Physik Qualifikationsphase / Leistungskurs - Physik Hauscurriculum für den Leistungskurs in der Qualifikationsphase zum Kernlehrplan für die ...
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Physik Hauscurriculum für den Leistungskurs in der Qualifikationsphase zum Kernlehrplan für die gymnasiale Oberstufe Physik Qualifikationsphase / Leistungskurs Übersichtsraster / Unterrichtsvorhaben
Kontext und Leitfrage Inhaltsfelder, Inhaltliche Schwerpunkte
Elektrik
Auf der Spur des Elektrons • Eigenschaften elektrischer Ladungen und ihrer Felder
Vom elektrischen Feld zur elektrischen Energie…
• Bewegung von Ladungsträgern in elektrischen und magnetischen
Ladungen und Teilchenbeschleuniger Feldern
Wie lassen sich Ladungen beschleunigen bzw. ablenken?
• Elektromagnetische Induktion / Selbstinduktion
Wandlung, Verteilung und Bereitstellung elektrischer Energie
„Generator und Motor – dieselbe Maschine?“
„Transport von elektrischer Energie“
• Elektromagnetische Schwingungen und Wellen
Drahtlose Nachrichtenübermittlung
Wie funktioniert Rundfunk? Vom Sender zum Empfänger… • Das elektromagnetische Spektrum / Beugung und Interferenz
Was ist Licht?
Woraus besteht Sonnenlicht?
Zeitbedarf: 120 Ustd.
Relativitätstheorie • Konstanz der Lichtgeschwindigkeit und deren Konsequenzen
Licht in Zeit und Raum: Einsteins revolutionäre Sicht der Dinge • Problem der Gleichzeitigkeit
Hat die Relativitätstheorie Einfluss auf unseren Alltag?
• Zeitdilatation und Längenkontraktion
Zeitbedarf: 30 Ustd.
• Relativistische Massenzunahme
• Energie-Masse-Beziehung
• Der Einfluss der Gravitation auf die Zeitmessung• Licht und Elektronen als Quantenobjekte (Photoeffekt und
Quantenphysik Lichtquantenhypothese, Elektronenbeugung)
Von klassischen Vorstellungen zur Quantenphysik
• Welle-Teilchen-Dualismus und Wahrscheinlichkeitsinterpretation
Welchen Einfluss hat die Quantenphysik auf unseren Alltag?
Zeitbedarf: 30 Ustd. • Grenzen der Anwendbarkeit klassischer Begriffe in der
Quantenmechanik / Heisenberg’sche Unschärferelation Potentialtopf
Atomphysik / Kernphysik / Elementarteilchenphysik
• Aufbau von Atomen / Von Dalton bis Bohr
Die Geschichte der Atommodelle
Welche Materialien leuchten in Energiesparlampen? • Linienspektren
Untersuchung radioaktiver Strahlung / Kernreaktionen
Woher wissen wir wie alt die Erde und die Sonne sind? • Ionisierende Strahlung
• Radioaktiver Zerfall
• Kernspaltung und Kernfusion
• Elementarteilchen und ihre Wechselwirkung
Elementarteilchenphysik
Was hält unsere Welt zusammen?
Zeitbedarf: 45 Ustd.Kompetenzschwerpunkte: Schülerinnen und Schüler können…
• (UF1) physikalische Phänomene und Zusammenhänge unter Verwendung von Theorien, übergeordneten Prinzipien/Gesetze
und Basiskonzepten beschreiben und erläutern.
• (UF2) zur Lösung physikalischer Probleme zielführend Definitionen, Konzepte sowie funktionale Beziehungen zwischen
physikalischen Größen angemessen und begründet auswählen.
• (UF3) physikalische Sachverhalte und Erkenntnisse nach fachlichen Kriterien ordnen und strukturieren.
• (UF4) Zusammenhänge zwischen unterschiedlichen natürlichen bzw. technischen Vorgängen auf der Grundlage eines
vernetzten physikalischen Wissens erschließen und aufzeigen.
• (E1) Probleme und Fragestellungen in unterschiedlichen Kontexten physikalische Probleme identifizieren, analysieren und in
Form physikalischer Fragestellungen präzisieren.
• (E2) kriteriengeleitet beobachten und messen sowie auch komplexe Apparaturen für Beobachtungen und Messungen erläutern
und sachgerecht verwenden.
• (E3) mit Bezug auf Theorien, Modelle und Gesetzmäßigkeiten auf deduktive Weise Hypothesen generieren sowie Verfahren zu
ihrer Überprüfung ableiten.
• (E4) Experimente auch mit komplexen Versuchsplänen und Versuchsaufbauten mit Bezug auf ihre Zielsetzungen erläutern und
diese zielbezogen unter Beachtung fachlicher Qualitätskriterien durchführen.
