Schulinterne Ergänzung des Lehrplans für das Fach Physik am Gymnasium Velbert-Langenberg

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1 Schulinterne Ergänzung des Lehrplans für das Fach Physik am Gymnasium Velbert-Langenberg für die Jahrgangstufen 5 8 (ab 1. August 2008) bzw. für die Jahrgangstufen 5 9 (ab 1. August 2009) 1. Verteilung der Wochenstunden Jahrgangstufe 6: Jahrgangstufe 8: Jahrgangstufe 9: 2 Wochenstunden Physik 2 Wochenstunden Physik 2 Wochenstunden Physik 2. Prozessbezogene im Fach Physik Auf die Zuordnung der prozessbezogenen hinsichtlich der fachlichen Kontexte wird verzichtet, da die Zuordnung sehr stark von der jeweiligen Lerngruppe abhängt und dies somit als nicht sinnvoll erachtet wird. 3. Auflistung der konzeptbezogenen im Fach Physik Die konzeptbezogenen im Fach Physik sind häufig themenübergreifend und können somit nicht nur einem fachlichen Kontext zugeordnet werden. Aus diesem Grund sind die folgenden konzeptbezogenen durchnummeriert worden und werden so in der Auflistung der fachlichen Kontexte zugeordnet. 1

2 a) zum Basiskonzept Energie Bis Ende von Jahrgang 6 Die SuS haben das Energiekonzept auf der Grundlage einfacher Beispiele so weit entwickelt, dass sie... an Vorgängen aus ihrem Erfahrungsbereich Speicherung, Transport und Umwandlung von Energie aufzeigen. in Transportketten Energie halbquantitativ bilanzieren und dabei die Idee der Energieerhaltung zugrunde legen. an Beispielen zeigen, dass Energie, die als Wärme in die Umgebung abgegeben wird, in der Regel nicht weiter genutzt werden kann. an Beispielen energetische Veränderungen an Körpern und die mit ihnen verbundenen Energieübertragungsmechanismen einander zuordnen. E6.1 E6.2 E6.3 Bis Ende von Jahrgang 9 Stufe I Die SuS haben das Energiekonzept erweitert und soweit auch formal entwickelt, dass sie... Stufe II Die SuS können mithilfe des Energiekonzepts Beobachtungen und Phänomene erklären sowie Vorgänge teilweise formal Beschreiben und Ergebnisse vorhersagen, sodass sie... in relevanten Anwendungszusammenhängen komplexere Vorgänge energetisch beschreiben und dabei Speicherungs-, Transport-, Umwandlungsprozesse erkennen und darstellen. die Energieerhaltung als ein Grundprinzip des Energiekonzepts erläutern und sie zur quantitativen energetischen Beschreibung von Prozessen nutzen. die Verknüpfung von Energieerhaltung und Energieentwertung in Prozessen aus Natur und Technik (z. B. in Fahrzeugen, Wärmekraftmaschinen, Kraftwerken usw.) erkennen und beschreiben. an Beispielen Energiefluss und Energieentwertung quantitativ darstellen. E6.4 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. E9.1 E9.2 E9.3 E9.4 E9.5 Temperaturdifferenzen, Höhenunterschiede, Druckdifferenzen und Spannungen als Voraussetzungen für und als Folge von Energieübertragung an Beispielen aufzeigen. Lage-, kinetische und durch den elektrischen Strom transportierte sowie thermisch übertragene Energie (Wärmemenge) unterscheiden, formal beschreiben und für Berechnungen nutzen. beschreiben, dass die Energie, die wir nutzen, aus erschöpfbaren oder regenerativen Quellen gewonnen werden kann. die Notwendigkeit zum Energiesparen begründen sowie Möglichkeiten dazu in ihrem persönlichen Umfeld erläutern. verschiedene Möglichkeiten der Energiegewinnung, - aufbereitung und -nutzung unter physikalischtechnischen, wirtschaftlichen und ökologischen Aspekten vergleichen und bewerten sowie deren gesellschaftliche Relevanz und Akzeptanz diskutieren. E9.6 E9.7 E9.8 E9.9 E9.10 2

