Schulcurriculum Oberstufe

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Schulinternes Curriculum Physik des Gymnasiums Salzhausen für die gymnasiale Oberstufe (Qualifikationsphase)

Dieses schulinterne Curriculum des Gymnasiums Salzhausen legt die Themen bzw. Unterrichtseinheiten fest, die den Erwerb der im Abitur erwarteten Kompetenzen im Fach Physik ermöglichen. Die Arbeitspläne sind mit den Vorgaben für die Einführungsphase und auch für den Sekundarbereich I abgestimmt. Die Semesterthemen sind, wie in der Tabelle unten angegeben, benannt und in ihrer zeitlichen Zuordnung festgelegt.

Klassenstufe

11-1

11-2

12-1

12-2

Semesterthema

Elektrische & magnetische Felder

Schwingungen und Wellen, Licht

Atomphysik

Kernphysik

Themenbereich KC

Elektrizität

Schwingungen und Wellen

Quantenobjekte

Atomkern

Atomhülle

Quantenobjekte

Übersicht der Semesterthemen und zeitliche Zuordnung der Themenbereiche

Im Sinne einer fortwährenden Evaluation und Weiterentwicklung bleibt es der jeweiligen Fachlehrkraft unbenommen, neben den verpflichtenden Inhalten weitere aktuelle und regionale Bezüge unterrichtlich angemessen und methodisch abwechselungsreich einzubetten.

Dieses Curriculum basiert auf dem Kerncurriculum für das Gymnasium – gymnasiale Oberstufe, die Gesamtschule – gymnasiale Oberstufe, das Fachgymnasium, das Abendgymnasium, das Kolleg – Physik (Niedersächsisches Kultusministerium, 2009). Zunächst werden die prozessbezogenen Kompetenzen in der Qualifikationsphase (vgl. Abschnitt 3.3, ebd.) aufgeführt und anschließend folgen die inhaltsbezogenen Kompetenzen mit Zuordnung der prozessbezogenen Kompetenzen in der Qualifikationsphase,angepasst als Kern des schulinternen Curriculums Physik des Gymnasiums Salzhausen für die gymnasiale Oberstufe (Qualifikationsphase).

Salzhausen, Januar 2012, He, To, Zr für den Fachbereich Physik

I  Prozessbezogene Kompetenzen in der Qualifikationsphase

Kompetenzbereich Erkenntnisgewinnung

Physikalisch argumentieren: Physikalische Argumentation ist dadurch gekennzeichnet, dass ein sachbezogenes Vokabular verwendet wird und festgelegte Regeln sowie ein gesicherter Wissensbestand über die Qualität von Argumenten entscheiden helfen. Vorliegende Fragen und Vermutungen werden durch Anwendung weiterer Darstellungselemente (insbesondere von Graphen, fachsprachlichen Formulierungen von Zusammenhängen und schließlich Gleichungen) sowie durch die Durchführung hypothesengeleiteter Experimente einer rationalen Beantwortung zugänglich gemacht. Auch in der gymnasialen Oberstufe verdient der Übergang von der Alltagssprache zur Fachsprache noch Aufmerksamkeit, der Wechsel zwischen Darstellungen und Sprachebenen muss weiterhin geübt werden.  

am Ende der Einführungsphase (Schuljahrgang 10 bzw.11*)

zusätzlich am Ende der Qualifikationsphase (Schuljahrgang 12 bzw. 13*)

Die Schülerinnen und Schüler ...

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • geben ihre erworbenen Kenntnisse wieder und nutzen erlerntes Vokabular.trennen physikalische Aspekte selbstständig von außerphysikalischen.
    • verwenden die erlernte Fachsprache zunehmend sicher und wählen die Sprachebene bewusst aus.
  • unterwerfen Vermutungen einer fachlich-kritischen Prüfung.
    • argumentieren mit Hilfe von Diagrammen linearer Funktionen, einfacher Potenzfunktionen und von Exponentialfunktionen.
  • setzen Darstellungen situationsgerecht ein.
  • argumentieren insbesondere mithilfe von Kräften und Energiebilanzen.
  • verwenden die erlernte Fachsprache sicher und wählen die Sprachebene bewusst aus.
  • formulieren Hypothesen und überprüfen sie mithilfe von Experimenten.
    • argumentieren zusätzlich mithilfe der Diagramme von Winkelfunktionen bzw. der Zeigerdarstellung, den Gleichungen linearer Funktionen, einfacher Potenzfunktionen sowie Exponentialfunktionen und ziehen zur Argumentation Ableitung und Flächeninhalt heran.

 Probleme lösen: Die Fähigkeit Probleme zu lösen, ist sehr anspruchsvoll. Sie entwickelt sich nur, wenn die Lernenden sich bei der Problemlösung immer wieder als erfolgreich erleben. Zur Unterstützung der Entwicklung dieser Fähigkeit können genaue Anleitung und feste Strukturierung hilfreich sein, wenn die Probleme aus Sicht der Lernenden neuartig oder komplex sind. Offene Problemstellungen können eher in bekannten Zusammenhängen für Schülerinnen und Schüler eine angemessene Herausforderung darstellen. Für die Gestaltung von Unterricht ergibt sich daraus die Forderung nach einem kumulativen Aufbau auch in den einzelnen Unterrichtseinheiten mit zunehmender Öffnung bei wachsendem Kenntnisstand.

am Ende der Einführungsphase (Schuljahrgang 10 bzw.11*)

zusätzlich am Ende der Qualifikationsphase (Schuljahrgang 12 bzw. 13*)

Die Schülerinnen und Schüler ...