• (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.• (E7) naturwissenschaftliches Arbeiten reflektieren sowie Veränderungen im Weltbild und in Denk- und Arbeitsweisen in ihrer historischen und kulturellen Entwicklung darstellen. • (K1) Fragestellungen, Untersuchungen, Experimente und Daten nach gegebenen Strukturen dokumentieren und stimmig rekonstruieren, auch mit Unterstützung digitaler Werkzeuge • (K2) in vorgegebenen Zusammenhängen selbstständig physikalischtechnische Fragestellungen mithilfe von Fachbüchern und anderen Quellen, auch einfachen historischen Texten, bearbeiten. • (K3) physikalische Sachverhalte, Arbeitsergebnisse und Erkenntnisse adressatengerecht sowie formal, sprachlich und fachlich korrekt in Kurzvorträgen oder kurzen Fachtexten darstellen • (K4) physikalische Aussagen und Behauptungen mit sachlich fundierten und überzeugenden Argumenten begründen bzw. kritisieren. • (B1)bei Bewertungen in physikalisch-technischen Zusammenhängen Bewertungskriterien angeben. • (B2) für Bewertungen in physikalisch-technischen Zusammenhängen kriteriengeleitet Argumente abwägen und einen begründen Standpunkt beziehen. • (B3) in bekannten Zusammenhängen Konflikte bei Auseinandersetzungen mit physikalisch-technischen Fragestellungen darstellen sowie mögliche Konfliktlösungen aufzeigen.
Sequenzierung Konkretisierte Lehrmittel / Materialien / Experimente Verbindliche Absprachen
inhaltlicher Aspekte Kompetenzerwartungen des Didaktisch-methodische
Kernlehrplans Anmerkungen
Die Schülerinnen und Schüler ...
Zwei Arten von Ladungen: unterscheiden zwischen positiven und Experiment zum qualitativen Nachweis von Aufgreifen der Kenntnisse des Elektrik-
Positive und negative negativen Ladungen (UF1) Ladungen (Elektroskop und Metallkugeln) Unterrichts der Jgs. 9
Ladungsträger Experiment Ladungstrennung mit
Gummistock und Katzenfell
Influenz und Polarisation / erklären elektrostatische Phänomene, wie Experiment zur Influenz mit ungeladener Alu-
Dipol Influenz und Polarisation mit Hilfe Folie und Bandgenerator
grundlegender Eigenschaften von Arbeitsblatt zur Influenz (Dorn-Bader) Demonstrationsexperimente um die
(3 Ustd) elektrischen Ladungen Experiment zur Polarisation mit Isolatorkugel Wahrnehmungsfähigkeit der SuS zu
(UF2, E6) am Elektroskop fördern.
-------------------------------- ------------------------------------------------------------ -------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------
Das elektrische Feld beschreiben Eigenschaften und Wirkungen Experiment Darstellung von elektrischen Beschreibung der Felder und
homogener elektrischer Felder. und erläutern Feldern mit Hilfe von Grieskörnern in Schlussfolgerungen für die
Pflanzenöl Eigenschaften von Feldlinien:
die Definitionsgleichung der elektrischen
Alternativ: Bilder auf der Leifiseite!!!!!! Inhomogene und homogene
Feldstärke (UF2, UF1)
Felder
Experiment mit dem Bandgenerator und
Eigenschaften von erläutern und veranschaulichen die Papierfäden…
Feldlinien / Abschirmung Aussagen, Idealisierungen und Grenzen von Abschirmung elektrischer Felder:
Feldlinienmodellen, nutzen Feldlinienmodelle Java-Applets zur Visualisierung Faraday-Käfig / Gegenfeld
zur Veranschaulichung typischer Felder und
Experiment Faraday-Käfig
interpretieren Feldlinienbilder (K3, E6, B4) Wichtig: Fehlerhafte Darstellung in
Youtube Videos: zum Faraday-Käfig
Die elektrische Feldstärke ppt-File zum Faraday-Käfig (Server) diversen Büchern!
E = F/ q erläutern den Feldbegriff und zeigen dabei
Gemeinsamkeiten und Unterschiede Experiment: elektrische Kraftmessung mit Auswertung des Versuchs:
zwischen E-Feld und Gravitationsfeld (UF3, einer Waage zur Einführung der elektrischen SuS erkennen proportionalen
E6) Feldstärke. Zusammenhang zwischen F und q
und erläutern die Probleme, die dieses
erläutern die Definitionsgleichung der Aufgabenblatt: Elektrostatik I experimentelle Verfahren mit sich
Der Millikan-Versuch / elektrischen Feldstärke (UF2, UF1) bringt. (B1, B4)Elementarladung
Experiment: Millikan-Versuch Demonstration des Millikan-Versuchs
Flächenladungsdichte Java-Applets zur Visualisierung Auswertung mit Hilfe eines Applets
Den SuS die Komplikationen einer
=Q/A
solchen Messung veranschaulichen!
