Physik Einführungsphase - Physik Hauscurriculum der Einführungsphase zum Kernlehrplan für die gymnasiale Oberstufe - Lessing-Schule Bochum
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Physik Hauscurriculum der Einführungsphase zum Kernlehrplan für die gymnasiale Oberstufe Physik Einführungsphase
Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben
Unterrichtsvorhaben der Einführungsphase
Kontext und Leitfrage Inhaltsfelder, Inhaltliche Schwerpunkte Kompetenzschwerpunkte
Physik und Sport (alternativ: Physik und Verkehr) Mechanik E7 Arbeits- und Denkweisen
Wie lassen sich Bewegungen vermessen und • Kräfte und Bewegungen K4 Argumentation
analysieren? • Energie und Impuls E5 Auswertung
Zeitbedarf: 49 Ustd. E6 Modelle
UF2 Auswahl
Von der Kirmes in den Weltraum Mechanik UF4 Vernetzung
Wirkung von Zentripetalkräften im Kleinen und im • Gravitation E3 Hypothesen
Großen • Kräfte und Bewegungen E6 Modelle
• Energie und Impuls E7 Arbeits- und Denkweisen
Zeitbedarf: 22 Ustd.
Schall Mechanik E2 Wahrnehmung und Messung
Wie lässt sich Schall physikalisch untersuchen? • Schwingungen und Wellen UF1 Wiedergabe
Zeitbedarf: 10 Ustd. • Kräfte und Bewegungen K1 Dokumentation
• Energie und Impuls
Summe Einführungsphase: 81 StundenKonkretisierte Unterrichtsvorhaben
Inhaltsfeld: Mechanik
Kontext: Physik und Sport (alternativ: Physik und Verkehr)
Leitfrage: Wie lassen sich Bewegungen vermessen, analysieren und optimieren?
Inhaltliche Schwerpunkte: Kinematik, Kräfte und Bewegungen, Energie und Impuls
Kompetenzschwerpunkte: Schülerinnen und Schüler können …
• (E7) naturwissenschaftliches Arbeiten reflektieren.
• (K4) physikalische Aussagen und Behauptungen mit sachlich fundierten und überzeugenden Argumenten begründen bzw.
kritisieren.
• (E5) Daten qualitativ und quantitativ im Hinblick auf Zusammenhänge, Regeln oder mathematisch zu formulierende
Gesetzmäßigkeiten analysieren und Ergebnisse verallgemeinern,
• (E6) Modelle entwickeln sowie physikalisch-technische Prozesse mithilfe von theoretischen Modellen, mathematischen
Modellierungen, Gedankenexperimenten und Simulationen erklären oder vorhersagen,
• (UF1) physikalische Phänomene und Zusammenhänge unter Verwendung von Theorien, übergeordneten Prinzipien / Gesetzen
und Basiskonzepten beschreiben und erläutern,
• (UF2)zur Lösung physikalischer Probleme zielführend Definitionen, Konzepte sowie funktionale Beziehungen zwischen
physikalischen Größen angemessen und begründet auswählen,Sequenzierung Konkretisierte Lehrmittel / Materialien / Experimente Verbindliche Absprachen
inhaltlicher Aspekte Kompetenzerwartungen des Didaktisch-methodische
Kernlehrplans Anmerkungen
Die Schülerinnen und Schüler ...
