Lernbereich 1: Grundlagen der Elektronik 9 Ustd. Elektronik

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1 Lernbereich 1: Grundlagen der Elektronik 9 Ustd. Elektronik Lehrplaninhalte Hinweise zu den Inhalten Themen in SPEKTRUM-PHYSIK Std. Einblick gewinnen in Bedeutung und Leistungsfähigkeit der Elektronik Überblick über die Vielfalt elektronischer Bauelemente Unterrichtsgänge bzw. Exkursionen Rohstoffe, Herstellung Halbleiterbauelemente Pinnwand: Halbleiterbauelemente Anwenden der Kenntnisse und Fertigkeiten beim Experimentieren SE: charakteristische Eigenschaften ausgewählter Halbleiterbauelemente Halbleiterdiode, Solarzelle rechnergestütztes Erfassen und Auswerten von Messwerten problemorientiertes, forschendes Erschließen Kenngrößen, I(U)-Kennlinie Si-, Ge-, Z-Dioden, LED Transistor Messunsicherheiten SE Diode SE Transistor Die Diode ein elektrisches Ventil Aus Wechselstrom wird Gleichstrom Die Solarzelle Die Z-Diode einelektronisches Potentiometer Der Transistor Die Diode ein elektrisches Ventil Solarzelle Z-Diode Transistor als Schalter Transistor als Verstärker Ableiten von Schlussfolgerungen zur Nutzung der Bauelemente Diagramme praktische Anwendungsmöglichkeiten Kennen prinzipieller Leitungsmechanismen bei Halbleitern Leitung in Halbleitern 10 Leitung in Halbleitern 6 reine und dotierte Halbleiter Paarbildung, Rekombination energetische Betrachtungen Streifzug: Das Innere der Diode Streifzug: Das Innere der Solarzelle 11 1 Das Innere der Diode 7 n- und p-leitung Hinweis auf pn-übergang Anwenden der Kenntnisse auf einfache Schaltungen Gleichrichterschaltung, elektronische Schalter und Verstärker V&A Elektronische Schaltungen Elektronik

2 Lernbereich 2: Energieversorgung 18 Ustd. Energieversorgung Lehrplaninhalte Hinweise zu den Inhalten Themen in SPEKTRUM-PHYSIK Std. Übertragen der Kenntnisse über Energie auf Möglichkeiten der Energiebereitstellung Weiterentwicklung des Energiebegriffs aus den Klassenstufen 7 und 8 Geschichte des Energiebegriffs Energiequellen und Energienutzung Wiederholung Energiequellen 12 Energieversorgung als Problem der Menschen Energieressourcen, Energiebedarf Energienutzung beim End Verbraucher Energiebedarf einer Familie Energienutzung und die Folgen Sekundärenergie Strom Energienutzung und Energiebedarf Energienutzung und die Folgen 1 14 Übertragung, Umwandlung, Erhaltung und Entwertung von Energie Erläutern der Entwertung an Beispielen Energieentwertung Energieumwandlungen Einbahnstraße Energieentwertung Energieentwertung 15 Bereitstellung elektrischer Energie durch Kraftwerke Kraftwerksarten Kraftwerksprozess Primär-, Sekundär-, Endenergie und Abwärme fossile und regenerative Energieträger Primärenergie Sekundärenergie Endenergie Abwärme Das Wärmekraftwerk Prozesswärme Abwärme Streifzug: Das Wärmekraftwerk ein riesiger Energieentwerter Der Kraftwerksprozess Das Wärmekraftwerk 16 Anwenden der Kenntnisse zur elektromagnetischen Induktion auf die Bereitstellung und den Transport elektrischer Energie Nutzung von Generatoren bei der Bereitstellung elektrischer Energie Kl. 7, LB 1 Elektromagnetische Induktion Erzeugung elektrischer Energie Elektromagnetische Induktion 18 elektromagnetische Induktion Induktion durch Änderung der wirksamen Spulenfläche Induktion durch Änderung des Magnetfelds Michael Faraday Streifzug: Michael Faraday ein genialer Experimentator Unter welchen Bedingungen entsteht eine Induktionsspannung? Induktionsspannung und Magnetfeld Elektromagnetische Induktion Induktionsspannung und Magnetfeld Parameter, von denen der Betrag der Induktionsspannung abhängt Je-desto-Aussagen Wechselstromgenerator Transformator Spannungsübersetzung, Energieübertragung mittels Hochspannung Begriffe: Wechselstrom, Wechselspannung Bauformen von Generatoren in Kraftwerken Werner von Siemens Wirkungsgrad Energieverbundnetze, Energieverlust bei Übertragung elektrischer Energie Wechselspannung Wechselstromgenerator V&A Induktion Pinnwand: Wundersame Erzeugung von elektrischem Strom Transformator Pinnwand: Besondere Trafos Übertragung elektrischer Energie Energiebedarf und seine Deckung Verbundnetze Wechselspannung Der Transformator als Energiewandler Übertragung elektrischer Energie Energiebedarf und seine Deckung Energieversorgung 52