3 b) zum Basiskonzept Struktur der Materie Bis Ende von Jahrgang 6 Die Schülerinnen und Schüler haben das Materiekonzept an Hand von Phänomenen hinsichtlich einer einfachen Teilchenvorstellung soweit entwickelt, dass sie... an Beispielen beschreiben, dass sich bei Stoffen die Aggregatzustände durch Aufnahme bzw. Abgabe von thermischer Energie (Wärme) verändern. Aggregatzustände, Aggregatzustandsübergänge auf der Ebene einer einfachen Teilchenvorstellung beschreiben. M6.1 M6.2 Bis Ende von Jahrgang 9 Stufe I Die Schülerinnen und Schüler haben das Materiekonzept durch die Erweiterung der Teilchenvorstellung soweit formal entwickelt, dass sie... Stufe II Die Schülerinnen und Schüler können mithilfe des Materiekonzepts Beobachtungen und Phänomene erklären sowie Vorgänge teilweise formal beschreiben und Ergebnisse vorhersagen, sodass sie... verschiedene Stoffe bzgl. ihrer thermischen, mechanischen oder elektrischen Stoffeigenschaften vergleichen. die elektrischen Eigenschaften von Stoffen (Ladung und Leitfähigkeit) mit Hilfe eines einfachen Kern-Hülle-Modells erklären. M9.2 Eigenschaften von Materie mit einem angemessenen Atommodell beschreiben. die Entstehung von ionisierender Teilchenstrahlung beschreiben. Eigenschaften und Wirkungen verschiedener Arten radioaktiver Strahlung und Röntgenstrahlung nennen. Prinzipien von Kernspaltung und Kernfusion auf atomarer Ebene beschreiben. Zerfallsreihen mithilfe der Nuklidkarte identifizieren. Nutzen und Risiken radioaktiver Strahlung und Röntgenstrahlung bewerten. M9.1 M9.3 M9.4 M9.5 M9.6 M9.7 M9.8 3

4 c) zum Basiskonzept System Bis Ende von Jahrgang 6 Die SuS haben das Systemkonzept auf der Grundlagebausgewählter Phänomene aus Natur und Technik so weit entwickelt, dass sie... Bis Ende von Jahrgang 9 Stufe I Die SuS haben das Systemkonzept soweit erweitert, dass sie... Stufe II Die SuS können mithilfe des Systemkonzepts auch auf formalem Niveau Beobachtungen und Phänomene erklären sowie Vorgänge beschreiben, sodass sie... den Sonnenstand als eine Bestimmungsgröße für die Temperaturen auf der Erdoberfläche erkennen. Grundgrößen der Akustik nennen. Auswirkungen von Schall auf Menschen im Alltag erläutern. an Beispielen erklären, dass das Funktionieren von Elektrogeräten einen geschlossenen Stromkreis voraussetzt. einfache elektrische Schaltungen planen und aufbauen. S6.1 den Aufbau von Systemen beschreiben und die Funktionsweise ihrer Komponenten erklären (z. B. Kraftwerke, medizinische Geräte, Energieversorgung). Energieflüsse in den oben genannten offenen Systemen beschreiben. S6.2 S6.3 S6.4 S6.5 die Spannung als Indikator für durch Ladungstrennung gespeicherte Energie beschreiben. den quantitativen Zusammenhang von Spannung, Ladung und gespeicherter bzw. umgesetzter Energie zur Beschreibung energetischer Vorgänge in Stromkreisen nutzen. die Beziehung von Spannung, Stromstärke und Widerstand in elektrischen Schaltungen beschreiben und anwenden. umgesetzte Energie und Leistung in elektrischen Stromkreisen aus Spannung und Stromstärke bestimmen. technische Geräte hinsichtlich ihres Nutzens für Mensch und Gesellschaft und ihrer Auswirkungen auf die Umwelt beurteilen. die Funktion von Linsen für die Bilderzeugung und den Aufbau einfacher optischer Systeme beschreiben. S9.7 S9.8 technische Geräte und Anlagen unter Berücksichtigung von Nutzen, Gefahren und Belastung der Umwelt vergleichen und bewerten und Alternativen erläutern. die Funktionsweise einer Wärmekraftmaschine erklären. S9.1 S9.2 S9.3 S9.4 S9.5 S9.6 S9.9 S9.10 4

