Vorschlag für einen Stoffverteilungsplan Sachsen Physik Klasse 9 Gymnasium

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1 Vorschlag für einen Stoffverteilungsplan Sachsen Physik Klasse 9 Gymnasium Es werden folgende Abkürzungen verwendet: LB Lehrbuch Level Physik 9 SN G. DUDEN PAETEC Schulbuchverlag 006, 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 9 Lernbereich 1: Grundlagen der Elektronik Einblick gewinnen in Bedeutung und Leistungsfähigkeit der Elektronik Inhalte Methodische Hinweise Hinweise auf Lehr- und Lernmittel Überblick über die Vielfalt elektronischer Bauelemente Exkursion zu Unternehmen oder Einrichtungen: Unterstützung von Projektierung, Fertigung, Marketing mit elektronischen Systemen; Elektronik in Geräten des täglichen Bedarfs; Vorstellen verschiedener diskreter und integrierter elektronischer Bauelemente, Informationen zur Chipfertigung, Tendenz zur Miniaturisierung, Vergleiche zu historischen Bauelementen 4 Anwenden der Kenntnisse und Fertigkeiten beim Experimentieren Eigenschaften und Einsatzzwecke von Thermistor, Halbleiterdiode, Solarzelle, LED, Transistor Untersuchen von charakteristischen Eiselbstständige Informationsgewinnung mithilfe von LB, Nachschlagewerken und elektronischen Medien, Vorstellung der Ergebnisse Untersuchungen in einfachen SE LB S. 8-9 Sammlung verschiedener Bauelemente, Wafer, Chips, Mikroskop Geräte für Präsentation Geräte für SE 1

2 genschaften bei Halbleiterdiode, Solarzelle, Transistor I(U)-Kennlinien von Halbleiterdioden, I C (U BE )-Kennlinie eines Transistors Kennen der prinzipiellen Leitungsmechanismen in Halbleitern Halbleiterstoffe Silicium, Germanium reine und dotierte Halbleiter, Paarbildung und Rekombination, n- und p- Leitung 1 Übertragen und Anwenden der Kenntnisse auf einfache Schaltungen Gleichrichterschaltungen SE Aufnehmen von Kennlinien in getrennt gemeinschaftlicher Arbeit (leistungsdifferenziert), rechnergestütztes Erfassen und Auswerten, Zeichnen von Diagrammen unter Berücksichtigung der Messunsicherheiten, Interpretieren dieser Diagramme und der Diagramme anderer Bauelemente Ableiten von Schlussfolgerungen für die Nutzung der Bauelemente (Vergleich mit Recherche) Erarbeiten im Unterrichtsgespräch unter Nutzung von Videoclips Erhöhung der Leitfähigkeit bei Energiezufuhr (Temperatur, Belichtung) Hinweise auf pn-übergang und Bezug zu Sperr- und Durchlassverhalten Entwickeln bzw. Interpretieren einfacher Schaltungen aus Kennlinieninterpretation und charakteristischen Eigenschaften DE Aufbau und Wirkungsweise von Einweg- und Brückenschaltung, Nutzung eines Oszillografen, Erklären der Wirkungsweise SEA E9, E30 GTR Video, Applikationsmaterial AB Elektrische Leitungsvorgänge in Halbleitern AB Die Halbleiterdiode Folien von Kennlinien elektronischer Schalter elektronischer Verstärker DE oder Zusammenbau und Erprobung eines Bausatzes für Dämmerungsschalter oder Lichtschranke Hinweis auf Verstärker für Mikrofone und in Audiogeräten, Messverstärker, Beschaffung von Bausätzen, SEA E31 18 Lernbereich : Energieversorgung LB S Übertragen des Energiebegriffs auf Möglichkeiten der Energiebereitstellung Energieversorgung als Problem der Menschheit Übertragung, Umwandlung, Erhaltung und Entwertung von Energie Berichten über Probleme der Energieversorgung: Holzraubbau, Energiekrisen und ihre Folgen, ungleichmäßiger Energiebedarf in der Welt u.ä. LB S Freihandexperimente zur Wh des Energiebegriffs Energieträger, Energiearten und Energieumwandlungen, z. B. Spielzeuge mit elektrischem Antrieb sowie Feder- Geräte für Freihandexperimente AB Energie, Energieformen,