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • ergänzen fehlende Informationen selbstständig und ziehen Schulbuch und Formelsammlung zur Problemlösung heran.
  • setzen ihre Kenntnisse über nichtlineare Zusammenhänge ein. 
  • verwenden den eingeführten GTR/CAS.
  • führen selbstverantwortlich ihre Notizen.
  • erkennen bekannte Zusammenhänge auch in einem komplexeren Umfeld.
    • ziehen Analogien zur Problemlösung heran.
    • ziehen zusätzlich ausgewählte Fachliteratur zur Problemlösung heran.
  •  nutzen Termumformungen für Deduktionen.
    • nutzen Experimente zur Problemlösung und schließen induktiv.
  •  wenden Kenntnisse auf ausgewählte technische Anwendungen an.
  • übertragen Kenntnisse analog auf andere Situationen und verwenden dazu auch einfache mathematische Modelle.

 Planen, experimentieren, auswerten: Wie die Problemlösefähigkeit muss auch die Experimentierfähigkeit entwickelt werden. In einem neuen Sachgebiet sollten die Lernenden in der Regel zunächst angeleitet experimentieren. Mit zunehmender Sicherheit werden Fragestellungen und Anleitungen schrittweise offener, um in einem neuen Sachgebiet zunächst wieder verengt zu werden. Sie sind dabei stets so zu gestalten, dass die Lernenden Experimente als Mittel erleben, wesentliche Fragen zu beantworten oder neue Phänomene kennenzulernen. Arbeitsaufträge müssen so angelegt sein, dass die Lernenden den erlebten Erfolg in erster Linie dem eigenen Handeln zuschreiben können.

am Ende der Einführungsphase (Schuljahrgang 10 bzw. 11*)

zusätzlich am Ende der Qualifikationsphase (Schuljahrgang 12 bzw. 13*)

Die Schülerinnen und Schüler ...

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • gehen zunehmend selbstständig mit dem Experimentiergerät um.
  • planen einfache Experimente zur Untersuchung ausgewählter, auch eigener Fragestellungen selbst und achten darauf, jeweils nur einen Parameter zu variieren.
  • legen selbstständig geeignete Messtabellen an.
  • fertigen auch nichtlineare Graphen an, nutzen den eingeführten GTR/CAS zur Ermittlung funktionaler Zusammenhänge und erstellen eine geeignete Dokumentation der Arbeitsschritte.
  • fertigen bei Bedarf Versuchsprotokolle selbstständig an.
  • haben Erfahrungen im Umgang mit einem registrierenden Messinstrument (z. B. Oszilloskop / Interface) sowie im Umgang mit elektrischen Messinstrumenten.
  • haben Erfahrung mit der Planung, Durchführung und Dokumentation von Experimenten.
  •  nutzen zur Dokumentation und Auswertung von Messergebnissen GTR/CAS oder Tabellenkalkulation.
  • wählen geeignete Ausgleichskurven und funktionale Zusammenhänge mithilfe von GTR/CAS oder Tabellenkalkulation begründet aus.
  • bestimmen die Messunsicherheit der Messwerte durch Abschätzen.

zusätzlich für Kurse auf erhöhtem Anforderungsniveau:

  • bestimmen den Einfluss der Messunsicherheit auf die Ergebnisse durch Abschätzen.

 Mathematisieren: Die Physik unterscheidet sich von den anderen Naturwissenschaften unter anderem durch ihren höheren Grad der Mathematisierung. Es ist eine wesentliche Aufgabe des Physikunterrichts in der gymnasialen Oberstufe, die Lernenden beim Erwerb mathematischer Verfahren anzuleiten. In jedem Fall wird dabei der Weg über eine sprachliche Beschreibung und einfache Diagramme zur Angabe von Gleichungen und deren anschließender Interpretation führen. In einem neuen Fachgebiet müssen die Lernenden die zum Erwerb einer Kompetenz erforderlichen Schritte jeweils wieder neu und wiederholt durchlaufen. Termumformungen und das Lösen von Gleichungen sind immer dann Gegenstand des Physikunterrichtes, wenn dies unter physikalischen Gesichtspunkten sinnvoll ist. Allerdings erfordert die Nutzung von Termumformungen für deduktive Schlüsse die Fähigkeit, diese auch ohne elektronische Hilfsmittel zu bewältigen. Die rechnergestützte Auswertung von Differenzengleichungen ermöglicht einen Zugang zu numerischen Verfahren.

am Ende der Einführungsphase (Schuljahrgang 10 bzw. 11*)

zusätzlich am Ende der Qualifikationsphase (Schuljahrgang 12 bzw. 13*)

Die Schülerinnen und Schüler ...

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • verwenden die wissenschaftliche Notation für Zahlenangaben und Vorsilben von Einheiten.
  • verwenden Größen und Einheiten und führen erforderliche Umrechnungen durch.
  • wechseln zwischen sprachlicher, grafischer und algebraischer Darstellung eines Zusammenhanges.
    • fertigen Ausgleichskurven zu Messdaten an und schätzen dabei Messfehler in einfachen Zusammenhängen begründet ab.
  • ermitteln funktionale Zusammenhänge aus Messdaten – auch mithilfe des GTR/CAS, dokumentieren ihre Arbeitsschritte und begründen ihre Entscheidungen.
    • verwenden physikalische Symbole sachgerecht.
  •  entnehmen grafischen Darstellungen und Termen die physikalischen Sachverhalte auch im Zusammenhang mit Ableitung und Fläche.
    • wählen geeignete Ausgleichskurven und funktionale Zusammenhänge auch mithilfe von CAS/GTR oder Tabellenkalkulation begründet aus.
    • bestimmen die Messunsicherheit der Messwerte durch Abschätzen und wenden die Vereinbarung über geltende Ziffern auf das Ergebnis an. 