3 Lernbereich 2: Energieversorgung 18 Ustd. Energieversorgung Fortsetzung Lehrplaninhalte Hinweise zu den Inhalten Themen in SPEKTRUM-PHYSIK Std. Einblick gewinnen in die Nutzung der Energie der Atomkerne Radioaktivität und Kernenergie Radioaktivität 54 6 Einführung in die Geschichte der Kernenergie Marie Curie Historische Entwicklung der Atom- und Kernphysik Streifzug: Wegbereiter der Kernphysik Erscheinung der Radioaktivität Arten radioaktiver Strahlung natürliche Radioaktivität in der Umgebung Streifzug: Umgebungsstrahlung Woraus besteht ionisierende Strahlung Streifzug: Aus α wird Helium Zerfallskurve und Halbwertszeit Streifzug: Wie alt ist Ötzi? V&A Radioaktivität Feste Körper und doch nicht stabil Radioaktiver Zerfall und Umgebungsstrahlung Aktivität und Halbwertszeit Feste Körper und doch nicht stabil 2 4 biologische Wirkung ionisierender Strahlung Strahlenschutz Strahlenwirkungen und Strahlenschutz Wirkungen von Strahlung Schäden durch ionisierende Strahlung Streifzug: Nahrungsketten und Belastungspfade Strahlenwirkungen 5 6 Nachweis Zählrohr, Nebelkammer Nachweis von Radioaktivität Nachweis von Radioaktivität 28 Atomkern Protonen, Neutronen Kernbindungskräfte isotope Kerne CH, Kl. 7, LB 2 CH, Kl. 8, LB 2 Aufbau der Atomkerne 56 Aufbau der Atomkerne 27 Kernreaktor Wie funktionieren Kernkraftwerke 74 2 Kernspaltung Kettenreaktion Entdeckung der Kernspaltung durch Otto Hahn, Fritz Strassmann, Lise Meitner Streifzug: Wegbereiter der Kernphysik Die Kernspaltung Aufbau und Wirkungsweise Aufbau und Arbeitsweise eines Druckwasserreaktors Im Reaktordruckgefäß Reaktorsicherheit Der Brennstoffkreislauf Der Druckwasserreaktor Reaktorsicherheit Der Brennstoffkreislauf Sich positionieren zu den Vor- und Nachteilen verschiedener Kraftwerksarten Vergleich von Kraftwerksarten Energienutzung und Umweltbelastung Sich positionieren zu Chancen und Risiken der Atomenergie Reserven an fossilen Energieträgern Möglichkeiten und Risiken der Nutzung einzelner Energieträger Reflexions- und Diskursfähigkeit thermische und fotovoltaische Nutzung der Solarenergie Erarbeiten eines komplexen Vorschlags zum Energiesparen oder zu Perspektiven der Energieversorgung Werteorientierung Energiegewinnung Atombombe, Hiroshima und Nagasaki Kraftwerke im Vergleich Alle Kraftwerke im Vergleich Energie aus Wind und Sonne Streifzug: Die Erde ein riesiges Treibhaus Historische Entwicklung der Atom- und Kernphysik Kraftwerkstypen Treibhauseffekt 42 4 Radioaktivität und Kernenergie 87

