Lehrplan Physik

Gymnasium  Liberec

 Deutschsprachige Abteilung

Tschechische Republik

 

Stand Januar 2003

 
F a c h l e h r p l a n   f ü r   P h y s i k

Inhaltsübersicht:

        
Situationsbeschreibung                

          Vorbemerkungen                          

          Abkürzungen                                  

          Jahrgangsstufe 10                      

          Jahrgangsstufe 11                      

          Jahrgangsstufe 12                      

          Jahrgangsstufe 13                      

Situationsbeschreibung

In der bilingualen Abteilung von F.X. Saldy werden die Schüler ab der Jahrgangsstufe 10  ( 3 N )
im Fach Physik auf deutsch unterrichtet. Dabei sind in der Jahrgangsstufe 10  ( 3 N )  u. 11 ( 4 N )
jeweils zwei Wochenstunden und in der Jahrgangsstufe 12  ( 5 N )  u. 13  ( 6 N ) jeweils drei
Wochenstunden vorgesehen.
Derzeit erhalten die Schüler der Jahrgangsstufe 9 zwei Wochenstunden deutschsprachigen Fach-
unterricht  ( DFU ) in den Fächern Physik und Biologie. Die Chemie wurde aus dem Fachangebot
gestrichen ( letztes deutsches Chemie Abitur im Schuljahr 2003 / 2004 ); stattdessen wurde
Erdkunde eingeführt, dieses Fach kann je nach Lehrerlage auch im deutschsprachigen Fachunter-
richt propädeutisch angeboten werden.

Die Schüler kommen mit guten physikalischen Vorkenntnissen in die bilinguale Abteilung.
Sie haben in den Klassen 6 bis 8 jeweils zwei Wochenstunden Physik. In der tschechischen
Abteilung
wurden Grundgrößen der Mechanik, der Elektrizitätslehre, des Magnetismus, der
Kernphysik und der Wärmelehre behandelt:

Klasse 8:       Arbeit und Energie 
                        Aggregatzustände und Wärmelehre 
                        Elektrostatik und Ladung,
                        Stromkreis und Schaltungen
                        Anwendungen des Stromes im Haushalt.
                        Wiederholung und Vertiefung des gesamten Stoffgebietes  ( Anwendungen, Tests )

Klasse 9:       Leitungsvorgänge  ( Metalle, Ionenlösungen ) 
                        Magnetostatik und elektrische Induktion  ( Generator, Motor, Transformator )
                        Mechanische Schwingungen und Wellen
                        Grundlagen der Atom- und Kernphysik
                        Grundlagen der Astronomie  ( evt. Strahlenoptik )
                        Wiederholung und Vertiefung des gesamten Stoffgebietes  ( Anwendungen, Tests )
 
Die Stoffverteilung im tschechischen und deutschen Physikunterricht wurde mit den tschechischen
Kollegen abgestimmt, so dass die vorgegebenen Zielsetzungen des tschechischen und des deutschen
Bildungssystems berücksichtigt wurden.

In den Klassenstufen 12 und 13 werden von der tschechischen Abteilung für alle Schüler zwei-
stündige Seminare angeboten. Diese dienen speziell der Vertiefung, und Ergänzung des normalen
Unterrichts und umfassen die folgenden Fächer:  Mathematik, Physik, Chemie, Biologie, Geologie,
Geschichte, Philosophie, Musik, Englisch, Spanisch, Französisch, Russisch und Deutsche Konversation. Von diesen angebotenen Seminarfächern sind in der Jahrgangsstufe 12 zwei und in der Jahrgangsstufe 13 drei verpflichtend zu belegen  ( Dieses Seminarangebot hängt natürlich auch von der Zusammen-
setzung des Kollegiums und von den stundenplantechnischen Möglichkeiten ab ).

Zielsetzung des tschechischen Unterrichts ist eine gezielte Vorbereitung auf die Aufnahmeprüfungen
an tschechischen Universitäten. Der Unterricht und die Lerninhalte sind entsprechend ausgewählt.
Das Abitur ist nach deutschem Verständnis die notwendige und hinreichende Voraussetzung zum
Studium an einer Universität. Die tschechischen Schüler müssen jedoch zum Studium weitere
Zusatzprüfungen absolvieren, bei diesen Prüfungen wird ein sehr umfangreiches Faktenwissen
abgefragt. Die konzentrierte Faktenvermittlung kann und will die deutschsprachige Abteilung in den
Naturwissenschaften jedoch nicht leisten.
Damit steht der unterrichtende Lehrer in einem schwierigen Spannungsverhältnis, einerseits die
Einübung von Transferleistungen und die Beschränkung auf exemplarische Aufgabenfelder, andererseits das von den Schülern ( und Eltern ) implizit erwartete konsequente einüben von Faktenwissen –
sonst wird der Unterricht als „zu leicht“ und „oberflächlich“ empfunden. Dies stellt für den unter-
richtenden Lehrer eine besondere Herausforderung dar, er wird Erfahrung und Gespür benötigen,
dies im Rahmen der jeweiligen Klassensituation richtig auszutarieren; dies ist sicherlich auch ein
besonderer Reiz der Tätigkeit des Lehrers im Auslandsschuldienst!

Vorbemerkungen

Der vorliegende Fachlehrplan Physik enthält eine ausführliche Darstellung der Ziele und Inhalte des
Fachunterrichts:

Für jeden Lehrplanabschnitt werden zunächst die Ziele beschrieben. Die Beschreibung dieser Ziele
soll jeweils deutlich machen, auf welche Art von Entwicklungsprozessen es im Unterricht bei den
Schülern ankommt. Bei diesen Prozessen lassen sich vier didaktische Schwerpunkte unterscheiden,
die für schulisches Lernen im Hinblick auf die personale Entwicklung der Schüler bedeutsam sind:
1. Wissen   2. Können u. Anwenden    3. Produktives Denken u. Gestalten    4. Wertorientierung
Diese didaktischen Schwerpunkte stehen in einem inneren Zusammenhang, doch hat jeder seinen
eigenen Charakter, der in der Zielformulierung zum Ausdruck kommt.

Danach kommen die Inhalte. Die Inhalte werden in zwei Spalten dargestellt, in der linken aus der
Sicht des Faches  ( vor allem Begriffe, Fakten, Themenbereiche, Daten ), in der rechten aus der Sicht
des Lehrens  ( Denkweisen, Prozesse, Wertvorstellungen, daneben auch stoffliche Präzisierungen ).

Methodische Anmerkungen sind, wo es angebracht erscheint, unter der jeweiligen Inhaltsgruppe auf-
geführt. Sie sollen dem Lehrer Hilfen bei der Umsetzung des Lehrplanes geben, z.B. bei der Ab-
wägung unterrichtlicher Alternativen oder auch bei der Berücksichtigung pädagogischer Ziele.

Die Reihenfolge, in der die Ziele und Inhalte angeordnet sich, kann, soweit sie nicht durch den
logischen Aufbau der Physik bedingt ist, nach dem Ermessen des Lehrers innerhalb einer Jahrgangs-
stufe abgeändert werden.

Hinweise auf Querbezüge zu anderen Fächern und auf fächerübergreifende Bildungs- und
Erziehungsaufgaben erfolgen mit Hilfe der Abkürzungen. Sie sind näher erläutert, wo sie nicht ohne
weiteres verständlich sind.