zusätzlich für Kurse auf erhöhtem Anforderungsniveau:

  • bestimmen den Einfluss der Messunsicherheit auf die Ergebnisse durch Abschätzen und runden die Ergebnisse auf dieser Basis sachgerecht.
  • nutzen funktionale Zusammenhänge, Gleichungen und Termumformungen für deduktive Schlüsse.
  • stellen Zusammenhänge in Form von Funktionsgleichungen und Diffe­renzengleichungen dar und modellieren einfache Abläufe damit.
  • verwenden die Zeigerdarstellung oder eine andere geeignete Darstellung zur mathematischen Beschreibung sowohl für Wellen als auch für Quanten.
  • interpretieren das Quadrat der resultierenden Zeigerlänge oder das Quadrat der resultierenden Sinuskurve als Maß für die Nachweiswahrscheinlichkeit für einzelne Quantenobjekte.

 Mit Modellen arbeiten: Physikalische Probleme werden durch Modellieren und Idealisieren einer Bearbeitung zugänglich gemacht. Modelle können dabei gegenständlich, ikonisch, grafisch, mathematisch sein oder Analogien verwenden. Beispiele aus dem Sekundarbereich I sind das Kern-Hülle-Modell des Atoms, das Modell der Elementarmagnete und das im Chemieunterricht eingeführte Teilchenmodell als ikonische Modelle, Energieflussdiagramme als grafische Modelle. Im Unterricht der gymnasialen Oberstufe gehört zu den mathematischen Modellen auch die Zeigerdarstellung. An Beispielen erkennen die Lernenden die Prognosefähigkeit von Modellen und deren Grenzen. Erst fortgeschrittene Lernende sind dabei in der Lage, über die Unterschiede zwischen Modell und Realität zu reflektieren.

am Ende der Einführungsphase (Schuljahrgang 10 bzw.11*)

zusätzlich am Ende der Qualifikationsphase (Schuljahrgang 12 bzw. 13*)

Die Schülerinnen und Schüler ...

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • stellen Zusammenhänge in Form von grafischen Darstellungen dar.
  • überprüfen Hypothesen an ausgewählten Beispielen durch selbst entworfene Experimente.
    • ziehen Modellvorstellungen als Hilfsmittel zur Problemlösung und Formulierung von Hypothesen heran.
  • unterscheiden zwischen Modellvorstellung, ikonischer Repräsentation und Realität.
  • stellen Zusammenhänge in Form von Funktionsgleichungen dar und modellieren einfache Abläufe mit Differenzengleichungen.
  • erläutern das Modell des Potenzialtopfs und ziehen es als heuristisches Hilfsmittel zur Problemlösung heran.
    • verwenden die Zeigerdarstellung oder eine andere geeignete Darstellung zur Lösung von Problemen in den Themenbereichen Wellen und Quanten.
    • erkennen Strukturgleichheiten und nutzen sie dafür, vorhandene Kenntnisse angeleitet auf andere Situationen zu übertragen.

 Erkenntniswege der Physik beschreiben und reflektieren: Die hier beschriebenen Kompetenzen treten im Sekundarbereich II zu den aus dem Sekundarbereich I bekannten hinzu. Im Sekundarbereich I wird das Nachdenken über die Aussagekraft physikalischer Gesetze im Wesentlichen auf die Beurteilung von Messgenauigkeiten beschränkt. Es wird altersgemäß nur ansatzweise darüber reflektiert, wie man in der Physik zu Erkenntnissen oder Gesetzen kommt. Im Sekundarbereich II stehen nun mehr Beispiele zur Verfügung, der Grad der systematischen Ordnung der Sachgebiete hat zugenommen. Deswegen ist es nun möglich und sinnvoll, auf dieser Basis über Wege der Erkenntnisgewinnung zu reflektieren. Je nach individuellem Interesse werden die hier beschriebenen Kompetenzen bei der Unterrichtsplanung bestimmten Inhalten zugeordnet.

am Ende der Einführungsphase (Schuljahrgang 10 bzw.11*)

zusätzlich am Ende der Qualifikationsphase (Schuljahrgang 12 bzw. 13*)

Die Schülerinnen und Schüler ...

Die Schülerinnen und Schüler ...

 

  • schätzen die Größe von Messfehlern aufgrund der Versuchsbedingungen ab.
  • beurteilen den Gültigkeitsbereich untersuchter Zusammenhänge.

 

Hinweis:
Diese Kompetenzen findet man im Kerncurriculum für den
Sekundarbereich I unter „Bewerten“

  • beurteilen ein Ergebnis aufgrund einer Betrachtung der Messunsicherheiten sachgerecht und begründet.

 

  • erläutern, dass man mithilfe experimenteller Daten Hypothesen zwar widerlegen, aber nie beweisen kann.
  • erörtern die Funktion eines Experiments bei der Entscheidung über Hypothesen bzw. zur Initiierung von Ideen.
  • erläutern die Vorgehensweise zur Informationsgewinnung aus Experimenten.
  • erläutern die Bedeutung von Modellvorstellungen als Hilfsmittel zur Problemlösung und Formulierung von Hypothesen.
  • erläutern die Besonderheiten der quantenphysikalischen Sichtweise.