Elektrische Feldkonstante Experiment: Ladungsaustausch im
Kondensatorfeld Elektrische Ladungen und Felder in
der Medizin und im Alltag:
(8 Ustd) EKG / EEG / Laserdrucker / Gewitter
---------------------------- ------------------------------------------------------------ -------------------------------------------------------------- als mögliche Referatsthemen!
Wählen Definitionsgleichungen Experiment: Ladungsaustausch im ----------------------------------------------------
Arbeit im elektrischen
Kondensatorfeld
Feld: Potential und zusammengesetzter physikalischer Größen
(Welche Arbeit verrichtet das E-Feld, um ein SuS sollen aus ihren Vorkenntnissen E
Spannungsbegriff sowie physikalische Gesetze (Arbeit und Elektron von der negativen Platte zur positiven = U/d für das Feld eines
Spannung im homogenen E-Feld) zu befördern?) Plattenkondensators erarbeiten
Äquipotentialflächen problembezogen aus (UF2)
Aufgabenblatt: Elektrostatik II
Verhalten von Ladungen Leiten die im homogenen elektrischen Feld Aufgabenblatt: Elektrostatik III
in homogenen gültige Beziehung zwischen Spannung und
elektrischen Feldern Feldstärke deduktiv her (E6, UF2) Experiment: Auseinanderziehen der
Ermitteln die Geschwindigkeitsänderung geladenen Platten eines Kondensators Demonstration des Zusammenhangs
eines Ladungsträger nach Durchlaufen einer zwischen Spannung und verrichtete
elektrischen Spannung (UF2, UF4, B1) Arbeit
(5 Ustd.)
Beschreiben qualitativ und quantitativ die
Bewegung von Ladungsträgern in
homogenen elektrischen Feldern (E1, E2,
E3, E4, E5, UF1, UF4)
-------------------------------- ------------------------------------------------------------ --------------------------------------------------------------
Kondensator / Kapazität Leiten die Kapazität eines ----------------------------------------------------
Plattenkondensators deduktiv her (E6, UF2) Experiment zur Kapazität / Messung von Wählen begründet mathematische
Ladung und Spannung am Plattenkondensator Werkzeuge zur Darstellung und
C=Q/U
Arbeitsblatt: Kondensator Auswertung von Messwerten /
Dielektrikum Experiment zur Kapazität mit Dielektrikum Linearisierungsverfahren und bewerten
ppt-File zu Kondensatortypen (Server) die Güte der Messergebnisse (E5, B4)
Aufgabenblatt: Elektrostatik IVEnergiegehalt eines ermitteln die in elektrischen Feldern
Kondensatorfeldes: (Kondensator) gespeicherte Energie (UF2) Die Einsatzvielfalt von Kondensatoren
Eel = ½ CU2 im Alltag wird erläutert
In diesem Zusammenhang lohnt es
Energiedichte sich, die Integralschreibweise /
Integrationsrechnung mit einzubinden
Parallel- / Experiment: Schaltung von Kondensatoren
Reihenschaltung von Aufgabenblatt: Elektrostatik V Einsatz der Magnettafel
Kondensatoren
(6 Ustd.)
-------------------------------- ------------------------------------------------------------ ----------------------------------------------------------------
Coulomb-Gesetz Erstellen bei Variation mehrerer Parameter, Experiment von Cavendish
----------------------------------------------------
Tabellen, Diagramme zur Darstellung von Arbeitsblatt: Coulomb-Gesetz SuS leiten über die
Messwerten (K1, K3, UF3) Flächenladungsdichte das Coulomb-
Alternativ: Drehwagenexperiment Gesetz her (E5, E6)
Arbeitsblatt: Coulomb-Gesetz/Drehwaage
Überlagerung von Wählen das Coulomb-Gesetz SuS leiten aus dem graphischen
Zusammenhang zwischen F, q und
Coulombfeldern / problembezogen aus (UF2)
dem Abstand r die Gesetzmäßigkeit
Superposition ab.
Arbeit und Spannung im Aufgabenblatt: Elektrostatik VI
radialen Feld Mit Hilfe der Integralrechung werden
Arbeit und Spannung im radialen Feld
hergeleitet.
(8 Ustd.)
-------------------------------- ------------------------------------------------------------
--------------------------------------------------------------
Der elektrische Strom SuS erklären die grundlegenden elektrischen Ggf: kleine Demonstrations-Experimente ----------------------------------------------------
I = dQ/dt Größen (UF1, UF4) Aufgreifen der Kenntnisse des Elektrik-
Unterrichts der Jgs. 9
Die elektrische Leistung
P = dW/dt = U∙I Aufgabenblatt: „Es wird dynamisch“ VII
Aufgabenblatt: „Es wird dynamisch“ VIII Wiederholung ist notwendig, um die
Der elektrische weiteren Phänomene (z.B.
