Vorschlag für einen Stoffverteilungsplan Sachsen Physik Klasse 9 Mittelschule

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1 Vorschlag für einen Stoffverteilungsplan Sachsen Physik Klasse 9 Mittelschule Es werden folgende Abkürzungen verwendet: LB Lehrbuch Link Physik 9 SN MS. DUDEN PAETEC Schulbuchverlag 2006, ISBN SEA Kombipaket S I Experimentieranleitungen mit CD-ROM. DUDEN PAETEC Schulbuchverlag, ISBN AB I Kombipaket Kopiervorlagen Physik (Arbeitsblätter) mit CD-ROM. DUDEN PAETEC Schulbuchverlag, ISBN SE Schülerexperiment DE Demonstrationsexperiment Wh Wiederholung aus anderen Lernbereichen oder anderen Fächern Stundenzahl 10 Lernbereich 1: Leitungsvorgänge in Halbleitern 1 Kennen der Eigenleitung in Halbleitern Aufbau von Halbleitern Inhalte Methodische Hinweise Hinweise auf Lehr- und Lernmittel Berichten über Anwendungen von Halbleiterbauelementen und ihren Einfluss auf Technik und Gesellschaft Atombindung von Siliziumatomen im reinen Kristall, Elektronenpaare, Vergleichen des spezifischen Widerstands mit dem von Metallen, Begriff Halbleiter Einblick gewinnen in die Herstellung reinen Siliziums und von Wafern LB S verschiedene Halbleiterbauelemente und Leiterplatten Videosequenzen 4 Art, Freisetzung und Bewegung der Ladungsträger Wh Leitungsvorgänge in Metallen, Notwendigkeit und Möglichkeit zur Freisetzung von Ladungsträgern in Halbleitern durch Wärme bzw. Licht, Entstehung von frei beweglichen Elektronen und Löchern als Ladungsträger, Bewegung der Elektronen und Löcher unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes, Vergleichen mit Leitungsvorgang im Metall Videosequenzen Widerstandsänderung bei Halbleiterbauelementen Wh elektrischer Widerstand, Definitionsgleichung SE Ermitteln des Widerstands eines Heißleiters bei drei verschiedenen Temperaturen bzw. eines Fotowiderstands bei 1 Geräte für SE, SEA E28 AB Elektrische Leitungs-

2 unterschiedlicher Belichtung (Vermutungen anstellen, arbeitsteilig) Interpretieren von I(U)- und R(ϑ)-Diagrammen, Verwenden der Bauelemente zur Messung von Temperatur und Beleuchtungsstärke Dämmerungsschalter, Lichtschranke (Recherchearbeit oder Modellbau) vorgänge in Halbleitern Folien mit Diagrammen evtl. Bausätze 4 Kennen der Leitungsvorgänge in dotierten Halbleitern n-leitung, p-leitung Sperr- und Durchlassrichtung Halbleiterdiode Vorstellen von Halbleiterbauelementen, bei denen gewünschte Effekte durch gezielte Verunreinigung (Dotierung) erreicht werden Erzeugung wanderungsfähiger Ladungsträger durch entsprechendes Dotieren, Hinweis auf technische Realisierung Erzeugen eines pn-übergangs im Kristall, Voraussage der Abhängigkeit des elektrischen Widerstands von der Stromrichtung (Sperr- und Durchlassrichtung), SE Anwendung von Halbleiterdioden, Begriffe Anode und Katode (Kennzeichnung), Anwendung bei Verpolschutz SE Gleichrichtung von Wechselstrom, Anwendung z. B. in Netzadaptern, in elektrischen Messgeräten verschiedene Halbleiterdioden AB Elektrische Leitungsvorgänge in Halbleitern Videosequenz Geräte für SE, SEA E29, P14 demontierte Realgeräte AB Die Halbleiterdiode Leuchtdiode (LED) Informieren über die Emission von Licht bei Vorgängen in der Grenzschicht bei Durchlassrichtung, Einsatz von Leuchtdioden als Anzeigeelement und als moderne Lichtquelle verschiedene Leuchtdioden und 7-Segment-Anzeigen (LED) 1 Fotovoltaik Solarzelle Fotovoltaik zur regenerativen Energieerzeugung Halbleiterbauelement, in dem der Effekt bei der Leuchtdiode umgekehrt wird, Vergleich Fotovoltaik Sonnenkollektoren SE Einfluss von Beleuchtungsstärke, Fläche und Einfallswinkel auf die elektrische Leistung Solarmodule, Solarmotoren Geräte für SE 6 Lernbereich 2: Kernumwandlungen Nutzen und Gefahren 2 LB S

