Selbstständige UnterrichtsvorhabenBerufswahlorientierungEinsatz moderner Medien Umwelt- und GesundheitserziehungFächerübergreifender Unterricht

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1 Schulinterner Lehrplan Sek. I Selbstständige UnterrichtsvorhabenBerufswahlorientierungEinsatz moderner Medien Umwelt- und GesundheitserziehungFächerübergreifender Unterricht Das Fachcurriculum Physik listet folgende Basiskonzepte auf, die bei den Kompetenzen in Klammern angegeben werden: En: Energie StrMat: Struktur der Materie Sys: System WW: Wechselwirkung Die Fachgruppe Physik fördert vor dem Hintergrund des Schulprogramms die naturwissenschaftliche Grundbildung (scientificliteracy) in allen Jahrgangsstufen durch die folgenden Methoden: Erkennen von naturwissenschaftlichen Phänomenen Entwickeln von naturwissenschaftlichen Fragestellungen Aufstellen und Überprüfen von Hypothesen Experimenteller Zugang zu Themenbereichen und Problemlösungen Gewinnung und Anwendung physikalischer Gesetze Einübung von Versuchsprotokollen Erstellung von Messwerttabellen und Graphiken Einführung und angemessene Nutzung von Begriffen und Modellen Anwendung in der Technik (Alltagsbeobachtungen) und geschichtliche Entwicklungen zur Lösung von Problemen Entwicklung einer ethisch-moralischen Kompetenz durch Bewertung der Folgen naturwissenschaftlicher Forschung Handlungsorientierter Unterricht durch Schülerexperimente/Schülergruppenversuche Kooperative Lehr- und Lernformen Gewinnung und Anwendung physikalischer Gesetze Medienrecherche und Präsentation

2 Fach Physik Jahrgangsstufe 5 Inhaltsfelder Fachliche Kontexte konzeptbezogene Kompetenzen Experimente/Methoden/Ideen Elektrizität sicherer Umgang mit Elektrizität, Stromkreise, Leiter & Isolator, UND-, ODER-, Wechselschaltung, Nennspannungen von elektrischen Quellen & Verbrauchern, Wärmewirkung des elektrischen Stroms, Sicherung, Dauermagnete& Elektromagnete Elektrizität messen, verstehen, anwenden Schülerinnen & Schüler experimentieren mit einfachen Stromkreisen Was der Strom alles kann (Geräte im Alltag) Messgeräte erweitern die Wahrnehmung Elektrische Geräte im Haushalt, Elektroinstallation & Sicherheit im Haus an Beispielen aus dem Alltag verschiedene Wirkungen des elektrischen Stromes aufzeigen & untersuchen (WW) an Beispielen erklären, dass das Funktionieren von Elektrogeräten einen geschlossenen Stromkreis voraussetzt (Sys) einfache elektrische Schaltungen planen & aufbauen (Sys) geeignete Maßnahmen für den sicheren Umgang mit elektrischem Strom beschreiben (WW) beim Magnetismus erläutern, dass Körper ohne direkten Kontakt eine anziehende oder abstoßende Wirkung aufeinander ausüben (WW) (Schüler-)Experimente zur Leitfähigkeit Schülerexperimente mit Lüsterklemmenverdrahtung (Schüler-)versuch zur Schmelzdrahtsicherung Schülerversuche mit Magneten und Kompassnadeln (Schüler-)Experiment zur Klingel Modellbildung des elektrischen Stroms

3 Temperatur & Energie Sonne-Temperatur-Jahreszeiten Thermometer, Temperaturmessung, Volumen-/ Längenänderung bei Erwärmung & Abkühlung Aggregatzustände (Teilchenmodell), Energieübergang zwischen Körpern verschiedener Temperatur, Einführung der Energie über Energiewandler und Energietransportketten, Anomalie des Wassers Licht und Schall Sehen und Hören Licht & Sehen, Lichtquellen & Lichtempfänger, geradlinige Ausbreitung des Lichts,Schatten, Tag & Nacht, Jahreszeiten (Sonnenstand), Mondphasen, Finsternisse, Spiegel, Schallquellen & Schallempfänger, Schallausbreitung, Tonhöhe & Lautstärke Was sich mit der Temperatur alles ändert Leben bei verschiedenen Temperaturen Die Sonne unsere wichtigste Energiequelle Erde & Mond auf der Bahn um die Sonne Ein Blick in den Spiegel Physik & Musik Sicher im Straßenverkehr! Augen und Ohren auf an Beispielen beschreiben, dass sich bei Stoffen die Aggregatzustände durch Aufnahme bzw. Abgabe von Wärme verändern (StrMat) an Vorgängen aus ihrem Erfahrungsbereich Speicherung, Transport & Umwandlung von Energie aufzeigen (En) den Sonnenstand als eine Bestimmungsgröße für die Temperatur auf der Erdoberfläche erkennen (Sys) Bildentstehung & Schattenbildung sowie Reflexion mit der geradlinigen Ausbreitung des Lichts erklären (WW) Schwingungen als Ursache von Schall & Hören identifizieren (WW) subjektives Temperaturempfinden Kalibrieren eines Thermometers Demoversuche zur Wärmeausdehnung Versuche zur Wärmeübertragung (Wärmetransport, Wärmeleitung, Wärmestrahlung) Teilchenmodell der Aggregatzustände Energieversorgung eines Haushalts Energiebedarf eines Menschen Selbstständiges Unterrichtsvorhaben: Konstruktion eines Energiesparhauses Sichtbarmachen des Lichtweges Lochkamera Schülerversuche zum Schatten Bauen eines Schnurtelefons Demo-Experiment mit der Vakuumglocke

