Physik / Física Grundkompetenzen:

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1 Physik / Física In der Physik werden wir konfrontiert mit der Welt, die uns umgibt, damit, wie sie aufgebaut ist und wie sie funktioniert. Wir suchen nach dem Weshalb der Dinge, nach dem Wie und dem Wann. Im Fach Physik wenden wir unsere mathematischen Fähigkeiten an und verbessern unsere wissenschaftlich-experimentelle Methodik, vor allem aber natürlich unser Verständnis für physikalische Prozesse und Vorgänge. Wir behandeln anspruchsvolle Konzepte, die ein hohes Abstraktionsvermögen voraussetzen und bauen Jahr für Jahr auf dem Gelernten auf. Schülerinnen und Schüler sollen sich bewusst sein, wie der Mensch die Welt, die ihn umgibt, Schritt für Schritt besser versteht. Das Paradigma einer Wissenschaft ist die Gesamtheit der aktuell anerkannten Theorien. Der Fortschritt der Physik besteht darin, diese Theorien zu revidieren, zu schärfen und zu ergänzen, sodass immer mehr Phänomene mit immer weniger Theorien erklärt werden können. Dieser Fortschritt geschieht an zwei Fronten: der theoretischen und der experimentellen. - In der Theorie werden neue Erklärungen als Hypothesen aufgestellt. - In der Praxis werden neue Messungen durchgeführt und so experimentelle Daten erworben, die mit der Theorie verglichen und kontrastiert werden müssen Dieses Verständnis von naturwissenschaftlichem Wissen wollen wir unseren Schülern vermitteln. Aufbauend auf den Grundkompetenzen und Grundhaltungen, welche die Schülerinnen im Fach Naturwissenschaften erworben haben und die in der Physik weiter gefördert werden, vermittelt der Physikunterricht insbesondere die folgenden Kompetenzen und Haltungen: Grundkompetenzen: Die Schülerinnen und Schüler lernen, Zusammenhänge zu sehen, kritisch zu prüfen und Informationen sinnvoll weiterzugeben. Messungen durchzuführen und die wissenschaftliche Methode anzuwenden. im Team zu arbeiten, um Experimente durchzuführen, was die sozialen und gesellschaftlichen Werte festigt. die mathematische Sprache zu verwenden, um physikalische Zusammenhänge mit Modellen und Annäherungen auszudrücken. sich wissenschaftlich korrekt und präzise auszudrücken, mündlich wie schriftlich. analytisch vorzugehen, um Probleme aus verschiedenen Gebieten der Physik zu lösen.

2 Lehrplan 2 Physik wie physikalische Theorien aufgestellt werden und wie die verschiedenen Gebiete der Physik zusammenhängen. wie Mathematik und Physik bei der Lösung von naturwissenschaftlichen Problemen zusammenspielen. Grundhaltungen: Die Schülerinnen und Schüler: sind sich bewusst, dass man in der Physik (und in den Naturwissenschaften allgemein) Thesen aufstellen und, unter Umständen, aufgrund von Experimenten wieder verwerfen kann, dass es jedoch keine Möglichkeit gibt, etwas zu beweisen. sind sich bewusst, wie wichtig die mathematische Sprache ist, um physikalische Phänomene zu erfassen, und interpretieren diese Sprache als Ausdruck der uns umgebenden physikalischen Phänomene. sind sich bewusst, wie wichtig die Dimensionen bei physikalischen Variablen sind, und sehen darin auch einen grundlegenden Unterscheid zur reinen Mathematik. schätzen die Erkenntnisse, die bisher in der Physik erreicht worden sind, wissen, in welche Richtung sich die Forschung bewegt, und können die wichtigsten Theorien, welche heutzutage verwendet werden, wissenschaftlich ausdrücken. Schüler/innen, die ihre Physik-Kenntnisse vertiefen und auf mehr Gebiete ausdehnen wollen, können in der 11. und 12. Klasse das Schwerpunktfach Physik und Anwendungen der Mathematik oder in der 12. Klasse Physik als Wahlpflichtfach (gleiches Programm, weniger vertieft) belegen.