3 1 Sich positionieren zu Nutzen und Gefahren von Kernprozessen natürliche Radioaktivität Diskussion von persönlichen Standpunkten zur Anwendung von Kernprozessen, Herausarbeiten der Notwendigkeit fachlicher Grundkenntnisse zur Argumentation Informieren über Entdeckung der Radioaktivität durch HEN- RI BEQUEREL und MARIE CURIE (evtl. Schülervortrag) Wh Aufbau von Atomkernen radioaktive Strahlung in der Umwelt, Radonproblem, Resthalden aus Uranbergbau (Recherchearbeit) Videosequenzen AB Aufbau von Atomen 3 Arten radioaktiver Strahlen Mitteilen der Existenz verschiedener radioaktiver Strahlen und ihrer Natur, Zerfallsgleichungen, Hinweis auf Zerfallsreihen Halbwertszeit, Anwendung bei Altersbestimmung in der Archäologie AB Natürliche Radioaktivität Eigenschaften, Wirkungen, Nachweis, Schutz Ablenkung durch elektrische und magnetische Kräfte DE Reichweite und Durchdringungsfähigkeit von α-, β-, γ- Strahlung Schwärzung fotoempfindlichen Materials, biologische Wirkungen, Auswirkungen bei Kernwaffen, Reaktorhavarien, atomarer Restmüll (Bezug zur Einführungsdiskussion) Filmdosimeter, Zählrohranordnungen als traditionelle Nachweisgeräte 1 künstliche Kernumwandlung Möglichkeit der Veränderung von stabilen Atomkernen zu instabilen Kernen durch äußere Einwirkungen z. B. in Kernreaktoren, Kernwaffen, Umwandlungsgeneratoren Begriff Isotop, Anwendung zur Werkstoffprüfung, Verschleißmessung, medizinische Diagnostik und Therapie AB Anwendung radioaktiver Strahlung 1 Kernkraftwerk Bestandteile eines Kernkraftwerks und deren Funktion, Hinweis auf Kernspaltung mit Freisetzung von Wärme und radioaktiver Strahlung im Reaktor, Vergleich mit anderen Kraftwerksarten, Vor- und Nachteile verschiedener Kraftwerksarten, Rückbezug zur Einführungsdiskussion AB Kernenergie 3

