der Mathematik Anwendungen Physik und Stundentafel Bildungsziel Jahr Grundlagen

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1 Stundentafel Grundlagen Physik Bildungsziel Das fach Physik und, das im dritten und vierten Jahr auf der Physik und der ersten zwei Jahre aufbaut, vermittelt den Lernenden einen vertieften Einblick in die Denkweise der beiden Disziplinen. Es entwickelt die Fähigkeit zu erkennen, dass vielfältige Probleme aus Alltag, Technik und Wissenschaften einer mathematisch/physikalischen Bearbeitung zugänglich sind. Der Unterricht schult das korrekte sprachliche Erfassen von Phänomenen und das Verständnis von kausalen Zusammenhängen. Genaues analytisches Denken, gepaart mit pragmatischem, zielgerichtetem Vorgehen, sowie ausdauerndes und exaktes Arbeiten werden gefördert. Im Physikunterricht lernen die Schülerinnen und Schüler, mit experimentellen und theoretischen Methoden die messend erfassbaren Erscheinungen und Vorgänge in der Natur mathematisch zu beschreiben. Der Physikunterricht soll diese Art der Auseinandersetzung des menschlichen Denkens mit der Natur sichtbar machen, deren ästhetische Werte vermitteln und zusammen mit anderen Naturwissenschaften das Verständnis für die Natur, den Respekt vor ihr und die Freude an ihr fördern. Die historische Entwicklung von der Antike bis zur modernen Physik wird in den Unterricht eingeflochten. Die Schülerinnen und Schüler sollen erkennen, dass die physikalische Betrachtungsweise der Natur die anderen Naturwissenschaften und viele Zweige beeinflusst. Der Unterricht in fördert die Fähigkeit, praktische Probleme zu erfassen, sie zu mathematisieren und zu formalisieren, und vermittelt die nötigen Methoden zur Problemlösung. Dabei kommen auch heuristische, aber für die Praxis effiziente Methoden zum Zug. Insbesondere wird das räumliche Vorstellungsvermögen geschult. Der Unterricht zeigt an konkreten Beispielen den Einsatz als universelle Methode und weckt das Verständnis für praxisnahe Lösungen. Die Lernenden erweitern ihr Wissen in verschiedenen Teilgebieten und vergrössern ihre Sicherheit im mathematischen Denken. Die engen Beziehungen zwischen Physik und, die auch in ihrer geschichtlichen Entwicklung stark miteinander verbunden sind, werden in fächerübergreifendem Unterricht an ausgewählten Themen sichtbar gemacht. Der Unterricht bietet Grundlagen für die anschliessenden Ausbildungsgänge in Naturwissenschaften, Technik und Medizin. Das fach Physik und leistet Grundlegendes für das Verständnis von Wissenschaft und Technik. Es hilft wesentlich mit, sich in unserer komplexen und hochtechnisierten Welt zurechtzufinden. 115

2 Physik Biologie: Schwimmblase, Osmose, Auftrieb, Wahrnehmung von Licht und Schall, Ohrenschäden Geografie: Erosion, Energieressourcen, Plattentektonik; Tag/Nacht, Kalender, Jahreszeiten, Gezeiten; Erdbebenwellen : Vektoren, lineare und quadratische Funktion, Graphen, Strahlensatz, Funktionsbegriff, trigonometrische Funktionen Wirtschaft: Energiebedarf, Energiestatistik, energetische Rückzahldauer Chemie: Kraft, Energie, Energieerhaltung Sport: Kräfte, Beschleunigung, Druck, Auftrieb Musik: Physik der Musikinstrumente; Überlagerung von Tönen, Akkorde, Harmonie Deutsch: Farbenlehre von Goethe und Newton Bildnerisches Gestalten: Optik, Spektralfarben sehen, dass die Beschreibung der Natur die Erweiterung der mathematischen Methoden und Begriffsbildungen erfordert. den Unterschied zwischen der Beschreibung und der Erklärung eines physikalischen Phänomens verstehen, komplexe Systeme als Zusammensetzung von einfachen Bestandteilen beschreiben und sie mathematisch behandeln erkennen, dass die Physik die Begriffe exakt definieren muss und sich damit oft von der Alltagssprache entfernt das Verhalten von Systemen mit Hilfe von Erhaltungsgrössen erfassen die Zusammenhänge verschiedener physikalischer Gesetze verstehen dem Raum physikalische Eigenschaften zuordnen periodische Bewegungen verstehen Wellenphänomene mit Hilfe eines Modells erklären Inhalt Grössen und ihre Einheiten vektoriell und skalar Kinematik Newtonsche Gesetze; Statik Arbeit und Energie; Kraftstoss und Impuls Erhaltungssätze Drehbewegung des starren Körpers Gravitation Feldbegriff Mechanische Schwingungen und Wellen Wellenoptik 116

