Ministerium für Kultus, Jugend und Sport Baden-Württemberg Schulversuch 41-6623.1-08/231 vom 17. September 2009 Lehrplan für das Berufskolleg Einjähriges Berufskolleg zum Erwerb der Fachhochschulreife gestalterische Richtung Physik II Schuljahr 1 Der Lehrplan tritt mit Wirkung vom 1. August 2009 in Kraft.
2 Physik II Vorbemerkungen Die Ausbildung am 1BKFH qualifiziert, aufbauend auf einem mittleren Bildungsabschluss und einer abgeschlossenen Berufsausbildung, durch allgemeinbildenden und fachtheoretischen Unterricht zum Studium an einer Fachhochschule. Anhand der Lehrplaninhalte des vierstündigen Physikkurses im Wahlbereich erarbeiten die Schülerinnen und Schülern die für den Übergang in das zweite Ausbildungsjahr der Technischen Oberschule notwendigen fachlichen Kenntnisse und Fähigkeiten. Aufgrund der hohen Bedeutung der Mathematik im Physikunterricht der Oberstufe ist eine enge zeitliche und inhaltliche Abstimmung mit dem Fach Mathematik notwendig. Die Schülerinnen und Schüler verbessern durch die mathematische Darstellung physikalischer Modelle und Problemlösungen ihr Abstraktionsvermögen. Die im Lehrplan angegebenen Stundenzahlen dienen den unterrichtenden Kolleginnen und Kollegen als Hinweis für die Tiefe, in der die Lehrplaneinheiten behandelt werden sollen. Die Reihenfolge der Lehrplaneinheiten ist nicht verbindlich.
Physik II 3 Lehrplanübersicht Schuljahr Lehrplaneinheiten Zeitrichtwert Gesamtstunden Seite 1 1 Erweiterung der Mechanik 18 5 2 Kreisbewegungen 12 5 3 Impuls und Stoßprozesse 10 6 4 Elektrische und magnetische Felder 28 6 5 Bewegung von Körpern in Feldern 26 7 6 Wahlthema 16 8 7 Behandlung aktueller Themen aus Umwelt und Technik 10 120 9 Zeit für Leistungsfeststellung und zur möglichen Vertiefung 40 160
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Physik II 5 Schuljahr 1 Zeitrichtwert 1 Erweiterung der Mechanik 26 Die Schülerinnen und Schüler definieren und verknüpfen die physikalischen Größen der Mechanik zunächst sprachlich, dann auch mathematisch qualitativ und quantitativ miteinander. Sie beschreiben die von ihnen beobachteten und untersuchten Vorgänge mit den Mitteln der Fachsprache und der Mathematik. Kräfte Kräftegleichgewicht Wechselwirkungsgesetz Addition mehrerer Kräfte Kräftezerlegung Haft- und Gleitreibung Kinematik und Dynamik eines Massenpunktes gleichförmige und gleichmäßig beschleunigte Bewegung Fall- und Wurfbewegungen Der Energieinhalt eines Systems Bedeutung des Schwerpunkts Zeichnerisch und rechnerisch bei beliebigen Winkeln Schiefe Ebene Bewegungsgleichungen mit beliebigen Anfangsbedingungen Mathematische Behandlung auch unter Berücksichtigung der Reibung Arbeit als Fläche im F(s)-Diagramm 2 Kreisbewegungen 14 Die Schülerinnen und Schüler beherrschen die Kinematik und die Dynamik der gleichförmigen Kreisbewegung. Sie sind in der Lage, physikalische bzw. technische Problemstellungen im Zusammenhang mit der Kreisbewegung zu lösen. Kinematik der gleichförmigen Kreisbewegung eines Massepunktes Dynamik der gleichförmigen Kreisbewegung Einfluss des Bezugssystems Bewegungen eines Körpers auf kreisförmiger Bahn Bogenmaß Bahngeschwindigkeit Winkelgeschwindigkeit Zentripetalbeschleunigung Zentripetalkraft Außenstehender und mitbewegter Beobachter, Trägheitskräfte Looping und Kurvenfahrt
6 Physik II 3 Impuls und Stoßprozesse 12 Die Schülerinnen und Schüler lösen Probleme der Wechselwirkung zwischen den unterschiedlichen Bestandteilen eines Systems oder zwischen verschiedenen Systemen mithilfe der Erhaltungsgrößen Impuls und Energie. Selbst bei komplexen Wechselwirkungen schließen die Schülerinnen und Schüler mithilfe des Energieerhaltungssatzes und des Impulserhaltungssatzes vom Anfangszustand auf den Endzustand und umgekehrt. Die Wechselwirkung innerhalb eines Systems und zwischen Systemen Impuls als Erhaltungsgröße Stoßprozesse Vom Wechselwirkungsgesetz zum Impulserhaltungssatz Energie- und Geschwindigkeitsbetrachtungen bei unelastischen, elastischen und realen zentralen Stößen 4 Elektrische und magnetische Felder 30 Die Schülerinnen und Schüler beschreiben einfache elektrische Schaltungen, und berechnen mithilfe der Gesetze des elektrischen Stromkreises die Zusammenhänge der relevanten physikalischen Größen. Sie ordnen und beschreiben die Phänomene der Elektrostatik quantitativ mithilfe der physikalischen Modellen Ladung und Feld. Sie übertragen die beim elektrischen Feld erarbeiteten Begriffe und Verfahren soweit wie möglich auf das magnetische Feld und beschreiben die Gemeinsamkeiten und Unterschiede der beiden Felder. Die Schülerinnen und Schüler ermitteln quantitativ die in