Physik Kursstufe (2-stündig)

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1 Kern- und PHYSIK Physik Kursstufe (2-stündig) VORBEMERKUNG Der 2-stündige Physikkurs führt in grundlegende Fragestellungen, Sachverhalte, Strukturen sowie deren Zusammenhänge ein und vermittelt exemplarisch die Möglichkeiten und den Wert fachübergreifender Bezüge. Er zielt auf die Beherrschung wesentlicher Arbeitsmethoden ab. Darüber hinaus fördert er bei den Schülerinnen und Schülern sowohl das Interesse am Fach durch Bezüge zur Lebenswelt als auch die Selbstständigkeit durch schülerzentriertes und handlungsorientiertes Arbeiten. Inhaltlicher Schwerpunkt des 2-stündigen Physikkurses ist die Quantenphysik. Auf einen Schwerpunkt Astrophysik wird bewusst verzichtet, da in der Kursstufe des Dietrich-Bonhoeffer-Gymnasiums Astronomie als Wahlfach belegt werden kann. Kerncurriculum PHYSIKALISCHE GRUNDLAGEN Unter bestimmten Aspekten Physik als theoriegeleitete Erfahrungswissenschaft Elektrische, mechanische und thermische Größen; Magnetismus, Magnetfeld eines stromdurchflossenen Leiters; Strom-Antrieb- Konzept (mind. einen Vergleich analoger elektrischer, mechanischer und thermischer Systeme); Erhaltungssätze (Impuls, Energie, Ladung); Entropieerzeugung; Mechanische, elektrische und thermische Energiespeicher und Energietransporte

2 ELEKTRISCHES FELD Gravitationsfeld; Elektrische Feldstärke; Analogiebetrachtung zwischen elektrischem und Gravitationsfeld; Elektrische Feldkonstante ε 0 ; Potenzial und Spannung im elektrischen Feld; Quantitativer Zusammenhang von Spannung und elektrischer Feldstärke im homogenen elektrischen Feld; Kondensator und Kapazität; Kapazität des Plattenkondensators; Gravitationsfeld und elektrisches Feld als Energiespeicher Irdische elektrische Felder (Blitze) Materie im elektrischen Feld ε r MAGNETISCHES FELD Magnetische Flussdichte; Lorentzkraft, Betrag und Richtung; Magnetisches Feld und magnetische Flussdichte einer langgestreckten Spule; Magnetische Feldkonstante μ 0 ; Analogiebetrachtungen zwischen elektrischem, magnetischem und Gravitationsfeld Hall-Effekt Bewegung geladener Teilchen im homogenen magnetischen Querfeld

3 ELEKTROMAGNETISCHE INDUKTION Induktion; Magnetischer Fluss; Induktionsgesetz; Induktivität; Induktivität der langgestreckten Spule; Selbstinduktion; Erzeugung sinusförmiger Wechselspannungen, Generatorprinzip Generator und Elektromotor Induktionsherd MECHANISCHE SCHWINGUNGEN UND WELLEN Physik als theoriegeleitete Erfahrungswissenschaft Wahrnehmung und Messung Beispiele für mechanische Schwingungen; Frequenz; Periodendauer; Amplitude; Energiebilanzen in schwingenden Systemen; Entropieerzeugung; Eigenschaften von mechanischen Wellen; Lineare harmonische Querwelle; Wellenlänge; Ausbreitungsgeschwindigkeit Funktionaler Zusammenhang zwischen c, λ und f MATHE: Grundlagen der Trigonometrie

4 ELEKTROMAGNETISCHE SCHWINGUNGEN UND WELLEN Wahrnehmung und Messung Technische Entwicklung und ihre Folgen Beispiele für elektromagnetische Schwingungen; Analogie der Größen und Bauteile bei mechanischen und elektromagnetischen Schwingungen; Elektromagnetische Wellen als Phänomen; Überblick über das elektromagnetische Spektrum; Alltagsbezug elektromagnetischer Strahlung, Chancen und Risiken technischer Entwicklung gedämpfter, elektromagnetischer Schwingkreis MATHE: Grundlagen der Trigonometrie

5 WELLENOPTIK Wahrnehmung und Messung Licht als elektromagnetische Welle; Analogie mechanischer und elektromagnetischer Wellen, insbesondere Vergleich von Schall und Licht; Reflexion; Streuung; Beugung; Interferenz am Einzelspalt, Doppelspalt und Gitter; Wahrnehmung von Helligkeit, Messung von Intensitätsverteilungen; Strahlungsbilanz der Erde; Treibhauseffekt Huygens sches Prinzip GRUNDLAGEN DER QUANTENPHYSIK Physik als historisch-dynamischer Prozess Modellvorstellungen und Weltbilder Photoeffekt; Planck sches Wirkungsquantum; Zusammenhang Energie Frequenz; Zusammenhang Impuls Wellenlänge (de Broglie); Stochastisches Verhalten; Interferenzfähigkeit (Superposition der Möglichkeiten); Komplementarität (Ort- Impuls-Unbestimmtheit und Welcher-Weg-Information); Verhalten bei Messprozessen (Präparation von Quantenobjekten, Determiniertheit der Wellenfunktion, Kollaps der Wellenfunktion); Nichtlokalität, insbesondere Verschränktheit; Erkenntnistheoretische Aspekte formulieren Elektronenbeugung am Graphit-Kristall Doppelspaltversuch von Jönsson Geschichtliche Bezüge (Einstein, Planck, ) MATHE: stochastische Verteilungsfunktionen

6 GRUNDLAGEN DER ATOMPHYSIK Physik als historisch-dynamischer Prozess Struktur der Materie Modellvorstellungen und Weltbilder Geschichtliche Entwicklung von Modellen und Weltbildern (am Beispiel der Quantentheorie und der Atommodelle); Atomhülle und Energiequantisierung; Linienspektren; Linearer Potentialtopf; Folgerungen aus der Schrödingergleichung; Atomkerne; Kernumwandlungen und Radioaktivität; Aspekte der Elementarteilchenphysik (Leptonen, Hadronen, Quarks) Atomkerne in der Medizin Chancen und Risiken der Atomenergietechnik CHEMIE: Atommodelle RELIGION: Glaube und Naturwissenschaft