3 Physik Physik und fundamentale Naturgesetze verstehen, die der Erfahrung nicht direkt zugänglich sind, die Wichtigkeit eines physikalischen Modells für die Voraussage von Eigenschaften erkennen erfahren, wie aus der Beobachtung von Naturphänomenen durch Abstraktion physikalische Gesetzmässigkeiten herausgelesen werden können Analogien und Zusammenhänge zwischen verschiedenen Phänomenen entdecken Einblick in die Verwendung mathematischer Methoden erhalten Praktikum: die für die Technik wichtigsten Naturerscheinungen verstehen, einfache Anwendungsbeispiele kennen und den Umgang mit Messinstrumenten lernen Inhalte Wärmetransport, Wärmeausdehnung, Wärmekapazität, Aggregatszustände, ideales Gas; kinetische Gastheorie Wärmekraftmaschinen, Entropie elektrisches Feld und magnetisches Feld der elektrische Stromkreis Induktion, Wechselstrom Physik des 20.JH: Einführung in Quantenmechanik oder Relativitätstheorie z.b. Unterrichtsbegleitende oder stofferweiternde Experimente zu Wärmelehre, Stromkreis und Magnetismus; logische Schaltungen Biologie: Klima und Vegetation, Wärmehaushalt des Bodens und der Lebewesen Elektromagnetische Felder als Umweltfaktor, Nerven, Reizleitung Geografie: Wärmeleitung im Boden, Golfstrom, globale Klimaveränderung; Meteorologie Erdmagnetismus Chemie: Anomalie des Wassers, Treibhauseffekt; Chromatographie Elektronenbahnen, Ionisierungsarbeit; Leitfähigkeit; Massenspektrograph Sport: Biomechanik Geschichte: Industrialisierung, Energiepolitik Astronomie: Sonnenflecken, Sonnenwind; Solarkonstante, Sonnenenergie 117

4 Physik Physik, Chemie: Räumliche Vorstellung Biologie, Wirtschaft, Psychologie: Statistik Wirtschaft: Finanzmathematik Verschiedene Fächer: - Software Flexibilität im mathematischen Denken und beim Verwenden mathematischer Methoden, insbesondere im Umgang mit physikalischen Gesetzmässigkeiten die Elemente Punkt, Gerade, Ebene, Kugel und ihre Beziehung zueinander im dreidimensionalen Raum erfassen konstruktives Lösen von Problemen im Raum Einsatz von modernen Hilfsmitteln Inhalt verschiedener im unterricht vermittelter Inhalte (z.b. Boolsche Algebra, lineare Optimierung, Ausbau Zinseszinsrechung, reguläre Polyeder, Kreisspiegelungen, Darstellung und Konstruktion im Schrägbild, Zweitafelsystem (einfache Lage- und Massaufgaben, Dachausmittlung), Schwingungen und Wellen Darstellung der räumlichen Grundelemente und ihrer Wechselwirkungen mittels Projektionen auf die Ebene, Schnitt-, Winkel- und Abstandsprobleme z.b. -Software und programmierbarer Taschenrechner 118

5 Physik Physik und physikalische Probleme mit Infinitesimalrechnung und Trigonometrie bearbeiten mit der Quantisierung physikalischer Grössen, der Relativierung des Newtonschen Weltbildes und der Ersetzung des Determinismus durch Wahrscheinlichkeiten bekannt gemacht werden Inhalte mögliche Inhalte Rotationsenergie Carnot-Prozess Felder Hydrodynamik (Bernoulli); Aerodynamik; Ausbau der Wellenlehre Induktionsgesetz, Magnetismus; Wechselstrom elektromagnetische Schwingungen Aspekte der Physik des 20. Jahrhunderts Dualismus Materie-Welle Spez. Relativitätstheorie Quanten, Elementarteilchen ionisierende Strahlung Biologie: Nerven, Reizleitung; radioaktive Strahlung und Mensch, Kernspinresonanz : Differential- und Integralrechnung Chemie: Isotope; natürliche Radioaktivität; Gefahren und Nutzen der Radioaktivität; geologische Zeitmessung und Radioisotopie Geschichte: Vorteile und Gefahren der Kernenergie Philosophie: Determinismus, Kausalität Sprachen: Lektüre: Die Verantwortung der Naturwissenschaften; Atomtheorien im Altertum 119

6 Physik Chemie: Kristallographie, Moleküle Alle Wissenschaften: Statistische Methoden, Einsatz und Bedeutung Physik, Wirtschaft: Optimierungsprobleme Erweiterung und Vertiefung von mathematischen Kenntnissen. Förderung von selbständigem Arbeiten. Einblick in die mathematische Modellbildung und Vertiefung in ein Spezialgebiet, insbesondere im Zusammenhang mit der Physik. selbständige Erarbeitung neuer mathematischer Inhalte. Inhalt verschiedener im unterricht vermittelter Inhalte (z.b. lineare Abbildungen, Matrizen, Eigenvektoren, Diagonalisierung von Matrizen, Potenzreihen, Differentialgleichungen, Zahlentheorie, sphärische Trigonometrie, Beispiele aus der Raumfahrt, Kurven in Parameterdarstellung, Fraktale, Chaos, Ausbau der Statistik und Wahrscheinlichkeitsrechnung) Affinität, Kreis und Ellipse, Kegelschnitte Fallstudien, Leitprogramme, Lehrbücher 120