3 und Schwungradantrieb, Heben eines Körpers mit Muskelkraft und elektrisch angetriebenem Spielzeugkran, Akkubohrschrauber, Kerze anzünden, Raumbeleuchtung einschalten, Erwärmen von Wasser mit Gasbrenner und elektrischer Heizplatte Energieträger, die für die Energieversorgung besonders geeignet sind Nutzbarkeit verschiedener Energiearten und Energieträger Elektroenergie als besonders gut nutzbare Energieart (edle Energie), Schlussfolgern zur Notwendigkeit der Energieveredelung durch Umwandlung Wh Energieerhaltungssatz, Entwertung von Energie bei der Energienutzung, Wirkungsgrad von Anlagen Energieträger AB Der Wirkungsgrad 1 Bereitstellung elektrischer Energie durch Kraftwerke Kraftwerksarten Kraftwerksprozess in Wärmekraftwerken Anwenden der elektromagnetischen Induktion auf die Bereitstellung und den Transport elektrischer Energie Generator als Voraussetzung für die Industrialisierung Veredelung von Energie in Kraftwerken: Primär-, Sekundär-, Nutzenergie Abwärme Kraftwerke mit fossilen Energieträgern (Wärmekraftwerke), Kraftwerke mit regenerativen Energieträgern, Energieressourcen in verschiedenen Ländern Energieumwandlungen und übertragungen in den Anlagenteilen, Wirkungsgrad, Wärme-Kraft-Kopplung in regionalen Kraftwerken Vortragen über Abhängigkeit der Menschen von der Bereitstellung elektrischer Energie, Berichte von Havarien Bereitstellung von elektrischer Energie durch Reibungselektrizität, galvanische Elektrizität (Batterien), Generator (hohe Leistung möglich) Schulpublikationen von Energieversorgungsunternehmen Folien LB S Literatur, Zeitungsmeldungen, Videoclips Geräte für Demonstrationen Analyse der Funktion und des Aufbaus eines Generators Wh magnetisches Feld, Erkennen der relativen Bewegung von Feldmagnet und stromerzeugender Spule Bilder historischer Generatoren, Fahrraddynamo, Aufbaumodell 3

4 Begriff elektromagnetische Induktion DE Nachweis der induzierten Spannung, Entdeckung der elektromagnetischen Induktion, Michael Faraday (SV) Induktionsgesetz SE/DE Induktionsspannung entsteht durch Änderung der Stärke des Magnetfeldes, das die Induktionsspule durchsetzt: mittels Relativbewegung, mittels Änderung der Erregerstromstärke des Feldmagneten DE Induktionsspannung entsteht durch Änderung der vom Feld durchsetzten (wirksamen) Spulenfläche SEA E0 Parameter, von denen der Betrag der Induktionsspannung abhängt DE Abhängigkeit von Windungsanzahl, Änderung der Stärke des Magnetfeldes in gleicher Zeit, Änderung des Magnetfeldes in kürzerer Zeit, Erfassen in Je-desto- Aussagen SEA E1, E, AB Elektromagnetische Induktion (1) und () 1 Wechselstromgenerator Anwenden der Erkenntnisse zur Begründung des Aufbaus und Erklären der Wirkungsweise, Entstehung von Wechselspannung Fahrraddynamo, Bauformen von Kraftwerksgeneratoren, Beiträge WERNER VON SIEMENS zur Entwicklung des Generators Generator-Aufbaumodell demontierter Fahrraddynamo, Material zu Kraftwerksgeneratoren AB Der Generator 3 Transformator Vorteile des Energieträgers elektrischer Strom hinsichtlich der Fernübertragung von Energie, Transformator als Bestandteil von Übertragungsanlagen Untersuchen des Aufbaus eines Transformators, Anwenden der Erkenntnisse zur Induktion zur Begründung des Aufbaus und Erklären der Wirkungsweise DE Wirkungsweise eines Transformators Möglichkeit der Spannungsübersetzung, Notwendigkeit der Energieübertragung mittels Hochspannung Wh elektrische Leistung, Folgen einer Energieübertragung großer Leistung mit kleinen Spannungen Videoclip, Bilder einer Umspannanlage Realtrafo, Trafo-Aufbaumodell 4

