Kurzfassung Lehrplan Physik Sek I

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1 Kurzfassung Lehrplan Physik Sek I verabschiedet in der FK am Gesamtschule Köln-Rodenkirchen Seite 1 von 9

2 Fach Physik Unterrichtsinhalte Jahrgang 8 Buch: Prisma Physik 7-10 (Klett) 1. Kontext: Die Erde im Weltraum 1.1 Licht und Sehen Sicherheit zu Hause, im Straßenverkehr und im Physikunterricht Beobachtungen am Himmel Sonne und Mond Kann man seinen Augen immer trauen? Kameras und Projektoren Die Welt der Farben Sehhilfen für nah und fern 1.2 Körper und Bewegung Fahrzeuge und Flugzeuge Raketen und Satelliten Arbeiten in einer Raumstation, Erforschung des Sonnensystems, Planeten, Die Zukunft der Energieversorgung auf der Erde 1.3 Erde und Weltall Die Erforschung des Himmels Veränderung von Weltbildern Die Erde im Weltall Unendliche Weiten Entfernungen im Weltall Der Ursprung von allem Gesamtschule Köln-Rodenkirchen Seite 2 von 9

3 2. Schwerpunkte und Inhaltsfelder 2.1 Optik Sicherheit beim Experimentieren, Lichtausbreitung und Sehvorgang, Abbildungen mit Spiegeln Reflexion Licht an Grenzflächen Lichtbrechung und Totalreflexion Abbildungen mit Linsen Licht und Farben Das menschliche Auge Optische Geräte 2.2 Mechanik I Bewegungsformen und Geschwindigkeit Beschleunigung und Verzögerung freier Fall und Gravitation Newtons Grundgesetze der Mechanik Kraft und Masse Bewegung und Energie 2.3 Astronomie Optische Geräte zur Beobachtung von Himmelskörpern Das Teleskop Historisches Geozentrisches und Heliozentrisches Weltbild - Astronomie und Astronomen Unser Sonnensystem Planeten und Monde Kräfte und Bewegung im All Ferne Galaxien Entfernungen im Weltall Die Entstehung des Universums ungelöste Fragen der Astronomie 3. Legitimation und Konkretisierung der Unterrichtsvorhaben 3.1. Die Schülerinnen und Schüler (oder: SuS) lernen zwischen Lichtquellen und beleuchteten Körpern zu unterscheiden und erfahren den Sehvorgang als prinzipiell mit der Lichtausbreitung korreliertes Phänomen. Dabei werden erste physikalische Eigenschaften des Lichts vermittels und dieses als physikalisches Phänomen betrachtet. Das experimentelle Arbeiten gemäß den Sicherheitsvorschriften mit Stromerzeugern für die Versorgung von Lichtquellen und Untersuchungen mit optischen Instrumenten werden eingeübt. Optische Instrumente nutzen die speziellen physikalischen Eigenschaften des Lichts. Ohne diese wären weder Kenntnisse über den detaillierten Aufbau der Materie noch über das Weltall möglich. Kenntnisse über die Lichtbrechung bilden die notwendige Grundlage zum Verständnis dieser Instrumente ebenso wie dem vieler einfacher Instrumente, biologischer Objekte und Phänomene der täglichen Gesamtschule Köln-Rodenkirchen Seite 3 von 9