 Kompetenzbereich Kommunikation

Kommunizieren: Schülerinnen und Schüler müssen Äußerungen von anderen und Texte mit physikalischen Inhalten, auch ausgewählte Fachliteratur, verstehen, sich zu eigen machen und überprüfen. Sie nehmen dazu Informationen auf, strukturieren diese und dokumentieren ihre Arbeit, ihre Lernwege und ihre Ergebnisse. Dabei nutzen sie unterschiedliche Darstellungsformen und Medien. Zunehmend achten die Lernenden auf eine adressatengerechte Darstellung und die Auswahl geeigneter Sprachelemente.

am Ende der Einführungsphase (Schuljahrgang 10 bzw.11*)

zusätzlich am Ende der Qualifikationsphase (Schuljahrgang 12 bzw. 13*)

Die Schülerinnen und Schüler ...

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • verwenden die erlernten Elemente der Fachsprache und wählen die Sprachebene adressatengerecht aus.
  • strukturieren und interpretieren fachbezogene Darstellungen.
  • wählen Informationen aus Formelsammlung und anderen geeigneten Quellen sachgerecht aus.
  • verfassen Berichte selbstständig.
  • stellen die Ergebnisse einer längeren selbstständigen Arbeit zu einem Thema in angemessener Form schriftlich dar.
  • referieren über selbst durchgeführte Experimente sachgerecht und adressatenbezogen und wählen dazu geeignete Medien aus.
  • arbeiten sachgerecht in einer Gruppe.
  • verwenden die Fachsprache in den behandelten Gebieten sicher.

 zusätzlich für Kurse auf erhöhtem Anforderungsniveau:

  • strukturieren und interpretieren fachbezogene Darstellungen für komplexe Sachverhalte, Phänomene in der Natur und Anwendungen in der Technik.
  • präsentieren Arbeitsergebnisse situations- und adressatengerecht unter Verwendung geeigneter Darstellungsmethoden.
  • führen zu einem Sachverhalt ein Fachgespräch auf angemessenem Niveau.
  • arbeiten sachgerecht und zielgerichtet in einer Gruppe.

Dokumentieren: Wesentliches Kriterium für die Anerkennung naturwissenschaftlicher Ergebnisse ist deren Reproduzierbarkeit. Das setzt eine geeignete Form der Dokumentation voraus. Im Unterricht gelangen die Lernenden zu einer zunehmend selbstständig ausgeführten, situations- und adressatengerechten Darstellungsform, ohne in eine ritualisierte Art des Protokolls zu verfallen. Zur Dokumentation gehört die schrittweise genau eingehaltene Verwendung von Größensymbolen, Einheiten und Schaltzeichen. Ebenso entwickelt werden soll die Fähigkeit, Lernergebnisse und Kenntnisstand in geeigneter Form übersichtlich darzustellen und so eine Basis für künftiges Lernen bereitzustellen. Eine besondere Bedeutung kommt der Dokumentation von Lösungswegen dann zu, wenn elektronische Rechenhilfen benutzt werden. Ein Beispiel für eine geeignete Darstellung befindet sich im Anhang.

am Ende der Einführungsphase (Schuljahrgang 10 bzw.11*)

zusätzlich am Ende der Qualifikationsphase (Schuljahrgang 12 bzw. 13*)

Die Schülerinnen und Schüler ...

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • führen ihre Notizen selbstständig. 
  • dokumentieren ihre Arbeitsschritte auch bei selbst geplanten Experimenten oder Auswertungen in geeigneter schriftlicher Darstellung.
  • nutzen vereinbarte grafische Darstellungen zur Veranschaulichung.
  • fertigen Messtabellen selbstständig an und geben Größensymbole und Einheiten an.
  • nutzen grafische Darstellungen für beliebige Zusammenhänge, auch unter Benutzung eines GTR/CAS.
  • stellen ihre Kenntnisse in einem Begriffsnetz dar.
  • haben Erfahrungen mit der selbstständigen Dokumentation von Versuchsergebnissen.
  •  ziehen zur Dokumentation selbstständig Bilder, Texte, Skizzen und Diagramme heran.
  • sind geübt in der vereinbarten Dokumentation von Arbeitsschritten mit dem eingeführten elektronischen Rechenwerkzeug.

 Bewerten: Zum Bewerten gehört die Fähigkeit, das erworbene Wissen kritisch einordnen zu können, ebenso wie die Beantwortung der Frage, in welchem Gebiet die Physik Aussagen machen kann und in welchem nicht. Insofern ist es unumgänglich, dass die Lernenden zwischen naturwissenschaftlichen, gesellschaftlichen und politischen Komponenten einer Bewertung unterscheiden. Die Gelegenheiten, Bewertungskompetenz im Physikunterricht zu entwickeln, sind allerdings begrenzt und zugleich komplex. Deshalb sind die Anlässe gezielt zu nutzen. Die Erwartungen an die Progression müssen realistisch eingeschätzt werden, weil die zur Entwicklung erforderlichen Schritte nur selten durchlaufen werden können.

am Ende der Einführungsphase (Schuljahrgang 10 bzw.11*)

zusätzlich am Ende der Qualifikationsphase (Schuljahrgang 12 bzw. 13*)

Die Schülerinnen und Schüler ...

