Zeitdil., Längenkon. Erhaltungssätze in der relativistischen Dynamik, Invarianz der elektrischen Ladung, Transformation elektrischer und magnetischer Felder 3. Atom- und Quantenphysik Atommodelle, Lichtelektrischer Effekt und Lichtquantenhypothese, Linienspektren und Energiequantelung des Atoms, De Broglie-Theorie des Elektrons, Grenzen der Anwendbarkeit klassischer in der Quantenphysik, Modellvorstellung von Licht und Materie; Einführung in die Quantenphysik zu1.: können, wie sich Licht unter verschiedenen Umständen ausbreitet die Interferenz von Licht und begründen zu2.: können die wichtigsten Ergebnisse der speziellen Relativitätstheorie kennen einige Stellen, an denen das Newtonsche Weltbild erneuert werden musste zu3.: können einige der grundlegenden Versuche, die zur Lichtquantenvorstellung führen bzw. nur mit ihr richtig gedeutet werden können die Quantelung der Energiezustände im H- Atom einige der modernen Anwendungen der Quantenphysik angeben planen, beobachten und Versuche lernen verschiedene Messgeräte und -verfahren kennen ordnen verschiedene Phänomene in ein theoretische Konzept ein und stellen dadurch Beziehungen zwischen sehr unterschiedlichen Bereichen her lernen makroskopische Effekte von verborgenen Vorgängen her zu erklären lernen, wie man durch makroskopische Messungen auf Eigenschaften des Elektrons (und anderer Teilchen) schließen kann Versuchsaufbauten und - Abläufe argumentieren für Modelle, die die Beobachtungen erklären könnten prüfen die Vermutungen ihrer Mitschülerinnen diskutieren Grenzen von physikalischen Modellen

7 LK: Heisenberg'sche Unschärfe h-bestimmung, Bohr'sches Atommodell Schrödingergleichung und Anwendung (H-Atom, Tunneleffekt), Franck-Hertz- Versuch, Quantenobjekte und Messprozesse, Pauli-Prinzip 4. Radioaktivität Ionisierende Strahlung, Strahlungsarten, Nachweismethoden, Radioaktiver Zerfall, Kernspaltung und Kernfusion (Kernbausteine, Bindungsenergie, Kettenreaktion) Tröpfchenmodell Zerfallsgesetz, Zerfallsprozesse, Spektroskopie (Röntgen, α-, β- und γ- Strahlung), Teilchenzoo (Standardmodell) Einführung in die Kernphysik zu4.: können die verschiedenen Strahlungsarten benennen und die zugrunde liegenden Prozesse den radioaktiven Zerfallsprozess die Prinzipien der Energiegewinnungsprozesse Spaltung und Fusion Klausuren: 2 Klausuren pro Halbjahr Sonstige Mitarbeit: siehe E beobachten und Versuche lernen verschiedene Messgeräte und - verfahren kennen lernen durch Analogiebildung physikalische Modelle zu bilden informieren sich in verschiedenen Medien über Auswirkungen von Radioaktivität informieren sich über den aktuellen Stand in der Energiediskussion mit passenden Fachbegriffen halten Kurzreferate über die von ihnen gesammelten Informationen diskutieren die Vor- und Nachteile der Energiegewinnung aus Kernenergie prüfen die Informationsquellen kritisch wägen Vor- und Nachteile der Technik ab bewerten die Rolle der Physik für Entwicklungen der Gesellschaft Geschichte und Sozialwissenschaft: Militärische und friedliche Nutzung der Kernenergie Biologie: Medizinische radiologische Untersuchungsmethoden Geschichte: C14-Methode