Lernbereich 1: Elektrischer Strom Elektrischer Strom als Träger el. Energie Energieübertragungsketten Elektrische Geräte im Haushalt

Transkript

1 Lernbereich 1: Elektrischer Strom Elektrischer Strom als Träger el. Energie Energieübertragungsketten Elektrische Geräte im Haushalt Wirkungen des elektrischen Stromes Wärmewirkung chemische Wirkung Lichtwirkung magnetische Wirkung Strom und Ladung Ladungstrennung Ladungsnachweis Kräfte zwischen geladenen Körpern Ladungstransport Beispiele aus dem täglichen Leben Kl. 6, Lernbereiche 4 und 5 Energierechnung Föhn, Bügeleisen, Sicherung Elektrolyse, Oberflächenbeschichtung LED, energetische Vorteil gegenüber Glühlampe Hans Christian Oersted, Elektromagnet, Drehspulmessinstrument positiv und negativ geladene Körper Elektroskop Ladungsausgleich Modell der Elektronenleitung, Gewitter E1: in relevanten Anwendungszusammenhängen komplexere Vorgänge energetisch und dabei Speicherungs-, Transport-, Umwandlungsprozesse erkennen und darstellen E7: Lage-, kinetische und durch den elektrischen Strom transportierte sowie thermisch übertragene Energie (Wärmemenge) unterscheiden, formal und für Berechnungen nutzen E9: die Notwendigkeit zum Energiesparen begründen sowie Möglichkeiten dazu in ihrem persönlichen Umfeld erläutern M2: die elektrischen Eigenschaften von Stoffen (Ladung und Leitfähigkeit) mit Hilfe eines einfachen Kern- Hülle-Modells erklären WW11: die Stärke des elektrischen Stroms zu seinen Wirkungen in Beziehung setzen und die Funktionsweise einfacher elektrischer Geräte darauf zurückführen 10 Ustd. Elektrizität messen, verstehen, anwenden Elektroinstallationen und Sicherheit im Haus Hybridantrieb 14

2 Inhaltsfelder Hinweise Konzeptbezogene Kompetenzen Kontexte Lernbereich 1: Gesetze des Stromkreises 12 Ustd. Gewinnen weiterer Erkenntnisse in Stromkreisen mit dem Modell der M1: verschiedene Stoffe bzgl. ihrer thermischen, mechanischen Elektrizität messen, verstehen, anwenden Elektronenleitung oder elektrischen Elektroinstallationen Gesetze der Stromstärke Stoffeigenschaften vergleichen und Sicherheit im - unverzweigter Stromkreis M2: die elektrischen Haus Eigenschaften von Stoffen Autoelektrik - verzweigter Stromkreis (Ladung und Leitfähigkeit) mit Hilfe eines einfachen Kern-Hülle- Anwendung im Haushalt Geräte, Notwendigkeit mehrerer Modells erklären Stromkreise, Absicherung M3: Eigenschaften von Materie mit einem angemessenen Kennen der physikalischen Größe Atommodell Spannung Spannung als Antrieb des Stroms S3: die Spannung als Indikator Spannungsquellen galvanische Spannungsquellen, für durch Ladungstrennung Generator, Spannungen im Haushalt gespeicherte Energie Gesetze der Spannung - unverzweigter Stromkreis Erzeugen von Teilspannungen durch S5: die Beziehung von - unverzweigter Stromkreis Reihenschaltung Spannung, Stromstärke und Widerstand in elektrischen Schaltungen und anwenden Beherrschen des Messens von Stromstärken und Spannungen SE: Messen von Spannungen und Stromstärken in verzweigten und unverzweigten Stromkreisen Messunsicherheit Untersuchen von kombinierten Parallelund Reihenschaltungen experimentelles Finden der Gesetzmäßigkeiten für Spannungen und Stromstärken Kennen der physikalischen Größe Widerstand Eigenschaft eines Bauelements Ursachen, Unvermeidbarkeit Methodenbewusstsein: Beachten der Messgenauigkeit beim Ableiten von 15

