Ministerium für Kultus, Jugend und Sport Baden-Württemberg

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1 Ministerium für Kultus, Jugend und Sport Baden-Württemberg Schulversuch /13 vom 20. Juli 2012 Lehrplan für das berufliche Gymnasium der sechsjährigen Aufbauform Allgemeine Fächer Physik Klasse 8, 9 und 10 Der Lehrplan tritt für die Klasse 8 am 1. August 2012, für die Klasse 9 am 1. August 2013, für die Klasse 10 am 1. August 2014 in Kraft.

2 2 Physik Vorbemerkungen Im Fach Physik werden Zustände und Vorgänge in Natur und Technik untersucht. Wesentlich ist hierbei nicht die Fülle der Einzelerkenntnisse, sondern die Fähigkeit, mit Hilfe geeigneter Modellvorstellungen im Rahmen physikalischer Theorien übergreifende Zusammenhänge zu erfassen und zu beurteilen. Durch die im Physikunterricht gewonnenen Erfahrungen und Kompetenzen werden die Schülerinnen und Schüler zu exaktem Denken erzogen. Die Schülerinnen und Schüler erfahren die Physik als eigenständiges naturwissenschaftliches Fach und erkennen deren Bedeutung für technische Prozesse. Sie sehen anhand von Beispielen, dass grundlegende und umfassende naturwissenschaftliche Kenntnisse technologische Leistungen ermöglichen. Sie werden dafür sensibilisiert, dass eine solide naturwissenschaftliche Grundbildung Voraussetzung dafür ist, Technik sachkundig und verantwortlich anzuwenden. Darüber hinaus wird den Schülerinnen und Schülern der verantwortliche Umgang mit der Natur als existentielle Notwendigkeit aufgezeigt. Hierzu erschließt das Fach Physik in Verbindung mit anderen Fächern Zusammenhänge zwischen naturwissenschaftlichen Forschungsergebnissen und technischen, wirtschaftlichen, gesellschaftlichen und geistesgeschichtlichen Entwicklungen. In handlungsorientierten Schülerexperimenten lernen die Schülerinnen und Schüler, verantwortungsvoll mit modernen Technologien umzugehen und dabei sowohl ihren Nutzen zu erkennen als auch ihre Gefahren. Die hierzu nötige Urteilskraft erwerben die Schülerinnen und Schüler durch eine solide naturwissenschaftliche Grundbildung, wie sie insbesondere im Physikunterricht vermittelt wird. An geeigneter Stelle kann der Computer eingesetzt werden. Hierbei erkennen die Schülerinnen und Schüler, dass Computerprogramme komplizierte Routinearbeiten zuverlässig übernehmen können um komplexe Prozessabläufe zu berechnen, zu modellieren oder zu simulieren.

3 Physik 3 Lehrplanübersicht Schuljahr Lehrplaneinheiten Zeitrichtwert Gesamtstunden Seite Klasse 8 Handlungsorientierte Themenbearbeitung (HOT) Akustik Optik Mechanik I Mechanik II Zeit für Leistungsfeststellung und zur möglichen Vertiefung 20 Klasse 9 Handlungsorientierte Themenbearbeitung (HOT) Wärmelehre Elektrizitätslehre I Elektrizitätslehre II Zeit für Leistungsfeststellung und zur möglichen Vertiefung Klasse 10 Handlungsorientierte Themenbearbeitung (HOT) Elektrizitätslehre III Kernphysik Zeit für Leistungsfeststellung und zur möglichen Vertiefung

4 4 Physik

5 Physik 5 Klasse 8 Zeitrichtwert Handlungsorientierte Themenbearbeitung (HOT) 10 Die Schülerinnen und Schüler bearbeiten Themen handlungsorientiert. Z. B. Projekt, Experimente, Exkursionen, Rollenspiel Die Themenauswahl hat aus den nachfolgenden Lehrplaneinheiten unter Beachtung Fächer verbindender Aspekte zu erfolgen. 1 Akustik 6 Die Schülerinnen und Schüler beschreiben ihre täglichen Hör-Erfahrungen mit dem physikalischen Phänomen des Schalls. Hör-Erfahrung Ton Klang Geräusch Knall Schwingungsbilder mit dem Oszillographen Schwingungen als Schallquelle Periodendauer Frequenz Amplitude Schallausbreitung Reflexion Schallgeschwindigkeit Schall- und Lärmschutz

