Allgemeine Kompetenzen, die durch das Fach Physik vermittelt werden

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1 Allgemeine Kompetenzen, die durch das Fach Physik vermittelt werden Kompetenzbereich Erkenntnisgewinnung Schülerinnen und Schüler... beobachten und beschreiben physikalische Phänomene und Vorgänge und unterscheiden dabei Beobachtung und Erklärung erkennen und entwickeln Fragestellungen, die mit Hilfe physikalischer und anderer Kenntnisse und Untersuchungen zu beantworten sind analysieren Ähnlichkeiten und Unterschiede durch kriteriengeleitetes Vergleichen und systematisieren diese Vergleiche führen qualitative und einfache quantitative Experimente und Untersuchungen durch, protokollieren diese, verallgemeinern und abstrahieren Ergebnisse ihrer Tätigkeit und idealisieren gefundene Messdaten dokumentieren die Ergebnisse ihrer Tätigkeit in Form von Texten, Skizzen, Zeichnungen, Tabellen oder Diagrammen auch computergestützt recherchieren in unterschiedlichen Quellen (Print- und elektronische Medien) und werten die Daten, Untersuchungsmethoden und Informationen kritisch aus wählen Daten und Informationen aus verschiedenen Quellen, prüfen sie auf Relevanz und Plausibilität, ordnen sie ein und verarbeiten diese adressaten- und situationsgerecht stellen Hypothesen auf, planen geeignete Untersuchungen und Experimente zur Überprüfung, führen sie unter Beachtung von Sicherheits- und Umweltaspekten durch und werten sie unter Rückbezug auf die Hypothesen aus interpretieren Daten, Trends, Strukturen und Beziehungen, wenden einfache Formen der Mathematisierung auf sie an, erklären diese, ziehen geeignete Schlussfolgerungen und stellen einfache Theorien auf stellen Zusammenhänge zwischen physikalischen Sachverhalten und Alltagserscheinungen her, grenzen Alltagsbegriffe von Fachbegriffen ab und transferieren dabei ihr erworbenes Wissen beschreiben, veranschaulichen oder erklären physikalische Sachverhalte unter Verwendung der Fachsprache und mit Hilfe von geeigneten Modellen, Analogien und Darstellungen. Kompetenzbereich Kommunikation Schülerinnen und Schüler... tauschen sich über physikalische Erkenntnisse und deren Anwendungen unter angemessener Verwendung der Fachsprache und fachtypischer Darstellungen aus kommunizieren ihre Standpunkte physikalisch korrekt und vertreten sie begründet sowie adressatengerecht planen, strukturieren, kommunizieren und reflektieren ihre Arbeit, auch als Team. beschreiben, veranschaulichen und erklären physikalische Sachverhalte unter Verwendung der Fachsprache und Medien, ggfs. mit Hilfe von Modellen und Darstellungen dokumentieren und präsentieren den Verlauf und die Ergebnisse ihrer Arbeit sachgerecht, situationsgerecht und adressatenbezogen auch unter Nutzung elektronischer Medien veranschaulichen Daten angemessen mit sprachlichen, mathematischen oder (und) bildlichen Gestaltungsmitteln wie Graphiken und Tabellen auch mit Hilfe elektronischer Werkzeuge beschreiben und erklären in strukturierter sprachlicher Darstellung den Bedeu-

2 tungsgehalt von fachsprachlichen bzw. alltagssprachlichen Texten und von anderen Medien beschreiben den Aufbau einfacher technischer Geräte und deren Wirkungsweise. Kompetenzbereich Bewertung Schülerinnen und Schüler... beurteilen und bewerten an ausgewählten Beispielen empirische Ergebnisse und Modelle kritisch auch hinsichtlich ihrer Grenzen und Tragweiten unterscheiden auf der Grundlage normativer und ethischer Maßstäbe zwischen beschreibenden Aussagen und Bewertungen stellen Anwendungsbereiche und Berufsfelder dar, in denen physikalische Kenntnisse bedeutsam sind nutzen physikalisches Wissen zum Bewerten von Chancen und Risiken bei ausgewählten Beispielen moderner Technologien und zum Bewerten und Anwenden von Sicherheitsmaßnahmen bei Experimenten im Alltag beurteilen an Beispielen Maßnahmen und Verhaltensweisen zur Erhaltung der eigenen Gesundheit und zur sozialen Verantwortung benennen und beurteilen Aspekte der Auswirkungen der Anwendung physikalischer Erkenntnisse und Methoden in historischen und gesellschaftlichen Zusammenhängen an ausgewählten Beispielen binden physikalische Sachverhalte in Problemzusammenhänge ein, entwickeln Lösungsstrategien und wenden diese nach Möglichkeit an nutzen physikalische Modelle und Modellvorstellungen zur Beurteilung und Bewertung naturwissenschaftlicher Fragestellungen und Zusammenhänge beurteilen die Anwendbarkeit eines Modells beschreiben und beurteilen an ausgewählten Beispielen die Auswirkungen menschlicher Eingriffe in die Umwelt. Konzeptbezogene Kompetenzen im Fach Physik Basiskonzept Energie Speicherung, Transport und Umwandlung von Energie Besondere Rolle der Wärmeenergie, Wärmekraftmaschinen Energieerhaltung als ein Grundprinzip Nachhaltigkeit gesellschaftliche Relevanz und Akzeptanz Basiskonzept Struktur der Materie Aggregatzustände, Aggregatzustandsübergänge elektrischen Eigenschaften von Stoffen radioaktive Strahlung und Röntgenstrahlung Atommodelle Basiskonzept System Grundgrößen, abgeleitete Größen und Zusammenhänge Funktionieren von Geräten erklären Nutzen technischer Geräte für Mensch und Gesellschaft Auswirkungen auf die Umwelt