Alle Aussagen im Lehrplan sind Teil der verbindlichen Vorgaben für den Unterricht, der den
Schülern zugedacht ist. Ausführungen, die nur Anregungen oder Beispiele geben sollen, sind durch
den Sprachgebrauch als solche gekennzeichnet.

Die als Zeitrichtwerte genannten Stundenzahlen geben einen Hinweis für die Unterrichtsplanung,
sind aber nicht verbindlich.

Für das Erreichen der Ziele des Fachunterrichts  ( Darbietung und Erarbeitung des Lehrstoffes,
Einübung, Wiederholung, Beobachtung des Lernfortschritts und mündliche Leistungsnachweise )
rechnet der Lehrplan bei einem einstündigen Fach mit 28 Unterrichtsstunden im Schuljahr, bei einem
mehrstündigen mit einem  entsprechenden Vielfachen. Von den darüber hinaus verfügbaren Stunden
wird in den Schulaufgabenfächern ein Teil für die Durchführung der Schulaufgaben benötigt; in den
übrigen Stunden ist der pädagogische Freiraum erhalten. Dieser pädagogische Freiraum wird
sicherlich auch für die Spracharbeit genutzt werden müssen. Der Anteil der Spracharbeit wird in den
höheren Klassen natürlich zurückgehen.

In den tschechischen Lehrplänen werden bei einem einstündigen Fach 33 Unterrichtsstunden im
Schuljahr zugrundegelegt. Dabei werden aber Phasen der Vertiefung  ( Aufgaben, Übungen ) und
Tests konkret aufgeführt. Der zeitliche Umfang für die reine Stoffvermittlung deckt sich somit mit
dem hier vorgelegten Plan.

In der Jahrgangsstufe 13 wurde eingeplant, dass wegen der Abiturprüfung ungefähr 20 Stunden
weniger zur Verfügung stehen.

Die Lehrer sollen den Schülern bewusst machen, dass es im Physikunterricht nicht nur um Wissens-
vermittlung
geht, sondern auch um das Verständnis physikalischer Zusammenhänge bei Abläufen
in Natur und Technik. Durch die Vermittlung von Kenntnissen, Fertigkeiten, Fähigkeiten und
Einsichten sollen die Schüler die Grundlage für die eigenständige Verarbeitung von Informationen,
die systematische Inangriffnahme von Alltagsproblemen und die sachkundige Beurteilung von
Vorgängen in Natur und Technik als Rüstzeug für das Leben erhalten; Physik ist so als Kulturgut
zu begreifen. Am Zusammenspiel von Theorie und Experiment sollen die Schüler verschiedene
Methoden der Erkenntnisgewinnung kennen lernen. Dabei kommt der Theorie- und Modellbildung
mit zunehmendem Alter eine wachsende Bedeutung zu. Alltagsvorstellungen der Schüler sollen
aufgegriffen und fachlich präzisiert werden; häufig anzutreffenden Fehlvorstellungen gilt es zu
begegnen. Bestimmte Inhalte sind unentbehrliche Grundlage für einen aufbauenden Unterricht.
Auf das Einüben und Wiederholen sowie das Erkennen der zugrundeliegenden Zusammenhänge
ist hier besonderer Wert zu legen; nur so kann darauf hingearbeitet werden, dass dieses Wissen –
auch über die jeweilige Jahrgangsstufe hinaus – später leicht aktiviert und abgerufen werden kann.

Der Grad der Mathematisierung physikalischer Sachverhalte wird durch den Lehrplantext um-
schrieben. Bereits in der Mittelstufe soll behutsam auf Kenntnisse aus der Mathematik zurückge-
griffen werden, wenn dadurch das Verständnis der physikalischen Phänomene besonders gefördert
und vertieft sowie die Darstellung vereinfacht und präzisiert wird. Übungsaufgaben und Lernziel-
kontrollen sollen möglichst keine reine Rechenaufgaben sein. Eigene Überlegungen der Schüler,
die sie auch verbal darstellen, sollen unter Einbeziehung graphischer Methoden sowie einfacher
Skizzen in übersichtlicher Darstellung zu einem physikalischen Lösungsweg führen.
Ein wichtiges Hilfsmittel ist das Abschätzen von Größen. Vor allem wenn Messergebnisse in die
Rechnung eingehen, soll der sinnvolle Umgang mit dem Taschenrechner eingeübt werden. Dabei
sollen auch Probleme der Messgenauigkeit diskutiert werden; auf die Ursachen von Messfehlern und
auf die Fehlerfortpflanzung ist altersgemäß einzugehen.

In der Oberstufe sind die Unterrichtsfortschritte in Mathematik und Physik teilweise eng verflochten;
gerade hier ist darauf zu achten, dass Symbolik und Formalistik nur dort verwendet werden, wo sie
deutliche, auch den Schülern erkennbare Vorteile bringen. Bedeutung kann hier der Einsatz des
Computers als Hilfsmittel in seinen verschiedenen Anwendungsbereichen  (z.B. bei Modellbildung
und Simulation bzw. Messwerterfassung und –verarbeitung)  finden.

Für alle Jahrgangsstufen gilt der Auftrag, die sprachliche Ausdrucksfähigkeit bewusst zu fördern.
Das Unterrichtsgespräch, sowie z.B. die schriftliche Ausarbeitungen bieten vielfältige Möglichkeiten,
eine dem Sachverhalt angemessene sprachliche Darstellung unter Verwendung der Fachsprache ein-
zuüben und zu fördern.

Ferner gilt es, den Schülern Einsichten in das Verhältnis von Mensch und Technik zu vermitteln und
sie dabei nicht nur mit den fachwissenschaftlichen Aspekten technischer Leistungen vertraut zu
machen, sondern auch Chancen und Risiken moderner Technik zu diskutieren. Wegen der viel-
seitigen Anknüpfungsmöglichkeiten dieses für das Fach Physik durchgängigen Auftrags sind nicht
alle denkbaren Stellen im Lehrplantext gekennzeichnet.

Die Arbeitsweise einer Wissenschaft kann man nur dann wirklich kennen lernen, wenn man diese –
zumindest an einigen Beispielen – selbst praktiziert. Das Schülerexperiment ist daher ein unverzicht-
barer Bestandteil des Physikunterrichts. Wo immer möglich, sollen die Schüler im Unterricht an
Experimenten beteiligt werden, selbständig Schülerversuche durchzuführen und zu einfachen und
ungefährlichen Heimversuchen angeregt werden. In den methodischen Anmerkungen sind zahlreiche
Vorschläge von Themen aufgeführt, die sich für Schülerversuche besonders eignen. Alle Schüler der
Mittelstufe sollen Gelegenheit erhalten, im Laufe eines Schuljahres wenigstens vier  ( bei zwei
Wochenstunden )  Experimente selbst durchzuführen.
Bei der Vorbereitung und Durchführung von Demonstrationsexperimenten, Schülerversuchen und
Praktika sind die Richtlinien zur Sicherheit im naturwissenschaftlichen Unterricht, wie sie z.B. an
den Schulen in Bayern oder Baden-Württemberg gelten
, zu beachten.