6 6 Physik 2 Optik 15 Die Schülerinnen und Schüler beschreiben ihre täglichen Seh-Erfahrungen als physikalische Erscheinungen. Sie würdigen die besondere Bedeutung des Lichts als Naturerscheinung für das Leben auf der Erde. Sie beschreiben die Entstehung des Lichts und dessen wesentliche Eigenschaften bei der Ausbreitung und erklären im Rahmen der Strahlenoptik die Entstehung von Bildern und die Funktionsweise optischer Geräte. Die Schülerinnen und Schüler deuten Farberscheinungen als physikalisches Phänomen. Licht Lichtquellen Lichtausbreitung Modell des Lichtstrahls Abbildungsgesetz Reflexionsgesetz Brechung des Lichts Durchgang des Lichts durch planparallele Platten und Prismen Linsen Bildkonstruktion bei Linsen Bildentstehung im Auge Totalreflexion optische Geräte Dispersion Farbentstehung Lochkamera Bildentstehung am ebenen Spiegel Sammellinsen, Zerstreuungslinsen Abbildungsgesetz Lichtleiter Z. B. Lupe, Fotoapparat, Projektor, Fernrohr, Mikroskop Prismenspektrum von Glühlicht und von leuchtenden Gasen, Spektralanalyse

7 Physik 7 3 Mechanik I 15 Die Schülerinnen und Schüler verwenden die Grundbegriffe der Mechanik zur sachgerechten Beschreibung und Bearbeitung einfacher Fragestellungen aus der Kinematik und Statik, die sich bevorzugt aus ihren Erfahrungen mit ihrer Umwelt ergeben. Sie erläutern die Problematik der Energieversorgung mit Hilfe des Energieerhaltungssatzes. Physikalische Größen und Einheiten Bewegung unterschiedliche Bewegungstypen und -arten s-t-diagramm Spezialfall gleichförmige Bewegung Geschwindigkeit beschleunigte Bewegung im s-t-diagramm Beschleunigung Kraft Wirkungen Trägheitsgesetz Gesetz von Hooke Kräfteaddition, Kräftegleichgewicht Zerlegung von Kräften Wechselwirkungsgesetz Masse und Gewichtskraft Hebel, Drehmoment Energie Energieträger Energieerhaltungssatz Energieumwandlungen und -übertragung mechanische Energieübertragung Reibung Leistung Grundgrößen und einfache abgeleitete Größen Einfache Rechnungen Lichtgeschwindigkeit Nur qualitativ Impuls (qualitativ) Nur qualitativ F-s-Diagramm, Sonderfall F s Rechnerisch nur bei parallelen Kräften Nur zeichnerisch Ortsfaktor Nur für Kräfte senkrecht zum Hebelarm Primär- und Sekundärenergieträger Problematik fossiler Energieträger Nur qualitativ Praktische Anwendungen Bsp. Motor W = F s s Nur qualitativ Physikalische Bewertung des Alltagsbegriffs Energieverlust

8 8 Physik 4 Mechanik II 14 Die Schülerinnen und Schülern beschreiben die Unterschiede und Gemeinsamkeiten im Druckverhalten der Stoffe in verschiedenen Aggregatzuständen und erklären diese mit Hilfe eines einfachen Modells. Sie erläutern und bewerten Möglichkeiten und Risiken von technischen Anwendungen. Aggregatzustände Einfaches Teilchenmodell Dichte Mechanik der Flüssigkeiten Druck hydrostatischer Druck Auftrieb Mechanik der Gase Dichte der Luft Luftdruck Auftrieb in Luft Hydrostatisches Paradoxon Kommunizierende Röhren Sinken, Schweben, Schwimmen Nur einfache Rechenaufgaben Einfluss auf das Wetter Kaminwirkung

9 Physik 9 Klasse 9 Zeitrichtwert Handlungsorientierte Themenbearbeitung (HOT) 10 Die Schülerinnen und Schüler bearbeiten Themen handlungsorientiert. Z. B. Projekt, Experimente, Exkursionen, Rollenspiel Die Themenauswahl hat aus den nachfolgenden Lehrplaneinheiten unter Beachtung Fächer verbindender Aspekte zu erfolgen. 5 Wärmelehre 19 Die Schülerinnen und Schüler beschreiben die physikalische Größe Wärme als Übergangsform der Energie und grenzen sie gegen die physikalische Größe Temperatur ab. Sie erläutern am Modell des idealen Gases die Möglichkeit, mit Wärme mechanische Arbeit verrichten zu können. Dabei auftretende Energieverluste beschreiben sie quantitativ mit Hilfe des Wirkungsgrads. Wärme Temperatur Wärmequellen thermischer Energietransport Wärmedämmung kinetisches Teilchenmodell absolute Temperatur Verhalten der Stoffe bei Wärmezufuhr Wärmekapazität Volumenausdehnung und Druckzunahme von Gasen bei Erwärmung Boyle-Mariottesches Gesetz Wirkungsgrad Energieketten technische Anwendungen Globale Erwärmung Strahlungsbilanz der Erde Lösungsansätze Wärme als Übergangsgröße Wärmeleitung, Konvektion, Wärmestrahlung Wärmeausdehnung von festen Körpern und Flüssigkeiten, Anomalie des Wassers Mischungsversuche, Umwandlungswärme Wärmekraftmaschinen Windkraftanlage, Kohlekraftwerk, AKW, Biomassekraftwerk Treibhauseffekt Z. B. Verwendung regenerativer Energiequellen, Energiesparen im Haushalt

