(Lampe und Lichtmühle)

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1 Klassenstufe 7 Kerncurriculum Leitidee Schulcurriculum Methode OPTIK Sehen Analogie: Linsen Informationen Lichtquelle Sender-Empfänger wenn Zeit: beschaffen Ausbreitung Energietransport mit Anwendungen Schatten Streuung Reflexionsgesetz Brechung ohne Linsen Spektrum Farben (Lampe und Lichtmühle) UV-, IR- Licht AKUSTIK Hören und akustischer Bereich, z.b. Sender, Empfänger, Ausbreitung Analogien Strukturen und medizinische Geräte qualitative Aussagen über Frequenz-Tonhöhe Wahrnehmung und Sinuskurve aufnehmen, mit Computer Amplitude-Lautstärke Messung interpretieren, T, f, Amplitude Hörbereich Grammophon Schallgeschwindigkeit MECHANIK 1 Verschiedene s-t / v-t- Diagramme Bewegungen Impuls und Masse spez. Methodenrepertoire der 1

2 Klassenstufe 8 Kerncurriculum Leitidee Schulcurriculum Methode MECHANIK 2 Dichte Formalisierung und evtl. Kräfte, insbesondere Schwerkraft Kraft als Impulsstrom Kräftegleichgewicht ENERGIE Wozu braucht man Energie? Energieträger: Kohle, Öl, Nahrung, Elektrizität Energiearten Lage~ Bewegungs~ Spann~ elektrische, thermische chemische, Strahlungs~ Energietransport Beispiele dazu Energieumwandlung Dynamo, Dampfmaschine oder Kraftwerk als historisch dynamischer Prozess Technische Anwendungen Energiespeicher: Pumpspeicherwerk, Öltank, Batterie,... ELEKTRIZITÄTSLEHRE 1 Analogie Wasserstromkreis- Strukturen und Elektrischer Stromkreis Analogien el. Stromstärke, auch im Messung Teilchenbild Potenzial Spannung als Potenzialdifferenz Strom-Antrieb-Widerstand Anwendungsbezug: Elektromagnet Elektromotor Generator-Kraftwerk Regenerative Energieversorgung Gesellsch. Relevanz Projekt: einfache Maschinen am Schuljahresende historische Fabriken, Energieabläufe im menschlichen Körper Sicherheitsaspekte Haushaltsgeräte U=R * I evtl. Schaltungsarten evtl. E-Motor basteln Gruppenarbeit mit Kopf, Herz und Hand evtl. Versuchszirkel Lebenswelt der Schüler/innen 2

3 Klassenstufe 9 Kerncurriculum Leitidee Schulcurriculum Methode THERMODYNAMIK 1 Temperatur und ihre Deutung im Teilchenmodell Druck Energie mit Trägern, Entropie evtl. Brennstoffzelle Vergleich von el. / therm. Energietransport Beispiele: 3 Arten des thermischen Energietransportes Energiespeicher Entropieerzeugung~Energieentwertung Energie-Erhaltung Energieversorgung ELEKTRIZITÄTSLEHRE 2 Wiederholung U=R * I Kennlinien z.b. Glühlampe Elektr. Ladung (E--Statik) Ladungserhaltung Qualitative Beschreibung von Feldern Gravitations-, E-, Magnet-Feld Erdmagnetfeld Elektronik pn-übergang mit Solarzelle Informationstechnologie Techn. Anwendungen Naturbeobachtung unter bestimmten Aspekten evtl. Feldeffekt- Transistor z.b. Besichtigungen z.b. Praktikumsversuche Computermessung z.b. Lernzirkel z.b. GFS Praktikumsversuche 3

4 Klassenstufe 10 Kerncurriculum Leitidee Schulcurriculum Methode MECHANIK 3 Weltbilder (Antike/MA) Trägheitssatz / F=m * a Impulserhaltung beschleunigte Bewegungen z.b. Fall und Wurf Energie-Bilanzen quantitative Berechnungen Formalisierung und Kreisbewegung, qualitativ Drehimpulserhaltung Weiterentwicklung des Weltbildes Treibhauseffekt ATOM- UND KERN- PHYSIK Atomhülle und -kern Radioaktive Strahlung und ihr Nachweis Kernspaltung Kernkraftwerk / Atombombe radioaktive Strahlenbelastung TECHNIK UND IHRE FOLGEN Chancen und Risiken technischer Anwendungen, z.b. KKW gesellschaftsrelevanter Bezug z.b. Spezielle Relativitäts-Theorie Deterministisches Chaos evtl. Strahlungsgrößen z.b. Schülerreferat Computer- Messwerterfassung Schülerfreihandversuche z.b. Schülervortag z.b. Pro- und Kontra- Diskussion Informationsbeschaffung 4