4 Fach Physik Jahrgangsstufe 8 Inhaltsfelder Fachliche Kontexte konzeptbezogene Kompetenzen Experimente/Methoden/Ideen Optik Reflexion & Spiegelbild, Brechung, Totalreflexion, Lichtleiter, Zusammensetzung des weißen Lichts, Aufbau und Bildentstehung beim Auge, Lupe, Fernrohr Optik hilft dem Auge auf die Sprünge Von der Lochkamera zum Auge Lichtleiter in Medizin & Technik Die Welt der Farben Sehhilfen die Funktion von Linsen für die Bilderzeugung und den Aufbau einfacher optischer Systeme beschreiben (Sys) Lage von Gegenstand und Bild angeben (Sys) Absorption und Brechung von Licht beschreiben (Sys) Infrarot-, Licht- & Ultraviolettstrahlung unterscheiden und mit Beispielen ihre Wirkung beschreiben (Sys) Versuche zur Lage des Spiegelbildes Schülerexperimente mit Linsen: Brennpunkt, Bildkonstruktionen Schülerexperimente zur Brechung/Totalreflexion (Schüler-)Experiment zum Lichtspektrum additive, subtraktive Lichtmischung (RGB/Farbmonitor) Wirkung von UV- und IR Strahlung (Recherche) Von der Lochkamera zum Fernrohr : Basteln eines Galilei-Fernrohrs Schülerexperimente mit Augenmodellen optische Täuschungen

5 Mechanik Werkzeuge und Maschinen Geschwindigkeit, Kraft als vektorielle Größe, Zusammenwirken von Kräften, Gewichtskraft und Masse, Hebel und Flaschenzug, mechanische Arbeit und Energie, (mechanische) Energieerhaltung, Leistung, Druck, Auftrieb in Flüssigkeiten Raumfahrt: Schwerelosigkeit und Raketenantrieb [hier auch Auftrieb (Archimedes) möglich] Maschinen erleichtern die Arbeit, einfache mechanische Maschinen Anwendungen der Hydraulik (hier: Druckbegriff) Tauchen in Natur und Technik Bewegungsänderungen oder Verformungen von Körpern auf das Wirken von Kräften zurückführen (WW) die Beziehung und den Unterschied zwischen Masse und Gewichtskraft beschreiben (WW) die Wirkungsweisen und die Gesetzmäßigkeiten von Kraftwandlern an Beispielen beschreiben (WW) Druck als physikalische Größe quantitativ beschreiben und in Beispielen anwenden (WW) Schweredruck und Auftrieb formal beschreiben und in Beispielen anwenden (WW) Schülerversuche zur Wirkung von Kräften Mediale Recherche zur Raumfahrt Versuche zur Trägheit Animationen zur Energieerhaltung Rückstoßantriebe/Wasserrakete Schülerversuche zu Hebel/Flaschenzug Messung der persönlichen körperlichen Leistung Energiegrundumsatz des Menschen Schülerversuche mit Tauchkörpern Einsatz von Smartphones und Tablets als Messinstrument und zur Auswertung

6 Fach Physik Jahrgangsstufe 9 Inhaltsfelder Fachliche Kontexte konzeptbezogene Kompetenzen Experimente/Methoden/Ideen Elektrizität Stromstärke & Ladung, Eigenschaften von Ladung, elektrische Quelle & elektrischer Verbraucher, Unterscheidung und Messung von Spannung & Stromstärke, elektrischer Widerstand, Ohmsches Gesetz, Spannung & Stromstärke bei Reihen- & Parallelschaltung Elektrizität messen, verstehen, anwendend Gewitter: Elektrizität in der Atmosphäre Elektrische Geräte im Haushalt/Elektroinstallation & Sicherheit im Haus die elektrischen Eigenschaften von Stoffen (Ladung & Leitfähigkeit) mit Hilfe eines einfachen Kern- Hülle-Modells erklären (StrMat) die Stärke des elektrischen Stroms zu seinen Wirkungen in Beziehung setzen & die Funktionsweise einfacher elektrischer Geräte darauf zurückführen (WW) die Beziehung von Spannung, Stromstärke & Widerstand in elektrischen Schaltungen beschreiben & anwenden (Sys) (Schüler-)Experimente zur Elektrostatik Umgang mit Messgeräten, Messen von Stromstärke & Spannung in Reihen- /Parallelschaltung Prinzip des Stromstärkemessinstruments