5 d) zum Basiskonzept Wechselwirkung Bis Ende von Jahrgang 6 Bis Ende von Jahrgang 9 Stufe I Stufe II Die SuS haben das Wechselwirkungskonzept (WWK) an einfachen Bei-spielen so weit entwickelt, dass sie... Bildentstehung und Schattenbildung sowie Reflexion mit der geradlinigen Ausbreitung des Lichts erklären. Schwingungen als Ursache von Schall und Hören als Aufnahme von Schwingungen durch das Ohr identifizieren. geeignete Schutzmaßnahmen gegen die Gefährdungen durch Schall und Strahlung nennen. beim Magnetismus erläutern, dass Körper ohne direkten Kontakt eine anziehende oder abstoßende Wirkung aufeinander ausüben können an Beispielen aus ihrem Alltag verschiedene Wirkungen des elektrischen Stromes aufzeigen und unterscheiden. geeignete Maßnahmen für den sicheren Umgang mit elektrischem Strom beschreiben. W6.1 W6.2 W6.3 W6.4 W6.5 W6.6 Die SuS haben das WWK erweitert und soweit formal entwickelt, dass sie... 5 Die SuS können mithilfe des WWK auch auf formalem Niveau Beobachtungen und Phänomene erklären sowie Vorgänge beschreiben und Ergebnisse vorhersagen, sodass sie... Bewegungsänderungen oder Verformungen von Körpern auf das Wirken von Kräften zurückführen. Kraft und Geschwindigkeit als vektorielle Größen beschreiben. die Wirkungsweisen und die Gesetzmäßigkeiten von Kraftwandlern an Beispielen beschreiben. Druck als physikalische Größe quantitativ beschreiben und in Beispielen anwenden. Schweredruck und Auftrieb formal beschreiben und in Beispielen anwenden. die Beziehung und den Unterschied zwischen Masse und Gewichtskraft beschreiben. Absorption und Brechung von Licht beschreiben. Infrarot-, Licht- und Ultraviolettstrahlung unterscheiden und mit Beispielen ihre Wirkung beschreiben. die Stärke des elektrischen Stroms zu seinen Wirkungen in Beziehung setzen und die Funktionsweise einfacher elektrischer Geräte darauf zurückführen. W9.7 W9.8 experimentelle Nachweismöglichkeiten für radioaktive Strahlung beschreiben. die Wechselwirkung zwischen Strahlung, insbesondere ionisierender Strahlung, und Materie sowie die daraus resultierenden Veränderungen der Materie beschreiben und damit mögliche medizinische Anwendungen und Schutzmaßnahmen erklären. W9.9 den Aufbau eines Elektromotors beschreiben und seine Funktion mit Hilfe der magnetischen Wirkung des elektrischen Stroms erklären. den Aufbau von Generator und Transformator beschreiben und ihre Funktionsweisen mit der elektromagnetischen Induktion erklären. W9.1 W9.2 W9.3 W9.4 W9.5 W9.6 W 9.10 W 9.11 W 9.12 W 9.13