4 Erfahrung wie dem menschlichen Auge, Brille, Kamera und Projektor oder der Entstehung von Farben. Die Geschichte der Entwicklung immer komplexerer optischer Instrumente wirft die Frage auf, wie sich technische Entwicklung, Fortschritt und Weltbild gegenseitig beeinflussen und bietet einen Ausblick auf das Thema der Erforschung des Weltalls durch den Menschen. Konkrete Inhalte: Sicherheitsunterweisung, sicheres Arbeiten mit physikalischen Geräten, sichererer Umgang mit elektrischem Geräten, Lichtausbreitung und Sehvorgang, Schatten und Schattenbildung, Mondphasen, Jahreszeiten und Finsternisse, Reflexion an Spiegeln, Lichtbrechung an Grenzflächen, Lichtbrechung am Prisma, Farbentstehung, unsichtbares Licht, Farbaddition und Farbsubtraktion, Brechung an Linsen, optische Geräte, das menschliche Auge Das Verständnis zentraler Konzepte zur Beschreibung von Bewegungen und von Kräften zur Erklärung der Ursachen für Bewegungsänderungen ist damit als notwendiges Basiswissen in einer modernen Welt zu sehen. Es wird nicht nur in naturwissenschaftlichen technischen Berufsfeldern benötigt, sondern kommt auch in vielfältigen Alltagssituationen, etwa beim Einschätzen von Verkehrssituationen oder bei der Wahl geeigneter Transportmittel, zur Anwendung. Eine besondere Bedeutung für Forschung und Technologie besitzt heute die Raumfahrt. Zusammengefasst unter dem Kontextthema Die Erde im Weltall werden nicht nur Bewegungen auf unserem Planeten (Auto, Flugzeug etc.) betrachtet, sondern wird der Fokus ebenso auf technische und natürliche Bewegungssysteme im All gerichtet. Konkrete Inhalte: Bewegungsformen, Geschwindigkeit, Erstellen von Diagrammen aus physikalischen Messwerten (computergestützt), Beschleunigung, Verzögerung, freier Fall, Trägheit und Masse, Newtonsche Gesetze, Gravitation, Bewegung und Energie Fragen zur Entstehung und zum Aufbau des Universums und des Sonnensystems haben die Auseinandersetzung mit Gesetzmäßigkeiten der Natur in allen Epochen der Menschheit wesentlich beflügelt. Klassifikationsschemata ordnen die unüberschaubare Vielfalt der Objekte des Himmels wie Galaxien, Sterne und Planeten, Entwicklungsmodelle erklären deren Entstehung und ihr Zusammenwirken. Eine der erstaunlichsten menschlichen Leistungen ist die Fähigkeit, selbst über unerreichbar ferne Objekte und weit zurückliegende Zeiten Erkenntnisse gewinnen zu können. Beim Vergleich unterschiedlicher, historisch bedingter Weltbilder werden Rahmenbedingungen, Grenzen und Veränderungen naturwissenschaftlicher Vorstellungen und die Rolle der Physik besonders deutlich. Konkrete Inhalte: Weltbild im Wandel: geozentrisches und heliozentrisches Weltbild, das Teleskop Geschichte und physikalisch-technische Funktionsweise, berühmte Himmelsforscher: von Ptolemäus bis Hubble, alltägliche Astronomie: Phänomene an der Sphäre, das System Erde Mond Sonne im Raum, das Sonnensystem und die Bewegungen der Planeten, Keplersche Gesetze, die Bestimmung der Entfernung von Sternen, andere Sonnensysteme, ferne Galaxien, Theorien des Universums: Paradoxa (Einstein), Entstehung des Universums Theorien. Gesamtschule Köln-Rodenkirchen Seite 4 von 9

5 Fach Physik Unterrichtsinhalte Jahrgang 9 Buch: Prisma Physik 7-10 (Klett) 1. Kontext: Elektrische Geräte in Alltag und Technik 1.1. Elektrische Geräte erleichtern den Alltag Blitze und Gewitter Gefahren durch elektrische Energie Elektrische Beleuchtung Elektrische Geräte erleichtern den Alltag Elektroinstallationen und Sicherheit im Haus Energiesparen 1.2. Stromversorgung einer Stadt Die Erde ein riesiger Magnet Elektrofahrzeuge Im Elektrizitätswerk Energiequellen und Umweltschutz 1.3. Bits und Bytes Computer Der Mensch sammelt Daten Roboter erledigen unsere Arbeit Was steckt in einem Computer? Die Sonne Zukunft der Energieversorgung? 2. Schwerpunkte und Inhaltsfelder 2.1. Elektrizitätslehre I: Elektrische Ladungen und Stromkreise Elektrische Ladungen und Ladungsausgleich, Sicherheitsmaßnahmen beim Umgang und beim Experimentieren mit elektrischem Strom, elektrische Leiter und Isolatoren Stromkreise und Schaltungen Stromstärke und Spannung, Gesetze im Stromkreis Wirkungen des elektrischen Stroms, Batterie, elektrischer Widerstand und das Ohmsche Gesetz, elektrische Leitungsvorgänge Arbeit und elektrische Energie Gesamtschule Köln-Rodenkirchen Seite 5 von 9