7 Erzeugung/Umwandlung elektrischer Energie elektrischer Leiter, Elektromagnet, Elektromotor, Drehspulmessinstrument, Energie und Leistung in verschiedenen Formen, Induktion, Generator, TransformatorEnergieumwandlungs prozesse, Wirkungsgrad, Energieerhaltung, Energieversorgung effiziente Energienutzung: eine wichtige Aufgabe der Physik Maschinen erleichtern die Arbeit (2): elektrische Maschinen Maschinen erleichtern die Arbeit (3): Kraftwerke Aufbau & Funktionsweise eines thermischenkraftwerks Energiesparhaus Verkehrssysteme, Hybridantrieb den Aufbau eines Elektromotors beschreiben & seine Funktion mit Hilfe der magnetischen Wirkung des elektrischen Stroms erklären (WW) den quantitativen Zusammenhang von Spannung, Ladung & gespeicherter bzw. umgesetzter Energie zur Beschreibung energetischer Vorgänge in Stromkreisen nutzen (En) den Aufbau von Generator & Transformator beschreiben & ihre Funktionsweisen mit der elektromagnetischen Induktion erklären (WW) die Funktion einer Wärmekraftmaschine erklären (En) Energieerhaltung & Energieentwertung unterscheiden (En) Experimente zum Magnetfeld elektrischer Leiter Schülerexperimente mit Elektromotormodellen Messungen mit Energiezähler für die Steckdose Experimente zur Induktion Fahrraddynamo, Motor- Generator-Modell Experimente zu Energieumwandlungen Aufstellen von Energieketten Mediale Recherche zur Energieversorgung

8 Atome & Kerne Kernenergie: Grundlagen, Anwendung und Verantwortung Aufbau der Atome (Atomkerne),ionisierende Strahlung (Arten, Reichweite, Zerfallsreihen, Halbwertszeit), Strahlenschutz, Schäden durch radioaktive Strahlung, nützliche Anwendungen ionisierender Strahlung, Kernspaltung, Kernenergie Radioaktivität & Kernenergie Nutzen und Gefahren Strahlendiagnostik & Strahlentherapie Kernkraftwerke & Atombombe experimentelle Nachweismöglichkeiten für radioaktive Strahlung beschreiben (WW) die Wechselwirkung zwischen Strahlung, insbesondere ionisierender Strahlung, mit Materie sowie die daraus resultierenden Veränderungen der Materie beschreiben & damit mögliche medizinische Anwendungen & Schutzmaßnahmen erklären (WW) Reichweite- & Absorptionsmessung mit Ra- Präparat/Geiger-Müller- Zählrohr Halbwertszeitmessung mit Cs- Präparat/Geiger-Müller- Zählrohr Auswertung der Messergebnisse (teilweise mit Tabellenkalkulation) Internetrecherche zu Kernkraftwerken/Kernwaffen

9 Fachspezifische Leistungs- und Leistungsbewertungskonzept Nach Beschluss der Fachkonferenz Physik vom wird das folgende fachspezifische Leistungs- und Leistungsbewertungskonzept in Ergänzung zum allgemeinen Leistungsbewertungskonzept des Gymnasiums Köln-Pesch ab dem Schuljahr 2017/18 verbindlich: 1. Leistungskonzept Im Fach Physik bringen Schülerinnen und Schüler ihre Leistungen in folgender Weise ein: a) In schriftlicher Form durch kurze Überprüfungen und angemessene Führung eines Heftes oder Lerntagebuchs in inhaltlicher und formaler Darstellung. Dies beinhaltet eine korrekte Anwendung der physikalischen Fachsprache. b) In mündlicher oder schriftlicher Form durch Hypothesenbildung und Hypothesenüberprüfung. c) Durch selbstständiges Planen, Durchführen, Auswerten und Präsentieren von Experimenten in Einzel-, Partner- oder Gruppenarbeit. Den Schülerinnen und Schülern wird die Möglichkeit geboten, freiwillige Leistungen in folgender Form zu zeigen: Kurzreferate und Teilnahme an Wettbewerben wie z.b. Physik-Olympiade 2. Leistungsbewertungskonzept a) Die Aufgabenstellungen spiegeln die im Unterricht erworbenen Kompetenzen und Arbeitsweisen wieder. Ein Teil der Aufgaben sind dem reproduktiven Bereich entnommen, es sind aber zunehmend Aufgaben zu bearbeiten, bei denen es sich um Begründungen, Darstellung von Zusammenhängen, Interpretationen und kritische Reflexion geht. Bei der Bewertung der schriftlichen Übungen spielen neben der fachlichen Richtigkeit folgende Aspekte eine Rolle: die zweckmäßige, begründete Auswahl von Verfahrensweisen die sinnvolle Erläuterung von Verfahrensweisen und Ergebnissen der sinnvolle Umgang mit erkannten Fehlern b) Bei der Hypothesenbildung spielen neben den allgemeinen Kriterien insbesondere folgende Aspekte eine Rolle: die Sinnhaftigkeit von aufgestellten Hypothesen und deren zielgerichtete Verifizierung oder Falsifizierung Überprüfung, Diskussion und Dokumentation von Arbeitsschritten Vortrag von Arbeitsergebnissen Die Leistungsbeurteilung ergibt sich aus den Verordnungen der Kernlehrpläne. Grundlage der Leistungsbewertung sind alle im Beurteilungsbereich Sonstige Leistungen erbrachten Leistungen. Die Korrektur einer schriftlichen Übung orientiert sich an folgenden Richtgrößen: Note sehr gut gut befriedigend ausreichend mangelhaft ungenügend ab Prozent 87, ,