Kondensatorentladung) zu behandeln
Widerstand
R = U/ISchaltung von
Widerständen
Kirchhoff’sche Gesetze
(5 Ustd.)
-------------------------------- ------------------------------------------------------------ --------------------------------------------------------------
Auf- / Entladung von Treffen Entscheidungen für die Auswahl an Experiment: Kondensatorentladung zunächst ----------------------------------------------------
Kondensatoren Messgeräten im Hinblick auf eine verborgene ohne CASSY SuS sollen das exponentielle
Problemstellung (B1) Arbeitsblatt: Kondensatorentladung Verhalten zunächst graphisch
darstellen und mathematisch
Experiment: Kondensatorentladung mit
erarbeiten (anschließend mit CASSY
Beschreiben qualitativ und quantitativ, bei CASSY
verifizieren)
(4 Ustd.) vorgegebenen Lösungsansätzen Ladung- / Experiment: Kondensatoraufladung mit
und Entladungsvorgänge in Kondensatoren CASSY
Erarbeitung von Q(t), I(t) und U(t)
(E4, E5, E6) Arbeitsblatt: Kondensatoraufladung
Wählen begründet mathematische
Werkzeuge zur Darstellung und Auswertung
von Messwerten (E5, B4)
-------------------------------- ------------------------------------------------------------ --------------------------------------------------------------
Permanentmagnetismus beschreiben Eigenschaften und Wirkungen Handversuche zum Dauermagnetismus ----------------------------------------------------
und Elektromagnetismus homogener magnetischer Felder. und Experiment: Feld eines stromdurchflossenen Aufgreifen der Kenntnisse des
Das magnetische Feld erläutern die Definitionsgleichung der Leiters Unterrichts der Jgs. 9
magnetischen Feldstärke (UF2, UF1) Experiment: Feld einer stromdurchflossenen
Spule Aufgreifen der UVW-Regel
Experiment: Leiterschaukel im B-Feld
zeigen Gemeinsamkeiten und Unterschiede
Experiment: Zwei Parallele stromdurchflos-
zwischen magnetischem Feld und E-Feld sene Leiter
(UF3, E6)
Drei-Finger-Regel bestimmen die relative Orientierung von
(UVW-Regel) Bewegungsrichtung eines Ladungsträgers,
Richtung der Lorentzkraft Magnetfeldrichtung und resultierender
Kraftwirkung mithilfe der UVW-Regel (UF2,
E6)Die magnetische Erstellen bei Variation mehrerer Parameter, Experiment: magnetische Feldstärke über
Feldstärke (Flussdichte) Tabellen, Diagramme zur Darstellung von Kraftsensor / Messung der Lorentzkraft Die Definition des Vektorprodukts wird
B = F/ (I∙l) Messwerten (K1, K3, UF3) eingeführt.
Experiment: magnetische Feldstärke über
F l I B Waage / Messung der Lorentzkraft in F l I B
leiten die Lorentzkraft auf einen einzelnen
F qv B Abhängigkeit vom Strom I, von der Leiterlänge
Ladungsträger deduktiv her (E6, UF2) l, von der Breite des Leiters und des Winkels
zwischen I und B-Feld F qv B
beschreiben qualitativ die Erzeugung eines
Elektronenstrahls in einer Elektronenstrahl- Aufgabenblatt: „Magnetfelder I Die Lorentzkraft als Zentripetalkraft
röhre (UF1, K3) (Aufarbeitung der Kreisbewegung)
Experiment: Fadenstrahlrohr
Beschreiben qualitativ und quantitativ die
Bewegung von Ladungsträgern in Aufgabenblatt: „Magnetfelder II
homogenen magnetischen Feldern (E1, E2,
E3, E4, E5, UF1, UF4)
Teilchenbeschleuniger SuS beschreiben, wie Linearbeschleuiniger, ppt-File: Strahlführung
Polarlichter Zyklotrons und Synchrotrons funktionieren Referate zu Teilchenbeschleunigern /
Aufgabenblatt: „Magnetfelder III Polarlichter / Massenspektrograph
Massenspektrometrie (UF1, UF4, E1) (K1, K2, K3)
Vortrag vom Lehrer über Strahlführung
Beschreiben qualitativ und quantitativ die in Beschleunigeranlagen /
Bewegung von Ladungsträgern in E x B- Massenspektrometrie
Feldern und unterscheiden zwischen (Quadrupole / Wien-Filter)
Impulsfilter (magnetisches Feld), Energie-
Filter (elektrisches Feld) und
Geschwindigkeitsfilter (Wien-Filter, E x B-
Feld) (E1, E2, E3, E4, E5, UF1, UF4)
Schließen aus spezifischen
Bahnkurvendaten bei der e/m-Bestimmung
und beim Massenspektrometer auf wirkende
Kräfte sowie von Feldern und bewegten
Ladungsträgern (E5, UF2)Hall-Effekt Beschreiben qualitativ und quantitativ die Experiment: Einsatz einer Hall-Sonde zur
UH = I B d / ( n b d e) Bewegung von Ladungsträgern beim Hall- Bestimmung von B-Feldern Deduktive Vorgehensweise zur
Effekt. (E1, E2, E3, E4, E5, UF1, UF4) Aufgabenblatt: Magnetfelder IV Bestimmung der Hall-Spannung
(ggf. durch Schüler-Vortrag)
Ampere’sches Gesetz / Wählen begründet mathematische Experiment: B-Feld eines stromdurchflosse-
magnetische Werkzeuge zur Darstellung und Auswertung nen Leiters wird mit einer Hall-Sonde
Einblick in die mathematische
von Messwerten (E5, B4) vermessen.