6 4. Zuordnung der und der fachlichen Kontexte für das Fach Physik in der Sekundarstufe I Jahrgangstufe 6: (2 Wochenstunden) I. Sonne Temperatur Jahreszeiten a) Was sich mit der Temperatur alles ändert b) Die Sonne unsere wichtigste Energiequelle c) Leben bei verschiedenen Temperaturen - Volumen- und Längenänderung von festen Körpern, Gasen und Flüssigkeiten bei Erwärmung und Abkühlung - Anomalie des Wassers - Thermometer - Temperaturmessung - Aggregatzustände (Teilchenmodell) - Definition des Energiebegriffs (Ein Körper enthält dann Energie, wenn er einen anderen Körper erwärmen kann.) - Energiestrahlung - Der Sonnenstand und seine Auswirkungen - Verstärkung/Abschwächung von Energiestrahlung (Absorption, Reflexion) Solarzelle - Energiemitführung (Bsp.: Heizung, Sonnenkollektoren) - Energieübergang zwischen Körpern verschiedener Temperatur (Energieleitung) - Thermoskanne - Energiesparhaus M6.1, M6.2 E6.1, E6.2, E6.4 S6.1 E6.1, E6.2, E6.4 W6.3 E6.1, E6.4 E6.1, E6.4 E6.1, E6.2, E6.3, E6.4 II. Sehen a) Sehen und gesehen werden Sicherheit im Straßenverkehr b) Licht und Schatten im Weltall - Lichtquellen und Lichtempfänger - Licht und Sehen - geradlinige Ausbreitung des Lichts - Lochkamera - Reflexion - Spiegel - Schatten - Halb- und Kernschatten - Sonnen- und Mondfinsternis - Mondphasen W6.1 W6.1 W6.1 W6.1 6

7 III. Elektrizität im Alltag a) Schülerinnen und Schüler experimentieren mit einfachen Stromkreisen b) Messgeräte erweitern die Wahrnehmung c) Schülerinnen und Schüler untersuchen ihre eigene Fahrradbeleuchtung d) Was der Strom alles kann (Geräte im Alltag) - Stromkreise - Nennspannungen von elektrischen Quellen und Verbrauchern - Sicherer Umgang mit Elektrizität - Leiter und Isolatoren - UND-, ODER- und Wechselschaltung - Umschalter - Strommessgerät - Untersuchung der Fahrradbeleuchtung - Einführung der elektrischen Energie über Energiewandler und Energietransportketten - Wärme- und Lichtwirkung des elektrischen Stroms - Sicherung - Elektromagnet S6.4, S6.5 W6.6 S6.5 S6.5 S6.5 E6.1, E6.2, E6.4 E6.2, E6.3 E6.6, W6.5 W6.5 e) Was Magnete alles können - Dauermagnet - Was Magnete anziehen können - Anziehung und Abstoßung der magnetischen Pole - Magnetisieren (Modell: Elementarmagnete) - Kompass die Erde als Magnet - Magnetfelder - Gemeinsamkeiten/Unterschiede bei Dauerund Elektromagneten - Klingel W6.4 W6.4 W6.5 IV. Akustik Naturwissenschaft und Musik - Schallquellen und Schallempfänger - Schallausbreitung in festen Körpern, Flüssigkeiten und Gasen - Reflexion - Tonhöhe und Lautstärke - Schalldämpfung und -dämmung W6.2 S6.2 W6.3, S6.3 7

8 Jahrgangstufe 8: (2 Wochenstunden) I. Optik hilft dem Auge auf die Sprünge a) Mit optischen Instrumenten - Reflexion am Spiegel (Reflexionsgesetz, Unsichtbares sichtbar Konstruktion des Spiegelbildes) gemacht - Absorption - Brechung - Linse (konkav + konvex) - Ausgezeichnete Lichtstrahlen bei der Linse - Bildentstehung bei der Linse - Die Lupe als Sehhilfe - Aufbau und Bildentstehung beim Auge Funktion der Augenlinse - Sehfehler und Sehhilfen - Fernrohr - Teleskop b) Lichtleiter in Medizin und Technik c) Die Welt der Farben - Lichtleiter - Totalreflexion - Endoskop - Zusammensetzung des weißen Lichts - Prisma als Hilfe zur Farbzerlegung - IR- und UV-Strahlung - Spektrometer - Farbaddition und -subtraktion W9.7 W9.7 W9.7 S9.8 S9.8 S9.8 S9.1, S9.7 S9.1, S9.7 S9.1 W9.8 W9.8 Hinweis: Der fachliche Kontext Die ganz großen Sehhilfen: Teleskope und Spektrometer wurde bewusst weggelassen, da die Fachkonferenz einstimmig der Auffassung ist, dass beide Punkte sich besser den anderen fachlichen Kontexten zuordnen lassen. II. Physik in Sport und Arbeit a) Physik und Sport b) Einfache Maschinen: Kleine Kräfte, lange Wege c) Die hydraulische Hebebühne d) Tauchen in Natur und Technik m in 10 s: Geschwindigkeit - gleichförmige Bewegung - Beschleunigungsbegriff - Geschwindigkeit als vektorielle Größe - Kraft - Kraftmessung - Gewichtskraft und Masse - Kraft als vektorielle Größe - Zusammenwirken von Kräften (Kräfteparallelogramm) - Kräftegleichgewicht - Actio und reactio - Schiefe Ebene (Kräftezerlegung) - Hebel und Flaschenzug - Mechanische Arbeit, Energie und Leistung - Energieerhaltung - Druck (Kolbendruck) - Schweredruck - Auftrieb in Flüssigkeiten 8 W9.2 W9.1 W9.6 W9.2 W9.3 S9.1, W9.3 E9.1, E9.3, E9.5, E9.6, E9.7 E9.2 W9.4 W9.4, W9.5 M9.1, W9.4, W9.5