4 14 Lernbereich 3: Kosmos, Erde und Mensch 1 Einblick gewinnen in die Geschichte der Astronomie Astronomie im Altertum, Weltbilder Astronomie von der Astrologie abgrenzen, Beobachtungen als Grundlage elementarer astronomischer Erkenntnisse Hinweise auf den Schattenstab Beschreibung der Entwicklung der Vorstellungen über das Universum: geozentrisches und heliozentrisches Weltbild LB S LB Faszinierende Astronomie des DUDEN PAE- TEC Schulbuchverlags, S Beherrschen der Orientierung am Sternenhimmel Horizont, Himmelsäquator, Himmelsnordpol, Zenit, Meridian Einführung der scheinbaren Himmelskugel mit den wichtigsten Begriffen für eine eindeutige Orientierung am Sternenhimmel Horizontsystem mit drehbarer Scheibe Bekannt machen der Schüler mit der drehbaren Sternkarte und Übungen dazu Diskutieren der tatsächlichen und der scheinbaren Bewegungen: Rotation der Erde, scheinbare tägliche Bewegungen von Sonne und Sternen Wenn möglich, sollte dieses Thema mit einem Beobachtungsabend oder mit dem Besuch einer Sternwarte oder eines Planetariums gekoppelt werden. drehbare Sternkarte Besuch einer Sternwarte oder eines Planetariums 2 Sterne und Sternbilder Bestimmen der Himmelsrichtung mithilfe des Nordpolarsterns, Besprechen weiterer Möglichkeiten der Bestimmung von Himmelsrichtungen (Uhr, Kompass) Beobachtungsabend Ständig bei uns zu beobachtende Sternbilder, dabei Konzentration auf wenige Sternbilder Hervorheben des Wesens von Sternbildern (vom Menschen geschaffene, relativ willkürliche Zusammenfassungen von Sternen zu anschaulichen Bildern), Übungen im Aufsuchen von Sternbildern mit der drehbaren Sternkarte drehbare Sternkarte Abgrenzen der Tierkreissternbilder von den in der Astrologie 4 LB Faszinierende Astro-

5 7 (1) Kennen unseres Sonnensystems Überblick über das Sonnensystem üblichen Tierkreiszeichen Vermitteln von Vorstellungen über - die wichtigsten Himmelskörper in unserem Sonnensystem (Sonne, große Planeten, Monde, Planetoiden, Kometen, Meteoriten) - die Größen von Sonne, Planeten und Monden im Vergleich zur Größe der Erde (maßstäbliche Veranschaulichung) - die Abstände zwischen der Sonne und den großen Planeten (maßstäbliche Veranschaulichung) nomie des DUDEN PAE- TEC Schulbuchverlags, S. 47 Besuch eines Planetenwanderweges (2) Sonne als Stern Beschreiben des Aufbaus der Sonne, Darstellen der Energiefreisetzung der Sonne und des Energietransports zur Oberfläche, Beschreiben ausgewählter Vorgänge auf der Sonnenoberfläche und in der Sonnenatmosphäre wie Sonnenflecken und Protuberanzen Vermitteln von Informationen über die Strahlungsleistung der Sonne und die auf die Erdatmosphäre treffende Sonnenenergie aktuelles Bildmaterial im Internet auf der Homepage der NASA ( (2) Erde und ihr Mond Darstellen der Größen- und Bahnverhältnisse, Erforschung des Erdmondes, Hinweise auf die Apollomissionen 1969 bis 1972 und weitere Erkundungen mit Satelliten und Robotern, Erläutern des Zustandekommens von Sonnen- und Mondfinsternissen Beobachtungen der scheinbaren Bahn des Mondes (1) (1) Planeten unseres Sonnensystems Gesetze der Planetenbewegung Vermitteln typischer Eigenschaften der großen Planeten mit der Einteilung in erdähnliche und jupiterähnliche Planeten (grober Überblick) Formulieren der keplerschen Gesetze und des Gravitationsgesetzes in Form von Je-desto-Aussagen, Verzicht auf Berechnungen, Folgerungen für Planetenbewegungen, z. B.: In Sonnennähe bewegt sich die Erde etwas schneller als in Sonnenferne. Ein Planet außerhalb der Erdbahn hat eine größere aktuelle Bilder unter Nutzung von Simulationen, z. B. in Basiswissen Physik, DUDEN PAETEC Schulbuchverlag 5