10 Testbeispiele Jahrgangsstufe 5 1.Aufgabe: a. Zeichne einen Stromkreis mit Lampe, Schalter und Batterie. b. Nenne mindestens vier mögliche Ursachen dafür, dass die Lampe trotz richtiger Schaltung nicht brennt. 2.Aufgabe: a. Zeichne die Schaltskizze eines Stromkreises mit Trafo, zwei Lampen und drei Schaltern so, dass jeweils ein Schalter für eine Lampe zuständig ist und ein weiterer Schalter als Notausschalter dient. b. Zeichne mit Hilfezweier Umschalter, einer Lampe und einem Trafo die Schaltskizze einer Treppenhausbeleuchtung. c. Warum sind im Haushalt die elektrischen Geräte parallel und nicht in Reihe geschaltet? 3.Aufgabe: Gib alle Möglichkeiten für Schalterstellungen an, damit Lampe L 1 leuchtet. Welche Lampen leuchten dann jeweils noch? S 3 L 3 L 4 S 1 S 2 L 2 S 4 L 4 S 5 L 1 4.Aufgabe: a. Die Stromkabel sind im Inneren aus Metall, außen aus Kunststoff oder Gummi. Erkläre die Wahl der Bauteile. b. Wie kann man den Salzgehalt von Wasser elektrisch untersuchen (Versuchsaufbau, Erläuterung)?

11 Testbeispiele Jahrgangsstufe 8 1.Aufgabe: Ergänze die Tabelle: Phys. Größe Zeit Symbol Einheit 2.Aufgabe: Hebelgesetz Geschwindigkeit Masse Kraft a. Auf einer Spielplatzwippe sitzt auf der einen Seite ein Kind mit der Masse m 1 = 20 kg in einem Abstand von 4 m vom Drehpunkt. In welchem Abstand vom Drehpunkt muss sich der Vater des Kindes (m 2 = 80 kg) auf die Wippe setzen, damit diese im Gleichgewicht ist? b. Ein Hebel soll sich im Gleichgewicht befinden. Mit F 1 und F 2 sind die links und rechts wirkenden Kräfte gemeint, r 1 und r 2 geben die Länge der jeweiligen Hebelarme an. Ergänze die Tabelle: F 1 in N r 1 in cm F 2 in N r 2 in cm c. Bei einem Nussknacker handelt es sich um einen einseitigen Hebel. Erläutere diese Bezeichnung und erkläree damit, dass man so mit Hilfe einer relativ kleinen Kraft eine doch sehr harte Nuss knacken kann. Bestimme die Größe der Kraft F 3 auf die Nuss.

12 Testbeispiele Jahrgangsstufe 9 1.Aufgabe: a. Welche Information steckt in dem Feldlinienbild eines Magnetfeldes? b. Wie sieht das Feldlinienbild eines Hufeisenmagneten aus? N. S 2.Aufgabe: a. Nenne zwei wesentliche Bauteile eines Elektromotors. b. Beschreibe die Funktionsweise eine Elektromotors c. Welche Art von Energieumwandlung findet in einem Elektromotor statt? 3.Aufgabe: a. Zeichne den Aufbau eines Transformators. b. Erläutere, wie beim Transformator die Spannung in der 2. Spule (Sekundärspule) entsteht. Wovon hängt die Größe dieser Spannung ab? c. Du willst mit Hilfe eines Transformators aus 230V Wechselspannung eine Hochspannung von V erzeugen. Wie ist die Windungszahl in der Sekundärspule zu wählen, wenn die Primärspule 500 Windungen hat?