Abkürzungen

F ä c h e r :                                                     F ä c h e r ü b e r g r e i f e n d e    B i l d u n g s -
                                                                        u n d   E r z i e h u n g s a u f g a b e n :

B             Biologie                                                                BO                Berufliche Orientierung

C             Chemie                                                                  DS                Pflege der deutschen Sprache

D             Deutsch                                                                DW                Dritte Welt

E             Englisch                                                                              EU                Europa

Ek                Erdkunde                                                             FA                Familien -  und Sexualerziehung

Eth          Ethik                                                                      FR                Friedenserziehung

Ev.                Evangelische Religionslehre                      FZ                Freizeiterziehung

F                Französisch                                                         GE                Gesundheitserziehung

Fs                Fremdsprachen                                                   ITG                Informationstechnische Grundbildung

mFs        Moderne Fremdsprachen                                    MB                Musische Bildung

G                Geschichte                                                            ME                Medienerziehung

Gr                Griechisch                                                             MT                Mensch und Technik

Hw                Hauswirtschaft                                                    P                Politische Bildung

It                Italienisch                                                             U                Umwelterziehung

K                Katholische Religionslehre                      V                Verkehrserziehung

Ku                Kunsterziehung                                                   W                Weltbild – Weltdeutung

L             Latein

M                Mathematik

Mu         Musik

Nw                Naturwissenschaften

Ph           Physik

Rw                Rechnungswesen

S             Sport

SG                Sozialpraktische Grundbildung

Sk                Sozialkunde

Sp           Spanisch

TmW                Textilarbeit mit Werken

WR                Wirtschafts - und Rechtslehre

 

                                    Jahrgangsstufe 10         ( 3 N )



2 Wochenstunden            Insgesamt ca. 65 Stunden                  ( 2 einstündige Klassenarbeiten pro Halbjahr )

Für die Schüler der Deutschen Abteilung an F.X. Saldy ist dies das erste Jahr in welchem sie von
deutschen Lehrern in Physik unterrichtet werden. Dies bedeutet, dass vor allem Wert gelegt werden
muss auf gute begriffliche und sprachliche Fundamentierung der physikalischen Fachsprache.

Die Vorkenntnisse der tschechischen Schüler in physikalischer Hinsicht sind letztlich sehr gut, sie
wurden bereits in der tschechischen Abteilung in Physik unterrichtet, darauf kann gut Bezug
genommen werden (s. Situationsbeschreibung ).

Die noch mangelnde Sprachkompetenz ist hier die größte Herausforderung für den Unterricht.
Der in 2N jedoch bereits abgehaltene propädeutische Unterricht zur deutschen Fachsprache
( Physik, Mathematik, Erdkunde ) erleichtert hier den Schülern den Start erheblich.

Bei der Beschreibung physikalischer Sachverhalte ist von den Schülern eine unter diesen Um-
ständen angemessene sprachliche Darstellung zu fordern, wobei der verstärkte Rückgriff auf
die mathematische Formulierung hier dann durchaus als hilfreich empfunden wird, da so auch die
Schüler eine gute Möglichkeit der Kommunikation haben, die sich in diesem ersten Jahr mit der
deutschen Sprache noch schwer tun.

I   Einführung in die Mechanik                                       ( ca. 35 Stunden )


1.         Kräfte und ihre Wirkungen

Die Schüler lernen systematisch die begreifbare Welt der Mechanik kennen, die die Grundlage
für viele Modellvorstellungen bildet ( › W ). Sie haben die Möglichkeit, bereits in der tschechischen
Abteilung gelernte Inhalte zu wiederholen und zu vertiefen.
Die Erläuterung von Modellvorstellungen in der Physik kann hier an einigen Stellen des Unter-
richts, je nach Situation, flexibel eingebaut werden; dies gilt auch für die Beherrschung der Fach-
sprache ( › D ) sowie für die Anwendung einfacher mathematischer Umformungen.

Kraft als physikalische Größe

Kraft als Ursache von Bewegungsänderungen
und Verformungen
Beispiele aus dem täglichen Leben ( › MT )

Der Kraftpfeil

Altersgemäß wird die Kraft als Basisgröße mit
der Einheit Newton eingeführt bzw. wiederholt.
Versuche erläutern die Notwendigkeit, Kräfte
durch Betrag, Richtung und Angriffspunkt zu
beschreiben
Evt. Herstellung eines Kraftmessers  ( › TmW )
Erläuterung von Vektoren und Skalaren


Kräfteaddition und Kräftezerlegung

Lösen von maßstäblichen Konstruktionsaufgaben
mit dem Kräfteparallelogramm
Die schiefe Ebene als wichtiges Beispiel ( › MT )
Beispiele aus der Technikgeschichte ( › G )
Bei der evt. rechnerischen Lösung kann auf den
Kosinussatz und Sinussatz Bezug genommen
werden  ( › M )

Der Trägheitssatz

Der Trägheitssatz wird als das Ergebnis einer
Idealisierung vorgestellt ( › W )

Kraft und Gegenkraft

Am Beispiel der Reibung erfolgt eine exemplarische Klärung dieses Begriffspaares
Erwähnung der Reibungszahl
Bedeutung der Reibung bei Fahrzeugen ( › V )

Der Arbeitsbegriff

Hubarbeit und Reibungsarbeit dienen zur ein-
fachen Einführung der physikalischen Arbeit

Hooksches Gesetz

Mit geeigneten Experimenten kann hier der
Begriff der Proportionalität erläutert und vertieft
werden
Das Hooksche Gesetz als Idealisierung  ( › W )

 

2.         Masse und Dichte


Die Schüler gewinnen ein Verständnis für die Definition der Masse als ortsunabhängige Größe und
lernen die Dichte als eine Größe kennen, die den Stoff eines homogenen Körpers kennzeichnet.
Sie erfahren, dass gängige Formulierungen der Umgangssprache im fachwissenschaftlichen Kontext
untauglich sein können  ( › DS ).

Gewichtskraft eines Körpers

Beispiele zur Abhängigkeit der Gewichtskraft
vom Ort
Evt. Erläuterung mit geeigneten Filmen
Messung mit dem Federkraftmesser

Masse als ortsunabhängige Größe

Die Masse mit der Einheit Kilogramm  ( › G )
Messung mit der Balkenwaage

Zusammenhang zwischen Gewicht und Masse

Experimentelle Bestimmung des Ortsfaktors

Dichte als Materialkonstante

Experimentelle Bestimmung bei festen, flüssigen
und gasförmigen Stoffen  ( › C )


3.         Druck in Flüssigkeiten und Gasen

Die Schüler lernen die Kraftübertragung in Flüssigkeiten und Gasen sowie deren technische
Anwendung verstehen. Sie sollen erkennen, wie der Schweredruck, insbesondere der Luftdruck,
entsteht. Am Beispiel des Auftriebs sollen sich die Schüler altersgemäß mit der deduktiven
Methode der Physik  ( › W )  befassen.