elektrischen und magnetischen Feldern gespeicherte Energie. Grundlagen des elektrischen Stromkreises Stromstärke, elektrische Ladung, Spannung, elektrischer Widerstand, elektrische Energie und Leistung, Wirkungsgrad Reihen- und Parallelschaltung Elektrisches Feld Kraftwirkungen zwischen ruhenden geladenen Körpern Feldlinienbilder elektrische Feldstärke, elektrische Spannung Kondensator Kapazität des Plattenkondensators Energie des geladenen Kondensators Ohmsches Gesetz Nur einfache gemischte Schaltungen Reibungselektrizität, Ladungsarten, Ladungserhaltung Influenz, Polarisation, Coulomb sches Gesetz Elektrische Feldkonstante, Einfluss von Materie im elektrischen Feld, Dielektrizitätszahl Elektrisches Feld als Träger der Energie
Physik II 7 Magnetisches Feld Kraftwirkung zwischen Magneten Magnetfelder stromdurchflossener Leiter Feldlinienbilder Kraft des Magnetfeldes auf den stromdurchflossenen Leiter magnetische Flussdichte Lorentzkraft Dauermagnet, magnetisierbare Stoffe Abhängigkeit von der Orientierung zum Feld Magnetfeld im Inneren einer langen Zylinderspule, magnetische Feldkonstante Einfluss der Materie auf die magnetische Flussdichte Kraft auf den bewegten Ladungsträger als Ursache für die Kraft auf den stromdurchflossenen Leiter Hallsonde 5 Bewegung von Körpern in Feldern 28 Die Schülerinnen und Schüler übertragen die Gesetze der newtonschen Mechanik zunächst auf die Bewegung von Körpern im Gravitationsfeld der Erde und anschließend auf die Bewegung geladener Teilchen in elektrischen und magnetischen Feldern. Sie beschreiben grundlegende Versuche der Teilchenphysik und deren Anwendungen in Forschung, Technik und Medizin. Bewegungen im Gravitationsfeld Newtonsches Gravitationsgesetz Satelliten- und Planetenbahnen Bewegung geladener Teilchen in elektrischen und magnetischen Feldern Erzeugung geladener Teilchen Bewegung von geladenen Teilchen im homogenen elektrischen Feld Bewegung von geladenen Teilchen im homogenen magnetischen Feld Grundprinzip der Massenspektroskopie Masse und mittlere Dichte der Erde Gezeiten Keplergesetze Astronomisches Weltbild Glühelektrischer Effekt Quantitativ nur für den Eintritt senkrecht zum Magnetfeld Geschwindigkeitsfilter Teilchenbeschleuniger spezifische Ladung
8 Physik II 6 Wahlthema 16 Die Schülerinnen und Schüler erweitern durch das Wahlthema ihren physikalischen Horizont. Durch eigenverantwortliches Lernen in kleinen Gruppen fördern sie Teamfähigkeit und ihre Methodenkompetenz. Entsprechend dem Interesse der Schülerinnen und Schüler und den Möglichkeiten der Schule wählt die unterrichtende Lehrkraft eines der beiden folgenden Themen aus. Elektromagnetische Induktion (16) Mit der elektromagnetischen Induktion beschreiben die Schülerinnen und Schüler ein Phänomen, das elektrische und magnetische Felder miteinander verknüpft. Am Beispiel der Erzeugung von Wechselspannung beschreiben sie den Zusammenhang zwischen physikalischer Entdeckung, technischer Anwendung und gesellschaftlicher Entwicklung. Elektromagnetische Induktion Induktion durch Bewegung eines Leiters im Magnetfeld Induktion durch Flächenänderung Induktion durch Änderung der magnetischen Flussdichte allgemeines Induktionsgesetz Erzeugung sinusförmiger Wechselspannung Bewegung nur senkrecht zu den Magnetfeldlinien magnetischer Fluss, Lenzsche Regel Generator; Transformator Mechanische Schwingungen (16) Die Schülerinnen und Schüler beschreiben, systematisieren und modellieren Schwingungen als eine charakteristische Gruppe der in Natur und Technik vorkommenden Bewegungsformen. Sie wenden das Modell des harmonischen Oszillators an und erkennen seine Grenzen. Grundbegriffe zur Beschreibung mechanischer Schwingungen Modell des harmonischen Oszillators periodische Bewegung, Schwingungsdauer, Frequenz, Elongation, Amplitude, Rückstellkraft, Energieumwandlung Schwingung als Bewegung eines Massepunktes um eine stabile Gleichgewichtslage Federpendel Fadenpendel bei kleiner Auslenkung Bewegungsgesetze der harmonischen Schwingung Beschränkung auf s(t) = ŝ cos( ω t) s(t) = ŝ sin( ω t) oder
Physik II 9 7 Behandlung aktueller Themen aus Umwelt und Technik 10 Die Schülerinnen und Schüler wenden, das im Unterricht erarbeitete Fachwissen auf aktuell diskutierte Probleme aus Naturwissenschaft und Technik an. Sie beurteilen Informationen kritisch und beziehen in Diskussionen begründet Stellung. Aktuelle Probleme und Fragen aus Naturwissenschaft und Technik Z. B. Thematik der Nobelpreise Aussagen zu Klima- und Umweltpolitik in den Medien Aktuelle technische Entwicklungen und Erkenntnisse
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