6 Umlaufzeit um die Sonne als die Erde. 2 Einblick gewinnen in die Entwicklung des Weltalls 20 Lernbereich 4: Bewegungen und ihre Ursachen 3 Beurteilen von gleichförmigen Bewegungen geradlinig gleichförmige Bewegung Weg-Zeit-Gesetz s = v t gleichförmige Kreisbewegung Einblick geben mithilfe des Hertzsprung-Russel-Diagramms (HRD), keine detaillierte Darstellungen Darstellung der gängigen Entwicklungstheorie, Hinweise auf die Entstehung und den Lebensweg von Sternen, Hinweis auf das Alter und die Lebensdauer unserer Sonne Diskussion zur Stellung des Menschen im Weltall: Hierbei kann an die Frage Sind wir allein im All? angeknüpft werden. Einbeziehen von Schülervorträgen Wh Kl.6: Unterscheiden von Bewegungen nach ihrer Bahnform und nach dem Betrag der Geschwindigkeit, Definitionsgleichung der Geschwindigkeit anhand von Freihandexperimenten und Beispielen Merkmale der geradlinig gleichförmigen Bewegung DE Zusammenhang von Weg und Zeit für zwei Bewegungen mit unterschiedlicher Geschwindigkeit, Üben von Auswertungsverfahren Zeichnen und Deuten von Graphen im s(t)-diagramm und im v(t)- Diagramm, s ~ t, v = konst., v 1 > v 2 Lösen von Aufgaben, darunter Interpretation von Diagrammen, Berechnungen DE Feststellen der Konstanz der Bahngeschwindigkeit, dabei s u und t T, Beispiele für entsprechende Bewegungen, Abgrenzen von Drehbewegungen LB S Geräte für Freihandexperimente, z. B. Modelllokomotive auf geradem Gleis AB Gleichförmige Bewegung, z. B. Modelllokomotive auf Schienenkreis 6 Beurteilen von gleichmäßig beschleunigten Bewegungen Eingrenzen auf Bewegungen auf gerader Bahn, Merkmale gleichmäßig beschleunigter Bewegung an Freihandexperi- 6 Geräte für Freihandexperi-

7 physikalische Größe Beschleunigung Zusammenhang von Geschwindigkeit und Zeit v = a t Zusammenhang von Weg und Zeit s = a/2 t² freier Fall Fallbeschleunigung Anwenden der newtonschen Gesetze auf Bewegungsvorgänge menten und Beispielen, darunter Bewegung auf geneigter Ebene, verzögerte Bewegungen physikalische Bedeutung, Formelzeichen a, Definitionsgleichung, einfache Berechnung, dabei Einheit verständlich machen, Größenvorstellungen von Beschleunigungen bekannter Bewegungen Begriff Momentangeschwindigkeit, Tachometer, Näherung bei der Messung kleiner Weg- bzw. Zeitintervalle, Laserpistole Herleiten der Gleichung für das v(t)-gesetz für a = konst. aus dem oder in den Stand, Interpretieren der Gleichung, Zeichnen und Deuten von v(t)-diagrammen, v ~ t, a 1 < a 2, evtl. DE Bestätigung der Gültigkeit des Gesetzes für eine Bewegung DE Ermittlung von Messwerten für s und t mit oder Computersimulation, Anwenden der Auswertungsverfahren, Zeichnen eines s(t)-diagramms, Deuten des Graphen, s ~ t², Mitteilen und Interpretieren der Gleichung, Berechnungen Beispiele für Fallbewegungen mit und ohne Luftwiderstand Begriff freier Fall, Informieren über Simulationen von freiem Fall mit Flugzeugen und in der Versuchsanstalt Bremen, Überlegungen von GALILEI zum freien Fall DE Bestätigung, dass freier Fall Sonderfall der gleichmäßig beschleunigten Bewegung ist mit Fallbeschleunigung g Ermitteln der mittleren Fallbeschleunigung aus den Werten im Experiment, Informieren über mittlere Fallbeschleunigungen auf der Erde und anderen Himmelskörpern SE/DE Fallschnur, Berechnungen Diskutieren der Ursachen für beschleunigte Bewegungen, Wh Kl.7: Kraft, Kraft als Wechselwirkungsgröße 7 mente Tachometer, Computer mit Simulationsprogramm AB Gleichförmige und gleichmäßig beschleunigte Bewegung geneigte Ebene Fallanordnung, evakuierbare Fallröhre AB Der freie Fall Fallschnur AB Kräfte und ihre Wirkungen, Geräte für Freihandde-