3 Inhaltsfelder und fachliche Kontexte für das Fach Physik in der Sekundarstufe I Jahrgangsstufen 5/6 Inhaltsfelder Elektrizität Sicherer Umgang mit Elektrizität, Stromkreise, Leiter und Isolatoren, UND-, ODER- und Wechselschaltung, Dauermagnete und Elektromagnete, Magnetfelder, Nennspannungen von elektrischen Quellen und Verbrauchern, Wärmewirkung des elektrischen Stroms, Sicherung Einführung der Energie über Energiewandler und Energietransportketten Temperatur und Energie Thermometer, Temperaturmessung, Volumen- und Längenänderung bei Erwärmung und Abkühlung, Aggregatzustände (Teilchenmodell) Energieübergang zwischen Körpern verschiedener Temperaturen Sonnenstand Das Licht und der Schall Licht und Sehen, Lichtquellen und Lichtempfänger, geradlinige Ausbreitung des Lichts, Schatten, Mondphasen Schallquellen und Schallempfänger, Reflexion, Spiegel Schallausbreitung, Tonhöhe und Lautstärke Fachliche Kontexte Die nachfolgend vorgeschlagenen Kontexte können durch gleichwertige ersetzt werden, wenn die Fachkonferenz dies beschließt. Elektrizität im Alltag Schülerinnen und Schüler experimentieren mit einfachen Stromkreisen Was der Strom alles kann (Geräte im Alltag) Schülerinnen und Schüler untersuchen ihre eigene Fahrradbeleuchtung Messgeräte erweitern die Wahrnehmung Sonne Temperatur Jahreszeiten Was sich mit der Temperatur alles ändert Leben bei verschiedenen Temperaturen Die Sonne unsere wichtigste Energiequelle Sehen und Hören Sicher im Straßenverkehr Augen und Ohren auf! Sonnen- und Mondfinsternis Physik und Musik Jahrgangsstufen 7/9 Optische Instrumente, Farbzerlegung des Lichts Aufbau und Bildentstehung beim Auge Funktion der Augenlinse Lupe als Sehhilfe, Fernrohr Brechung, Reflexion, Totalreflexion und Lichtleiter Zusammensetzung des weißen Lichts Elektrizität Einführung von Stromstärke und Ladung, Eigenschaften von Ladung, elektrische Quelle und elektrischer Verbraucher Unterscheidung und Messung von Spannungen und Stromstärken, Spannungen und Optik hilft dem Auge auf die Sprünge Mit optischen Instrumenten Unsichtbares sichtbar gemacht Lichtleiter in Medizin und Technik Die Welt der Farben Die ganz großen Sehhilfen: Teleskope und Spektroskope Elektrizität messen, verstehen, anwenden Elektroinstallationen und Sicherheit im Haus Autoelektrik Hybridantrieb