Was ist Mechanik? geben wieder, was sie mit der Mechanik Aufgreifen der Kenntnisse des
Was bedeutet verbinden und wiederholen die Mechanik-Unterrichts der Jgs. 8
„Messen“? physikalischen Basisgrößen zur
Beschreibung von Bewegungen (UF1)
Welche grundlegenden unterscheiden zwischen Translation, Rotation Handexperimente zur qualitativen
Bewegungsformen und Oszillation (UF1) Beobachtung von Bewegungen: Translation,
existieren? Rotation, Oszillation
Beschreibung von unterscheiden gleichförmige und gleichmäßig Handexperimente zur qualitativen Analyse alltäglicher
Bewegungen im Alltag, beschleunigte Bewegungen und erklären Beobachtung von Fallbewegungen (z. B. Bewegungsabläufe, Analyse von
im Sport und Verkehr zugrundeliegende Ursachen (UF2) Stahlkugel, glattes bzw. zur Kugel Kraftwirkungen auf reibungsfreie
(2 Ustd) zusammengedrücktes Papier) Körper
-------------------------------- ------------------------------------------------------------ -------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------
Beschreibung und planen selbstständig Experimente zur Alternativen zur Untersuchung der Selbstständige Durchführung der
Analyse von linearen quantitativen und qualitativen Untersuchung gleichförmigen geradlinigen Bewegung: Experimente in Form einer
Bewegungen einfacher Zusammenhänge (u.a. zur Analyse Gruppenarbeit (Teamfähigkeit fördern)
von Bewegungen), führen sie durch, werten S-Experimente:
Die geradlinig sie aus und bewerten Ergebnisse und • Schüler laufen mit nahezu gleichbleibender
gleichförmige Arbeitsprozesse (E2, E5, B1), Geschwindigkeit unterschiedliche Distanzen;
Bewegung stellen Daten in Tabellen und sinnvoll Zeitnahme an unterschiedlichen Positionen
Geschwindigkeit skalierten Diagrammen (u. a. t-s- und t-v- • Gleichförmige Bewegung der Elektroautos
v(t) = ds/dt Diagramme, Vektordiagramme) von Hand Oder:
s(t) = v∙t und mit digitalen Werkzeugen angemessen Demonstrationsexperiment: Einführung in die Verwendung von
präzise dar (K1, K3), Märklin-Eisenbahn, Zeitnahme durch die SuS digitaler Videoanalyse (Auswertung
(4 Ustd.) von Videosequenzen, Darstellung der
erschließen und überprüfen mit Messdaten Oder: Messdaten in Tabellen und
und Diagrammen funktionale Beziehungen Digitale Videoanalyse Diagrammen mithilfe einer Software
zwischen mechanischen Größen (E5), (z.B. mit VIANA) von Bewegungen im Sport zur Tabellenkalkulation)
bestimmen mechanische Größen mit (Fahrradfahrt o. anderes Fahrzeug, Sprint,…)
mathematischen Verfahren und mithilfe Arbeitsblatter
digitaler Werkzeuge (Tabellenkalkulation) Erarbeitung der Bewegungsgesetze
(E6), gleichförmige geradlinige Bewegung; der gleichförmigen Bewegung und ihre
Aufgabenblatt: Kinematik I Anwendung bei AlltagsaufgabenDie geradlinig die gleichen Kompetenzen erwerben, die bei S-Experimente: Unterscheidung von gleichförmigen
beschleunigte der Untersuchung der geradlinig • Kugel rollt auf einer „schiefen“ Rinne; und (beliebig) beschleunigten
Bewegung gleichförmigen Bewegung gefordert sind. Zeitnahme per Stoppuhr (Handy) Bewegungen (insb. auch die
Bewegungsgleichungen gleichmäßig beschleunigte Bewegung)
v(t) = a·t + v(0) • Durch Masse beschleunigten Wagen auf
s(t) = waagerechter Bahn (Messwerterfassung mit
Lichtschranken) Untersuchung gleichmäßig
½ a· t2 + v(0) · t + s(0)
Oder: beschleunigter Bewegungen im Labor
Lehrer-Experiment: Erarbeitung der Bewegungsgesetze
der gleichmäßig beschleunigten
Luftkissenfahrbahn mit digitaler Bewegung
Messwerterfassung
Erstellung von t-s- und t-v-
Arbeitsblätter Diagrammen (auch mithilfe digitaler
gleichförmig beschleunigte Bewegung; Hilfsmittel), die Interpretation und
Aufgabenblatt: Kinematik II Auswertung derartiger Diagramme
Freier Fall, senkrechter sollte intensiv geübt werden.
Wurf als Sonderfälle s.o. Freier Fall und die Bestimmung von g ggf.
einer beschleunigten Versuch mit Cassy und g-Leiter Planung von Experimenten durch die
Bewegung Alternativ: Schüler (Auswertung mithilfe der
Digitale Videoanalyse (Viana) Videoanalyse)
(10 Ustd.)