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • schätzen die Größe von Messfehlern aufgrund der Versuchsbedingungen ab.
  • wählen aus den verschiedenen Möglichkeiten für Ausgleichskurven die situationsbezogen passende aus.
  • beurteilen den Gültigkeitsbereich untersuchter Zusammenhänge.
  • trennen physikalische Aspekte selbstständig von außerphysikalischen.
  • nutzen ihre Kenntnisse über Kreisprozesse zur Bewertung ökonomischer und ökologischer Aspekte der Energieversorgung.
  • benennen die Auswirkungen der Entdeckung der Kernspaltung im gesellschaftlichen und politischen Zusammenhang und zeigen dabei die Grenzen physikalischer Sichtweisen auf.
  • begründen Sicherheitsregeln beim Umgang mit ionisierender Strahlung

... sind vertraut mit physiktypischen Bewertungsansätzen, indem sie …

  • siehe Fußnote[1]
  • siehe Fußnote1
  • siehe Fußnote1
  • den Aspektcharakter der Wissenschaft Physik an ausgewählten Beispielen erläutern.
    • die Beziehung zwischen Physik und Technik an ausgewählten Beispielen darstellen.
  • Beispiele für die historische oder gesellschaftliche Bedingtheit physikalischer Sichtweisen benennen.

 II    Inhaltsbezogene Kompetenzen mit Zuordnung der prozessbezogenen Kompetenzen in der Qualifikationsphase

Themenbereich: Elektrizität

Inhaltsbezogene Kompetenzen

Prozessbezogene Kompetenzen für …

Fachwissen

Kurse auf grundlegendem Anforderungsniveau

Kurse auf erhöhtem Anforderungsniveau

Die Schülerinnen und Schüler …

  • beschreiben elektrische Felder durch ihre Kraftwirkungen auf geladene Probekörper.
  • skizzieren Feldlinienbilder für typische Fälle.
  • beschreiben die Bedeutung elektrischer Felder für eine technische Anwendung (z. B. die Kopiertechnik)
  • skizzieren Feldlinienbilder für typische Fälle.
  • beschreiben die Bedeutung elektrischer Felder für eine technische Anwendung (z. B. die Kopiertechnik)
  • nennen die Einheit der Ladung und erläutern die Definition der elektrischen Feldstärke.
  • beschreiben ein Verfahren zur Bestimmung der elektrischen Feldstärke auf der Grundlage von Kraftmessung.
   
 
  •  werten in diesem Zusammenhang Messreihen angeleitet aus.
    • erläutern mithilfe einer Analogiebetrachtung, dass g als Gravitationsfeldstärke aufgefasst werden kann.

 

  •  werten in diesem Zusammenhang Messreihen aus.
  • erläutern mithilfe einer Analogiebetrachtung, dass g als Gravitationsfeldstärke aufgefasst werden kann.
    • beschreiben den Zusammenhang zwischen Ladung und elektrischer Stromstärke.
    • nennen die Definition der elektrische Spannung mithilfe der pro Ladung übertragbaren Energie.
    • beschreiben den Zusammenhang zwischen der Feldstärke in einem Plattenkondensator und der anliegenden Spannung.
    • geben die Energiebilanz für einen freien geladenen Körper im elektrischen Feld eines Plattenkondensators an.
 
  •  ziehen Analogiebetrachtungen zur Erläuterung dieses Zusammenhangs heran.
  • bestimmen angeleitet die Geschwindigkeit eines geladenen Körpers im homogenen elektrischen Feld eines Plattenkondensators mithilfe von Energiebilanzen.
  •  ziehen Analogiebetrachtungen zur Erläuterung dieses Zusammenhangs heran.
  • bestimmen die Geschwindigkeit eines geladenen Körpers im homogenen elektrischen Feld eines Plattenkondensators mithilfe von Energiebilanzen.
    • beschreiben den Entladevorgang eines Kondensators mithilfe einer Exponentialfunktion.
    • führen Experimente zum Entladevorgang durch.
 
  •  ermitteln aus den Messdaten die Parameter des zugehörigen t-I-Zusammenhangs.
  • begründen den exponentiellen Verlauf.
    • ermitteln die geflossene Ladung mithilfe von t-I-Diagrammen.
    • führen selbstständig Experimente zum Entladevorgang durch.
    • ermitteln aus den Messdaten die Parameter des zugehörigen t-I-Zusammenhangs und stellen diesen mit der Exponentialfunktion zur Basis e dar.
    • begründen den exponentiellen Verlauf.
    • ermitteln die geflossene Ladung mithilfe von t-I-Diagrammen.
    • nennen die Definition der Kapazität eines Kondensators.
    • führen ein Experiment zur Bestimmung der Kapazität eines Kondensators durch.
    • erläutern Einsatzmöglichkeiten von Kondensatoren als Energiespeicher in technischen Systemen.
    • planen ein Experiment zur Bestimmung der Kapazität eines Kondensators und führen es durch.
    • erläutern Einsatzmöglichkeiten von Kondensatoren als Energiespeicher in technischen Systemen.
    • bestimmen die Richtung von magnetischen Feldern mit Kompassnadeln.
    • ermitteln Richtung (Dreifinger­regel) und Betrag der Kraft auf einen stromdurchflossenen Leiter im homogenen Magnetfeld.
 