5 Einblick gewinnen in die Nutzung der Energie der Atomkerne Informieren über Energieverbundnetze und Energieverluste bei der Fernübertragung von elektrischer Energie Abschnitt ist geeignet für getrennt gemeinschaftliche Schülerarbeit; Abstimmung mit Wahlpflichtbereich 1 LB S Erscheinungen der Radioaktivität Nachweis der Radioaktivität durch Wirkung auf Fotomaterial und in der Nebelkammer Einführen in die Probleme der Nutzung von Kernenergie: Argumente zu Für und Wider von Kernkraftwerken, Energieproblem, Havarien und Folgen, aktuelle Auseinandersetzungen aufgreifen Historisches zur Entdeckung der Radioaktivität, Anteil MARIE CURIES würdigen, Auswerten von Nebelkammeraufnahmen Übersichten über Nutzung von Kernenergie in verschiedenen Ländern, Berichte über Havarien (Harrisburg, Tschernobyl), Castortransporte Video, Nebelkammeraufnahmen AB Nachweis radioaktiver Strahlung Arten radioaktiver Strahlen Unterscheiden nach ihrer Ablenkung im magnetischen Feld und ihrer Durchdringungsfähigkeit, Hinweis auf Ursache von Kernumwandlungen, Natur der verschiedenen Strahlungsarten Atomkern Wh Kern-Hülle-Modell und PSE (Ch 7/8), Bestandteile des Kerns (relative Atommasse, Ladung) Kernbindungskräfte, isotope Kerne, natürliche Radioaktivität AB Aufbau von Atomen 3 biologische Wirkung durch ionisierende Eigenschaft radioaktiver Strahlen Nachweismöglichkeiten Entdeckung der Kernspaltung unterschiedlich starke ionisierende Wirkung der Strahlenarten, Berichten über Auswirkungen von Überdosen radioaktiver Strahlung, Anwendungen Vorstellen von Zählrohren, Ionisationsdosimeter Zählrohre, Fotodosimeter, Ionisationsdosimeter AB Anwendung radioaktiver Strahlen Kernspaltung Würdigung von HAHN, STRASSMANN und MEITNER, 5

6 Sich positionieren zu den Vor- und Nachteilen verschiedener Kraftwerksarten gesellschaftliche Rahmenbedingungen Bedingungen für Kernspaltung, Kettenreaktion, Hinweis auf Kernwaffen und atomare Rüstung gesteuerte Kettenreaktion im Reaktor (Aufbau und Wirkungsweise, Energiefreisetzung), Einsatz im Kraftwerk Argumentieren zu fossilen Energieträgerreserven, Möglichkeiten und Risiken der Nutzung verschiedener Energieträger, Umweltbelastung, Perspektiven Videosequenzen Folien AB Kernenergie Material von Energieversorgern, Abstimmung mit fächerverbindendem Thema 16 Lernbereich 3: Bewegungsgesetze LB S Kennen des Begriffs Bewegung 1 Begriff Bewegung Demonstration verschiedener Bewegungsarten: Aufsuchen Geräte für Demonstrationen von Gemeinsamkeiten Ortsveränderung, Relativi- tät der Bewegung bewusst machen, Aufsuchen von Unterschieden Bahnform, Bewegungsarten (Wh Kl. 6): Bewegungsarten geradlinige Bewegung, Kreisbewegung, Schwingung Beispiele wie Bewegung eines Turners, eines Autos beim Einparken Modell Massepunkt 3 Beherrschen der kinematischen Bewegungsgesetze Geschwindigkeit s v = t DE Vergleich verschiedener Bewegungen, Schnelligkeit der Ortsveränderung, Geschwindigkeit als physikalische Größe (Wh Kl.6) Unterscheiden von ungleichförmiger und gleichförmiger Bewegung (v = konst.), Interpretieren von s(t)- Diagrammen, Verallgemeinerung der Definitionsgleichung Folien, AB gleichförmige Bewegungen () geradlinig gleichförmige Bewegung s(t) = v t Durchschnitts- und Augenblicksgeschwindigkeit Merkmale hinsichtlich Bahnform und Betrag der Geschwindigkeit SE/DE Untersuchen des Zusammenhangs zwischen Weg und Zeit (rechnergestützte Messwerterfassung), Auswertung mit mathematischen Methoden ohne und mit Rech- Geräte für SE/DE GTR 6