Aufgabenblatt: Kinematik III
-------------------------------- ------------------------------------------------------------ -------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------
zweidimensionale vereinfachen komplexe Bewegungs- und Wurfbewegungen Wesentlich: Erarbeitung des
Bewegungsformen Gleichgewichtszustände durch Basketball, Korbwurf, Abstoß beim Fußball, Superpositionsprinzips
Waagerechter Wurf, Komponentenzerlegung bzw. Vektoraddition Weitsprung, günstigster Winkel (Komponentenzerlegung und Addition
schiefer Wurf (E1), Demo Wasserstrahl (Aquarium) vektorieller Größen)
erkennen den waagerechten Wurf (schiefen Herleitung der Gleichung für die
Wurf) als Überlagerung aus geradliniger Bahnkurve nur optional
(5 Ustd) Aufgabenblatt: Kinematik IV (Mathematikunterricht)
gleichförmiger Bewegung in x-Richtung und
dem freien Fall (senkrechten Wurf) in y-
RichtungSequenzierung Konkretisierte Kompetenzerwartungen Lehrmittel / Materialien / Verbindliche Absprachen
inhaltlicher Aspekte des Kernlehrplans Experimente Didaktisch-methodische
Anmerkungen
Die Schülerinnen und Schüler ...
Newton’sche Gesetze, Handexperimente zur Trägheit:
Kräfte und Bewegung: Trägheit und Masse
Fixieren eines Maurerhammers
Trägheit und Masse Gläser auf gezogener Tischdecke
Trägheitssatz
Lehrer-Experiment: Kennzeichen von Laborexperimenten im
Definition der Kraft als berechnen mithilfe des Newton’schen Luftkissenfahrbahn mit digitaler Vergleich zu natürlichen Vorgängen
Erweiterung des Kraftgesetzes Wirkungen einzelner oder Messwerterfassung: besprechen, Ausschalten bzw. Kontrolle
Kraftbegriffs aus der mehrerer Kräfte auf Bewegungszustände und Messung der Beschleunigung eines bzw. Vernachlässigen von Störungen
Sekundarstufe I. sagen sie unter dem Aspekt der Kausalität Körpers in Abhängigkeit von der
vorher (E6), beschleunigenden Kraft.
Kräftegleichgewicht entscheiden begründet, welche Größen bei der
Addition und Zerlegung Analyse von Bewegungen zu berücksichtigen Protokolle: Funktionen und
von Kräften oder zu vernachlässigen sind (E1, E4), Anforderungen
actio – reactio reflektieren Regeln des Experimentierens in
der Planung und Auswertung von Versuchen
Erarbeitung des (u. a. Zielorientierung, Sicherheit, Berechnung von Kräften und
Newton’schen Variablenkontrolle, Kontrolle von Störungen Aufgabenblatt: Aufgaben zur Kraft Beschleunigungen beim Kugelstoßen, bei
Bewegungsgesetzes und Fehlerquellen) (E2, E4), Ballsportarten, Einfluss von
geben Kriterien (u.a. Objektivität, Reibungskräften
F = m∙a Reproduzierbarkeit, Widerspruchsfreiheit,
Überprüfbarkeit) an, um die Zuverlässigkeit
von Messergebnissen und physikalischen
Aussagen zu beurteilen, und nutzen diese bei
der Bewertung von eigenen und fremden
Untersuchungen (B1),
Reibungskräfte
Experimente zur Reibung
(11 Ustd.) (Haftreibung, Gleitreibung, Rollreibung,
Luftwiderstand)
(optional als S-Experiment)
Aufgabenblatt: Aufgaben zur ReibungSequenzierung Konkretisierte Kompetenzerwartungen Lehrmittel / Materialien / Verbindliche Absprachen
inhaltlicher Aspekte des Kernlehrplans Experimente Didaktisch-methodische
Anmerkungen
Die Schülerinnen und Schüler ...
