Jahrgang 11 Stand : Juni : Elektrizität. Inhalte Prozessbezogene Kompetenzen Hinweise

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1 Jahrgang 11 Stand : Juni : Elektrizität Anleitung: unterstrichen bedeutet nur en, kursiv bedeutet nur gn Inhalte Prozessbezogene Kompetenzen Hinweise beschreiben elektrische Felder durch ihre Kraftwirkungen auf geladene Probekörper. nennen die Einheit der Ladung und erläutern die Definition der elektrischen Feldstärke. beschreiben ein Verfahren zur Bestimmung der elektrischen Feldstärke auf der Grundlage von Kraftmessungen. beschreiben den Zusammenhang zwischen Ladung und elektrischer Stromstärke. nennen die Definition der elektrischen Spannung mithilfe der pro Laddung übertragbaren Energie. beschreiben den Zusammenhang zwischen der Feldstärke in einem Plattenkondensator und der anliegenden Spannung. geben die Energiebilanz für einen freien geladenen Körper im elektrischen Feld eines Plattenkondensators an. Die Schülerinnen und Schüler... skizzieren Feldlinienbilder für typische Fälle. beschreiben die Bedeutung elektrischer Felder für eine technische Anwendung (z.b. die Kopiertechnik). werten in diesem Zusammenhang Messreihen angeleitet aus. erläutern mithilfe einer Analogiebetrachtung, dass g als Gravitationsfeldstärke aufgefasst werden kann. ziehen Analogiebetrachtungen zur Erläuterung dieses Zusammenhangs heran. bestimmen angeleitet die Geschwindigkeit eines geladenen Körpers im homogenen elektrischen Feld eines Plattenkondensators mithilfe von Energiebilanzen. Exp.: Geladene Seifenblasen im elektrischen Feld Erzeugung von Feldlinienbildern mit Hilfe von Grieskörnern in Rizinusöl weitere mögliche Anwendungen: Rauchgasfilter, elektrostatisches Lackieren Messungen mit der Torsionsdrehwaage bzw. Stromwaage oder DMS- Kraftmesser

2 beschreiben den Entladevorgang eines führen selbstständig Experimente zum Entladevorgang Schülerübung vorhanden Kondensators mithilfe einer Exponentialfunktion. ermitteln aus den Messdaten die Parameter des zugehö- durch. rigen t-i-zusammenhangs und stellen diesen mit der Exponentialfunktion zur Basis e dar. tialfunktionen zu beliebigen Basen gear- In ea-kursen kann vorerst mit Exponen- begründen den exponentiellen Verlauf. beitet werden, dann sind Ergänzungen ermitteln die geflossene Ladung mithilfe von t-i- zur Basis e in Jgst. 12 vorzunehmen! Diagrammen. nennen die Definition der Kapazität eines Kondensators. bestimmen die Richtung von magnetischen Feldern mit Kompassnadeln. ermitteln Richtung (Dreifingerregel) und Betrag der Kraft auf einen stromdurchflossenen Leiter im homogenen Magnetfeld. nennen die Definition der magnetischen Flussdichte B (Feldstärke B) in Analogie zur elektrischen Feldstärke. beschreiben die Bewegung von freien Elektronen unter Einfluss der Lorentzkraft, unter Einfluss der Kraft im homogenen E- Feld, im Wien-Filter. beschreiben das physikalische Prinzip zur Bestimmung der spezifischen Ladung von Elektronen mithilfe des Fadenstrahlrohres. planen und führen ein Experiment zur Bestimmung der Kapazität eines Kondensators durch. erläutern Einsatzmöglichkeiten von Kondensatoren als Energiespeicher in technischen Systemen. skizzieren Magnetfeldlinienbilder für einen geraden Leiter und eine Spule. planen mit vorgegebenen Komponenten ein Experiment zur Bestimmung von B auf der Grundlage einer Kraftmessung. führen ein Experiment zur Bestimmung von B durch und werten es aus. begründen die Definition mithilfe dieser Messdaten. erläutern ein Experiment zur Bestimmung von B mithilfe einer Stromwaage. begründen die Definition mithilfe geeigneter Messdaten. begründen den Prinzipiellen Verlauf der Bahnkurven. leiten vorstrukturiert die Gleichung für die Bahnkurve im homogenen elektrischen Feld her. leiten dazu die Gleichung für die spezifische Ladung des Elektrons her und bestimmen die Elektronenmasse. Einführung über Lehrerexperiment Oerstedt Experiment, Modellspule mit Eisenpulver bzw. Minikompasse Stromwaage Experimente mit der Elektronenablenkröhre (nur E-Feld; nur B-Feld; gekreuzte Felder). e/m-bestimmung mit Hilfe des Fadenstrahlrohres.