10 10 Physik 6 Elektrizitätslehre I 9 Die Schülerinnen und Schüler erfahren und erläutern die Auswirkungen magnetischer und elektrischer Erscheinungen. Sie beschreiben magnetische Erscheinungen und verwenden ein einfaches Modell zu deren Erklärung. Sie benennen Gefahren beim experimentellen wie auch beim alltäglichen Umgang mit Elektrizität und verwenden dieses Wissen zur Verhütung von Unfällen. Magnetische Grunderscheinungen Magnetfeld Elektrischer Stromkreis Leiter und Nichtleiter Wirkungen des elektrischen Stroms technische Anwendungen Gefahren des elektrischen Stroms Schutzmaßnahmen Einfaches Modell Feldlinienbilder, Magnetfeld der Erde Z. B. Elektroherd, Nutzung des Sonnenlichts zur Elektrolyse von Wasser 7 Elektrizitätslehre II 22 Die Schülerinnen und Schüler verwenden den physikalischen Begriff der elektrischen Ladung um elektrische Erscheinungen durch Größen und Gesetze qualitativ und quantitativ zu beschreiben. Sie vertiefen dabei eine anschauliche Vorstellung des abstrakten Feldbegriffs. Strom und Antrieb elektrische Ladung und Ladungsträger Q elektrische Stromstärke I = t elektrisches Potential elektrische Spannung als Antrieb U-I-Kennlinien einfacher Bauteile elektrische Leistung Elektrisches Feld Qualitativ Elektrischer Strom als fließende Ladung Nullpunktsproblematik, Erdung Z. B. Glühbirne P = U I Umwandlung elektrischer Energie Wirkungsgrad elektrischer Geräte Das elektrische Feld als physikalisches System

11 Physik 11 Klasse 10 Zeitrichtwert Handlungsorientierte Themenbearbeitung (HOT) 10 Die Schülerinnen und Schüler bearbeiten Themen handlungsorientiert. Z. B. Projekt, Experimente, Exkursionen, Rollenspiel Die Themenauswahl hat aus den nachfolgenden Lehrplaneinheiten unter Beachtung Fächer verbindender Aspekte zu erfolgen. 8 Elektrizitätslehre III 33 Die Schülerinnen und Schüler beschreiben die physikalischen Prinzipien bei der wechselseitigen Umwandlung mechanischer und elektrischer Energie und beim Energietransport sowie deren technische Realisierung. Sie ordnen dabei den Einfluss der technischen Nutzung der Elektrizität auf das Leben der Menschen in seiner grundlegenden Bedeutung angemessen ein. Die Schülerinnen und Schüler analysieren und erklären die Funktionsweise von typischen Bauteilen der Halbleiterphysik. Elektrischer Widerstand Kennlinien von Widerständen Ohmsches Gesetz Gesetze des verzweigten und unverzweigten Stromkreises Ströme im Magnetfeld Leiterschaukel Elektromotor Induktion Lenzsche Regel Generator Transformator Leitfähigkeitsphänomene Spezifischer Widerstand Keine Berechnung von Ersatzwiderständen bei Parallelschaltung Definition der Einheit Ampere Nur qualitativ Drehung einer Leiterschleife im Magnetfeld Grundgleichung des unbelasteten Transformators, Energieübertragung bei Fernleitungen Diode, Transistor, Photovoltaik Einfache Halbleiterschaltungen

12 12 Physik 9 Kernphysik 17 Den Schülerinnen und Schülern erläutern Grundbegriffe aus dem Bereich der radioaktiven Strahlung, radioaktiven Nuklide und Kernreaktionen. Sie beschreiben die Bedeutung und die Anwendungsmöglichkeiten der Kernphysik in der Forschung, der Medizin und der Technik. Sie benennen die Gefahren sowohl der natürlichen als auch der künstlichen Radioaktivität und schätzen sie richtig ein. Sie verwenden die erworbenen Kenntnisse, um die Entwicklung der Kerntechnik zu verfolgen und sachlich zu bewerten. Atommodelle Aufbau des Atoms historische Entwicklung Aufbau des Atomkerns Isotope Radioaktivität Strahlung Arten Gefahren Endlagerung radioaktiver Abfälle Natürliche und künstliche Radioaktivität Tschernobyl, Fukushima