7 ner 3 beschleunigte und verzögerte Bewegungen physikalische Größe Beschleunigung v a = t Anfahr- und Bremsvorgänge, Bewegungen auf geneigter Ebene Begriff Beschleunigung und Definition als physikalische Größe Größenvorstellungen von Beschleunigungen in Natur und Technik, Berechnungen Geräte für Demonstrationen geradlinig gleichmäßig beschleunigte Bewegung v(t) = a t a st () = t Merkmale hinsichtlich Bahnform und Betrag der Beschleunigung (a = konst.), Herleiten von v(t) = a t DE Bestätigung von v ~ t, Beschleunigung als Anstieg der Geraden im v(t)-diagramm, Weg als Fläche unter dem Graphen im v(t)-diagramm a Herleiten von st () = t DE Bestätigung von s ~ t² an geneigter Ebene, Berechnungen, Interpretieren von Diagrammen AB Gleichförmige und gleichmäßig beschleunigte Bewegung Übertragen der Bewegungsgesetze auf den freien Fall Vermutung entwickeln: freier Fall als Sonderfall der geradlinig gleichmäßig beschleunigten Bewegung DE Fallbewegungen verschiedener Körper im Vakuum und im Luft erfüllten Raum Fallröhre, Fallschnüre AB Der freie Fall Würdigung von GALILEO GALILEI Schülervortrag zu GALILEI DE Bestimmen der Fallbeschleunigung g, Aufgabenlösen 5 Kennen der newtonschen Gesetze newtonsches Grundgesetz Frage nach der Ursache von beschleunigten und verzögerten Bewegungen: Einwirken einer Kraft auf frei bewegliche Körper, Wh (Kl. 7) Kraft als physikalische Größe, Kraftwirkungen, Gewichtskraft, Ortsfaktor SE halb quantitative Untersuchung der Zusammenhänge SEA M11 7

8 F = m a zwischen a und F sowie a und m Mitteilen der Gleichung F = m a, Interpretieren und Vergleichen mit experimentellen Befunden, Aufgabenlösen, dabei 1 N = 1kg m/s² freier Fall als Folge der Schwerkraft Gewichtskraft F g = m g Fallbeschleunigung Ortsfaktor Wechselwirkungsgesetz Schwerelosigkeit frei fallender Körper, Wechselwirkung von Körpern unter dem Einfluss der Schwerkraft und Unterlage/Aufhängung von an der Bewegung gehinderter Körper, Bezug zu oben, Diskussion weiterer Wechselwirkungen, z. B. Experiment Magdeburger Halbkugeln, Raketenantrieb, Rückstoß bei Geschützen oder Handfeuerwaffen, DE segnersches Wasserrad Trägheitsgesetz Ansichten ARISTOTELES zur erzwungenen Bewegung eines Ochsenkarrens, GALILEIS Gedankenexperiment zur Trägheit, Reibung als verzögernde Kraft Kräftegleichgewicht zwischen Reibung und Antriebskraft für gleichförmige Bewegungen mit Reibung Herleitung des Trägheitsgesetzes als Sonderfall F = 0 DE Trägheitswirkungen Beurteilen von Gefahren im Straßenverkehr Bremsvorgänge Trägheitswirkungen Projekt Berechnen von Anhaltezeiten und -wegen unter Berücksichtigung der Reibung und der Reaktionszeit Computersimulationen experimentelle Bestimmung der Reaktionszeit Sinn von Sturzhelm und Sicherheitsgurt, Knautschzone Ladungssicherung LB S. Lehrmaterial von Fahrschulen Geräte für SE Video, Demonstrationen mit Modellexperimenten AB Sicherheitsgurt und Airbag 8