8 1 Wechselwirkungsgesetz Bewusst machen des Wirkens von Kraft und gleich großer Gegenkraft DE Segnersches Wasserrad, Rückstoß von Geschützen, Raketenantrieb monstrationen 2 Newtonsches Grundgesetz F = m a Bezug zur Einführungsdiskussion DE/SE Zusammenhang von Beschleunigung und Kraft sowie Beschleunigung und Masse (halbquantitativ) Mitteilen und Interpretieren der Gleichung, Vergleichen mit experimentellen Ergebnissen, einfache Berechnungen, dabei Betrachtung der Einheiten Beschleunigungskräfte und Bremskräfte im Straßenverkehr und beim Sport, Reibung als verzögernde Kraft, Gewichtskraft, Fallbeschleunigung, Zusammenhang von Gewichtskraft und Masse SEA M11, AB Newtonsches Grundgesetz 1 Trägheitsgesetz 2 Anwenden des Energieerhaltungssatzes auf Bewegungsvorgänge 5 Kennen mechanischer Schwingungen Ursachen für Schwingungen Schlussfolgern aus dem newtonschen Gesetz für gleichförmige Bewegung und Ruhe DE Trägheitswirkungen, DE gleichförmige Bewegung auf der Luftkissenbahn Folgen von Trägheitswirkungen im Straßenverkehr und Schutzmaßnahmen Energieumwandlung bei einem frei fallenden Körper, dabei Wh Energiebegriff und Erhaltungssatz potenzielle Energie und deren Abhängigkeiten kinetische Energie und deren Abhängigkeiten (halbquantitativ) energetische Betrachtungen für einen senkrechten Wurf, Bewegung auf einer Achterbahn, Schaukelschwingung Begriff Schwingung, Auftreten von Schwingungen in Alltag und Technik (erwünscht, unerwünscht) Energiezufuhr, rücktreibende Kraft, Trägheit als Ursachen für das Zustandekommen einer Schwingung Reibungskräfte als Ursache der Dämpfung, periodische Energiezufuhr für ungedämpfte Schwingung 8 AB Sicherheitsgurt und Airbag Videosequenzen (Lehrmittel in Fahrschulen) Geräte für Freihandexperimente AB Mechanische Schwingungen

9 Größen zur Beschreibung einer Schwingung f = 1/T Fadenpendel Wahlpflichtbereiche sinnvolle Wahl von Größen, die die Periodizität der Bewegung berücksichtigen: Auslenkung, Amplitude, Periodendauer, Frequenz y(t) Diagramm ungedämpfter und gedämpfter Schwingungen deuten SE Abhängigkeit der Periodendauer von der Pendellänge, Einfluss der Fallbeschleunigung erörtern, Mitteilen der Gleichung SE Bestimmen der Fallbeschleunigung mit schwingenden Körpern Aus den drei Wahlpflichtbereichen können zwei ausgewählt werden. SEA S2, AB Das Fadenpendel SEA S3 LB S Wahlpflichtbereich 1: Utopische Physik LB S Sich positionieren zu physikalischen Sachverhalten in Science-Fiction-Literatur und Filmen In den Schülern bekannten Filmen, TV- Serien und Büchern sollen dort enthaltene physikalische Sachverhalte (Bewegungen, Energieerzeugung und versorgung) und Probleme gefunden werden, einschließlich solcher, die die spezielle Relativitätstheorie tangieren. Durch Vergleich mit dem bisher erworbenen Wissen sollen die Schüler auch Grenzen der klassischen Physik erkennen. 4 Wahlpflichtbereich 2: Leitungsvorgänge in Röhren Einblick gewinnen in die Leitungsvorgänge in Röhren Historisches Wegen der Abgegrenztheit der einzelnen Sachverhalte eignet sich die Bearbeitung dieses Lernbereichs mit der Methode des Gruppenpuzzles. Röhrenempfänger, alte Röhrendioden, Empfangs- und Senderöhren zeigen, auf Einsatzgebiete vor Ausbreitung der Halbleitertechnologie verweisen, Fernseh- und Monitorröhre und ihre Ablösung durch Flachbildschirme Hinweise auf HEINRICH BARKHAUSEN und von MAN- FRED VON ARDENNE, Einfluss der Entwicklung von Rundfunk und Fernsehen auf das Leben LB S Röhrenempfänger, alte Rundfunkröhren Videosequenzen Elektronenstrahlröhre Bereitstellung von Ladungsträgern im Vakuum, DE Glüh- 9