Gleichmäßige Druckausbreitung
Teilchenmodell

Versuche zeigen, dass der Quotient F/A als
Druck definiert werden kann
Druck als Zustandsgröße
Vertiefung des Teilchenmodells der Materie
Evt. Film zur Brownschen Teilchenbewegung

Flüssigkeiten und Gase als Medien bei Kraft-
wandlern

Schweredruck und Luftdruck  ( › U )
Hebebühne und hydraulische Bremse als
mögliche Anwendungen  ( › MT)

Auftrieb

Deduktive Herleitung des Gesetzes von
Archimedes
Experimente und einfache Rechnungen
Versuche mit dem Aräometer

4.         Die Geschwindigkeit und die gleichförmige Bewegung


Vor dem Hintergrund der Alltagserfahrungen lernen die Schüler Möglichkeiten zur Registrierung
und Darstellung von Bewegungen kennen. Sie erfahren, wie man diese in ein mathematisches
Modell zur Beschreibung abstrahiert  ( › W )  und lernen, den Verlauf von Bewegungen in
Diagrammen abzulesen. Dabei ist ein wichtiges Unterrichtsziel zu zeigen, dass physikalische
Sachverhalte verschieden dargestellt werden können. Neben der algebraischen Formulierung
steht gleichwertig die grafische Darstellung in Diagrammen.

Registrierung und Beschreibung von
Bewegungsabläufen

Erstellung und Deutung von Diagrammen
Vorbereitung des Grenzwertbegriffs

Geschwindigkeitsdefinition

Quantitative Auswertung und Interpretation
von Diagrammen
Umrechnung verschiedener Einheiten
Bezüge zum Alltag  ( › MT )

Bewegungsüberlagerung

Vertiefung und Wiederholung des Vektorbegriffs
Einfache Beispiele

II   Grundbegriffe der Elektrizitätslehre                                   ( ca. 20 Stunden )


Durch die Erarbeitung von Modellvorstellungen  ( › W ) zum elektrischen Stromkreis und zum
Aufbau der Materie werden für die Schüler wesentliche elektrische Größen und Erscheinungen
verständlich. Auch hier kann auf bereits vorhandene Grundkenntnisse, welche die Schüler in der
tschechischen Abteilung bereits erworben haben, wiederholend und vertiefend zurückgegriffen
werden. Die Schüler werden zudem in die Lage versetzt, selbst Erklärungen für Beobachtungen zu
finden oder sogar bei Experimenten die Ergebnisse vorherzusagen  ( › DS )
Diese Inhalte können durch Einblicke in Fragen der Energiewirtschaft, Nachrichtentechnik und
die geschichtliche Entwicklung ergänzt werden ( › P ,   Sk ).
An geeigneter Stelle muss auf die Gefahr des elektrischen Stromes im Haushalt hingewiesen
werden.

1.            Grundlagen der Elektrostatik

Der Ladungsbegriff und die Modellvorstellung
vom elektrischen Strom

Versuche erläutern den Begriff der Ladung und
nehmen erklärend auf die Atomvorstellung der
Materie Bezug  ( › C )

Kräfte zwischen ruhenden Ladungen

Versuche zur Reibungselektrizität  ( › G )
Mitteilung eines einfachen Atommodells

2.            Grundlagen der Elektrotechnik
 

Größen im Stromkreis

Exemplarische Begriffsbildung der Stromstärke
und der elektrischen Spannung  ( › D )
Durch Beispiele und Übungen werden die
Begriffe schrittweise präzisiert
Vorstellung von Messgeräten

Wirkungen des Stroms

Wärme und Magnetfeld
Evt. kann auch auf die chemische Wirkung
( Elektrolyse ) experimentell Bezug genommen
werden  ( › C )

Elektrischer Widerstand

Definition des Widerstandes
Gesetz von Ohm
Übungen dazu schärfen die Begriffsbildung

Elektrische Arbeit und Leistung

Quantitative Versuche und Übungen
Bezug zu Haushaltsgeräten  ( › MT )
Sicherheitshinweise 

Einfache zusammengesetzte Schaltungen

Reihen- und Parallelschaltung als struktur-
bildende Elemente
Anwendung bei Stromkreisen im Haushalt
Sicherheitshinweise  ( › MT )
Üben und Festigen durch Bearbeitung einiger
anwendungsorientierter Aufgaben

Glühemission

Vertiefung der Modellvorstellung vom
elektrischen Strom  ( › G ,  W )
Vakuumdiode als technische Anwendung

Wechselspannung, Gleichspannung

Bemerkungen zur technischen Stromrichtung
Elektronenstrahlablenkung im Oszilloskop

Für Schülerübungen bieten sich die folgenden Themen an:  Spannung-Strom-Kennlinien
verschiedener Leiter, Reihen- und Parallelschaltung von Leitern, Magnetfelder von Strömen und
Dauermagneten, Induktion.


III   Einführung in die Strahlenoptik                                  ( ca. 10 Stunden )

Die Schüler lernen eine Vielzahl interessanter Eigenschaften des Lichts kennen. Das Strahlen-
modell erlaubt ihnen, die Ergebnisse vieler optischer Experimente vorherzusagen bzw. scheinbar
verschiedene Phänomene miteinander in Zusammenhang zu bringen. Durch die anschauliche Ein-
führung in die physikalischen Erscheinungen der Optik werden die Schüler für das Beobachten der
Natur und der technischen Umwelt aufgeschlossen. Die nachfolgende Begriffsbildung stützt sich
auf die von den Schülern bereits gemachten Erfahrungen. Vor dem Erarbeiten exakter Definitionen
soll nach dem Grundsatz des entdeckenden Lernens ein möglichst weitreichendes Vorverständnis
angestrebt werden. Als ein möglicher Praxisbezug geometrischer Verfahren  ( › M ) soll den
Schülern die Erklärung der Bildentstehung am ebenen Spiegel deutlich werden.
Insbesondere bei der physikalischen Behandlung der Farben werden dem Schüler Einblicke in
die Grundlagen der Farbmischung als auch moderne technische Verfahren zur Herstellung farbiger
Bilder vermittelt. Hier entfaltet die Physik eine eigene Ästhetik  ( › MB )


1.            Grunderscheinungen des Lichts

Lichtquellen, Lichtbündel und Lichtstrahlen

Selbstleuchtende bzw. beleuchtete Körper 
( › V)
Modellvorstellungen  ( › W )

Geradlinige Ausbreitung des Lichts und Lichtgeschwindigkeit

Schatten
Mond- und Sonnenfinsternisse  ( › Ek )
Aufzeigen des Prinzips von der Umkehrbarkeit
des Lichtwegs
Hinweis auf die Bedeutung der endlichen Aus-
breitungsgeschwindigkeit des Lichts

Reflexion und Reflexionsgesetz

Entdecken der Eigenschaften von Bildern am
ebenen Spiegel
Konstruktion von Strahlengängen und
Bedeutung des virtuellen Bildes  ( › M )

Brechung und Totalreflexion

Qualitative Behandlung und Beschreibung
Erwähnung von Natur- und Himmelserschei-
nungen z.B. Fata Morgana  ( › DS )
Tech. Anwendungen z.B. Endoskop  ( › GE )

Dispersion von Licht

Hinweis auf Regenbogenfarben
Erzeugung farbiger Bilder  ( › Ku )

Additive und subtraktive Farbmischung

Hinweis auf das Farbensehen als Ergebnis
eines physiologischen Prozesses  ( › B )

2.            Anwendungen
 

Abbildung durch Sammellinsen

Bildkonstruktion und Bestätigung im Versuch
Beschränkung auf dünne Linsen
Bezug zum Alltag  ( › B )

Linsengleichungen

Geometrische Herleitung und Vertiefung mit
geeigneten Übungsbeispielen  ( › M )

Gerade in der Optik sind Schülerversuche motivierend und überzeugend. Für Reflexionsgesetz,
Brechung und Totalreflexion eignen sich Versuche aus käuflichen Optikbaukästen.