9 Einblick gewinnen in die Grenzen klassischer mechanischer Vorstellungen 7 Lernbereich 4: Physikalisches Praktikum Anwenden des Wissens beim Lösen von Aufgaben aus Mechanik und Elektrik Problemlösen bei komplexen experimentellen Anforderungen Hinweisen auf Erkenntnisse ALBERT EINSTEINS: Bedeutung der Lichtgeschwindigkeit, Relativität der Masse, Relativität von Raum und Zeit, Gültigkeit der Annahmen der klassischen Mechanik, Würdigung ISAAC NEWTONS Die im Lehrplan vorgegebenen Kompetenzen sollten mittels komplexer experimenteller Aufgaben erreicht werden. Die im LB vorgeschlagenen Experimente sind sowohl Aufgabenstellungen mit vorgegebener Handlungsfolge als auch Aufgabenstellungen, bei denen die Planung von Experimentieranordnung, Handlungsfolge und/oder Auswertung von den Schülern nach den vorgegebenen Gerätevoraussetzungen selbstständig erfolgen kann. Es eignen sich besonders Aufgaben - zur Bestimmung physikalischer Größen - zur Ermittlung quantitativer Zusammenhänge - zur Erklärung experimentell festgestellter Phänomene. Dabei sollen Messwerte sowohl mit herkömmlichen Methoden als auch computergestützt erfasst und verarbeitet werden. Beim Auswerten sollen mathematische Methoden vertieft werden. LB S außerdem: SEA P, P3, P10, P11, P14, P18 für das Praktikum bearbeitet: SEA M1, M13, E1,E, E4, E8, E31 Wahlpflichtbereiche 4 Wahlpflichtbereich 1: Natürliche Radioaktivität Sich positionieren zur Radioaktivität in Natur und Technik 1 Entdeckung der Radioaktivität Aus den drei Wahlpflichtbereichen können zwei ausgewählt werden. LB S Abstimmen mit Lernbereich LB S Erkunden der Umstände der Entdeckung der Radioaktivität durch HENRI BEQUEREL und MARIE CURIE, Hinweisen auf Zerfallsreihen Videosequenzen 9