3 Lehrplan 3 Physik 10. Klasse Energie und Arbeit - können die Begriffe Arbeit, Leistung, Energie, Wärme und Temperatur definieren - können die potentielle und kinetische Energie verschiedener Systeme berechnen. - können Wärme als Energiefluss erklären, den Zusammenhang zwischen Wärme und Temperatur beschreiben und die benötigte Wärme für eine Veränderung der Temperatur oder des Aggregatzustands von Substanzen berechnen. - können den Energieerhaltungssatz anwenden und damit verschiedenste Phänomene erklären. - können erklären, weshalb bei Energieumwandlungen Energie- Verluste auftreten, was einen sparsamen Umgang damit nötig macht. Erneuerbare Energien und Recycling NW 8: Mechanik Gravitationsfelder - sind sich der Wichtigkeit von Newtons und Einsteins Beiträgen zur heutigen Sicht des Universums bewusst und können diese erläutern. - kennen Newtons Gravitationsgesetz und können es in Aufgaben anwenden. - können verschiedene Aspekte des Universums erklären, die im Zusammenhang mit der Gravitation stehen. - kennen die Planeten des Sonnensystems und einige ihrer Satelliten, wissen und verstehen, was Schwarze Löcher, Wurmlöcher, Kometen, Asteroiden und Meteoriten sind. HI, FLE: Weltbilder Geometrische und physikalische Optik - kennen die DIN-Normen und können sie anwenden. - können konkave und konvexe Spiegel, konvergente und divergente Linsen und die entsprechenden Strahlendiagramme zeichnen. NW 7: Optik - können Fokaldistanzen berechnen und die Position von Bildern in

4 Lehrplan 4 Physik den obengenannten optischen Systemen bestimmen. - kennen und verstehen die Modelle, welche die Eigenschaften des Lichts beschreiben: Reflexion, Brechung, Dispersion, sichtbares Lichtspektrum,... und kennen Anwendungen zur Ausbreitung des Lichts.

5 Lehrplan 5 Physik 11. Klasse Elektrische Felder - kennen und verstehen das Coulomb sche Gesetz. - können die Nettokraft bestimmen, welche ein Gesamtfeld auf eine Ladung ausübt, sowie die elektrostatische Kraft zwischen zwei Ladungspartikeln und daraus Schlüsse ziehen über die Elektronen und den Kern eines Atoms. - können Widerstand, Intensität, Spannung und Leistung definieren und in Serien-, Parallel- und Gemischtschaltung berechnen sowie die Farbcodes eines Widerstandes interpretieren. - können die potentielle elektrische Energie einer Ladungsmenge berechnen und das Ohmsche Gesetz anwenden. QU 10: Atomarer Aufbau der Materia Limitierungen der klassischen Physik - kennen die Experimente, welche die Quantentheorie begründeten, und können sie erklären: thermische Strahlung von schwarzen Körpern, Planck-Hypothese und photoelektischer Effekt. Einsteins Relativitätstheorie - kennen die spezielle Relativitätstheorie, können sie erläutern und kennen die drei Möglichkeiten, durch die Zeit zu reisen - können die Zeitdehnung bei Reisen in Lichtgeschwindigkeit und die Längenkontraktion berechnen sowie Einsteins Gesetz der Massen anwenden und die allgemeine Relativitätstheorie beschreiben.

6 Lehrplan 6 Physik 11. Klasse (Schwerpunktfach) Arbeitsweise und Grundverständnis - haben eine klare und wissenschaftliche Vorstellung von der Physik sowie ihrer historischen und aktuellen Entwicklung. - verstehen die Physik als abstrakte und grundlegende Wissenschaft, die das Wesen alles Messbaren in der uns umgebenden Welt untersucht und deren Grenzen uns zu tiefgündigen philosphischen Fragen führt. Mathematische Voraussetzungen für die Physik - können einfache Funktionen differenzieren und integrieren. - können partiell ableiten. - können Skalar- und Vektorprodukte berechnen (mithilfe von Determinanten). - können im zwei- und dreidimensionalen Raum Vektoroperationen ausführen sowie Einheitsvektoren im Raum bestimmen. MA 11/12 Analytischer Umgang mit Problemen aus der Mechanik - können Probleme aus dem Bereich der Mechanik lösen und dabei Reibungseffekte, die Gravitation und die Kinetik des radioaktiven Zerfalls berücksichtigen. - lösen Aufgaben zum schiefen Wurf (mit konstanter Geschwindigkeit und Beschleunigung). Quantenmechanik - haben das im Grundlagenfach erworbene Wissen zur Quantentheorie vertieft, kennen Einsteins Erklärung für den photoelektrischen Effekt, verstehen Bohrs Atommodell und dessen Limitierungen, verstehen die Hypothese von De Broglie und den Welle-Teilchen-Dualismus. - können erklären, inwiefern die Quantenmechanik eine Verallgemeinerung der klassischen Mechanik darstellt.