                         Jahrgangsstufe 11            ( 4 N )

2 Wochenstunden            Insgesamt ca. 65 Stunden                  ( 2 einstündige Klassenarbeiten pro Halbjahr )



In Anlehnung an die erste genehmigte Fassung des Physiklehrplanes vom 21.12.1995 wird in
der Klasse 4 N zuerst die Kernphysik wiederholend behandelt. Es soll hier sichergestellt werden,
dass Schüler die mit der 4 N die Physikausbildung verlassen, genügend Kenntnisse in diesem
gesellschaftspolitisch wichtigen Gebiet haben  ( › P ).
Der zweite, größere Teil des Stoffgebietes wird die Mechanik der Mittelstufe weiterführen um hier
die Grundlagen für das Abitur zu schaffen. Im Physikunterricht der Oberstufe werden die in der
Mittelstufe vorwiegend phänomenologisch und qualitativ behandelten Stoffgebiete wieder aufge-
griffen und unter verstärkter Einbeziehung der Mathematik auch quantitativ erfasst. Ein wichtiges
Anliegen des Unterrichts in dieser Klassenstufe ist es, die Schüler mit grundlegenden Begriffen wie
Radioaktivität  ( › U ), Kernenergie, Kraft, Beschleunigung  ( › MT ), Energie und Impuls  ( › V )
präzisierend vertraut zu machen  ( › BO ).

Im Bereich der Atomphysik steht die Vertiefung und Präzisierung des Atom- und Kernaufbaus
neben der technischen Anwendung und Bedeutung im Vordergrund. Am Beispiel des radio-
aktiven Zerfalls erkennen die Schüler, wie man in der Physik sowohl mit der induktiven als auch
mit der deduktiven Methode neue Erkenntnisse gewinnt, sie erhalten damit einen Einblick in
die erkenntnistheoretische Methodik der Physik. Die kann hier stellvertretend für alle Natur-
wissenschaften  ( › W ) exemplarisch gezeigt und erläutert werden  ( › G ).

Bei der Vertiefung der Kernphysik beschäftigen sich die Schüler neben den rein fachwissenschaft-
lichen Fragen auch mit dem Problemfeld der Ambivalenz der Technik  ( › FR ). Hier soll der Blick
für die Aspekte der Umwelt- und Sozialverträglichkeit geschärft werden  ( › Eth ).
Die Beschäftigung mit Fragestellungen im Rahmen der Elementarteilchenphysik führt zur Be-
deutung nun Notwendigkeit moderner Großforschungsanlagen. Es sollte im Gespräch die
Wichtigkeit einer zweckfreien Grundlagenforschung zur Sprache kommen  ( › BO ).


Beim Eintritt in die Oberstufe sollen nun die Schüler befähigt werden selbständig zu lernen und
auch zunehmend Transferleistungen erbringen zu können. Für die besondere Situation der Schüler
der deutsprachigen Abteilung ist jedoch zu beachten, dass neben den noch vorhandenen Sprach-
problemen auch die Aufgabe und Zielsetzung der Reifeprüfung in der tschechischen Republik
anders gesehen wird, als in Deutschland ( s. Situationsbeschreibung auf Seite 2 ) !



I   Kernphysik und Kernenergietechnik                                 ( ca. 15 Stunden )

Grundlagen dieses Themas wurden in der tschechischen Abteilung bereits in vorhergehenden
Jahrgangsstufen gelegt und behandelt. Hier soll nun dieses Stoffgebiet vertiefend wiederholt
werden. Zentrale Bedeutung hat dabei neben dem Grundlagenwissen die Betrachtung der
technischen Möglichkeiten mit den verbundenen Risiken und Problemen der Kerntechnik.
Die Schüler sollen durch diese Unterrichtssequenz dazu befähigt werden, bei der in der Öffentlich-
keit geführten Energiediskussion eine eigene, sachgerecht begründete Stellung zu beziehen.

Masse und Aufbau der Atome

Erweiterung der bisherigen Modellvorstellung
Kernaufbau aus Protonen und Neutronen  ( › C)  

Radioaktive Strahlung und Zerfallsgesetz

 

 

Beschreibung der Phänomene unter Bezug-
nahme auf die Geschichte  ( › G )

Aufbau und Wirkungsweise eines Zählrohrs

Mathematische Behandlung des Zerfallsgesetzes
Vorstellung wichtiger Radionuklide

Wirkung radioaktiver Strahlung auf lebende
Materie

Strahlenschäden und Strahlenschutz  ( › GE )
Energie- und Äquivalentdosis
Natürliche Strahlenbelastung

Energiebilanz bei Kernspaltung und Fusion

Äquivalenz von Masse und Energie
Massendefekt
Veranschaulichung an Beispielen aus der
Energiewirtschaft   ( › MT )
Evt. Ergänzung mit geeigneten Filmen  ( › P )


II   Weiterführung der Mechanik                                       ( ca. 50 Stunden )

Im Bereich der Mechanik spielen dabei die Lernziele zu den Newtonschen Gesetzen und zu den
Erhaltungssätzen eine zentrale Rolle. Der Vektorbegriff der Mittelstufe wird weiterentwickelt,
die Vorteile seiner Verwendung werden an Beispielen aufgezeigt. In einer teilweise engen Ver-
zahnung mit der Mathematik werden fundamentale Denkweisen, wie z.B. das Bilden von Grenz-
werten, behutsam vorbereitet bzw. durch Anwendung gefestigt. Auch deswegen ist gerade am
Anfang auf Anschaulichkeit besonderer Wert zu legen, um den Schülern den Übergang von der
Mittelstufe nicht unnötig zu erschweren.
Bei der Anwendung der Gesetze der Mechanik kommt den beispielen aus dem Straßenverkehr
ein besonderer erzieherischer Wert zu  ( › V ); sie sollen ein verantwortungsbewusstes Verhalten
fördern, um der hohen Unfallbeteiligungsrate gerade in dieser Altersstufe entgegenzuwirken.


1.            Newtonsche Mechanik eines Massenpunktes

Eindimensionale Bewegungsabläufe

Kurze Wiederholung von Grundbegriffen
s-t und v-t Diagramme  ( › DS )
Vorbereitung des Grenzwertbegriffs  ( › M )

Geradlinige Bewegung mit konstanter
Beschleunigung

Quantitative Auswertung und Interpretation von
Diagrammen  ( › S )
Einübung der Bewegungsgesetze
Bezug zum Straßenverkehr  ( › V ,  U )

Grundgesetz der Mechanik

Abschätzen des Betrags von Kräften und Be-
schleunigungen in Verkehr, Technik und Sport
Sicherheitsaspekte im Straßenverkehr

Anwendung bei einfachen Kraftgesetzen

Festigung des erworbenen Wissens durch
Anwendungsbeispiele, insbesonders freier Fall
Erwähnung der harmonischen Schwingung

Zweidimensionale Bewegungsabläufe

Vektorielle Bewegungsüberlagerung am Beispiel
des waagerechten Wurfs  ( › M ,  S )
Parameterdarstellung
Bedeutung des Bezugsystems  ( › DS )
Einübung des Wissens mit Hilfe geeigneter
Anwendungsbeispiele


Da in der Schule nur für wenige Kraftgesetze eine allgemeine Lösung entwickelt werden kann,
bietet sich hier der Einsatz eines einfachen numerischen Verfahrens an  ( › ITG ). Auf diese Weise
kann den Schülern besonders eindrucksvoll gezeigt werden, dass das Grundgesetz der Mechanik
eine zentrale Rolle spielt, weil es zusammen mit den Definitionen von Geschwindigkeit und Be-
schleunigung die alleinige Grundlage für die Ermittlung von Bewegungsabläufen darstellt.