5 Das Schulcurriculum des 2-stündigen Kurses soll sich an dem des 4-stündigen Kurses, orientiere, jedoch weniger tief in die Themengebiete eindringen. Kursstufe 4-stündig Kerncurriculum Leitidee Schulcurriculum Methode Wiederholung aus der Mittelstufe Elektrische, mechanische und thermische Strom-Antrieb-Konzept (mindestens einen Vergleich analoger elektr., mech. und therm. Systeme) Erhaltungssätze (Impuls, Ladung, Energie, Drehimpuls qualitativ) Entropieerzeugung mechanische, elektrische und thermische Energiespeicher und Energietransporte Kennlinien von Geräten Elektrisches Feld Elektrische Feldstärke Visualisierung von Feldstärkeverteilungen (auch Feldlinien) Unterscheidung zwischen dem alischen System Feld und Feldstärke Potenzial und Spannung im elektrischen Feld Quantitativer Zusammenhang zwischen Spannung und elektrischer Feldstärke im homogenen elektrischen Feld Elektrische Feldkonstante Kondensator, Kapazität Kapazität des Plattenkondensators Materie im elektrischen Feld, εr Quantisierung der Elektrischen Ladung, Nachhaltiges Lernen Strukturen- Analogien Erscheinungen in der Natur und wichtige Geräte funktional beschreiben Feldbegriff Strukturen und A- nalogien Formalisierung und Spezifisches Methodenreper-toire der Naturerscheinungen und technische Anwendungen alische Fachsprache möglich: exp. ɛ 0 - Bestimmung (GFS) Kondensator- Schaltungen möglich: Milikan- Versuch (GFS mögl.) Braunsche Röhre (GFS möglich) Schüler-Referate Praktika Computerprogramme zur Visualisierung von Feldlinienbildern nutzen Vorbereitung auf Abi- Aufgaben: Operatoren Kondensatorauf- und - entladung mit Messwerterfassungs-system im Schüler- Praktikum (oder bei Ein- und Ausschaltvorgängen einer Spule) 5

6 Bewegung geladener Teilchen im elektrischen Längsfeld Elektrisches Feld als Energiespeicher (quantitativ für Plattenkondensator) Erste Analogien von Feldern: Feldlinien Gravitationsfeldstärke Gravitationsfeld als Energiespeicher (im homogenen Bereich) Magnetisches Feld Analogien zum elektrischen Feld jederzeit hervorheben Magnetische Flussdichte Unterscheidung zwischen dem alischen System Feld und Flussdichte Visualisierung von Feldstärkeverteilungen (auch Feldlinien) Lorentzkraft, Betrag und Richtung Bewegung geladener Teilchen im homogenen Magnetfeld (qualitativ) Kräftegleichgewicht zwischen elektrischer und magnetischer Kraft Magnetisches Feld und Magnetische Flussdichte einer langgestreckten Spule Magnetische Feldkonstante Materie im Magnetfeld, µ r Strukturen und A- nalogien Strukturen und A- nalogien Formalisierung und Spezifisches Methodenreper-toire der Naturerscheinungen und technische Anwendungen Vergleich mit anderen Energiespeichern Vergleich mit der Flussdichte des Erdfeldes möglich: e/m- Bestimmung (GFS) Vergleich: Hall-Effekt und Herleitung von U i =Bvd beim Induktionsgesetz evtl.: Veränderlich-keit von µ r 6

7 Induktion Magnetischer Fluss Induktion, Induktionsgesetz Induktivität magnetisches Feld, magnetische Flussdichte und Induktivität der langgestreckten Spule Magnetisches Feld als Energiespeicher (quantitativ für Spule) Analogiebetrachtungen zwischen elektrischem, magnetischem und Gravitationsfeld Wirbelströme, Lenz sche Regel, Induktionsherd Erzeugung sinusförmiger Wechselspannungen, Generatorprinzip Phänomen des Energietransports durch elektromagnetische Felder Grundlegendes Prinzip eines Transformators Formalisierung und alische Fachsprache Naturerschei-nungen und technische Anwendungen Tacho, Wirbelstrombremse Energieübertragung durch Hochspannung Praktikum: Ein- und Ausschaltvorgänge bei Spulen, I-t-Kurve mit Explorer oder anderem Messwerterfassungs-system Referat auch GFS zu weiteren Anwendungen (auch Trafo) möglich 7

