Lehrplan für das Fach Physik der Deutschen Schule Washington, D.C. Vorbemerkungen:

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1 Lehrplan für das Fach Physik der Deutschen Schule Washington, D.C. Vorbemerkungen: 1) An der DS Washington werden Gymnasial- und Realschüler gemeinsam unterrichtet, wobei die Gymnasialschüler zahlenmäßig deutlich überwiegen. Beide Schülergruppen sollen (und werden, schon allein aufgrund der Tatsache, dass sie am selben Unterricht teilnehmen) die gleichen Grundkenntnisse im Physikunterricht erwerben. Dabei wird von den Gymnasialschülern sowohl im Unterricht als auch bei Klassenarbeiten in der Regel eine tiefere Durchdringung des Stoffes erwartet, die Realschüler hingegen werden an solchen Stellen in der Regel bei den grundlegenderen Zusammenhängen bleiben. Dabei hängt es auch stark vom jeweiligen Einzelfall ab, da es selbstverständlich auch Realschüler gibt, die ihre Stärke im naturwissenschaftlichen Bereich haben und somit im Fach Physik leistungsfähiger und -bereiter als ein großer Teil der Gymnasialschüler sind und denen man die interessanteren physikalischen Probleme und Fragestellungen nicht vorenthalten wird. Dennoch soll der prinzipielle Unterschied in den Anforderungen an zwei Beispielen verdeutlicht werden: Klasse 9, Parallel- und Reihenschaltung von Widerständen: Während Gymnasialschüler hier auch kombinierte Schaltungen berechnen sollen, reicht es für die Realschüler aus, jeweils eine reine Reihen- bzw. Parallelschaltung zu untersuchen. Klasse 10, Erhaltungssätze: Gymnasialschüler sollen hier die Gleichungen für den elastischen und unelastischen Stoß auch deuten (Was passiert für die Sonderfälle, also z.b. m 1 = m 2 ), die Realschüler müssen sie in erster Linie anwenden können. Aufgrund der oben beschriebenen Unterschiede zwischen den einzelnen Schülern wäre es jedoch weder sinnvoll noch möglich, hier alle zu treffenden Differenzierungen genau festzulegen. Wichtig ist jedoch, dass im Sinne der beiden genannten Beispiele differenziert wird und dem auch bei der Notengebung Rechnung getragen wird. 2) Der Lehrplan der DS Washington stimmt an einigen Stellen nicht mit dem Thüringer Lehrplan überein, da dem Umstand Rechnung getragen werden musste, dass z.b. Physik in der 8. Klasse nur einstündig unterrichtet wird. Dadurch wandert die Wärmelehre in Klasse 7, das Thema Optik muss dafür entfallen. Auch das für Klasse 10 vorgesehene Thema Kernphysik muss aus ähnlichen Gründen entfallen. Einige der Themen werden an der DS Washington im Wahlpflichtbereich (Naturwissenschaftliches Praktikum) angeboten. 3) Die Sachkompetenz steht im Physikunterricht immer im Vordergrund. Bei vielen Themengebieten sollen und können die Methodenkompetenz, Sozialkompetenz und auch die Selbstkompetenz in besonderem Maße durch Schülerexperimente und Projektarbeit in Kleingruppen gefördert werden.