Energie und Leistung erläutern die Größen Position, Strecke, L-Experiment: Impulsbegriff aus actio-reactio
Impuls: Geschwindigkeit, Beschleunigung, Masse, Wechselwirkung zweier Gleiter auf der
Kraft, Arbeit, Energie, Impuls und ihre Luftkissenfahrbahn Begriff des Impulses und Impuls als
Impulsbegriff Beziehungen zueinander an unterschiedlichen (digitale Messwerterfassung): Erhaltungsgröße
p = m∙v Beispielen (UF2, UF4), Geschwindigkeitsverhältnis in Bezug auf Elastischer und inelastischer Stoß auch
Massenverhältnis an anschaulichen Beispielen aus dem
analysieren in verschiedenen Kontexten
Sport (z.B. Impulserhaltung bei
Bewegungen qualitativ und quantitativ sowohl
L-Experiment: Ballsportarten, Kopfball beim Fußball,
aus einer Wechselwirkungsperspektive als
Impulserhaltungssatz elastische und inelastische Stoßprozesse Kampfsport)
auch aus einer energetischen Sicht (E1, UF1),
mit Gleitern der Luftkissenfahrbahn
verwenden Erhaltungssätze (Energie- und (digitale Messwerterfassung): Kraft als zeitliche Ableitung des Impulses,
Kraftstoß; Impulsbilanzen), um Bewegungszustände zu Ermittlung des Impulserhaltungssatzes Impuls und Rückstoß Funktionsprinzip
F = dp/dt erklären sowie Bewegungsgrößen zu einer Rakete
Rückstoß berechnen (E3, E6),
Wasserrakete
beschreiben eindimensionale Stoßvorgänge Untersuchungen mit einer Wasserrakete,
Raketentriebwerke für Modellraketen
mit Wechselwirkungen und Impulsänderungen Simulation des Fluges einer Rakete in
(UF1), Recherchen zu aktuellen Projekten von einer Excel-Tabelle
Energiebegriff, ESA und DLR, auch zur Finanzierung Debatte über wissenschaftlichen Wert
begründen argumentativ Sachaussagen,
Energieformen, Behauptungen und Vermutungen zu sowie Kosten und Nutzen ausgewählter
Energieumwandlung, mechanischen Vorgängen und ziehen dabei Programme
Energieerhaltung Aufgabenblatt: Impuls (ggf. Aufgaben
erarbeitetes Wissen sowie Messergebnisse
aus dem Buch) Begriffe der Arbeit und der Energie aus
oder andere objektive Daten heran (K4),
der SI aufgreifen und wiederholen
Arbeit und Energie bewerten begründet die Darstellung bekannter Energieformen bei Deduktive Herleitung der Formeln für die
W =F٭s mechanischer und anderer physikalischer Fadenpendel, Federpendel mechanischen Energiearten aus den
Phänomene in verschiedenen Medien
Newton‘schen Gesetzen und der
(Printmedien, Filme, Internet) bezüglich ihrer Messdaten aus den Stoßexperimenten Definition der Arbeit
Relevanz und Richtigkeit (K2, K4), zur Klärung der Frage: Energieerhaltung an Beispielen (Pendel,
Leistung Energieerhaltung bei Stoßprozessen? Achterbahn, Halfpipe) erarbeiten und für
erläutern unterschiedliche Positionen zum Sinn
Berechnungen nutzen
aktueller Forschungsprogramme (z.B. Sportliche Leistung der SuS testen… Energetische Analysen in verschiedenen
Raumfahrt, Mobilität) und beziehen Stellung Sportvideos
(17 Ustd.) Sportarten (Hochsprung, Turmspringen,
dazu (B2, B3). Aufgabenblatt: „Energie Scotty“ Turnen, Stabhochsprung, Skisprung): 49 Ustd.
Kontext: Von der Kirmes in den Weltraum
Leitfrage: Wie kommt man zu physikalischen Erkenntnissen über unser Sonnensystem?
Inhaltliche Schwerpunkte: Gravitation, Kräfte und Bewegungen, Energie und Impuls
Kompetenzschwerpunkte: Schülerinnen und Schüler können
• (UF4) Zusammenhänge zwischen unterschiedlichen natürlichen bzw. technischen Vorgängen auf der Grundlage eines
vernetzten physikalischen Wissens erschließen und aufzeigen.