Feldkonstante Beschreibung der Elektrodynamik
Experiment: B-Feld einer Spule wird in
Permeabilität => Abhängigkeit vom Strom, der Windungszahl n
B = r 0 n I / l sowie der Spulenlänge mit einer Hall-Sonde
vermessen.
Exakte Bestimmung von r nicht
Experiment: Balkenwaage / Spule mit und durchführbar, aber qualitativ gut
ohne Eisenkern sichtbar.
(22 Ustd.) Aufgabenblatt: Magnetfelder V Mikroskosmischer Unterscheid
zwischen Ferromagnetismus /
------------------------------------------------------------ -------------------------------------------------------------- Diamagnetismus / Paramagnetismus
-----------------------------------
Führen das Auftreten einer S-Experiment: zur Induktion ----------------------------------------------------
Elektromagnetische SuS erarbeiten einen Zusammenhang
Induktionsspannung in der Spule auf die Relativbewegung zwischen Spule und Magnet
Induktion zwischen Uind und der Bewegung des
zeitliche Veränderung des B-Feldes zurück
Magneten
(E6)
Experiment: Induktionsspule im Feld eines
Solenoiden / Messung der Wählen begründet mathematische
Uind = dB/dt * n * A cos Erstellen bei Variation mehrerer Parameter, Induktionsspannung in Abhängigkeit von dB/dt,
Tabellen, Diagramme zur Darstellung von Werkzeuge zur Darstellung und
der Windungszahl und der Querschnittsfläche
Messwerten (K1, K3, UF3) Auswertung von Messwerten /
Magnetischer Fluss der Induktionsspule
Linearisierungsverfahren und bewerten
Experiment: rotierende Leiterschleife im die Güte der Messergebnisse (E5, B4)
Uind = n d/dt Führen das Auftreten einer
Induktionsspannung in der Leiterschleife auf Magnetfeld / Erzeugung einer
(Induktionsgesetz) Wechselspannung
die zeitliche Änderung der von einem Leiter
überstrichenen gerichteten Fläche in einem
Magnetfeld zurück / Erzeugung einer
Wechselspannung) (E6)identifizieren Induktionsvorgänge aufgrund
der zeitlichen Änderung von B in Bezug zu Induktionsvorgängen im
Anwendungs- / Alltagssituationen (E1, E6, Alltag (z.B. Induktionsherd)
UF4)
Planen und realisieren Experimente zum
Nachweis der Teilaussagen des
Induktionsgesetzes (E2, E4, E5)
Thomson’scher Begründen mit Hilfe der UVW-Regel die
S-Experiment / Stationenlernen zur Induktion Anwendung der Lenz’schen Regel:
Ringversuch Beobachtung des Ringversuchs (E4, E5) Relativbewegung zwischen Spule und Magnet Wirbelstrombremse / Freifallturm
Begründen die Lenz’sche Regel mit Hilfe des
Lenz’sche Regel Energie- und des Wechselwirkungskonzepts Experiment: frei fallender Magnet im Cu-Rohr
(E6, K4) Elektrisches Wirbelfeld
Bestimmen die Richtungen von U Ei d si
Induktionsströmen mit Hilfe der Lenz’schen Aufgabenblatt: Aufgaben zur Induktion I
Regel (UF2, UF4, E6)
Das elektromotorische Prinzip:
Funktionsweise von Generator und
Selbstinduktion Motor ( Schüler-Referat)
Induktivität L Experiment: Selbstinduktion (verzögertes
Leuchten eine Glühlampe, die in Reihe mit
einer Spule geschaltet ist) Erarbeitung von
Uind = -n d/dt = -L dI/dt
Induktivität einer Spule:
=> L = - r 0 n2 A / l
Ein- / Ausschaltvorgang Erarbeiten mit Hilfe der Maschenregel den
bei Reihenschaltung von Experiment: Einschalt- / Ausschaltvorgang bei
funktionellen Verlauf von I und vergleichen
Reihenschaltung vom Spule und Widerstand SuS sollen das exponentielle
Spule und Widerstand diesen mit dem Fall für die Kondensatorauf- / mit CASSY Verhalten zunächst graphisch
bzw. Entladung (E4, E5, E6, E7) darstellen und mathematisch
Aufgabenblatt: Aufgaben zur Induktion II erarbeiten (anschließend mit CASSY
Energiegehalt eines ermitteln die in magnetischen Feldern (Spule) verifizieren)
magnetischen Feldes gespeicherte Energie (UF2)
