4. Semester Erweitertes Anforderungsniveau 4. Radioaktivität, Atomkerne (RLP 4.8)

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1 4. Semester Erweitertes Anforderungsniveau 4. Radioaktivität, Atomkerne (RLP 4.8)

2 4.1 Radioaktive Strahlung (9 h) 4.2 Zerfallsgesetze (6 h) 4.3 Biologische Wirkung radioaktiver Strahlung (4 h) 4.4 Kernspaltung (6 h)

3 4.1 Radioaktive Strahlung (9 h) - Entdeckung und Arten radioaktiver Strahlung - Eigenschaften radioaktiver Strahlung (Ionisations- und Durchdringungsvermögen, Ablenkbarkeit in Feldern) - Aufbau und Funktionsweise des Geiger-Müller-Zählrohres - ein weiteres Nachweisgerät - Tröpfchenmodell - Zerfallsgleichungen - Potenzialtopfmodell, Entstehung radioaktiver Strahlung - Energie- und Impulsbilanzen bei Kernreaktionen Atomkerne radioaktive Strahlung Nachweis mit dem Geiger-Müller- Zählrohr - Durchdringungsvermögen und Ablenkbarkeit

4 4.2 Zerfallsgesetze (6 h) - Halbwertzeit T - Zerfallsgesetz H und N N 2 0 t N N e 0 t - Aktivität ln2 TH -, Halbwertzeit/Zeitraum und Anwendung T H oder - C-14-Methode - Bestimmung der Zerfallskontante

5 4.3 Biologische Wirkung radioaktiver Strahlung (4 h) - Energiedosis und Äquivalentdosis, Wichtungsfaktor und Verweildauer - Wirkung ionisierender Strahlung auf lebende Organismen - Grenzwerte und Strahlenschutz

6 4.4 Kernspaltung (6 h) - Kernkräfte - Massedefekt und Kernbindungsenergie Δm = (N m ON + Z m OP ) - m EXP, ΔE B = Δm c² - Kernbindungsenergiekurve - Entdeckung der Kernspaltung, Gleichung einer Spaltung - Möglichkeiten der Nutzung von Kernenergie - Kettenreaktionen (gesteuert, ungesteuert) - Funktionsweise eines Kernreaktors

7 Erfüllungsstand SiLP Anzahl der Prüflinge 2014 noch ca. 40 Stunden Prüfungsvorbereitung im Kursunterricht? Aufteilung der verbleibenden Stunden

8 Schwerpunkte Abitur 2014 Atomkerne -Tröpfchenmodell, Nuklide und Schreibweisen, Isotope Kerne - Potenzialtopfmodell Potenzialtopfmodell: Coulomb- und Kernkräfte, Reichweiten, potentielle Energie radioaktive Strahlung -Arten und Eigenschaften (Ionisierungsvermögen, Ablenkbarkeit in Feldern, Durchdringungsvermögen), Nachweis mit dem GMZ/Durchdringung/Ablenkbarkeit -Zerfallsgleichungen (und schemen?) -Zerfallsgesetze, Zerfallskontante (Bestimmung Zerfallskonstante) -Weitere Eigenschaften: Energiespektren (monoenergetische Alphastrahlung, Energiespektrum der Betateilchen und Ursache, monoenergetische Gammastrahlung, Methoden zur Messung dieser Energien) Rot: Experimente oder Simulation laut Schwerpunktsetzung

9 Stunde 1. Einführung, Entdeckungsgeschichte 2. Tröpfchenmodell, Nuklidschreibweisen, Isotope 3./4. Zerfallsgleichungen und -schemen Potenzialtopfmodell 8. Test Energie der radioaktiven Strahlung (Ablenkbarkeit ist damit behandelt) 15. Test 16. Ionisierungsvermögen, GMZ Weitere Eigenschaften (speziell Durchdringungsvermögen) Zerfallsgesetze (Halbwertzeit, Zerfallskonstante) 25. Test Bewertungen: auch SE Bestimmung h und Sonstige Mitarbeit

10 Modell 1: 15 Stunden Prüfungsvorbereitung - Die Mehrzahl der Schüler nimmt an der Prüfung teil bzw. auch für Nichtprüflinge ist ein Gesamtüberblick am Ende der Qualifikationsphase unschädlich - Möglich sind Vorträge für alle Schüler. Denkbar wäre auch eine Splittung in Wiederholungsthemen (Prüflinge) und aktuelle (Spaltung, )

11 Modell 2: Parallele Prüfungsvorbereitung - Wenige Prüflinge (z.b. 4 von 20). - Zu den einzelnen Unterthemen werden durch die Prüflingen Vorträge zur Wiederholung gehalten. - In die Tests wird jeweils eine Wiederholungsaufgabe integriert. Die Prüflinge erhalten eine Note mehr (durch die Vorträge). -Einiges lässt sich grob in die kernphysikalischen Themen einordnen (nächste Folie) - Übrige Themen aus der Kernphysik (z.b. Spaltung) gehen unter

12 Schwerpunkt Abitur 2014 Aktueller Stoff EAN 4 Elektrisches und magnetisches Feld Potenzialtopfmodell (Coulombkraft) Energie der Alpha- und Betastrahlung Zeitlicher Verlauf von Spannung und Stromstärke beim Auf- und Entladen eines Kondensators Halbwertzeit Durchdringungsvermögen Bewegung von Ladungsträgern in Feldern Energie der Alpha- und Betastrahlung Quantenhafte Emission und Absorption bei atomaren Systemen Radioaktiver Zerfall im Potenzialtopmodell