6 2.2. Elektrizitätslehre II: Magnetismus und Elektrizität Natürlicher Magnetismus Elektromagnetische Induktion und Elektromotor Der Transformator Bereitstellung und Übertragung elektrischer Energie Kraftwerk und Stromnetz 2.3. Einführung in Elektronik, Mess- und Regeltechnik Daten und Datenspeicherung Steuern mit Licht und Wärme Halbleiter und elektronische Bauelemente, einfache elektronische Schaltungen Energieumwandlung in der Solarzelle 3. Legitimation und Konkretisierung der Unterrichtsinhalte 3.1. Elektrizität wird über grundlegende Phänomene wie Entladungen und über die unterschiedlichen Wirkungen des elektrischen Stroms für die Schülerinnen und Schüler erfahrbar. Die Kenntnis dieser Wirkungen und einfache Modelle für ihre Ursachen helfen dabei, alltägliche elektrische Geräte unter Beachtung energetischer Aspekte verstehen und sicher nutzen zu können. Die Nutzung von Elektrizität wiederum geschieht mit Geräten, in denen unterschiedliche Stromkreise für jeweils spezifische Funktionen eingesetzt werden. Für die Beschreibung und das Verständnis solcher verzweigter oder unverzweigter Stromkreise und für eine sichere Vorhersage der Vorgänge in ihnen sind Kenntnisse des Zusammenwirkens elektrischer Grundgrößen wie Spannung, Strom und Widerstand erforderlich und müssen vermittelt werden. Ein Bewusstsein für die Gefährdung durch elektrischen Stromschlag ist lebenswichtig und ermöglicht einen sachgerechten Umgang mit Elektrizität. Konkrete Inhalte: Unterweisung über sicheres Arbeiten mit stromführenden Geräten im Experimentalunterricht und im Alltag, elektrische Ladungserscheinungen, vereinfachtes Kern-Hülle-Atommodell, der elektrische Stromkreis, Schaltplan und Schaltzeichen, Leiter und Nichtleiter, Leitungsvorgänge in Metallen, Reihen- und Parallelschaltungen von Lampen, Schalter: Umschaltung und Wechselschaltung, die elektrische Stromstärke, Wirkungen des elektrischen Stroms, die elektrische Spannung, die Batterie, Leitungsvorgänge in Lösungen, Gesetze im elektrischen Stromkreis, der elektrische Widerstand, das Ohmsche Gesetz, Berechnungen für elektrische Stromkreise, elektrische Leistung, Arbeit und elektrische Energie. Gesamtschule Köln-Rodenkirchen Seite 6 von 9

7 3.2. Sachkenntnisse in den Bereichen Energiebereitstellung, elektromagnetische Energieumwandlung und elektrischer Energietransport bieten die Grundlage, sich in seinem Verhalten - etwa bei der Nutzung von regenerativen Energiequellen - langfristig auf notwendige Veränderungen einstellen zu können. Sie sind auch Voraussetzung zur Beteiligung am gesellschaftlichen Diskurs über Formen einer zukünftigen Energieversorgung. Daher lernen die Schülerinnen und Schüler, basierend auf der Untersuchung des Magnetismus als einer der grundlegenden Kräfte in der Natur, die physikalischen Grundlagen von Energieumwandlung und -transport sowie der Bereitstellung von Energie kennen. Konkrete Inhalte: natürlicher Magnetismus und magnetisches Feld, Elektromagnetismus Magnetfelder um Draht und Spule, Drehbare Elektromagnete Elektromotoren, Geschichtliches: Oersted und Faraday, Induktion, Wechselspannung und Wechselstrom, Generator, Transformator, Bereitstellung und Übertragung von elektrischer Energie: Aufbau und Funktion eines konventionellen Kraftwerks, das Stromnetz Geräte mit elektronischen Schaltungen in vielerlei Form sei es in Form von Laptops, Tablet-PCs oder Smartphones beeinflussen das Leben der Menschen auf allen Bereichen. Die Schülerinnen und Schüler sollen durch Klärung grundsätzlicher Computerbegriffe besser in die Lage versetzt werden, die Begrifflichkeiten, mit denen sie alltäglich umgehen mit Sinn zu füllen. Durch das Erlernen und Verstehen eines elaborierteren Teilchenmodells können Vorgänge in Halbleitern und damit in einfachen elektronischen Bauteilen wie Dioden, Transistoren und Kondensatoren besser verstanden werden. Die Kenntnis und Anwendung einfacher elektronischer Schaltungen wie Darlington-Schaltung und Flip-Flop ermöglicht einen ersten Einblick in die Funktionsweise datenverarbeitender Geräte. Konkrete Inhalte: Analog und digital, das Binärformat, Computerbegriffe, physikalische Grundlagen der Datenspeicherung, physikalische Grundlagen der Halbleitertechnologie: p- und n-leiter, elektronische Bauteile: Diode, Transistor, Kondensator, Sensoren, einfache elektronische Schaltungen: Transistorschaltung, Darlington, Flip-Flop, die Solarzelle. Gesamtschule Köln-Rodenkirchen Seite 7 von 9