9 Jahrgangstufe 9: (2 Wochenstunden) I. Elektrizität messen, verstehen, anwenden a) Betrieb von elektrischen Geräten im Haushalt b) Die Lichterkette und die Fahrradbeleuchtung verschiedene Schaltungstypen c) Zusammenhang zwischen Spannung und Stromstärke - elektrische Quelle und elektrischer Verbraucher - Einführung von Stromstärke - Einführung von Ladung - Eigenschaften von Ladung - Elektronen als Ladungsträger - Leiter und Isolatoren einfacher Atombau - Einführung von Spannung - Unterscheidung und Messung von Spannungen und Stromstärken - Spannungen und Stromstärken bei Reihenund Parallelschaltung - Elektrischer Widerstand - Ohm sches Gesetz - Reihen- und Parallelschaltung von Widerständen (Ersatzwiderstand) E9.8, W9.9 M9.1, M9.2 S9.3 S9.5 S9.5 S9.5 II. Effiziente Energienutzung: eine wichtige Zukunftsaufgabe der Physik a) Strom für zu Hause Wofür bezahlen wir eigentlich? - Energie und Leistung in Elektrik und Wärmelehre - Erhaltung und Umwandlung von Energie E9.1/5/6/7, M9.1 S9.4, S9.6 E9.1, E9.4, E9.9 b) Strom und Bewegung Funktionsweise vom Ventilator und Fahrraddynamo - Energieumwandlungsprozesse - Elektromotor - Lorentzkraft - Elektromagnetische Induktion - Generator - Transformator E9.1 S9.1/2/7, W9.9/12 S9.1/2/7, W9.13 S9.1/7, W9.13 Hinweis: Der Leistungsbegriff in der Mechanik wird aufgrund des besseren logischen Zusammenhangs schon in der Jahrgangstufe 8 im Kontext Einfache Maschinen: Kleine Kräfte, lange Wege besprochen. c) Das Blockheizkraftwerk - Aufbau und Funktionsweise eines Kraftwerkes - Wirkungsgrad E9.8, E9.10, S9.1 S9.2, S9.9, S9.10 d) Energie effizienter nutzen - Energiesparhaus E9.9 - regenerative Energieanlagen E9.8, E9.10 Hinweis: Der Kontext Verkehrssysteme und Energieeinsatz wurde ausgelassen, da die sich vollständig den anderen Kontexten zuordnen lassen. 9

10 III. Radioaktivität und Kernenergie Grundlagen, Anwendungen und Verantwortung a) Radioaktivität und Kernenergie Nutzen und Gefahren b) Strahlendiagnostik und Strahlentherapie c) Kernkraftwerke und Fusionsreaktoren - Aufbau der Atome - ionisierende Strahlung (Arten, Reichweiten, Zerfallsreihen, Halbwertzeit) - Strahlennutzen - Strahlenschäden und Strahlenschutz - Kernspaltung, Kernfusion - Funktionsweise eines Kernkraftwerks - Nutzen und Risiken der Kernenergie M9.3 M9.4, M9.5, M9.7 W9.10, W9.11 M9.5, M9.8, W9.11 M9.5, M9.8, W9.11 M9.6 S9.1, S9.2, S9.9 E