7 Lehrplan 7 Physik - verstehen die probabilistische Interpretation des Orbitalkonzepts. - wissen um die Existenz des Spins in allen subatomaren Teilchen und in Photonen. Kernphysik - verstehen, was Radioaktivität ist, und kennen ihre Anwendungen sowie ihre biologischen Effekte. - kennen die Eigenschaften von Alpha- und Beta-Teilchen sowie der Gammastrahlung. - verstehen das Gesetz des radioaktiven Zerfalls und wenden es auf Zerfallsprozesse an. - können den Atomkern und die nuklearen Kräfte beschreiben. - verstehen die Konzepte Bindungsenergie, Massendefekt sowie Bindungsenergie pro Nukleon und können diese in einigen praktischen Anwendungen berechnen. - verstehen nukleare Reaktionen und können sie beschreiben. QU 10: Atommodell von Rutherford

8 Lehrplan 8 Physik 12. Klasse (Schwerpunktfach) Elektrostatische Felder und Gravitationsfelder - wenden Vektoranalysis zur Untersuchung von elektrischen Feldern und Gravitationsfeldern an. - kennen das elektrische Pendel. - können das Gauss-Theorem zur Berechnung von nicht-diskreten Elementen im Raum anwenden. - kennen die Bedeutung der Felderhaltung. - Kennen das Drehmoment einer Kraft in Bezug auf einen Punkt, den Drehimpuls sowie deren Zusammenhang mit den Keplerschen Gesetzen und können entsprechende Berechnungen ausführen. - kennen die Besonderheiten und die Lösung von Satellitenproblemen durch Energieerhaltung. Magnetfelder - kennen das Konzept der Lorentzkraft und können es anwenden. - können Problemstellungen zu magnetischen Feldern im Raum lösen, die durch diskrete oder nicht diskrete Elemente generiert werden, indem sie die Felder zeichnen und numerische Berechnungen ausführen. - kennen die Bedeutung des Nicht-Erhalts des magnetischen Feldes und das Ampère sche Gesetz. - kennen Technologien, welche elektrische und magnetische Felder verbinden (Massenspektrometer, Gangschaltung, Zyklotron) und ihre Funktionsweise und können Berechnungen dazu durchführen und die Resultate interpretieren. Elektromagnetische Induktion - kennen die Gesetze von Lenz und Faraday und können sie anwenden. - wissen, wie ein Transformator funktioniert, und können entsprechende Berechnungen durchführen.

9 Lehrplan 9 Physik Schwingungen und Wellen - kennen den Unterscheid zwischen Schwingungen und Wellen und können die Charakteristiken von Schwingungen und Wellen bestimmen (Amplitude, Periode, Frequenz, Winkelfrequenz). - wissen, wie man die Auslenkung (Elongation), die Geschwindigkeit und die Beschleunigung eines Objekts bei Schwingungen und Wellen ausdrückt und können dieses Wissen praktisch anwenden. - kennen die Herleitungen der Formeln für die Geschwindigkeit und die Beschleunigung sowie die kinetische, potentielle und mechanische Energie und wissen, wie man die Ausbreitungsgeschwindigkeit und die Wellenzahl ausdrückt. - kennen die physikalischen Grundlagen der Ausbreitung von Schall sowie dessen Eigenschaften und können Rechnungen zum Doppler- Effekt ausführen. - kennen und verstehen den Begriff Interferenz. MU Optik - können komplexe Probleme aus der geometrischen Optik lösen. - kennen das elektromagnetische Spektrum und können Energieberechnungen zu den verschiedenen Wellen durchführen. - kennen die Phänomene Interferenz, Beugung, Verstärkung und das Prinzip von Huygens, dessen Erklärung, physikalische Bedeutung und Anwendungsbereiche. - kennen die Gesetze zur Reflexion und Brechung und können sie auf optische Glasfasern und in komplexen Problemstellungen anwenden. FIS 11 Quantenphysik und Kernphysik - vertiefen ihr Wissen aus der 11. Klasse und sind in der Lage, schwierige Berechnungen durchzuführen und die Resultate zu interpretieren (Aufgabenstellungen zum photoelektrischen Effekt, zum Atommodell von Bohr, zur Quantenmechanik (Welle-Teilchen- Dualismus), zur Kinetik des radioaktiven Zerfalls, zu Energieberechnungen bei Kernspaltung und -fusion, Bombardierung sowie Zerfall radioaktiver Kerne). FIS 11