• (E3) mit Bezug auf Theorien, Modelle und Gesetzmäßigkeiten auf deduktive Weise Hypothesen generieren sowie Verfahren zu
ihrer Überprüfung ableiten,
• (E6) Modelle entwickeln sowie physikalisch-technische Prozesse mithilfe von theoretischen Modellen, mathematischen
Modellierungen, Gedankenexperimenten und Simulationen erklären oder vorhersagen,
• (E7) naturwissenschaftliches Arbeiten reflektieren sowie Veränderungen im Weltbild und in Denk- und Arbeitsweisen in ihrer
historischen und kulturellen Entwicklung darstellen.Sequenzierung Konkretisierte Lehrmittel / Materialien / Experimente Verbindliche Absprachen
inhaltlicher Aspekte Kompetenzerwartungen des Didaktisch-methodische
Kernlehrplans Anmerkungen
Die Schülerinnen und Schüler ...
Kreisbewegungen analysieren und berechnen auftretende S-Experiment zur Einführung der physikalischen Beschreibung von gleichförmigen
Kräfte bei Kreisbewegungen (E6), Größen bei einer Kreisbewegung: Kreisbewegungen,
Arbeitsblatt: Rotation Winkelgeschwindigkeit, Periode,
Drehfrequenz
(Drehbewegung einer Wasserflasche) Bahngeschwindigkeit, Frequenz
Umlaufzeit
Bahngeschwindigkeit
L-Experiment: Messung der Zentralkraft
Winkelgeschwindigkeit
An dieser Stelle sollen das experimentell- Experimentell-erkundende Erarbeitung
Zentripetalkraft Fz der Formeln für Zentripetalkraft und
erkundende Verfahren und das deduktive
Verfahren zur Erkenntnisgewinnung am Beispiel Zentripetalbeschleunigung:
der Herleitung der Gleichung für die Herausstellen der Notwendigkeit der
Zentripetalkraft als zwei wesentliche Konstanthaltung der restlichen Größen
Erkenntnismethoden der Physik bearbeitet bei der experimentellen Bestimmung
werden. einer von mehreren anderen Größen
abhängigen physikalischen Größe (hier
bei der Bestimmung der Zentripetalkraft
L-Experiment: Kugeln auf einem rotierenden
in Abhängigkeit von der Masse des
Plattenteller
rotierenden Körpers)
Ergänzend: Deduktion der Formel für
Aufgabenblatt: „Es dreht sich alles“ die Zentripetalbeschleunigung
Anwendung von Fz bei verschiedenen
Vorrichtungen:
Rotationsbewegungen anhand von
L-Experimente:
Kirmes-Geräten genauer untersuchen
• Rotationsellipsoid
• Paraboloid (im rotierenden Wasserglas)
• Zentrifuge
• Karussell
(8 Ustd.)
Aufgabenblatt: „Es dreht sich alles“
(Karussell, Achterbahn, Rotor, Breakdancer,
Steilkurve)Sequenzierung Konkretisierte Lehrmittel / Materialien / Experimente Verbindliche Absprachen
inhaltlicher Aspekte Kompetenzerwartungen des Didaktisch-methodische
Kernlehrplans Anmerkungen
Die Schülerinnen und Schüler ...
Aristotelisches Weltbild, stellen Änderungen in den Vorstellungen Powerpoint-File zur historischen Entwicklung Vortrag des Lehrers über den
Kopernikanische zu Bewegungen und zum unseres Planetenmodells: „Gravitation“ historischen Ablauf vom geozentrischen
Wende Sonnensystem beim Übergang vom zum heliozentrischen Weltbild
Mittelalter zur Neuzeit dar (UF3, E7), Alternativ:
(3 Ustd.)