2.            Energie, Leistung und Erhaltungssätze

Aufbauend auf dem Energiebegriff und der Wärmelehre, die bereits im tschechischen Unterricht
behandelt wurden, wird durch den Begriff der Inneren Energie der Energieerhaltungssatz erweitert.
Die Schüler lernen, die durch Reibung verursachte Temperaturerhöhung als ein Maß für die
„verschwundene“ mechanische Energie zu interpretieren.  Sie sollen erkennen, dass durch die Ein-
führung des Begriffs der Inneren Energie der Energieerhaltungssatz über die Mechanik hinaus
ausgedehnt werden kann  ( › W ). Die atomistische Deutung der Wärmeerscheinungen dient der
Zusammenschau und Ordnung des Wissens. Je nach Interesse und Zeitbedarf könnte hier auch auf
die kinetische Gastheorie näher eingegangen werden  ( › C ) um zu zeigen, wie makroskopische
Größen durch geeignete Modellannahmen mikroskopisch gedeutet werden können.

Lageenergie, Bewegungsenergie, Spannenergie

Vertiefung und Wiederholung der Grundbegriffe
Interpretation der Fläche im x-F Diagramm als
Arbeit
Erste Überlegungen zum Integralbegriff  ( › M )
Übungen zur Präzisierung und Festigung
des Wissens

Energieerhaltungssatz der Mechanik

Zentrale Bedeutung der Erhaltungssätze  ( › W)
Geeignete Aufgaben zu Energiebilanzen
Untersuchungen von Bremsvorgängen ( › V )
Folgen unangepasster Geschwindigkeit
Evt. Vertiefung mit geeigneten Filmen
Reibungsarbeit

 

Wärmeenergie

Wiederholung wichtiger Grundlagen
Sonderstellung der Wärmeenergie
Mögliche Hinführung zum Entropiebegriff
Versuche zur Brownschen Bewegung
Evt. Vertiefung der kinet. Gastheorie  ( › C )
Beschreibung und Deutung makroskopischer
Phänomene mit Hilfe der Modellvorstellung

Leistung und Wirkungsgrad

Am Beispiel wichtiger mechanischer Maschinen
werden der Leistungsbegriff und der Wirkungs-grad exemplarisch vertieft  ( › MT ,   G )

Impuls und Impulserhaltungssatz

Grundgesetz der Mechanik in der Form F = dp/dt
Anwendung und Einübung in Beispielen auch
aus der Atom- und Kernphysik
Übungen zu den Stoßgesetzen


3.            Kreisbewegung

Anknüpfend an den in der Mittelstufe bereits besprochenen Vektorcharakter der Geschwindigkeit
wird nun die Beschreibung der Kreisbewegung mit konstanter Winkelgeschwindigkeit vorge-
nommen. Die Vorstellungen verschiedener Bezugssysteme ermöglicht das Einüben einer
differenzierten und exakten Sichtweise, kombiniert mit einem griffigen Sprachgebrauch  ( › DS ).

Rotation mit konstanter Winkelgeschwindigkeit

Beschreibung der Kreisbewegung
Winkelgeschwindigkeit und Bogenmaß  ( › M )
Bezug zur harmonischen Schwingung

Zentripetalkraft und Zentrifugalkraft

Erarbeitung anhand von Theorie und Experiment
Bedeutung des Bezugssystems  ( › DS )
Vertiefung mit geeigneten Alltagsbeispielen,
etwa der Kurvenfahrt beim Auto  ( › V )

Planetenbewegung

Grundbemerkungen zur Astronomie  ( › G )
Geo- und heliozentrisches Weltbild  ( › K )
Nennung des Gravitationsgesetzes und der
Keplerschen Gesetze  ( › MT )
Berechnung von kreisförmigen Satellitenbahnen
Ausblick auf das moderne physikalische
Weltbild


Die Vielfalt der möglichen Bewegungsformen unter dem Einfluss von Gravitationskräften kann
mit Hilfe von Rechnersimulationen aufgezeigt werden  ( › BO  ,  ITG ).


                                   
Jahrgangsstufe 12         ( 5 N )

3 Wochenstunden            Insgesamt ca. 95 Stunden                  ( 2 doppelstündige Klausuren pro Halbjahr )



Die Jahrgangsstufen 12 und 13 sollen dazu dienen, Themen abzurunden, zu vertiefen und gezielt
für das Abitur vorzubereiten. Aufgrund der fortgeschrittenen Fähigkeiten der Schüler können nun
auch fachlich anspruchsvolle Themen behandelt werden. Physikalische Erkenntnisse des 20. Jahrhunderts werden aufgegriffen ( › W ), wodurch die Grundlage für eine breite und moderne
naturwissenschaftliche Allgemeinbildung geschaffen wird ( › BO ). Darüber hinaus bietet sich hier
die Gelegenheit durch Analogiebetrachtungen und Modellvorstellungen die nun deutlich
gewachsene sprachliche Ausdrucksfähigkeit der Schüler ( › DS ) weiter zu verbessern.
Auch die aufzuzeigende historische Entwicklung der jeweils geeigneten Kapitel der Physik  ( › G )
ermöglicht die Vertiefung des allgemeinbildenden Aspektes der naturwissenschaftlichen Methodik
und Denkweise  ( › W ).

I  Mechanische Schwingungen und Wellen                             ( ca. 38 Stunden )

Zu Beginn des Schuljahres lernen die Schüler, nach der Schwingung mit dem linearen Kraftgesetz,
den grundlegenden Begriff der Welle und als typisches Wellenphänomen die Interferenz kennen.
Sie erfahren, wie man die Entstehung und Überlagerung von Wellen mit Hilfe von Schwingungen
erklären kann. In der klaren Unterscheidung zwischen zeitabhängiger u. ortsabhängiger Darstellung
der Elongation gewinnen die Schüler ein gutes Verständnis für das Phänomen Welle.
Bei der exakten Herleitung und Behandlung der Eigenschwingungen stehender Wellen kann auch
in angemessener Kürze auf die Physik einiger Musikinstrumente  ( › MB ) eingegangen werden.