8 Mechanische Schwingungen Beispiele für mechanische Schwingungen Frequenz Periodendauer Amplitude Herleitung der entsprechenden Differenzialgleichung und Lösungen harmonischer Schwingungen Energiebilanzen in schwingenden Systemen Dämpfung: Energie- und Entropiebilanz Unterschied zwischen der (Sinnes-) Wahrnehmung und ihrer physikalischen Bedeutung reflektieren. In Absprache mit Mathematik Beschreibung von Schwingungen mit Zeigern Wiederholung Entropie im Referat möglich Elektromagnetische Schwingungen Beispiele für elektromagnetische Schwingungen Analogie der und Bauteile bei mechanischen und elektromagnetischen Schwingungen Frequenz, Periodendauer und Amplitude Herleitung der entsprechenden Differenzialgleichung und Übertragung der Lösung aus der Mechanik mit Analogieschluss. Energiebilanzen in schwingenden Systemen Dämpfung: Energie- und Entropiebilanz Informationstechnologie und elektronische Schaltungen Mechanische Wellen Mechanische Welle als Phänomen Eigenschaften von Wellen, insbesondere: Reflexion, Beugung und Polarisation Lineare harmonische Querwelle Wellenlänge Ausbreitungsgeschwindigkeit Lösungen der Wellengleichung: Auslenkung s(x,t) des Wellenträgers, Beispiele entweder in Abhängigkeit des Ortes oder der Zeit Überlagerung von Wellen (Interferenz, stehende Welle, Eigenschwingung) Formalisierung und alische Fachsprache Spezifisches Methodenrepertoire der (Modelle) Naturerscheinungen und technische Anwendungen Reflexion am festen und losen Ende Beugung, Huygens'- sches Prinzip... Musikinstrumente od. Erdbebenwellen evtl.: El.mgn Schwingkreis löten, aber auch Transistoren möglich Mit Zeigern (Vorbereitung für die Quantenphysik)... mit der Wellenwanne 8

9 Unterscheidung von Eigenschwingungen und stehenden Wellen GFS oder Schülerreferat möglich 9

10 Elektromagnetische Wellen Elektromagnetische Welle als Phänomen Licht als elektromagnetische Welle Analogie mechanischer und elektromagnetischer Wellen, insbesondere Vergleich von Schall und Licht Reflexion Streuung (qualitativ) Brechung (qualitativ) Beugung Polarisation (qualitativ) Ausbreitungsgeschwindigkeit mechanischer und elektromagnetischer Wellen (Vgl.) Einzelspalt, Doppelspalt, Mehrfachspalt, Gitter Wahrnehmung von Helligkeit, Messung von Intensitätsverteilungen Interferenz(phänomene) bei Licht Überblick über das elektromagnetische Spektrum Spektren verschiedener Strahler und Spektrallampen (Zusammenhang und Unterschied zwischen Frequenz und Farbe) Strahlungsbilanz der Erde Alltagsbezug elektromagnetischer Strahlung, Chancen und Risiken technischer Entwicklungen 2 Bsp. aus folgenden: Trafos in Wohnräumen, WLAN, Mobiltelefone, Hochspannugnsleitung, Mikrowellenofen, schnurlose Telefone alische Fachsprache Naturerschei-nungen und technische Anwendungen Wahrnehmung und Messung Chancen und Risiken abwägen Naturerschei-nungen und technische Anwendungen möglich: Elektrosmog (GFS möglich) möglich: Bau eines MW- Empfängers Mit Mikrowellen Huygens-Prinzip Auch mit Ultraschall möglich: Spurweite einer CD bestimmen Umgang mit Quellen versch. Herkunft, Podiumsdiskussion möglich Referate 10

11 Maxwell'sche Gleichungen Grundlagen der Maxwelltheorie, in der die Elektrodynamik auf 4 Aussagen zurückgeführt wird: Positive Ladung als Quelle und negative Ladung als Senke des E-Feldes Quellenfreiheit des magnetischen B- Feldes Ein sich veränderndes B-Feld erzeugt ein E- Feld (Induktion) Ein elektrischer Strom bzw. ein sich veränderndes E-Feld erzeugt ein B-Feld alische Fachsprache möglich: Elektrodenlose Ringentladung Quantenphysik Photoeffekt Planck sches Wirkungsquantum Zusammenhang Energie Frequenz Zusammenhang Impuls Wellenlänge Interferenzfähigkeit (Superposition der Möglichkeiten) Komplementarität (Ort- Impuls- Unbestimmtheit und Welcher-Weg- Information) Stochastisches Verhalten Verhalten beim Messprozess (Präparation von Quantenobjekten, Determiniertheit der Wellenfunktion, Modellvor-stellungen und Weltbilder Grenzen der klassischen Wellenmodell Teilchenmodell und ihre Grenzen Methodenreper-toire und in der alische Fachsprache als historischdynamischer Prozess Hallwachsversuch Quantenradierer Methoden der Textarbeit (Studierfähigkeit) Simulationsprogramme Referat: Quantenkryptografie möglich 11

12 Kollaps der Wellenfunktion) Nichtlokalität, insbesondere Verschränktheit Erkenntnistheoretische Aspekte formulieren geschichtliche Entwicklung von Modellen und Weltbildern 12

13 Nach dem schriftlichen Abitur: Vertiefungen Linearer Potenzialtopf Atomhülle und Energiequantisierung Linienspektren Grundlegende Gedanken der Schrödingergleichung und ihre Bedeutung für die Atomphysik Atomkern Aspekte der Elementarteilchenphysik im Überblick: Leptonen, Hadronen, Quarks Untersuchungsmethoden (Spektren, hochenergetische Strahlen, Detektoren) Struktur der Materie 13