13 Modell 3: Trennung Prüfungsvorbereitung und Unterricht - Wenige Prüflinge - Kernphysik in vollem Umfang, d.h. 15 Stunden für radiometrische Größen und Gefahren Kernspaltung und -fusion - Planmäßige Konsultationen der Prüflinge, thematische Aufteilung gemäß Schwerpunktsetzung

14 Die 4 Prüflinge im Vergleich zum gesamten Kurs Semesternoten 11 Klausurnoten 11 Gesamter Kurs 10,5 8,5 Prüflinge 10,25 7,9 Problemfelder: -Erläuterungen und Erklärungen sind oft unvollständig bzw. leiden unter Mängeln bei Fachbegriffen - Bei Aufgaben mit mehreren Aufträgen wird nach dem 1. Teil abgebrochen

15 Differenzierte Aufgabenstellungen Warum? - Die Wahl von 5 Fächern EAN führt zu einer größeren Zahl von Schülern, die Physik wählen. - Die Gründe für die Wahl des Fachs sind heterogener als vorher. Der Leistungs- und Interessengedanke ist nicht unbedingt wichtig. - Der verkürzte Bildungsgang (Wegfall Jahrgangstufe 13, 4 statt 5 Stunden) lässt deutlich weniger Zeit zum Üben und damit zur Verringerung von Niveauunterschieden.

16 Einführung von 5 EAN-Kursen mit je 4 Stunden, keine Abiturverpflichtung im EAN-Fach Prüfung, kein ALN ALN, keine Prüfung Nur Kurspunkte mitnehmen Ich sitze meine Zeit ab Schulzeitverkürzung mit Auswirkungen bis auf die Sek. I Zentralabitur, Rahmenlehrplan, Schwerpunktsetzung Abitur in Jahrgangsstufe 13, dezentrales Abitur, Rahmenplan, Wahl zwischen verschiedenen Lehrbüchern, kaum Abstimmung mit Plänen anderer Fächer Wohnortwechsel Abitur in Jahrgangsstufe 12, Klassensystem 11 und 12, langlebiger Lehrplan in Abstimmung mit anderen Fächern, einheitliche Bücher, berechenbares Zentralabitur

17 Differenzierte Aufgabenstellungen Wie? - Benennung einer Gruppe 1: leistungsstarke Schüler. Sollen die Prüflinge in Gruppe 1? - Gruppe 2: In der Regel ja. Ein Gespräch mit Einzelnen sollte klären, welche Ziele sich der Prüfling setzt. Ggf. hält er es selbst zunächst für besser, nicht in Gruppe 1 zu arbeiten. Muss unbedingt als offen für Gruppe 1 erklärt werden.

18 Beispiel 1: Zerfallsgleichungen aufstellen 2: U-232 ist ein Alphastrahler 1: Th-228 ist der Tochterkern bei einem Alphazerfall Beispiel 2: Zerfallsschemen zeichnen 2: Alphazerfall von Po-210 (5,3 MeV) 1: Alphazerfall von Ra-226 (4,78 MeV (94,6 %) und 4,59 MeV (5,4 %)

19 Beispiel 3: Potenzialtopfmodell 2: Berechnung einer Coulombkraft in Kernnähe 1: Herleitung oder Arbeit mit Beispiel 4: Energie eines Alphateilchens 2: Vorgabe v und r, Berechnung der kinetischen Energie, der Radialkraft, Folgerung auf B (über Lorentzkraft) 1: Vorgabe Anordnung Massenspektroskopie (Wien-Filter, halbkreisförmige Bahn im 2. Magnetfeld), Erläuterung Vorgabe der Messergebnisse, Berechnung q/m

20 Beispiel 5: Halbwertzeit 2: Vorgabe Halbwertzeit und Anfangswert N, Berechnung N(t) 1: Vorgabe N(t), N und Halbwertzeit, Berechnung t Beispiel 6: Massedefekt und Kernbindungsenergie 2: Vorgabe Δm, Berechnung Bindungsenergie 1: Vorgabe Nuklid, Berechnung Bindungsenergie

21 Grundsätze der Leistungsbewertung Semesternote aus SE, Sonstige Mitarbeit und 2 Testnoten. 3. Test für Nachschreiber bzw. zur Verbesserung. Aufbau eines Tests grob nach Anforderungsbereichen. Berücksichtigung von Aufgabenarten beider Gruppen. Aufgabenvergleich nach dem differenzierten Arbeiten: - Beide Aufgaben werden durch Schüler vorgetragen. - Eingang in sonstige Mitarbeit, sofern keine Gruppenarbeit erlaubt wurde. - Gruppe 1 mit höherer Bewertung (mehr Punkte ) Wichtig ist die Motivation für Gruppe 1. Neben der Leistungsbewertung kann das auch Befreiung von banalen Hausaufgaben sein oder Punktegutschrift für einen Test.

22 Gruppeneinteilung Modell 1: Festlegung durch den Kurslehrer, Vermerk auf dem Sitzplan Gruppe 1: Marcus Lena Gruppe 2: Zunächst alle Anderen. - Bekanntgabe des Konzepts -Änderungswünsche sofort oder später werden erfüllt - Wechsel kann auch zeitweilig (z.b. für eine Aufgabe) erfolgen. Modell 2: Schüler ordnen sich selbst zu, Vermerk auf dem Sitzplan

23 Modell 3: Dynamische Gruppen -Zeitweilig - ggf. auch nur für die aktuelle Aufgabe I II

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