2 In der nun folgenden Übersicht wird für die Mittelstufe (und auch Klasse 10) einerseits auf die Leitlinien (L.L.) und zu erwerbenden Fähigkeiten und dem Thüringer Lehrplan sowie auf Anknüpfungspunkte zu Alltagserfahrungen der Schüler und Querverbindungen zu anderen Fächern, andererseits auf Themen, die sich besonders für Projektarbeit (PA) und/oder Schülerexperimente (SE) eignen, hingewiesen. An den Vorgaben für die Jahrgangsstufe 11 und 12 wird derzeit aufgrund der Umstellung auf Reifeprüfung gearbeitet. Klasse 7 (zweistündig) Inhalte Kompetenzen, Methoden, Übergeordnete Prinzipien 1. Einführung in die Mechanik 1.1. Bewegung mit konstanten Geschwindigkeiten 1.2. Masse, Volumen, Dichte 1.3. Kräfte und ihre Wirkungen - Kraft als Ursache von Verformungen und Bewegungsänderungen - Trägheitssatz - Gewichtskraft - Gleichgewicht zweier Kräfte - Kraft als vektorielle physikalische Größe - Addition und Zerlegung von Kräften - Gesetz von Hook - Kraftwandler: Schiefe Ebene, Hebel, Flaschenzug; SE, Nutzen von Experimenten, Graphische und rechnerische Auswertungsverfahren, L.L. Math. Meth.: Proportionale Zuordnungen Physikalisches Verfahren der Abstraktion und Idealisierung (Absehen von der Reibungskraft) Erfassen von Vorgängen in Natur und Technik: Flugzeug, Auto mit v = konst. Nutzen mathematischer Modelle Alltagsbeispiele, Problemlösekompetenz L.L. Math. Meth.: Prop. Zuordn., Naturgesetze Anknüpfen an Alltagserfahrungen der Schüler, Erfassen von Vorgängen in Natur und Technik 2. Wärmelehre 2.1. Temperatur 2.2. Verhalten fester und flüssiger Körper bei Temperaturänderung 2.3. Verhalten von Gasen bei Temperaturänderung; 2.4. Wärmeenergie, spezifische Wärmekapazität 2.5. Wärmeausbreitung L.L. Teilchen, mathematische Modelle und deren Grenzen L.L. Teilchen L.L. Energie, erstmaliges Auftauchen des Energiebegriffs, Bezug zu Alltagsvorstellung und Vorkenntnissen der Schüler L.L. Teilchen, Modellvorstellung 2.6. Änderung des Aggregatzustandes - 2 -

3 Klasse 8 (einstündig) Inhalte Kompetenzen, Methoden, Übergeordnete Prinzipien 1. Fortführung der Mechanik: Druck in Flüssigkeiten und Gasen 1.1. Druck als physikalische Größe 1.2. Verwendung von Flüssigkeiten und Gasen in Kraftwandlern 1.3. Schweredruck 1.4. Luftdruck 1.5. Auftrieb Teilchenmodell, Verhältnisgleichung/Proprtionalitäten Mathematisierung von Naturgesetzen, Vergleich mit Kraftwandlern aus Klasse 7, Gemeinsamkeit Alltagsbezüge (Wetter, Druck im Ohr, Tauchen -> Bezug zu Biologie) Alltagserfahrungen, Historische Aspekte der Physik (Archimedes), PA 2. Fortführung der Mechanik: Arbeit und Leistung 2.1. Reibungskraft 2.2. Mechanische Arbeitsformen/Energieformen 2.3. Energieumwandlung, Energieerhaltung 2.4. Wirkungsgrad 2.5. Leistung Weiterführung der Leitlinie Energie, Mathematisierung von Alltagsthemen, Erziehung zu sozialer Verantwortung Abgrenzung Fachsprache Alltagssprache Klasse 9 (zweistündig) Inhalte Kompetenzen, Methoden, Übergeordnete Prinzipien 1. Grundlagen der Elektrizitätslehre 1.1. Elektrostatik; Begriff des elektrischen Feldes 1.2. Stromstärke 1.3. Spannung 1.4. Widerstand - Kennlinien eines Leiters - Ohmsches Gesetz - Spezifischer Widerstand - Stromstärke- und Spannungsmessung 1.5. Elektrische Arbeit und Leistung 1.6. Reihen - und Parallelschaltung von Widerständen 1.7. Stromfluss im Vakuum, Glühelektrischer Effekt Beginn der L.L. Felder, SE zu den grundlegenden Eigenschaften des E-Feldes, Bezug zur Erfahrungswelt der Schüler (Reibungselektrizität) Definitionsgleichung für I und deren Bedeutung Abgrenzung U vs. I mittels geeigneter Modelle Aufnehmen und Deutung einer Messreihe Naturgesetz und seine Gültigkeitsgrenzen, Idealisierung (T = konst.) als Methode L.L. Energie, Verbindung E-Lehre Mechanik SE, Einsatz mathematischer Methoden - 3 -