10 Röntgenröhre Leuchterscheinungen in gasgefüllten Röhren 4 Wahlpflicht 3: Werfen und Springen zusammengesetzte Bewegungen Einblick gewinnen in zusammengesetzte Bewegungen im Sport Überlagerung von gleichförmigen Bewegungen waagerechter Wurf, schräger Wurf emission Erzeugen des Elektronenstrahls mittels elektrischer Kräfte, Hinweis auf Leuchtwirkung beim Auftreffen auf den Bildschirm und auf Hell-Dunkel-Steuerung DE punkt- und zeilenweiser Aufbau eines Bildes durch Ablenkung mittels magnetischer Kräfte Hinweis auf Entstehen von Röntgenstrahlen und ihre Entdeckung durch WILHELM CONRAD RÖNTGEN, Nutzung von Röntgenstrahlen, Gefahren und Schutzmaßnahmen, moderne bildgebende Verfahren in der Medizin Mitteilen der Unterschiede im Leitungsvorgang gegenüber der Elektronenstrahlröhre DE Abhängigkeit der Leuchtfarbe von der Art des Füllgases, Verwendung für Reklame, Leuchterscheinung bei Leuchtstofflampen, Vorteile von Leuchtstofflampen zur Raumbeleuchtung Analysieren der Bewegungen bei Wurf- und Sprungdisziplinen im Sport, dabei Vereinfachungen vereinbaren (Massepunkt, keine Luftströmungen), Überlagerung verschiedener Bewegungsarten erkennen Ermitteln der resultierenden Geschwindigkeit: Darstellen der Geschwindigkeit mit Pfeilen, geometrische Addition, Ermittlung einer Bahnkurve Idealisieren des Skisprungs als waagerechter Wurf DE Beobachten der Wurfparabel, Erkennen der Überlagerung von gleichförmiger Bewegung auf gerader Bahn und Fallbewegung, Berechnen des Weges zu verschiedenen Zeiten Konstruktion der Bahnkurven für zwei verschiedene Ab- 10 Modell einer Röntgenröhre LB S AB Zusammengesetzte Bewegungen

11 wurfgeschwindigkeiten, Schlussfolgern für Einfluss der Geschwindigkeit am Schanzentisch auf die Sprungweite senkrechter Wurf 8 Fächerverbindendes Thema: Energie und Umwelt Weitsprung, Kugelstoßen als schräger Wurf, Anwenden der erlernten Verfahren zur Konstruktion von Bahnkurven mit verschiedenen Abwurfwinkeln DE Bestätigung der Erkenntnisse über die Abhängigkeit von Wurfweite und Abwurfwinkel, Computersimulationen, dabei auch Einfluss von Luftwiderstand und Wind, Schlussfolgern für Wurfsportarten und Weitspringen Berechnen von Steighöhen, Wasserfontänen Das Thema orientiert sich an den Perspektiven Raum und Zeit sowie Sprache und Denken und enthält Elemente aus den thematischen Bereichen Umwelt, Gesundheit, Technik und Medien. Computer LB S