Aufgabenblatt: Aufgaben zur Induktion III Erarbeitung von Q(t), I(t) und U(t)
Emag = ½ LI2Maxwell’sche
Gleichungen Einblick in die mathematische
(17 Ustd.) Beschreibung der Elektrodynamik
--------------------------------------------------------------
----------------------------------- ------------------------------------------------------------
----------------------------------------------------
Grundlagen zum Berechnen mit Hilfe der Zusammenhänge Experiment: mit Frequenzgenerator zur Verwendung eines Oszilloskops bzw
Wechselstromkreis von Strom, Spannung und Widerstand den Ermittlung der Phasenbeziehungen zwischen von CASSY zur Visualisierung
Kapazitiven und induktiven Widerstand (UF4, Strömen und Spannungen im RL, RC und
E5, E6, E7) RCL-Stromkreis / Wechselstromwiderstände
Java-Applets zur Visualisierung (Leifi)
ppt-File: Leistung im Wechselstromkreis
Experiment: Siebkette / Sperrkreis
Aufgabenblatt: WSK I
Aufgabenblatt: WSK II
Transformator Erarbeiten die Zusammenhänge beim
Spannungstransformation Transformator (UF4, E2, E4, E5, E6, K4) Der Transformator und seine
S-Experimente: Bedeutung im Alltag:
Unbelasteter / belasteter Transformator Netzgeräte und Gleichrichter
Arbeitsblatt: Transformator Schweißen
Experiment: Hörner / Schweißen Hochspannungstransformation
Transport elektrischer Energie
Elektromagnetische Erläutern die Erzeugung elektromagnetischer Wiederholung von grundlegenden Der Schwingkreis als Teil des
Experimenten zu mechanischen Sperrkreises
Schwingung und Schwingungen, erstellen aussagekräftige
Schwingungen: Rückblick auf mechanische
mechanische Schwingung Diagramme und werten diese aus (E2, E4, Schwingungen (Jgs EF)
Federpendel, Fadenpendel, (un-)gedämpfte /
Schwingungsdauer / B1, E5)
erzwungene Schwingung, Resonanz,
Frequenz harmonische Schwingung / gekoppelte Pendel Vergleich zwischen Federpendel und
Erläutern qualitativ die bei einer Experiment: Strom-/ Spannungsmessung im Schwingkreis
Schwingkreis ungedämpften elektromagnetischen Schwingkreis mit variablem R / Darstellung mit
Schwingung in der Spule und am CASSY
Thomson’sche Gleichung Kondensator ablaufenden physikalischen
T = (2 (LC)) Prozesse, u.a. die Energieumwandlungs-
prozesse. (UF1, UF2)Beschreiben den Schwingungsvorgang im
RCL-Kreis qualitativ als
Energieumwandlungsprozess und benennen
(16 Ustd.) die wesentlichen Ursachen für die Dämpfung
(UF1, UF2, E5)
----------------------------------- ------------------------------------------------------------ --------------------------------------------------------------
Mechanische Wellen Beschreiben die Phänomene im Experiment: Wellenmaschine ----------------------------------------------------
Wellenlänge, Zusammenhang mit mechanischen Wellen Applets zur Visualisierung (Physissmart) Vom gekoppelten Pendel zur
Phasengeschwindigkeit (UF1, K1) Aufgabenblatt: Wellen I mechanischen Welle
(u.a. Whg. aus der EF)
c = s / t = /T = c f
Longitudinal-/ Beschreiben qualitativ die lineare ppt-File: Dopplereffekt Erarbeitung der Wellengleichung
Transversalwellen Ausbreitung harmonischer Wellen als Experiment: Dopplerrocket Entstehung und Ausbreitung von
Dopplereffekt räumlich und zeitlich periodischen Vorgang Aufgabenblatt: Dopplereffekt Longitudinal-/ Transversalwellen
(UF1, E6)
Huygen’sches Prinzip zur Experiment: Wellenwanne: ebene Welle /
Erklärung von Beugung / Erläutern die Zusammenhänge zwischen Beugung / Interferenz / Reflexion / Brechung
mechanischen Wellen und den Bezug zum Reflexionsgesetz und zum
Interferenz / Reflexion Alternativ: Bilder von Leifi Brechungsgesetz aus der Optik /