Arbeit mit dem Lehrbuch bzw. Besuch in einer Sternwarte, Planetarium
Internetrecherche Bochum
SuS erstellen Powerpoint-Files zur Thematik Beobachtungen am Himmel
und referieren im Plenum Historie: Verschiedene Möglichkeiten
der Interpretation der Beobachtungen
Planetenbewegungen ermitteln mithilfe der Kepler´schen Drehbare Sternkarte und aktuelle Orientierung am Himmel
und Kepler’sche Gesetze und des Gravitationsgesetzes astronomische Tabellen Beobachtungsaufgabe: Finden von
Gesetze astronomische Größen (E6), Animationen zur Darstellung der Planeten am Nachthimmel
(5 Ustd.) beschreiben an Beispielen Planetenbewegungen Tycho Brahes Messungen, Keplers
Veränderungen im Weltbild und in der (Physissmart Applets) Schlussfolgerungen
Arbeitsweise der Naturwissenschaften,
Aufgabenblatt: „Keplersche Gesetze“ Benutzung geeigneter Apps
die durch die Arbeiten von Kopernikus,
Kepler, Galilei und Newton initiiert
wurden (E7, B3).
Newton’sches beschreiben Wechselwirkungen im Arbeit mit dem Lehrbuch, Recherche im Newton’sches Gravitationsgesetz als
Gravitationsgesetz, Gravitationsfeld und verdeutlichen den Internet Zusammenfassung bzw. Äquivalent der
Gravitationsfeld Unterschied zwischen Feldkonzept und Kepler’schen Gesetze
(6 Ustd.) Kraftkonzept (UF2, E6), Newton’sche „Mondrechnung“
Aufgaben aus dem Buch Anwendung des Newton’schen
Gravitationsgesetzes und der
Kepler‘schen Gesetze zur Berechnung
von Satellitenbahnen
Feldbegriff diskutieren, Definition der
Feldstärke über Messvorschrift „Kraft
auf Probekörper“: 22 Ustd.
Kontext: Schall
Leitfrage: Wie lässt sich Schall physikalisch untersuchen?
Inhaltliche Schwerpunkte: Schwingungen und Wellen, Kräfte und Bewegungen, Energie und Impuls
Kompetenzschwerpunkte: Schülerinnen und Schüler können
• (E2) kriteriengeleitet beobachten und messen sowie auch komplexe Apparaturen für Beobachtungen und Messungen erläutern
und sachgerecht verwenden,
• (UF1) physikalische Phänomene und Zusammenhänge unter Verwendung von Theorien, übergeordneten Prinzipien/Gesetzen
und Basiskonzepten beschreiben und erläutern,
• (K1) Fragestellungen, Untersuchungen, Experimente und Daten nach gegebenen Strukturen dokumentieren und stimmig
rekonstruieren, auch mit Unterstützung digitaler WerkzeugeSequenzierung Konkretisierte Lehrmittel / Materialien / Experimente Verbindliche Absprachen
inhaltlicher Aspekte Kompetenzerwartungen des Didaktisch-methodische
Kernlehrplans Anmerkungen
Die Schülerinnen und Schüler ...
Entstehung und erklären qualitativ die Ausbreitung Stimmgabeln, Lautsprecher, Frequenzgenerator, Erarbeitung der Grundgrößen zur
Ausbreitung von Schall mechanischer Wellen (Transversal- oder Frequenzmessgerät, Schallpegelmesser, Beschreibung von Schwingungen und
(4 Ustd.) Longitudinalwelle) mit den rußgeschwärzte Glasplatte, Schreibstimmgabel, Wellen:
Eigenschaften des Klingel und Vakuumglocke Frequenz (Periode) und Amplitude
Ausbreitungsmediums (E6), mittels der Höreindrücke des Menschen
Modelle der beschreiben Schwingungen und Wellen L-Experimente: Entstehung von Longitudinal- und
Wellenausbreitung als Störungen eines Gleichgewichts und Lange Schraubenfeder, Wellenwanne Transversalwellen
(4 Ustd.) identifizieren die dabei auftretenden Ausbreitungsmedium, Möglichkeit der
Kräfte (UF1, UF4), Ausbreitung longitudinaler. bzw.
transversaler Schallwellen in Gasen,
Flüssigkeiten und festen Körpern
Erzwungene erläutern das Auftreten von Resonanz Stimmgabeln Resonanz (auch Tacoma-Bridge,
Schwingungen und mithilfe von Wechselwirkung und Millennium-Bridge)
Resonanz Energie (UF1). Resonanzkörper von Musikinstrumenten
(2 Ustd.)
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