  •  nennen die Definition der magnetischen Flussdichte B (Feldstärke B) in Analogie zur elektrischen Feldstärke.
  • skizzieren Magnetfeldlinienbilder für einen geraden Leiter und eine Spule.
  • erläutern ein Experiment zur Bestimmung von B mithilfe einer Stromwaage.
  • begründen die Definition mithilfe geeigneter Messdaten.
  • skizzieren Magnetfeldlinienbilder für einen geraden Leiter und eine Spule.
  •  planen mit vorgegebenen Komponenten ein Experiment zur Bestimmung von B auf der Grundlage einer Kraftmessung.
  • führen ein Experiment zur Bestimmung von B durch und werten es aus.
  • begründen die Definition mithilfe dieser Messdaten.
    • beschreiben die Bewegung von freien Elektronen
  • unter Einfluss der Lorentzkraft,
  • unter Einfluss der Kraft im homogenen E-Feld,
  • im Wien-Filter.
  • begründen den prinzipiellen Verlauf der Bahnkurven.
  • begründen den prinzipiellen Verlauf der Bahnkurven.
  • leiten vorstrukturiert die Gleichung für die Bahnkurve im homogenen elektrischen Feld her.
 

zusätzlich für erhöhtes Anforderungsniveau:

  • beschreiben das physikalische Prinzip zur Bestimmung der spezifischen Ladung von Elektronen mithilfe des Fadenstrahlrohres.

 

  •  leiten dazu die Gleichung für die spezifische Ladung des Elektrons her und bestimmen die Elektronenmasse.
    • erläutern die Entstehung der Hallspannung.
    • leiten die Gleichung für die Hallspannung in Abhängigkeit von der Driftgeschwindigkeit anhand einer geeigneten Skizze her.
    • führen Experimente zur Messung von B mit einer Hallsonde durch.
    • leiten die Gleichung für die Hallspannung unter Verwendung der Ladungsträgerdichte anhand einer geeigneten Skizze her.
    • führen selbstständig Experimente zur Messung von B mit einer Hallsonde durch.
    • beschreiben die Erzeugung einer Induktionsspannung durch die zeitliche Änderung von B bzw. A qualitativ.
    • führen einfache qualitative Experimente zur Erzeugung einer Induktionsspannung durch.
    • erläutern das Prinzip eines dynamischen Mikrofons.
    • führen einfache qualitative Experimente zur Erzeugung einer Induktionsspannung durch.
    • erläutern das Prinzip eines dynamischen Mikrofons.
    • wenden das Induktionsgesetz in differenzieller Form auf lineare und sinusförmige Verläufe von   an.
    • werten geeignete Versuche zur Überprüfung des Induktionsgesetzes aus.
    • stellen technische und historische Bezüge hinsichtlich der Erzeugung von Wechselspannung dar.
    • werten geeignete Versuche zur Überprüfung des Induktionsgesetzes aus.
    • stellen technische und historische Bezüge hinsichtlich der Erzeugung von Wechselspannung dar.

Themenbereich: Schwingungen und Wellen

Inhaltsbezogene Kompetenzen

Prozessbezogene Kompetenzen für …

Fachwissen

Kurse auf grundlegendem Anforderungsniveau

Kurse auf erhöhtem Anforderungsniveau

Die Schülerinnen und Schüler …

  • stellen harmonische Schwingungen grafisch dar.
  • beschreiben harmonische Schwingungen mithilfe von Amplitude, Periodendauer und Frequenz.
  • verwenden die Zeigerdarstellung oder Sinuskurven zur grafischen Beschreibung.
  • haben Erfahrungen im angeleiteten Umgang mit einem registrierenden Messinstrument (z. B. Oszilloskop / Interface).
  • verwenden die Zeigerdarstellung oder Sinuskurven zur grafischen Beschreibung.
  • haben Erfahrungen im selbstständigen Umgang mit einem registrierenden Messinstrument (z.B. Oszilloskop / Interface).
  • geben die Gleichung für die Periodendauer eines Feder-Masse-Pendels an.
  • · untersuchen die zugehörigen Abhängigkeiten experimentell.
  • ermitteln geeignete Ausgleichskurven.
  • · untersuchen die zugehörigen Abhängigkeiten experimentell.
  • ermitteln geeignete Ausgleichskurven.
  • übertragen diese Verfahren auf andere harmonische Oszillatoren.
  • · beschreiben die Ausbreitung harmonischer Wellen.
  • beschreiben harmonische Wellen mithilfe von Periodendauer, Ausbreitungsgeschwindigkeit, Wellenlänge, Frequenz, Amplitude und Phase.
  • begründen den Zusammenhang zwischen Wellenlänge und Frequenz und wenden die zugehörige Gleichung an.
  • verwenden Zeigerketten oder Sinuskurven zur grafischen Darstellung.
   
 
  • nutzen in diesen Zusammenhängen die Zeigerdarstellung oder Sinusfunktionen sachgerecht.
  • verwenden Zeigerketten oder Sinuskurven zur grafischen Darstellung.
  • nutzen in diesen Zusammenhängen die Zeigerdarstellung oder Sinusfunktionen sachgerecht.
  • vergleichen longitudinale und transversale Wellen.
  • beschreiben Polarisierbarkeit als Eigenschaft transversaler Wellen.
 
  • stellen Bezüge zwischen dieser Kenntnis und Beobachtungen an einem LC-Display her.
  • stellen Bezüge zwischen dieser Kenntnis und Beobachtungen an einem LC-Display her.
    • beschreiben und deuten Interferenzphänomene für folgende Fälle:

o       stehende Welle,

o       Doppelspalt und Gitter,

o       Michelson-Interferometer,

o       Bragg-Reflexion.

  • verwenden die Zeigerdarstellung oder eine andere geeignete Darstellung zur Beschreibung und Deutung der aus dem Unterricht bekannten Situationen.
  • erläutern die technische Verwendung des Michelson-Interferometers zum Nachweis kleiner Längenänderungen.
  • verwenden die Zeigerdarstellung oder eine andere geeignete Darstellung zur Beschreibung und Deutung.
  •  erläutern die technische Verwendung des Michelson-Interferometers zum Nachweis kleiner Längenänderungen.
  • beschreiben je ein Experiment zur Bestimmung der Wellenlänge von

o       Schall mit zwei Sendern,

o       Mikrowellen mit dem Michelson-Interferometer,

o       Licht mit einem Gitter (subjektiv / objektiv) und

o       Röntgenstrahlung mit Bragg-Reflexion.