und Brechung Beobachtungen aus der Optik (UF4)
Totalreflexion
Applets zur Visualisierung (Physissmart)
Bezug zur Optik Erläutern konstruktive und destruktive ppt-File: Beugung
Interferenz sowie die entsprechenden
Bedingungen mithilfe geeigneter Experimente: Totalreflexion / Lichtleiter
Darstellungen (K3, UF1) Referate zur Bestimmung der
Lichtgeschwindigkeit (K1, K2, K3)
Beschreiben die Phänomene Reflexion,
Brechung Beugung und Interferenz im
Wellenmodell und begründen sie qualitativ
mithilfe des Huygen’schen Prinzips. (UF1,
E6)
Stehende mechanische Erkennen unterschiedliche Schwingungsmodi Experiment: Federseil
Wellen zur Vorbereitung Und sind in der Lage aus der Wellenlänge Applets zur Visualisierung (Physissmart) Stehende Wellen im Alltag:
auf elektromagnetische die Schallgeschwindigkeit zu bestimmen (E2, ppt-File: stehende Wellen Orgelpfeifen, mit Wasser gefüllte
Wellen E4, E5) Experiment: Kundt’sches Rohr FlascheSchall Experiment: Hörschwellen der SuS Chladni-Figuren
Schallpegel, Lautstärke, bestimmen Aufgreifen der Kenntnisse des
Frequenzbereich Unterrichts der Jgs. EF
vom Schwingkreis zur Beschreiben den Hertz’schen Dipol als einen Anwendungsbereich: Ultraschall
ppt-File: Hertz
elektromagnetischen (offenen) Schwingkreis (UF1, UF2, E6) Experiment: UKW-Sender und Dipol- Zur Erinnerung an den Schwingkreis
Welle Empfänger (Glühlampen am Empfangsdipol)
Hertz’scher Dipol Erläutern qualitativ die Entstehung eines ppt-File: Dipol Bezug zur stehenden Welle:
elektrischen bzw. magnetischen Wirbelfeldes Spannungs-/ Strom-Knoten/ - Bäuche
bei E- und B-Feldänderung und die
Ausbreitung einer elektromagnetischen Welle
(UF1, UF4, E6)
Rundfunktechnik Erläutern anhand schematischer
Amplituden-/ Darstellungen Grundzüge der Nutzung Alltagbezug: Bau eines Radios
Frequenzmodulation elektromagnetischer Trägerwellen zur (Conrad-Baukästen)
Übertragung von Informationen (K2, K3, E6)
Mikrowellen Beschreiben die Interferenz an Doppelspalt
Experiment: Mikrowellen
und Gitter im Wellenmodell und leiten die Durchlässigkeit / Reflexion / Brechung an Bezug zur Optik
entsprechenden Terme für die Lage der Prisma und Linse / stehende Welle / Beugung / Das elektromagnetische Spektrum
Beugungsphänomene in jeweiligen Maxima n-ter Ordnung her (E6, Polarisation
der Optik: UF1, UF2)
Doppelspalt Experiment: Beugung am Doppelspalt mit
Laser Einsatz von Lasern unterschiedlicher
Gitter Erläutern konstruktive und destruktive
Applets zur Visualisierung (Physissmart) Wellenlängen
Einzelspalt Interferenz sowie die entsprechenden
Dünnen Schichten Bedingungen mithilfe geeigneter Experiment: Beugung am Gitter mit Lasern
Darstellungen (K3, UF1) Verwendung von Durchlass- /
Experiment: Beugung am Gitter mit weißem Reflexionsgittern
Ermitteln auf der Grundlage von Brechungs-, Licht Bestimmung der Gitterkonstanten
Beugungs- und Interferenzerscheinungen Experiment: Verwendung unterschiedlicher einer CD / DVD
Spektrallampen Darstellung eines sichtbaren
Mit Mikrowellen und Licht die Wellenlängen
und die Lichtgeschwindigkeit (E2, E4, E5) Spektrums
Spektren unterschiedlicher Lampen /
Experiment: Beugung am Einzelspalt Linienspektren /
Wellenlängenbestimmung der LinienExperiment: Interferenz an dünnen Schichten
Bezug zur Astronomie:
(26 Ustd.) Aufgabenblatt: Optik I Fernrohröffnung
Aufgabenblatt: Optik I
Seifenblasen / Ölpfützen
Newton-Ringe
Holographie (Referat?)
: 120 Ustd.Sequenzierung Konkretisierte Lehrmittel / Materialien / Verbindliche Absprachen
inhaltlicher Aspekte Kompetenzerwartungen des Experimente Didaktisch-methodische
Kernlehrplans Anmerkungen
Die Schülerinnen und Schüler ...