4 Lernbereich : Bewegungsgesetze 16 Ustd. Bewegungsgesetze Lehrplaninhalte Hinweise zu den Inhalten Themen in SPEKTRUM-PHYSIK Std. Darstellung von Bewegungen 90 2 Kennen des Begriffs Bewegung Bezugssystem und Relativität der Bewegung Bewegung als Ortsänderung in einer Zeit Modell Massepunkt geradlinige Bewegung, Schwingung, Kreisbewegung Interpretieren verschiedener s(t)-diagramme Bewegungen in verschiedenen Bezugssystemen Grafische Darstellung 9 90 Bewegungen in verschiedenen Bezugssystemen Grafische Darstellung von Bewegungen Beherrschen des Umgangs mit Größen und Gesetzen der Kinematik Unterscheidung von Durchschnitts- und Augenblicksgeschwindigkeit s v = t ohne Anfangsgeschwindigkeit Durchschnitts- und Momentangeschwindigkeit 92 Durchschnitts- und Momentangeschwindigkeit 45 geradlinig gleichförmige Bewegung s(t) = v t Einsatz GTR oder Computer zur Erfassung und Auswertung von Messwerten Gleichförmige Bewegungen 91 geradlinig gleichmäßig beschleunigte Bewegung a = v t Beschleunigungen und Geschwindigkeiten aus Technik, Alltag, Natur Beschleunigte Bewegungen Die Beschleunigung Pinnwand: Beschleunigungen und Verzögerungen V&A Beschleunigungen Beschleunigung 47 s(t) = a 2 t 2 ; v(t) = a t MA, Kl. 9, LB 1, quadratische Gleichungen Zusammenhang von Geschwindigkeit und Zeit Zusammenhang von Weg und Zeit grafische Deutung kinematischer Größen in Diagrammen Beschleunigung als Anstieg der Geraden im v(t)-diagramm Weg als Fläche unter dem Graphen im v(t)-diagramm Gesetze der gleichförmig-beschleunigten Bewegung 96 Bewegungsgesetze 48 Übertragen der Kenntnisse über Bewegungsgesetze auf den freien Fall g als Fallbeschleunigung Würdigung Galileo Galileis Hinweis auf Bewegung mit Reibung Anfertigen von Fallschnüren Experiment zur Überprüfung einer Hypothese Methodenbewusstsein Fallbewegungen Gesetze des freien Falls (Hinweis Luftwiderstand) V&A Fallbewegungen Streifzug: Die Väter der Mechanik Fallbewegungen 50 Kennen der Newton schen Gesetze Die Newton schen Gesetze 102 F = m a Würdigung Isaac Newtons Eigenschaft der Masse: Trägheit und Schwere Schwerelosigkeit, Astronaut im Raumschiff Das Newton sche Grundgesetz Streifzug: Der erste Mondflug Streifzug: Alle Körper ziehen einander an Streifzug: Die Väter der Mechanik Das Newton sche Grundgesetz 52 SE Bestimmung von Beschleunigungen Trägheitsgesetz und Wechselwirkungsgesetz Fallmaschine von Atwood Rückstrahlantrieb SE Beschleunigung Rechenbeispiele Das Trägheitsgesetz Das Wechselwirkungsgesetz Das Newton sche Grundgesetz; Trägheitsgesetz Das Wechselwirkungsgesetz 5 54

5 Lernbereich : Bewegungsgesetze 16 Ustd. Bewegungsgesetze Fortsetzung Lehrplaninhalte Hinweise zu den Inhalten Themen in SPEKTRUM-PHYSIK Std. Geschwindigkeiten und Kräfte im Straßenverkehr Bremsvorgänge 55 Beurteilen von Gefahren im Straßenverkehr bei Bremsvorgängen Computersimulationen auch zum Einfluss der Reibung Bremsvorgänge auf dem Computer 112 Bremsverzögerung, Bremsweg Bestimmen der Reaktionszeit im Experiment Faustregeln der Fahrschule V&A Fallbewegungen V4 Streifzug: Achtung Hindernis Bremskraft Sturzhelm, Sicherheitsgurt, Knautschzone Crashtest Kräfte bremsen ein Fahrzeug ab und können es verformen Streifzug: Verkehrssicherheit Einblick gewinnen in Grenzen klassischer mechanischer Vorstellungen Albert Einstein Streifzug: Die Väter der Mechanik Bewegungsgesetze Lernbereich 4: Physikalisches Praktikum 7 Ustd. Physikalisches Praktikum Lehrplaninhalte Hinweise zu den Inhalten Themen in SPEKTRUM-PHYSIK Std. Praktikum 124 Anwenden des Wissens beim Lösen von Aufgaben aus Mechanik und Elektrik elektrische Schaltungen rechnergestütztes Erfassen und Auswerten von Messwerten Gesetze am Transformator; Gleichrichterschaltungen; Modell eines Netzteils Aufnehmen und Auswerten von Diagrammen zur Beschreibung von Bewegungen Vorgehensweise am Beispiel Selbstinduktion Transformator Gleichrichtuerschaltung Netzteil Beschleunigte und gleichförmige Bewegungen Das Newton sche Grundgesetz Freier Fall 124 Problemlösen bei komplexen experimentellen Anforderungen Problemlösestrategien Entwickeln von Experimentieranordnungen Bearbeiten von Erklärungsproblemen Kommunikationsfähigkeit Arbeitsorganisation Selbstinduktion, belasteter Transformator Auswertung des Versuchs Selbstinduktion 124 1