3 Definition der physikalischen Größe SE: Widerstandsbestimmung Gesetzen aus Messwerten Methodenbewusstsein: Definieren neuer Größen Kennen des Zusammenhangs zwischen Stromstärke und Spannung für verschiedene Bauelemente SE: I(U) Kennlinie verschiedener Bauelemente Ohm sches Bauelement Ohm sches Gesetz (T = konstant) Lernbereich 2: Elektrische Energie und Leistung Anwenden der Kenntnisse über umgewandelte elektrische Energie und Leistung Definition der Spannung Wirkungsgrad Deuten mit dem Modell der Elektronenleitung Energie zur Trennung von Ladungen Messung der im Haushalt umgewandelten elektrischen Energie Kenndaten elektrischer Geräte, Berechnung von Stromstärken, Absicherung Energiesparmaßnahmen E5: den quantitativen Zusammenhang von umgesetzter Energiemenge (bei Energieumsetzung durch Kraftwirkung: Arbeit), Leistung und Zeitdauer des Prozesses kennen und in Beispielen aus Natur und Technik nutzen S4: den quantitativen Zusammenhang von Spannung, Ladung und gespeicherter bzw. umgesetzter Energie zur Beschreibung energetischer Vorgänge in Stromkreisen nutzen S6: umgesetzte Energie und Leistung in elektrischen Stromkreisen aus Spannung und Stromstärke bestimmen 6 Ustd. Elektrizität messen, verstehen, anwenden Elektroinstallationen und Sicherheit im Haus Autoelektrik Hybridantrieb Effiziente Energienutzung: eine wichtige Zukunftsaufgabe der Physik Strom für zu Hause Glühlampe, Energiesparlampe, LED 16

4 Inhaltsfelder Hinweise Konzeptbezogene Kompetenzen Kontexte Lernbereich 3: Elektromagnetismus 12 Ustd. Kennen den Aufbau und die Betrachtungen zur Leistungssteigerung Bewegte Ladungen: Wirkungsweise eines Elektromotors SE: Bau eines eigenen Motors Was haben eine Funktion der Elektromagneten elektrische Aufbau und Wirkungsweise Zahnbürste, Lorentzkraft Teilchenbeschleuniger Nordlichter und - Rechte-Hand-Regel Fernsehröhre alter Fernseher - Linke-Hand-Regel gemeinsam? Anwenden der Kenntnisse zur elektromagnetischen Induktion auf die Bereitstellung und den Transport elektrischer Energie elektromagnetische Induktion - Induktion durch Änderung der wirksamen Spulenfläche - Induktion durch Änderung des Magnetfeldes Einflussgrößen auf die Induktionsspannung Lenz sches Gesetz Transformator - Spannungsübersetzung - Energieübertragung mittels Hochspannung Z: Wirbelströme Generatoren Je-desto-Aussagen Wirkungsgrad Energieverbundnetze, Energieverlust bei Übertragung elektrischer Energie Wirbelstrombremse, Tachometer WW12: den Aufbau eines Elektromotors und seine Funktion mit Hilfe der magnetischen Wirkung des elektrischen Stromes erklären WW13: den Aufbau von Generator und Transformator und ihre Funktionsweisen mit der elektromagnetischen Induktion erklären 17

5 Inhaltsfelder Hinweise Konzeptbezogene Kompetenzen Lernbereich 4: Radioaktivität und Kernenergie Sich positionieren zur Radioaktivität in Natur und Technik Entdeckung der Radioaktivität Henri Becquerel, Marie Curie Aufbau und Wirkungsweise des Filmdosimeter Geiger-Müller-Zählrohrs Atomkern Ch, Kl. 7, 8 - Protonen, Neutronen - Kernbindungskräfte - isotope Kerne Eigenschaften radioaktiver Strahlung - und Strahlung - Durchdringungsvermögen - Reichweite Radioaktivität als Umweltfaktor, Nulleffekt - Zerfallsreihen - biologische Wirkungen Anwendung radioaktiver Präparate in Medizin und Technik Altersbestimmung mit radioaktiver Strahlung Einblick gewinnen in die Nutzung der Energie der Atomkerne Kernreaktor - Kernspaltung - Kettenreaktion Schlussfolgerungen für den Strahlenschutz natürliche Strahlenbelastung, Radonproblem nuklearmedizinische Diagnostik, Strahlentherapie von Tumoren Qualitätsüberwachung: Werkstoffprüfung, Verschleißmessung C-14-Methode Einführung in die Geschichte der Kernenergie Otto Hahn, Fritz Strassmann, Lise Meitner 18 E8:, dass die Energie, die wir nutzen, aus erschöpfbaren oder regenerativen Quellen gewonnen werden kann. E10: verschiedene Möglichkeiten der Energiegewinnung, - aufbereitung und -nutzung unter physikalischtechnischen, wirtschaftlichen und ökologischen Aspekten vergleichen und bewerten sowie deren gesellschaftliche Relevanz und Akzeptanz diskutieren M3: Eigenschaften von Materie mit einem angemessenen Atommodell M4: die Entstehung von ionisierender Teilchenstrahlung M5: Eigenschaften und Wirkungen verschiedener Arten radioaktiver Strahlung und Kontexte 16 Ustd. Radioaktivität und Kernenergie Grundlagen, Anwendungen und Verantwortung Radioaktivität und Kernenergie Nutzen und Gefahren Strahlendiagnostik und Strahlentherapie Kernkraftwerke und Fusionsreaktoren S9: technische Geräte und Anlagen unter Berücksichtigung von Nutzen, Gefahren und Belastung der Umwelt vergleichen und bewerten und Alternativen erläutern WW9: experimentelle Nachweismöglichkeiten für radioaktive