4 2. Grundbegriffe der Elektrotechnik 2.1 Magnetfeld eines geraden Leiters 2.2. Kraft auf einen stromdurchflossenen Leiter im Magnetfeld 2.3. Elektromotor 2.4. Lorentzkraft 2.5. Induktion im bewegten Leiter, Lenzsche Regel, Generator 2.6. Induktion im ruhenden Leiter, Transformator, Energietransport Historischer Bezug (Oerstedt), L.L. Felder PA zu einem der Themen 2.2 bis 2.5; es bieten sich Elektromotor, Generator oder Transformator an Bezug zu Energie (Lenzsche Regel als Folgerung aus dem Energieerhaltungsprinzip) Physik im Alltag, Anknüpfen an Vorerfahrungen der Schüler Klasse 10 (dreistündig) Mechanik 1. Kinematik - Bewegungsgleichungen der geradlinig gleichförmigen und der gleichmäßig beschleunigten Bewegung - t-s und t-v-diagramme beider Bewegungsarten - Freier Fall - Wurfbewegungen 2. Dynamik - Kraft und Wechselwirkungsgesetz - Newtonsches Grundgesetz und Trägheitsgesetz - Mechanische Arbeit und Energie - Impuls und Stoß - Gleichförmige Kreisbewegung - Mechanische Schwingungen und Wellen Mathematische Beschreibung von Vorgängen, Wechsel der Darstellungsform (Gleichung Diagramm), Diagramm als Mittel zu Deutung SE, experimentelle Bestimmung einer Naturkonstanten Vektorielle Betrachtung, Prinzip der ungestörten Überlagerung von Bewegungen, Anknüpfen an Alltagserfahrungen: Optimaler Abwurfwinkel SE, L.L. Naturgesetze, historische Bedeutung physikalischer Entdeckungen L.L. Energie, Energie und Impuls als Erhaltungsgrößen PA, Schwingung als periodischer Vorgang, mathematische Beschreibung (sin, cos) - 4 -

5 Klassenstufen 11 und 12: Grundfach 1. Elektrische Felder und Wechselwirkungen 2. Magnetische Felder und elektromagnetische Induktion 2.1. Magnetische Flussdichte 2.2. Elektromagnetische Induktion 2.3. Wechselstrom 3. Schwingungen 3.1. Mechanische Schwingungen 3.2. Elektromagnetischer Schwingkreis 4. Wellen 4.1. Entstehung, Ausbreitung und Eigenschaften mechanischer Wellen 4.2. Entstehung, Ausbreitung und Eigenschaften hertzscher Wellen 5. Optik 5.1. Strahlenmodell des Lichts 5.2. Wellenmodell des Lichts 6. Mechanik des starren Körpers 6.1. Kinematik der Kreisbewegung der Punktmasse 6.2. Drehmoment und Gleichgewicht starrer Körper 6.3. Dynamik der Kreisbewegung der Punktmasse und der Rotation starrer Körper 7. Thermodynamik 8. Quantenphysik 8.1. Quantenphysik des Lichts 8.2. Quantenphysik des Elektrons 8.3. Quantenphysik der Atomhülle 8.4. Physik des Atomkerns 8.5. Kernenergie und ihre Nutzung - 5 -

6 Klassenstufen 11 und 12: Leistungsfach 1. Elektrische Felder und Wechselwirkung 2. Magnetische Felder und elektromagnetische Induktion 2.1. Magnetische Flussdichte 2.2. Elektromagnetische Induktion 2.3. Wechselstrom 3. Schwingungen 3.1. Mechanische Schwingungen 3.2. Elektromagnetische Schwingungen 4. Wellen 4.1. Entstehung, Ausbreitung und Eigenschaften mechanischer Wellen 4.2. Entstehung, Ausbreitung und Eigenschaften hertzscher Wellen 5. Optik 5.1. Strahlenmodell des Lichts 5.2. Wellenmodell des Lichts 6. Mechanik des starren Körpers 6.1. Kinematik der Kreisbewegung der Punktmasse 6.2. Drehmoment und Gleichgewicht starrer Körper 6.3. Dynamik der Kreisbewegung der Punktmasse und der Rotation starrer Körper 7. Thermodynamik 8. Spezielle Relativitätstheorie 8.1. Kinematik 8.2. Einige dynamische Probleme 9. Quantenphysik 9.1. Quantenphysik des Lichts 9.2. Quantenphysik des Elektrons 9.3. Quantenphysik der Atomhülle 9.4. Physik des Atomkerns 9.5. Kernenergie und ihre Nutzung - 6 -