3 erläutern die Entstehung der Hallspannung. leiten die Gleichung für die Hallspannung in Abhängigkeit von der Driftgeschwindigkeit / unter Verwendung der mung von B-Feldern (z.b Hufeisenmag- Nutzung des Hallgenerators, Bestim- Ladungsträgerdichte anhand einer geeigneten Zeichnung her. net, Helmholtzspulen, etc.) möglich. führen selbstständig Experimente zur Messung von B mit einer Hallsonde durch. beschreiben die Erzeugung einer Induktionsspannung durch die zeitliche Änderung von B bzw. A qualitativ. führen einfache qualitative Experimente zur Erzeugung einer Induktionsspannung durch. erläutern das Prinzip eines dynamischen Mikrofons. Wenden das Induktionsgesetz in differenzieller Form auf lineare und sinusförmige Vertionsgesetzes aus. werten geeignete Versuche zur Überprüfung des Indukläufe von Φ an. stellen technische und historische Bezüge hinsichtlich der Erzeugung von Wechselspannung dar. Sägezahngenerator / Sekundärspule wird aus Primärspule bewegt 11.2: Schwingungen und Wellen Anleitung: unterstrichen bedeutet nur en, kursiv bedeutet nur gn Inhalte Prozessbezogene Kompetenzen Hinweise stellen harmonische Schwingungen grafisch dar. beschreiben harmonische Schwingungen mithilfe von Amplitude, Periodendauer und Frequenz. geben die Gleichung für die Periodendauer eines Feder Masse Pendels an. Die Schülerinnen und Schüler... verwenden die Zeigerdarstellung zur grafischen Beschreibung. haben Erfahrungen im angeleiteten / selbständigen Umgang mit einem registrierenden Messinstrument (z.b. Oszilloskop / Interface). untersuchen die zugehörigen Abhängigkeiten experimentell. ermitteln geeignete Ausgleichskurven übertragen diese Verfahren auf andere harmonische Oszillatoren. t-s-, t-v-, a-v-diagramme im Zusammenhang mit Ableitungsbegriff setzen Schülerübungen zu Feder- und Fadenpendel möglich

4 beschreiben die Ausbreitung harmonischer Wellen. beschreiben harmonische Wellen mithilfe von Periodendauer, Ausbreitungsgeschwindigkeit, Wellenlänge, Frequenz, Amplitude und Phase. begründen den Zusammenhang zwischen Wellenlänge und Frequenz und wenden die zugehörige Gleichung an. vergleichen longitudinale und transversale Wellen. beschreiben Polarisierbarkeit als Eigenschaft transversaler Wellen. beschreiben und deuten Interferenzphänomene für folgende Fälle: stehende Welle, Doppelspalt und Gitter, Michelson-Interferometer, Bragg-Reflexion beschreiben je ein Experiment zur Bestimmung der Wellenlänge von Schall mit zwei Sendern, Mikrowellen mit dem Michelson- Interferometer, Licht mit einem Gitter (subjektiv / objektiv) Röntgenstrahlung mit Bragg-Reflexion verwenden Zeigerketten zur graphischen Darstellung. nutzen in diesem Zusammenhang die Zeigerdarstellung sachgerecht. stellen Bezüge zwischen dieser Kenntnis und Beobachtungen an einem LC-Display her. verwenden die Zeigerdarstellung zur Beschreibung und Deutung der aus dem Unterricht bekannten Situationen. erläutern die technische Verwendung des Michelson- Interferometers zum Nachweis kleiner Längenänderungen. werten entsprechende Experimente angeleitet aus. leiten die zugehörigen Gleichungen vorstrukturiert / selbstständig und begründet her. übertragen das Vorgehen auf Experimente mit anderen Wellenarten. wenden ihre Kenntnisse zur Bestimmung des Spurabstandes bei einer CD an. erläutern ein Verfahren zur Strukturuntersuchung als technische Anwendung der Bragg-Reflexion. Einsatz der Wellenwanne bzw. von Computeranimationen Einführung der Begriffe z.b. anhand der La-Ola-Welle möglich Gummibandoszillator z.b: Licht, Mikrowellen, Ultraschallwellen Michelson als Lehrerexperiment vorhanden Styroporplattenmodell zu Bragg vorhanden