Harmonischer Oszillator

Herleitung der Schwingungsgleichung anhand
geeigneter Versuche
Kurze Behandlung der gedämpften Schwingung
Schwingungsüberlagerung  ( › M )

Wellenphänomene

Die Wellengleichung der sinusförmigen Trans-
versalwelle  ( › M )
Experimente zum Zusammenhang zwischen
Wellenlänge, Frequenz u. Ausbreitungsgeschw.
Energietransport durch Wellen
Quadratische Abhängigkeit zur Frequenz
Wasserwellen, Erdbebenwellen  ( › Ek )

Interferenz

Versuche zeigen die Interferenz als ein wichtiges
Charakteristikum von Wellen
Schall als Longitudinalwelle
Resonanz und Eigenschwingungen
Musikinstrumente  ( › MB )  und Orbitalvor-
stellung bei Elektronen  ( › C )
Doppler Effekt und Anwendungen  ( › MT )

II  Statische elektrische und magnetische Felder              ( ca. 30 Stunden )

Im weiteren Verlauf des Unterrichts vertiefen die Schüler elektrische und magnetische Felder als
Kraftfelder, deren Strukturen durch Feldlinien anschaulich beschrieben werden können.
Ausgehend von der Kraftwirkung auf Probekörper verstehen sie die Einführung von Größen,
die die Stärke der Felder kennzeichnen. Dadurch sollen die Schüler befähigt werden, die Bewegung
geladener Teilchen in homogenen Feldern mathematisch zu beschreiben. Sie erhalten einen Über-
blick über die von Strömen verursachten Magnetfelder und deren Kraftwirkungen auf bewegte
Ladungen. In den darauf beruhenden technischen Anwendungen erleben sie die Elektrodynamik als
eine der Voraussetzungen für unsere heutige hochtechnisierte Welt  ( › MT ,  BO ).
Bei der Behandlung des Induktionsgesetzes sollen die Schüler beispielhaft erkennen, wie das
Zusammenwirken von Experiment und Theorie zu neuen Erkenntnissen führt  ( › W ).
Die erreichbare Geschwindigkeit geladener Teilchen in elektrischen und magnetischen Feldern
wird unter Hinweis auf die Ergebnisse der speziellen Relativitätstheorie diskutiert.

Grundbegriffe aus der Elektrizitätslehre

Wiederholung und Vertiefung der Begriffe
Hinweis auf Ladungsmessung nach Millikan

Das elektrische Feld

Wiederholung des Feldbegriffes
Coulomb Gesetz, Vergleich zur Gravitation
Versuch zur Feldstärkedefinition

Kapazität eines Kondensators

Versuche zur Kapazität und zur Feldkonstanten
Energie des elektrischen Feldes  (  M )

Bewegung geladener Teilchen im homogenen elektrischen Feld

Analogiebetrachtung zu Wurfbewegungen
Geeignete Übungen zur Vertiefung

Das magnetische Feld

Versuche führen zur Definition der Flussdichte
Zurückführen von F auf die Lorentzkraft
Kraftrichtung in Abhängigkeit von I und B
Elektromotor als Anwendung  ( › MT )
Hall Effekt und Anwendungen
Magnetfeld einer langen Spule
Energie des magnetischen Feldes

Bewegung geladener Teilchen im homogenen
Magnetfeld

Versuche und Begründung zur Entstehung einer
Kreisbewegung
Braunsche Röhre, Massenspektrograph und
Zyklotorn als wichtige Anwendungen  ( ›  MT )
Hinweis auf die relativistische Massenänderung
Lichtgeschwindigkeit als Grenzgeschwindigkeit
Hinweis auf das Synchrotron und die Bedeutung
von Kollisionsexperimenten
Übungen mit Text ( › DS ) und Rechnung dienen
der notwendigen Festigung und Präzisierung des
Wissens  ( › M )

III  Zeitlich veränderliche elektrische und magnetische Felder( ca. 27 Stunden )


Experimente zeigen, dass Kondensator und Spule mit ihren Feldern Energiespeicher darstellen, die
gespeicherten Energien können quantitativ beschreiben werden und haben ihre Bedeutung im
Wechselstromkreis mit vielfältigen technischen Anwendungen  ( › MT ).

Induktionsphänomene

Experimente führen zum Induktionsgesetz
Lenzsche Regel und Energieerhaltungssatz
Generator als Anwendung  ( › MT )

Erzeugung sinusförmiger Wechselspannungen

Herleitung aus dem Induktionsgesetz
Versuche mit dem Oszilloskop
Effektivwerte

Selbstinduktion

Eigeninduktivität einer Spule
Versuche und technische Anwendungen
Transformator vorstellen  ( › MT )
Hinweis auf das europäische Strom-Verbund-
System  ( › P,  EU )

Spule und Kondensator im Wechselstromkreis

Experimentelle und theoretische Demonstration
der von Spule und Kondensator bewirkten
Phasenverschiebungen zwischen U und I
Phasendiagramm  ( › M )
Siebkette als eine mögliche Anwendung


                                  Jahrgangsstufe  13        ( 6 N )      

3 Wochenstunden                                                                                Insgesamt ca. 70 Stunden   
( Eine Klausur vor dem schriftlichen Abitur, eine Klausur nach dem schriftlichen Abitur )

Die Abschlussklasse steht ganz im Zeichen des nahenden Abiturs, die Erfahrung zeigt, dass
hier die Arbeitsfähigkeit und Arbeitswilligkeit der Schüler sehr groß ist, es ist auch offensichtlich,
dass auf viele Lerninhalte vorheriger Klassen gut zurückgegriffen werden kann.

I  Elektromagnetische Schwingungen und Wellen                     ( ca. 27 Stunden )

Da es sich lerntheoretisch als sehr günstig erwiesen hat, Themenkreise nach angemessener Zeit
wieder aufzugreifen und dann zu vertiefen, wird nun zu Beginn dieses Schuljahres die
Schwingungs- und Wellenlehre am Beispiel des elektromagnetischen Schwingkreises in Analogie
zum mechanischen Oszillator behandelt. Als Hilfsmittel zur Erzeugung ungedämpfter elektro-
magnetischer Schwingungen lernen die Schüler das Rückkoppelungsprinzip kennen, das sich auch auf
nicht elektrische Systeme übertragen lässt  ( › B ).
Der Übergang vom geschlossenen zum offenen Schwingkreis macht den Schülern deutlich, dass von
einem schwingenden Dipol elektromagnetische Wellen abgestrahlt werden; damit wächst ihr Ver-
ständnis für die Grundlagen der Rundfunktechnik  ( › MT ). Versuche mit Mikrowellen,
mechanischen Wellen und Licht führen zur Erkenntnis, dass ihre Ausbreitung jeweils durch das
Wellenmodell beschreibbar ist. Die Schüler lernen, dass auch das Licht als elektromagnetische
Welle beschreibbar ist; dabei kann auch die Wellentheorie von Christian Huygens behandelt
werden  ( › G
).