8 Fach Physik Unterrichtsinhalte Jahrgang 10 Buch: Prisma Physik 7-10 (Klett) 1. Kontext: Mensch und Energie 1.1. Kräfte schonen Energie sparen Autos, Schiffe und U-Boote Werkzeuge und Maschinen erleichtern die Arbeit Kräfte schonen Energie sparen Im Fitnessstudio Physik und Sport Energie wozu? 1.2. Vergangenheit und Zukunft der Energieversorgung Die Geschichte der Kernspaltung Kernkraftwerke und Entsorgung Dunkle Kapitel der Kernenergie: Hiroshima, Tschernobyl und Fukushima Energiewende und erneuerbare Energieformen 2. Schwerpunkte und Inhaltsfelder 2.1. Mechanik II Physikalische Grundkonzepte Kraft und einfache Maschinen Physikalische Arbeit Physikalische Leistung Energieformen, Energieerhaltung, Wirkungsgrad, Kraftwerke 2.2. Kernenergie und Entsorgung, erneuerbare Energien Die Entdeckung des Atomkerns Die Umwandlung von Elementen Forschung und Krieg Physikalische Grundlagen alternativer Energieversorgung Gesamtschule Köln-Rodenkirchen Seite 8 von 9

9 3. Legitimation und Konkretisierung der Unterrichtsvorhaben 3.1. Wechselwirkungen zwischen Objekten bzw. Körpern werden meist durch Kräfte zwischen ihnen bestimmt. Die Physik nutzt einen Kraftbegriff, der sich teilweise von Alltagsvorstellungen der Schülerinnen und Schüler erheblich unterscheidet. Das Vorhandensein von Kräften kann an ihren Wirkungen erkannt werden, über diese Wirkungen wiederum lassen sich Kräfte messen und vergleichen. Erste Kenntnisse über Hebelwirkungen und Kräftegleichgewichte lassen sich zum Verständnis und zur Anwendung mechanischer Vorgänge in Natur und Technik nutzen. Der Energiebegriff geht jedoch weit über die mechanischen Energieformen hinaus und verbindet die einzelnen Gebiete der Physik miteinander. Ein Verständnis der Energieentwertung und des Wirkungsgrades ist wichtig, um die weltweit diskutierte Energieproblematik zu verstehen, sich sachverständig einzubringen und energiebewusst zu handeln. Konkrete Inhalte: Messen und Darstellen von Messwerten, Masse, Dichte, Kraft, Druck, Reibung, Auftrieb, Archimedisches Prinzip, Kraftwirkungen, Kraftvektoren, Gewichtskraft, Newton, und Kraftmesser Wechselwirkungsgesetz, einfache Maschinen, Hebelgesetz, der Begriff der Arbeit in der Physik, Berechnungen der mechanischen Leistung und des Wirkungsgrads, Energieerhaltungssatz als Grundprinzip der Physik, Energieformen und Energieumwandlung, Kraftwerkstypen, Kraft-Wärme-Kopplung Die Verwendung von Radioaktivität und Kernenergie in der Energiewirtschaft und im militärischen Bereich hat nachhaltige Konsequenzen für den Einzelnen und die Gesellschaft. Gerade vor dem Hintergrund der letzten Reaktorkatastrophe und damit verbundener politischer Entwicklungen ist Grundlegendes Wissen über Strahlungsarten und ihre Wirkungen sowie zur Kernspaltung und zum Betrieb von Kernkraftwerken Voraussetzung von Mündigkeit um im gesellschaftlichen Diskurs Nutzen und Risiken des Einsatzes der Kernenergie begründet abschätzen und Position beziehen zu können. Dabei stellt sich auch die Frage der Zukunft der Energie und dem individuellen Umgang mit deren Ressourcen. Konkrete Inhalte: Erweiterte Theorien zum Aufbau des Atoms, Elementarteilchen im Atomkern, Historisches zur Kernforschung und berühmten Forschern, Kernspaltung, Radioaktivität und Strahlungsarten, Isotope und Periodensystem, Elementumwandlungen und Zerfallsreihen, Halbwertszeiten, Arten, Aufbau und Funktion von AKW, Spaltbares Material und Spaltprodukte, physikalische Grundlagen von Photovoltaik und Wasserstofffusion. Gesamtschule Köln-Rodenkirchen Seite 9 von 9