5 Quantenobjekte Anleitung: unterstrichen bedeutet nur en, kursiv bedeutet nur gn Inhalte Prozessbezogene Kompetenzen Hinweise beschreiben ein Experiment zum äußeren Fotoeffekt mit der Vakuum-Fotozelle erläutern die experimentelle Bestimmung der planckschen Wirkungsquantums mit LEDs erläutern die Entstehung des Röntgenbremsspektrums als Energieübertragung von Elektronen auf Photonen beschreiben das Experiment mit der Elektonenbeugungsröhre und deuten die Beobachtungen als Interferenzerscheinung. bestimmen die Wellenlänge bei Quantenobjekten mit Ruhmasse mithilfe der de- Broglie-Gleichung erläutern Interferenz bei einzelnen Photonen Die Schülerinnen und Schüler... deuten diesen Effekt mithilfe des Photonenmodells übertragen ihre Kenntnisse über das Photonenmodell auf diese Situation bestätigen durch angeleitete Auswertung von Messwerten die Proportionalität zwischen Energie des Photons und der Frequenz nutzen die Auswertung zur h-bestimmung (fakultativ für gn) übertragen die Kenntnisse über Interferenz auf diese neue / verwandte Situation. bestätigen durch (angeleitete) Auswertung von Messwerten die Antiproportionalität zwischen Wellenlänge und Geschwindigkeit Der Vorversuch zum Fotoeffekt (geladene Zinkplatte am Elektroskop wird mit der Quecksilberdampflampe beleuchtet) erscheint sinnvoll, um qualitativ die wesentlichen Zusammenhänge bzgl. der Energieübertragung durch Licht herauszuarbeiten. Ein Geschichtlicher Einschub zum Werk von Albert Einstein ist hier möglich. Eine Wiederholung der Vorgänge innerhalb einer Diode erscheint hier sinnvoll. Auf erhöhtem Niveau bietet sich auch die Möglichkeit an, erst später (Atomphysik) das Röntgenspektrum zu behandeln, um gleichzeitig die charakteristische Strahlung zu erfassen. Alternativ können das wellenartige Verhalten von Elektronen auch als Einstieg in den Welle-Teilchen-Dualismus erfolgen, da mit dem Versuch direkt die Bragg-Reflexion angewendet wird. Mithilfe der Elektronenbeugungsröhre lässt sich aus der zu messenden Beschleunigungsspannung Ub die Geschwindigkeit der Elektronen v und aus dem zu messenden Radius r1 mit der Bragg-Bedingung die Wellenlänge berechnen. verwenden dazu die Zeigerdarstellung Doppelspaltversuch mit Elektronen (Jönsson-Versuch) unter Verwendung von Simulationen bzw. als Film zum Re-

6 interpretieren die jeweiligen Interferenzmuster stochastisch beschreiben den Aufbau des Mach- Zehnder-Interferometers. Interpretieren ein Welcher-Weg - Experiment unter den Gesichtspunkten Nichtlokalität und Komplementarität deuten die Erscheinungen bei Doppelspaltexperimenten durch Argumentation mit einzelnen Photonen bzw. mit Elektronen erläutern, dass die Nachweiswahrscheinlichkeit für ein einzelnes Quantenobjekt durch das Quadrat der Zeigerlänge bestimmt wird. übertragen ihre Kenntnisse auf die Deutung von Experimenten mit Quantenobjekten größerer Masse (z.b. kalte Neutronen). erläutern den Begriff Komplementarität mithilfe der Beobachtung in einem Welcher-Weg -Experiment alexperiment (Internet: Single electron double slit wave experiment) Wochenstunden, Leistungsbewertung, schriftliche Arbeiten und Gewichtung Der Unterricht wird in den Kursen ga und ea jeweils mit vier Wochenstunden erteilt. Es werden in jedem Halbjahr 1 2 bewertete Klausuren geschrieben. Ihre Anzahl wird vor Beginn des Schuljahres mitgeteilt, der Klausurplan wird zentral erstellt. Daneben werden die mündlichen und die anderen fachspezifischen Leistungen zur Gesamtbeurteilung herangezogen. Die schriftlichen und die mündlichen/fachspezifischen Leistungen ergeben die Gesamtnote. Dabei tragen die schriftlichen Ergebnisse zu 40% bei einer Klausur und zu 50% bei zwei Klausuren zur Gesamtnote bei. Unterrichtswerke und Materialien Buch: Dorn / Bader Physik - Gymnasium (G8) Schülerband 11/12 mit CD-ROM, Schrodel ISBN: Zeichengeräte: Bleistift, Radiergummi, Anspitzer, Geodreieck, Lineal, Zirkel Formelsammlung: Das große Tafelwerk, Cornelsen, ISBN Grafikfähiger Taschenrechner TI 83 Plus