4 Stromstärken bei Reihen- und Parallelschaltungen elektrischer Widerstand, Ohm sches Gesetz Kraft, Druck, mechanische und innere Energie Geschwindigkeit, Kraft als vektorielle Größe, Zusammenwirken von Kräften, Gewichtskraft und Masse, Hebel und Flaschenzug, mechanische Arbeit und Energie, Energieerhaltung Druck, Auftrieb in Flüssigkeiten Radioaktivität und Kernenergie Aufbau der Atome, ionisierende Strahlung (Arten, Reichweiten, Zerfallsreihen, Halbwertzeit) Strahlennutzen, Strahlenschäden und Strahlenschutz Kernspaltung Nutzen und Risiken der Kernenergie Energie, Leistung, Wirkungsgrad Energie und Leistung in Mechanik, Elektrik und Wärmelehre Aufbau und Funktionsweise eines Kraftwerkes regenerative Energieanlagen Energieumwandlungsprozesse, Elektromotor und Generator, Wirkungsgrad Erhaltung und Umwandlung von Energie Werkzeuge und Maschinen erleichtern die Arbeit Einfache Maschinen: Kleine Kräfte, lange Wege 100 m in 10 Sekunden (Physik und Sport) Anwendungen der Hydraulik Tauchen in Natur und Technik Radioaktivität und Kernenergie Grundlagen, Anwendungen und Verantwortung Radioaktivität und Kernenergie Nutzen und Gefahren Strahlendiagnostik und Strahlentherapie Kernkraftwerke und Fusionsreaktoren Effiziente Energienutzung: eine wichtige Zukunftsaufgabe der Physik Strom für zu Hause Das Blockheizkraftwerk Energiesparhaus Verkehrssysteme und Energieeinsatz

5 Hausinterner SI-Lehrplan Physik Physik Klasse 5/6 Unterrichtsgegenstände 1.) Elektrischer Strom 1. Einfache Stromkreise 2. Leiter und Nichtleiter 3. Die Fahrradbeleuchtung 4. Dauermagnete und Elektromagnete 5. Nennspannungen von elektrischen Quellen und Verbrauchern 6. Wärmewirkung des elektrischen Stromes; Sicherung 7. Elektrischer Strom und Energie; Energiewandler 8. Elektrische Geräte mit Thermostat 2.) Temperatur und Energie 1. Volumen- und Längenänderung bei Erwärmung und Abkühlung 2. Das Thermometer, Temperaturmessung 3. Einführung der Energie 4. Energieübertragung zwischen Körpern verschiedener Temperatur 3.) Das Licht 1. Licht und Sehen 2. Lichtquellen und Lichtempfänger 3. Geradlinige Ausbreitung des Lichts; Schatten 4.) Speicherung, Transport und Entwertung von Energie 1. Speicherung und Transport von Energie 2. Entwertung von Energie 3. Energie und Umwelt Physik Klasse 7/8 Unterrichtsgegenstände 1.) Strahlenoptik 1. Licht an Grenzflächen Reflexion am ebenen Spiegel, Brechung an einer ebenen Grenzfläche, Totalreflexion, Zerlegung und Zusammensetzung des weißen Lichts, Infrarote und ultraviolette Strahlung 2. Optische Linsen Strahlenverlauf bei Sammellinsen, Bilderzeugung durch Sammellinsen; Fotoapparat 3. Der Sehvorgang; optische Instrumente Bildentstehung im Auge, die Lupe, Fernrohr und Mikroskop

6 2.) Elektrizität 1. Wirkungen des elektrischen Stromes 2. Elektrische Ladung Eigenschaften von Ladungen, Elektronen 3. Stromstärke und Ladung Definition der Stromstärke und der Ladung, Stromstärke in verzweigten und unverzweigten Stromkreisen 4. Die elektrische Quelle 5. Der elektrische Verbraucher Das Ohmsche Gesetz, der elektrische Widerstand eines Verbrauchers Physik Klasse 8/9 Unterrichtsgegenstände 1.) Die Kraft 1. Kräfte und ihre Wirkungen 2. Zusammenwirken von Kräften 3. Gewichtskraft und Masse 4. Anwendungen von Kräften Der Hebel, Wellrad und Getriebe 2.) Energie, Arbeit, Leistung 1. Mechanische Energie und Arbeit 2. Die mechanische Leistung 3.) Der Druck 1. Der Kolbendruck 2. Der Schweredruck 3. Auftrieb in Flüssigkeiten 4. Auftrieb in Gasen 4.) Der Schall, Schwingungen und Wellen 1. Schallquellen, Schwingungen 2. Schallempfänger, Resonanz 3. Schallausbreitung, Wellen 5.) Innere Energie 1. Energieerhaltung und innere Energie 2. Energieentwertung 6.) Elektrische Energie 1. Elektrische Energie und Leistung; Definition der Spannung 2. Verzweigte und unverzweigte Stromkreise 3. Elektromotor und Generator 4. Erzeugung und Verteilung elektrischer Energie 7.) Radioaktivität und Kernenergie 1. Der Aufbau der Atomkerne

7 2. Ionisierende Strahlung 3. Medizinische Anwendungen, Strahlenschäden und Strahlenschutz 4. Energie aus Kernkraftwerken Anmerkung: Diese systematische Aufzählung der Unterichtsinhalte bedeutet nicht die Reihenfolge der Behandlung im Unterricht