6 Wahlpflicht 1: Natürliche Radioaktivität 4 Ustd. Lehrplaninhalte Hinweise zu den Inhalten Themen in SPEKTRUM-PHYSIK Std. Sich positionieren zur Radioaktivität in Natur und Technik Entdeckung der Radioaktivität Henri Becquerel, Marie Curie Radioaktivität Streifzug: Die Wegbereiter der Kernphysik 67 Aufbau und Wirkungsweise des Geiger- Müller-Zählrohrs Filmdosimeter Das Zählrohr Strahlenwirkungen und Strahlenschutz 59 Das Zählrohr 29 Eigenschaften radioaktiver Strahlung Durchdringungsvermögen Reichweite Schlussfolgerungen für Strahlenschutz Wirkung von Strahlung Durchdringungsvermögen Reichweite Schäden durch ionisierende Strahlung Durchdringungsvermögen 1 6 Radioaktivität als Umweltfaktor, Nulleffekt natürliche Strahlenbelastung, Radonproblem experimentelle Untersuchung von Gesteinen Zählrate und Nulleffekt Streifzug: Umgebungsstrahlung V&A Radioaktivität (V) Anwendungen radioaktiver Präparate in Medizin und Technik nuklearmedizinische Diagnostik, Strahlentherapie von Tumoren Qualitätsüberwachung: Werkstoffprüfung, Verschleißmessung Pinnwand: Medizinische Anwendung von Strahlung Pinnwand: Technische Anwendung von Strahlung 72 7 Anwendung von Strahlung Anwendung von Strahlung 7 7 Wahlpflicht 2: Energie von Wind und Sonne 4 Ustd. Lehrplaninhalte Hinweise zu den Inhalten Themen in SPEKTRUM-PHYSIK Std. Sich positionieren zur Nutzbarkeit der Energie von Wind und Sonne Medienkompetenz Energie aus Wind und Sonne 48 4 Aufbau und Wirkprinzip einer Windkraftanlage Rotorarten, Generator, Windmühlen, Segelschiffe Windenergie Streifzug: Windkraftanlagen Streifzug: Nutzung der Sonnen- und Windenergie Energie aus Sonne und Wind 25 thermische Nutzung der Solarenergie Sonnenkollektoren, Solardampfmaschine Erzeugung hoher Temperaturen mittels Brennlinsen; Treibhauseffekt Sonnenkollektoren Streifzug: Nutzung von Sonnenenergie Fotovoltaik Arten von Solarzellen, Wirkungsweise SE: Abhängigkeit der elektrischen Leistung von Bestrahlungsstärke, Bestrahlungswinkel und Temperatur Die Solarzelle Solarbatterie SE Solarzelle Vor- und Nachteile Recherche und Präsentation

7 Wahlpflicht : Bewegungen auf gekrümmten Bahnen 4 Ustd. Lehrplaninhalte Hinweise zu den Inhalten Themen in SPEKTRUM-PHYSIK Std. Anwenden von Gesetzen der Kinematik und Dynamik auf Bewegungen auf gekrümmten Bahnen Kreisbewegungen 114 gleichförmige Kreisbewegung Bahngeschwindigkeit 2π r v = T Beispiele aus Sport, Technik und Raumfahrt Bahngeschwindigkeit von Erde und Mond Bahngeschwindigkeit Pinnwand: Kreisbewegungen Kreisbewegungen 56 Radialkraft Fr = m v 2 r Vergleich der Größenordnung von Radialkräften und -beschleunigungen Hammerwerfen, Fahren in einer Kurve, Loopingbahn Radialkraft Kurvenfahren Pinnwand: Kreisbewegungen Streifzug: Eine merkwürdige Kraft Pinnwand: Zentrifugen Kreisbewegungen Die Zentrifugalkraft eine merkwürdige Kraft 57 Satellitenbahnen Bahnformen, Gravitationskraft; Simulation Anwendungen der Satellitentechnik Pinnwand: Kreisbewegungen 117 1