  • werten entsprechende Experimente angeleitet aus.
  • leiten die zugehörigen Gleichungen vorstrukturiert und begründet her.
  • wenden ihre Kenntnisse zur Bestimmung des Spurabstandes bei einer CD an.
  • erläutern ein Verfahren zur Strukturuntersuchung als technische Anwendung der Bragg-Reflexion.
    • werten entsprechende Experimente aus.
    • leiten die zugehörigen Gleichungen selbstständig und begründet her.
    • übertragen das Vorgehen auf Experimente mit anderen Wellenarten.
    • wenden ihre Kenntnisse zur Bestimmung des Spurabstandes bei einer CD an.
  • erläutern ein Verfahren zur Strukturuntersuchung als technische Anwendung der Bragg-Reflexion.
 

 

Themenbereich: Quantenobjekte

Inhaltsbezogene Kompetenzen

Prozessbezogene Kompetenzen für …

Fachwissen

Kurse auf grundlegendem Anforderungsniveau

Kurse auf erhöhtem Anforderungsniveau

Die Schülerinnen und Schüler …

  • beschreiben das Experiment mit der Elektronenbeugungsröhre und deuten die Beobachtungen als Interferenzerscheinung.
  • beschreiben ein Experiment zum äußeren lichtelektrischen Effekt mit der Vakuum-Fotozelle.
  • erläutern die experimentelle Bestimmung des planckschen Wirkungsquantums mit LEDs.
  • erläutern die Entstehung des Röntgenbremsspektrums als Energieübertragung von Elektronen auf Photonen.
    • übertragen Kenntnisse über Interferenz auf diese neue Situation.
  •  deuten diesen Effekt mithilfe des Photonenmodells.
  • übertragen ihre Kenntnisse über das Photonenmodell des Lichtes auf diese Situation.
    • bestätigen durch angeleitete Auswertung von Messwerten die Proportionalität zwischen Energie des Photons und der Frequenz.
    • übertragen Kenntnisse über Interferenz auf verwandte Situationen.
  •  deuten diesen Effekt mithilfe des Photonenmodells.
  • übertragen ihre Kenntnisse über das Photonenmodell des Lichtes auf diese Situation.
    • bestätigen durch Auswertung von Messwerten die Proportionalität zwischen Energie des Photons und der Frequenz.
    • nutzen das Röntgenbremsspektrum zur
      h - Bestimmung.
    • bestimmen die Wellenlänge bei Quantenobjekten mit Ruhemasse mithilfe der de-Broglie-Gleichung.
    • bestätigen durch angeleitete Auswertung von Messwerten die Antiproportionalität zwischen Wellenlänge und Geschwindigkeit.
    • bestätigen durch angeleitete Auswertung von Messwerten die Antiproportionalität zwischen Wellenlänge und Geschwindigkeit.
    • erläutern Interferenz bei einzelnen Photonen.
  •  interpretieren die jeweiligen Interferenzmuster stochastisch.

 

  • verwenden dazu die Zeigerdarstellung oder eine andere geeignete Darstellung.
    • deuten die Erscheinungen bei Doppelspaltexperimenten durch Argumentation mit einzelnen Photonen bzw. mit Elektronen.
    • bestimmen die Nachweiswahrscheinlichkeit für ein einzelnes Quantenobjekt durch das Quadrat der resultierenden Zeigerlänge bzw. der Amplitude der resultierenden Sinuskurve.
  • verwenden dazu die Zeigerdarstellung oder eine andere geeignete Darstellung.
    • deuten die Erscheinungen in den bekannten Interferenzexperimenten durch Argumentation mit einzelnen Photonen bzw. mit Elektronen.
    • bestimmen die Nachweiswahrscheinlichkeit für ein einzelnes Quantenobjekt durch das Quadrat der resultierenden Zeigerlänge bzw. der Amplitude der resultierenden Sinuskurve.
    • übertragen ihre Kenntnisse auf die Deutung von Experimenten mit Quantenobjekten größerer Masse (z. B. kalte Neutronen).
 

zusätzlich für erhöhtes Anforderungsniveau:

  • beschreiben den Aufbau eines Mach-Zehnder-Interferometers.
  • interpretieren ein „Welcher-Weg“-Experiment unter den Gesichtspunkten Nichtlokalität und Komplementarität.

 

  •  erläutern den Begriff Komplementarität mithilfe der Beobachtungen in einem „Welcher-Weg“-Experiment.

 Themenbereich: Atomhülle

Inhaltsbezogene Kompetenzen

Prozessbezogene Kompetenzen für …

Fachwissen

Kurse auf grundlegendem Anforderungsniveau

Kurse auf erhöhtem Anforderungsniveau

Die Schülerinnen und Schüler …

  • erläutern die Quantisierung der Gesamtenergie von Elektronen in der Atomhülle.
  • verwenden dazu das Modell vom eindimensionalen Potenzialtopf.
  • diskutieren die Aussagekraft und die Grenzen dieses Modells.
  • verwenden dazu das Modell vom eindimensionalen Potenzialtopf.
  • diskutieren die Aussagekraft und die Grenzen dieses Modells.
  • erläutern quantenhafte Emission anhand von Experimenten zu Linienspektren bei Licht …
   

zusätzlich für erhöhtes Anforderungs­niveau

… und Röntgenstrahlung.