Elektromagnetischer Schwingkreis

Entladung eines Kondensator über eine Spule
Ungedämpfte elektromagnetische Schwingung
Thomson Gleichung
Vergleichende Betrachtung am Pendel
Bedeutung des Rückkoppelungsprinzips ( › B )

Erzwungene Schwingungen, Resonanz

Aufnahme einer Resonanzkurve
Diskussion des Amplituden- u. Phasenverhaltens
Analogiebetrachtungen zu mech. Schwingungen

Elektrische Dipolschwingungen

Experimenteller Nachweis der Stromstärke und
Ladungsverteilung im Stabdipol
Stehende Welle; Analogie zur Mechanik

Dipolstrahlung

Experimentelle Untersuchung der Wellenaus-
breitung
Vergleichende Betrachtungen an stehenden
Seil- oder Schallwellen
Kurzer Bezug auf die Rundfunktechnik
Demonstration von elektromagnetischer
Strahlung außerhalb des sichtbaren Bereichs
Anwendungen  ( › MT )

Wellenoptik

Versuche zur Lichtbeugung  ( › G )
Quantitative Beschreibung der Lichtbeugung an
Spalt und Gitter, mit Übungen

II  Elementare Quantenphysik                                        ( ca. 27 Stunden )

Als letztes großes Kapitel vor dem schriftlichen Abitur wird die elementare Quantenphysik be-
handelt. Dabei sollen die Schüler beim Photoeffekt erkennen, dass erst die Annahme einer Quanten-
struktur des Lichts eine Deutung erlaubt. Am Beispiel des Photoeffekts erleben die Schüler die
erkenntnistheoretische Tragweite der Grenzen von gemachten Modellvorstellungen  ( › W ).
Der evt. im Film vorgestellte Versuch zur Elektronenbeugungsröhre führt zu der Einsicht, dass das
Verhalten von Mikroobjekten zwei Aspekte, den Wellen- und den Teilchenaspekt aufweist, die
nach unseren, vom Makrokosmos geprägten Vorstellungen unvereinbar erscheinen; erst die
statistische Deutung nach Max Born löst die scheinbaren Widersprüche  ( › G ). In der Unschärfe-
relation von Heisenberg lernen die Schüler eine Beziehung kennen, die das grundsätzlich andere
Verhalten von Mikroteilchen zum Ausdruck bringt und deren Interpretation auch Grenzen des
menschlichen Vorstellungsvermögens aufzeigt ( › W ).
Durch die Bohrschen Überlegungen zum Wasserstoffatom erkennen die Schüler, wie das Denken
in Modellen und die Intuition der Forscher zu neuen Erkenntnissen führen. Sie erfahren, wie die
Unzulänglichkeiten des Bohrschen Modells erst durch das quantenmechanische Modell behoben
werden.

Lichtelektrischer Effekt

Durchführung von Versuchen;
Hinweis auf die Widersprüche zur Wellentheorie
des Lichts nach Chr. Huygens  ( › W )

 

Austrittsarbeit und Grenzfrequenz
Deutung nach Einstein  ( › G )
Plancksches Wirkungsquantum
Einführung des Photons
Übungsbeispiele zur notwendigen Festigung

Elektronenbeugung und Materiewellen

Quantitativer Versuch mit der Elektronen-
beugungsröhre
Vergleichende Betrachtung von Interferenz-
bildern mit Licht und Teilchenstrahlen
De-Broglie-Wellenlänge

Welle-Teilchen Dualismus

Besprechung eines Gedankenexperiments zur
Interferenz bei sehr geringer Beleuchtungsstärke
Statistische Deutung nach Born  ( › W )
Grenzen der Anwendbarkeit klassischer
Vorstellungen  ( › DS )

Heisenbergsche Unschärferelation

Erläuterung an einfachen Beispielen

Atommodell von Bohr

Erörterung der Postulate von Bohr

Elemente des quantenmechanischen Modells

Besprechung und Veranschaulichung der
Aufenthaltswahrscheinlichkeit des Elektrons
im Orbitalmodell  ( › C )

III  Wahlbereich                                                                         ( ca. 16 Stunden )

Für die Zeit nach dem schriftlichen Abitur gibt es drei verschiedene Lehrplanalternativen, die je
nach aktueller Interessenslage behandelt werden können, dabei muss eine der drei genannten
Alternativen gewählt werden:


Die Atom- und Elementarteilchenphysik dient zur Abrundung und Schärfung des Blicks für gesell-
schaftlich wichtige Fragen der Physik.
Oder:
Die Astronomie kann paradigmatisch den methodischen Ansatz der Physik zur Erkenntnisge-
winnung durch Analogiebetrachtungen und Modellbildungen aufzeigen. Ein besonderer Reiz der
Astronomie liegt auch darin, dass sie wie kein anderes Teilgebiet der Physik als Bindeglied
zwischen Antike und Moderne steht.
Oder:
Die Informatik kann an ausgewählten Beispielen sinnvolle Einsatzmöglichkeiten des Computers
in einer naturwissenschaftlichen Disziplin aufzeigen. Von den weiter unten vorgeschlagenen fünf
Themen sind dann zwei verpflichtend zu bearbeiten.


          Atom- und Elementarteilchenphysik

Struktur des Atoms

Ölfleckversuch
Rutherfordversuch
Franck-Hertz Versuch
Veranschaulichung der Größenordnungen von
Atomkern und Atom

Bohrsches Atommodell

Erörterung der Postulate von Bohr
Energieniveauschema für das H-Atom
Resonanzfluoreszenz
Fraunhofersche Linien

Orbitalmodell

Modell des eindimensionalen Potentialtopfs
Schalenstruktur der Atomhülle
Periodensystem der Elemente
Hinweis auf Röntgenbremsstrahlung

Atomkern und Kernbausteine

Mitteilung der Kerngröße und der Kernbausteine
Isotope und Isotopentrennung
Nuklidkarte
Massendefekt

Erläuterung der Gründe für die Suche der
Physiker nach neuen Substrukturen
Neugier u. Verantwortung des Wissenschaftlers
Hinweis auf die Suche nach einer vereinheitlichenden Beschreibung der Naturkräfte

Radioaktivität

Zerfallsarten und Reichweite
Kernumwandlungen
Übungen zum Zerfallsgesetz
Anwendungen in Medizin und Technik sowie bei
der Altersbestimmung
Darlegung der Strahlenwirkungen
Nachweisgeräte

Kernenergietechnik

Besprechung der wichtigsten Tatsachen zur
Funktion, Aufbau und Betrieb von Reaktoren
Entsorgung und Wiederaufbereitung
Kernfusion in Technik und Astronomie
Gesellschaftliche und politische Relevanz

 


            Astronomie

Einführung in das astronomische Weltbild

Geschichte der Astronomie
Fixsterne, Sternbilder, Koordinatensysteme
Verteilung der Materie im Kosmos

Das Planetensystem

Wiederholung der Keplerschen Gesetze und
des Gravitationsgesetzes
Bedeutung in der Raumfahrt

Die Sonne

Nennung wichtiger Daten
Solarkonstante
Energiebilanz
Strahlungsgesetze

Die Fixsterne

Angabe von Größenordnungen
Parallaktische Entfernungsbestimmung
Spektralklassen und Hertzsprung-Russell Diagramm
Sternentwicklung

Galaxien

Beobachtung der Milchstrasse
Rotverschiebung und Hubble Gesetz
Abschätzung des Weltalters
3K-Strahlung und Altersbestimmung mit Hilfe
der Radioaktivität



            Informatik                 ( Hiervon sind dann zwei Themen verpflichtend zu wählen )

            a.)           
Simulation von Bewegungen in homogenen und radialsymmetrischen Feldern
            b.)            Simulation kontinuierlicher Vorgänge
            c.)               Quantenmechanisches Atommodell und die zeitunabhängige Schrödingergleichung
            d.)            Erstellung eines Modells für den radioaktiven Zerfall
            e.)            Messung einer analogen physikalischen Größe mit dem Computer

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