6 Vergleich von Kraftwerksarten - Aufbau und Wirkungsweise Chancen und Risiken der Kernenergie Energienutzung und Umweltbelastung Kernfusion Endlichkeit fossiler Energieträger ITER Röntgenstrahlung nennen M6: Prinzipien von Kernspaltung und Kernfusion auf atomarer Ebene M7: Zerfallsreihen mithilfe der Nuklidkarte identifizieren M8: Nutzen und Risiken radioaktiver Strahlung und Röntgenstrahlung bewerten S7: technische Geräte hinsichtlich ihres Nutzens für Mensch und Gesellschaft und ihrer Auswirkungen auf die Umwelt beurteilen Strahlung WW10: die Wechselwirkung zwischen Strahlung, insbesondere ionisierender Strahlung, und Materie sowie die daraus resultierenden Veränderungen der Materie und damit mögliche medizinische Anwendungen und Schutzmaßnahmen erklären Lernbereich 5: Energie Quantitative Bestimmung von mechanischer und kinetischer Energie und Leistung Lageenergie: Spannenergie: Bewegungsenergie: Änderung der thermischen Energie durch Wärme, Kl. 7, Lb 3 Kl. 7, Lb 2 E3: die Verknüpfung von Energieerhaltung und Energieentwertung in Prozessen aus Natur und Technik (z. B. in Fahrzeugen, Wärmekraftmaschinen, Kraftwerken usw.) erkennen und E5: den quantitativen Zusammenhang von umgesetzter Energiemenge (bei Energieumsetzung durch Kraftwirkung: Arbeit), Leistung und Zeitdauer des Prozesses kennen 14 Ustd. Effiziente Energienutzung: eine wichtige Zukunftsaufgabe der Physik Strom für zu Hause Das Blockheizkraftwerk Energiesparhaus Verkehrssysteme und Energieeinsatz 19

7 Erhaltung der Energie Verschiedene Formen der Energie und ihre Umformung ineinander Übertragung der Kenntnisse über Energie auf Möglichkeiten der Energiebereitstellung Nutzung verschiedener Primärenergiequellen alternative Energiequellen Verschiedene Kraftwerkstypen Vor- und Nachteile Energieversorgungskonzepte auch quantitative Betrachtungen anwendungsorientiert Kohle, Öl, Gas Notwendigkeit gesellschaftlichen Umdenkens konventionelle Kraftwerkstypen Kernkraftwerke verschiedene Windkraftwerkstypen verschiedene Wasserkraftwerkstypen Photovoltaikanlagen Solarthermische Anlagen Nutzung nachwachsender Energieträger Blockheizkraftwerke Kraft-Wärme-Kopplung Kernfusion Astro, Kl. 9 Recherche und Präsentation Energienetze und in Beispielen aus Natur und Technik nutzen E6: Temperaturdifferenzen, Höhenunterschiede, Druckdifferenzen und Spannungen als Voraussetzungen für und als Folge von Energieübertragung an Beispielen aufzeigen E7: Lage-, kinetische und durch den elektrischen Strom transportierte sowie thermisch übertragene Energie (Wärmemenge) unterscheiden, formal und für Berechnungen nutzen E8:, dass die Energie, die wir nutzen, aus erschöpfbaren oder regenerativen Quellen gewonnen werden kann. E9: die Notwendigkeit zum Energiesparen begründen sowie Möglichkeiten dazu in ihrem persönlichen Umfeld erläutern E10: verschiedene Möglichkeiten der Energiegewinnung, -aufbereitung und -nutzung unter physikalischtechnischen, wirtschaftlichen und ökologischen Aspekten vergleichen und bewerten sowie deren gesellschaftliche Relevanz und Akzeptanz diskutieren S1: den Aufbau von Systemen und die Funktionsweise ihrer Komponenten erklären (z. B. Kraftwerke, medizinische Geräte, Energieversorgung) S2: Energieflüsse in den oben genannten offenen Systemen S7: technische Geräte hinsichtlich ihres Nutzens für Mensch und Gesellschaft und ihrer Auswirkungen auf die Umwelt beurteilen S9: technische Geräte und Anlagen unter Berücksichtigung von Nutzen, Gefahren und Belastung der Umwelt vergleichen und bewerten und Alternativen erläutern S10: die Funktionsweise einer Wärmekraftmaschine erklären 20