  • erläutern einen Franck-Hertz-Versuch.
  • erläutern einen Versuch zur Resonanzabsorption.
  • erklären diese Experimente durch die Annahme diskreter Energieniveaus in der Atomhülle.

 

 

 

  • bestimmen eine Anregungsenergie anhand einer Franck-Hertz-Kennlinie.
    • erklären diese Experimente durch die Annahme diskreter Energieniveaus in der Atomhülle.

 

 

 

  • bestimmen eine Anregungsenergie anhand einer Franck-Hertz-Kennlinie.

 

  • beschreiben die „Orbitale“ bis n = 2 in einem dreidimensionalen Kastenpotenzial.

 

  • stellen einen Zusammenhang zwischen dreidimensionalen Orbitalen und eindimensionalen Wahrscheinlichkeitsverteilungen anschaulich her.
  • erklären den Zusammenhang zwischen Spektrallinien und Energieniveau­schemata.
  • benutzen vorgelegte Energieniveauschemata zur Berechnung der Wellenlänge von Spektrallinien und ordnen gemessenen Wellenlängen Energieübergänge zu.
 
  • erläutern und bewerten die Bedeutung von Leuchtstoffen an den Beispielen Energiesparlampe und „weiße“ LED.
  • benutzen vorgelegte Energieniveauschemata zur Berechnung der Wellenlänge von Spektrallinien und ordnen gemessenen Wellenlängen Energieübergänge zu.
  • ziehen diese Kenntnisse zur Erklärung eines charakteristischen Röntgenspektrums heran.
  • führen Berechnungen dazu aus.
  • wenden die Balmerformel an.
  • erläutern und bewerten die Bedeutung von Leuchtstoffen an den Beispielen Energiesparlampe und „weiße“ LED.
  • erläutern die Grundlagen der Funktionsweise eines He-Ne-Lasers.
  • stellen diese unter Verwendung vorgegebener Darstellungen strukturiert und angemessen dar.
 
 
  • beschreiben eine technische Anwendung, die auf der Nutzung eines Lasersystems beruht.
    • stellen diese unter Verwendung vorgegebener Darstellungen strukturiert und angemessen dar.
    • beschreiben eine technische Anwendung, die auf der Nutzung eines Lasersystems beruht.
 

 

Exkursion der Physik-Kurse zum Deutschen-Elektronen-SYnchrotron (ca. Ende des 3. Semesters)

 Themenbereich: Atomkern

Inhaltsbezogene Kompetenzen

Prozessbezogene Kompetenzen für …

Fachwissen

Kurse auf grundlegendem Anforderungsniveau

Kurse auf erhöhtem Anforderungsniveau

Die Schülerinnen und Schüler …

  • erläutern das grundlegende Funktionsprinzip eines Geiger-Müller-Zählrohrs als Messgerät für Zählraten.
  • erläutern das Zerfallsgesetz und wenden es auf Abklingprozesse an.
  • stellen Abklingkurven grafisch dar und werten sie unter Verwendung der Eigenschaften einer Exponentialfunktion aus.
    • beurteilen Gültigkeitsgrenzen der mathematischen Beschreibung aufgrund der stochastischen Natur der Strahlung.
    • erläutern das Prinzip des C-14-Verfahrens zur Altersbestimmung.
    • modellieren einen radioaktiven Zerfall mit dem Differenzenverfahren unter Einsatz einer Tabellenkalkulation oder eines Modellbildungssystems.
  • stellen Abklingkurven grafisch dar und werten sie unter Verwendung der Eigenschaften einer Exponentialfunktion zur Basis e aus.
    • beurteilen Gültigkeitsgrenzen der mathematischen Beschreibung aufgrund der stochastischen Natur der Strahlung.
    • erläutern das Prinzip des C-14-Verfahrens zur Altersbestimmung.
    • modellieren einen radioaktiven Zerfall mit dem Differenzenverfahren unter Einsatz einer Tabellenkalkulation oder eines Modellbildungssystems.
    • übertragen dieses Verfahren auf die Entladung eines Kondensators.
    • stellen Zerfallsreihen anhand einer Nuklidkarte auf.
    • entnehmen einer Nuklidkarte die kennzeichnenden Größen eines Nuklids.
    • entnehmen einer Nuklidkarte die kennzeichnenden Größen eines Nuklids.
    • erläutern das grundlegende Funktionsprinzip eines Halbleiterdetektors für die Energiemessung von Kernstrahlung.
    • interpretieren ein a-Spektrum auf der Basis der zugehörigen Zerfallsreihe.
 
  • beschreiben die in Energiespektren verwendete Darstellungsform (Energie-Häufigkeits-Diagramm).
    • ziehen die Nuklidkarte zur Interpretation eines a-Spektrums heran.
    • erläutern den Einsatz von Radionukliden in der Medizin.
  • beschreiben die in Energiespektren verwendete Darstellungsform (Energie-Häufigkeits-Diagramm).
    • ziehen die Nuklidkarte zur Interpretation eines a-Spektrums heran.
    • erläutern den Einsatz von Radionukliden in der Medizin.
    • beschreiben die Quantisierung der Gesamtenergie von Nukleonen im eindimensionalen Potenzialtopf.
    • begründen die Größenordnung der Energie bei Kernprozessen mithilfe des Potenzialtopfmodells.
    • begründen die Größenordnung der Energie bei Kernprozessen mithilfe des Potenzialtopfmodells.

1 Diese Kompetenzen werden in „Erkenntniswege der Physik“ weiter ausgeführt.