8 Hausinterner SII-Lehrplan Physik Jahrgangsstufe 10.1 Gesetze der gleichförmigen und gleichmäßig beschleunigten Bewegung träge Masse, Trägheitssatz Kraft, Grundgleichung der Mechanik Jahrgangsstufe 10.2 Impuls, Impulserhaltung Kraftstoß und Impulsänderung Stoßvorgänge Wurfbewegungen Lageenergie und Hubarbeit Bewegungsenergie und Beschleunigungsarbeit Spannenergie und Spannarbeit Energieentwertung und Reibungsarbeit Energiebilanzierung bei Übertragung und Umwandlung - Erhaltung und Entwertung der Energie Jahrgangsstufe 11.1 Kreisbewegung, Zentripetalkraft Trägheitskräfte in beschleunigten Bezugssystemen (Zentrifugalkraft, Corioliskraft) astronomische Weltbilder Kepler'sche Gesetze, unser Planetensystem Gravitationsgesetz, Gravitationsfeld, Gravitationsfeldstärke Energie und Arbeit im Gravitationsfeld, Potential elektrisches Feld, elektrische Feldstärke E potentielle Energie im elektrischen Feld, Spannung, Potential zentralsymmetrisches Feld, Coulomb'sches Gesetz elektrische Feldkonstante elektrische Kapazität Dielektrikum, Dielektrizitätszahl elektrisches Feld als Energieträger, Energiedichte Jahrgangsstufe 11.2 magnetisches Feld, magnetische Feldgröße B Lorentzkraft, Stromwaage magnetische Feldkonstante Bewegung von Ladungsträgern in elektrischen und magnetischen Feldern(Braunsche Röhre, Fadenstrahlrohr, Wien-Filter) Erzeugung eines Elektronenstrahls, e/m-bestimmung Hall-Effekt elektromagnetische Induktion, Induktionsgesetz Selbstinduktion, Induktivität Magnetfeld als Träger von Energie, Energiedichte Erzeugung von Wechselspannung Jahrgangsstufe 12.1

9 Schwingungsvorgänge und Schwingungsgrößen harmonische Schwingung nichtlineare Schwingungen, Vorhersagbarkeit des Schwingungsverhaltens Entstehung und Ausbreitung von Transversal- und Longitudinalwellen, Wellengleichung Beugung, Huygens'sches Prinzip, Reflexion, Brechung Interferenz von Wellen, stehende Welle Schall als mechanische Welle Eigenschwingungen (Grund- und Obertöne) elektromagnetischer Schwingkreis (Grundphänomene, Analogien zum mechanischen Oszillator) Erzeugung ungedämpfter elektromagnetischer Schwingungen, Rückkopplung elektromagnetische Wellen (Ausbreitung, Hertz'scher Dipol, Mikrowelleninterferenz) Ausbreitung von Licht (Beugung am Spalt, Dopelspalt und Gitter, Interferenz, Reflexion, Brechung) Jahrgangsstufe 12.2 Invarianz der Newton'schen Mechanik bei Inertialsystemwechsel Ätherhypothese und Michelson-Versuch relativistische Kinematik Erhaltungssätze in der relativistischen Dynamik Äquivalenz von Masse und Energie Invarianz der elektrischen Ladung 1. Hauptsatz der Thermodynamik Entropie und 2. Hauptsatz der Thermodynamik Thermodynamische Maschinen(Stirling Motor, Stirling Prozess, Wärmepumpe) dissipative Strukturen Atommodelle ionisierende Strahlung (Strahlungsarten, Nachweismethoden, Röntgenspektroskopie) radioaktiver Zerfall (Zerfallsgesetz, Zerfallsprozesse, Halbwertszeitmessung, Reichweite von γ- Strahlung, Absorption von γ-strahlung) Spektroskopie (Röntgen-, γ- und ß-Strahlung) Kernspaltung und Kernfusion (Kernbausteine, Bindungsenergie, Kettenreaktion) lichtelektrischer Effekt und Lichtquantenhypothese Linienspektren und Energiequantelung des Atoms, Bohr'sches Atommodell (Franck-Hertz- Versuch) de Broglie-Theorie des Elektrons, Welleneigenschaften von Teilchen Grenzen der Anwendbarkeit klassischer Begriffe in der Quantenphysik Heisenberg'sche Unbestimmtheitsrelation Legende: fett: obligatorisch für Grund- und Leistungskurse, fett-kursiv: zusätzlich obligatorisch für Leistungskurse, normal: empfohlen April 2009 (Gi)