10 Aufbau und Wirkungsweise des Geiger- Müller-Zählrohrs Wirkungen radiaktiver Strahlung, die für Nachweismethoden relevant sind: Schwärzung von fotoempfindlichem Material, Filmdosimeter; Ionisierungsvermögen DE Entladen eines Wulfelektroskops Aufbau eines Geiger-Müller-Zählrohrs, problemhaftes Erarbeiten der Wirkungsweise, Totzeit AB Nachweis radioaktiver Strahlung offenes Zählrohr Eigenschaften radioaktiver Strahlen Durchdringungsvermögen, Reichweite bei verschiedenen Strahlenarten und bei verschiedenen Materialien SE/DE Untersuchungen dazu unter Nutzung von Zählrohranordnungen, Schlussfolgern für persönlichen Strahlenschutz, Reaktorsicherheit Geräte für SE/DE Radioaktivität als Umweltfaktor natürliche Strahlenbelastung am Beispiel des Radonproblems im Erzgebirge, Belastungen durch Halden des Uranbergbaus, Recherche Literatur zum Problem, Internetrecherche 1 Anwendung radioaktiver Präparate in der Medizin und Technik Hinweisen auf verschiedene Einsatzzwecke in nuklearmedizinischer Diagnostik, Strahlentherapie, Werkstoffprüfung, Verschleißmessung vertiefte Beschäftigung mit einem ausgewählten Anwendungsbeispiel (getrennt gemeinschaftliche Arbeitsweise) AB Anwendung radioaktiver Strahlung 4 Wahlpflichtbereich : Energie von Wind und Sonne Sich positionieren zur Nutzbarkeit der Energie von Wind und Sonne Historisches Aufbau und Wirkprinzip einer Windkraftanlage Abstimmen mit Lernbereich LB S Dieser Wahlpflichtbereich eignet sich für eine projektorientierte selbstständige Schülerarbeit Berichten über Nutzung der Energie des Windes bei Segelschiffen und Windmühlen Rotorarten, Kopplung mit Generator, Wh Vorteile der Elektroenergie, Einspeisung ins Verbundnetz, Vor- und Nachteile von Windkraftanlagen in Bezug auf Umwelt und Wirtschaftlichkeit, Grenzen der Nutzung Medienrecherche Bildmaterial und Modelle 10

11 thermische Nutzung der Solarenergie Fotovoltaik 4 Wahlpflichtbereich 3: Bewegungen auf gekrümmten Bahnen Anwenden von Gesetzen der Kinematik und Dynamik auf Bewegungen auf gekrümmten Bahnen gleichförmige Kreisbewegung Bahngeschwindigkeit r v = π T Eigenschaften von Wärmestrahlen (Experimente) und ihre Anwendung in Sonnenkollektoren Erzeugung hoher Temperaturen: Treibhauseffekt, Hohlspiegel, Brennlinsen Anwendung von Sonnenkollektoren zur Warmwasserbereitstellung, Niedrigenergiehäuser, evtl. Bau eines einfachen Sonnenkollektormodells Wirkungsweise einer Solarzelle (vereinfacht, mit Bezug zu Lernbereich 1), Spannung und Leistung verschiedener Solarzellen, Reihen und Parallelschaltung SE Untersuchung der Abhängigkeit der Leistung von Bestrahlungsstärke und -winkel, Vor- und Nachteile in Bezug auf Umwelt und Wirtschaftlichkeit, Hinweis auf Solarkonstante, Wirkungsgrad heutiger Anlagen Präsentation der Arbeiten der Schülergruppen Betrachten von Beispielen für Bewegungen auf gekrümmten Bahnen, z. B. Turner am Reck, Hammerwerfen, Bewegung des Fahrradventils Bewegung von Himmelskörpern und Satelliten, Abgrenzung von Drehbewegung, Modell Massepunkt anwenden Kreisbewegung als Sonderfall von Bewegungen auf gekrümmter Bahn, mit der sich Bewegungen auf komplizierteren Bahnen näherungsweise berechnen lassen, konstanter Betrag der Geschwindigkeit auf der Bahn, jedoch sich stets ändernde Richtung Herleiten der Gleichung für die Bahngeschwindigkeit aus der Definitionsgleichung der Geschwindigkeit, Lösen von Berechnungsaufgaben Geräte für Experimente verschiedene Solarzellen Material für SE Präsentationstechnik LB S Geräte für Freihanddemonstrationen Experimentiermotor, dicker Kupferdraht, Plastilin 11

12 Radialkraft F R = m v² r Analyse des Trägheitsgesetzes in Bezug auf die gleichförmige Kreisbewegung Erkennen, dass Kraft für ständige Richtungsänderung erforderlich ist, Bestätigung mit DE, Bewusstmachen an eigenen Erfahrungen, Begriff Radialkraft Mitteilen und Interpretieren der Gleichung Aufgabenlösen Satellitenbahnen 8 Fächerverbindendes Thema: Energie und Umwelt geostationäre Satelliten, Simulationen, Anwendungen der Satellitentechnik 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. LB S