Spezielle geben die Kenntnisse von Galilei wieder und ppt-File: spezielle Relativitätstheorie Anhand eines Lehrervortrags sollen die
Relativitätstheorie erläutern das Additionstheorem der SuS auf Einsteins neue Sicht der Dinge
Geschwindigkeiten nach Galilei / Galilei- hingeführt werden
Transformation (UF1, UF4, E6)
Relativbewegungen Applets zur Visualisierung (Physissmart)
Beispiele von näherungsweisen
Relativitätsprinzip nach Aufgabenblatt: Relativität I
Inertialsystemen werden genannt
Galilei greifen die Kenntnisse von Maxwell auf, nach
Inertialsysteme der die Lichtgeschwindigkeit konstant ist und
Galilei-Transformation erkennen den Widerspruch zu Galilei (UF4)
Äther-Begriff wird diskutiert
Begründen mit dem Ausgang des Michelson- Experiment: Michelson-Morley-Experiment
Messprinzip / Aberration wird erläutert
Äther / Morley-Experiments die Konstanz der mit Laser
Zusatzmaterial: Applet / interaktives und diskutiert
Michelson-Morley- Lichtgeschwindigkeit (UF4, E5, E6)
Experiment Bildschirmexperiment bei Leifi Deutung des Interferenzmusters /
Erläutern die Bedeutung der Konstanz der Keine Veränderung durch Drehung der
Konsequenzen aus dem Lichtgeschwindigkeit als Ausgangspunkt für Experiment: mit Mikrowellen (Abi-Klausur) Apparatur
Experiment: die Entwicklung der speziellen Aufgabenblatt: Relativität I Unterschiedliche Interpretationen =>
Einsteins Postulate Relativitätstheorie (UF1)
Relativitätsprinzip Einsteins Sichtweise
Konstanz der Verletzung der Galilei-Invarianz bei der
Lichtgeschwindigkeit Bewegung geladener Teilchen
Erläutern das Problem der relativen Applets zur Visualisierung (Physissmart)
Gleichzeitigkeit Gleichzeitigkeit mit in zwei verschiedenen Gleichzeitigkeit und Bezugssystem
Lichtuhr Inertialsystemen jeweils synchronisierten
Uhren (UF2)
Gedankenexperiment: Lichtuhr „Bewegte Uhren gehen langsamer!“
Leiten mithilfe der Konstanz der Applet zur Visualisierung Synchronisation erfolgt im „Ruhesystem“
Zeitdilatation Lichtgeschwindigkeit und des Modells
Zwillingsparadoxon wird diskutiert
v2 Lichtuhr quantitativ die Formel für die
(Keine Symmetrie)
t ' t 1 Zeitdilatation her. (E5)
Raum-Zeit-Diagramm
c2
Zwillingsparadoxon Reflektieren die Nützlichkeit des Modells
Lichtuhr hinsichtlich der Herleitung des
relativistischen Faktors (E7)Erläutern die Zeitdilatation anhand des Aufgabenblatt: Relativität I Myonenzerfall im Speicherring / in der
Myonenzerfall Nachweises von der in der oberen Atmosphäre
Erdatmosphäre entstehenden Myonen (UF1) Messung mit Atomuhren von Hafele und
Keating
Beschreiben Konsequenzen der Gedankenexperiment: Messung der Auswirkungen der Zeitdilatation auf
Längenkontraktion relativistischen Einflüsse auf Raum und Zeit Länge einer sich gleichförmig bewegenden Längenmessungen
anhand anschaulicher und einfacher Rakete aus zwei Bezugssystemen
Abbildungen (K3) „Bewegte Körper sind kürzer!“
v2
L' L 1 Videos: Verzerrte Objekte
c2 Begründen den Ansatz der Herleitung der Mit Lichtgeschwindigkeit durch die Uni
Längenkontraktion (E6) Aufgabenblatt: Relativität II
„Rotverschiebung“ entfernter Galaxien
Relativistischer Erläutern die Längenkontraktion anhand des (Konsequenzen für die Kosmologie)
Dopplereffekt Nachweises von der in der oberen
Erdatmosphäre entstehenden Myonen (UF1)
Lorentz-Transformation über
Lorentz-Transformation Plausibilitätsbetrachtung
und Folgerungen: Minkowski-Diagramme: Buch bzw. Leifi Übergang der Lorentz-Transformation in
Begründen mit der Lichtgeschwindigkeit als Aufgabenblatt: Relativität II die Galilei-Transformation für vm0 v Erläutern die Energie-Massebeziehung (UF1) Energie-Massebeziehung aus Taylor-
p(v) m(v) v Entwicklung
v2
1 2 Berechnen die relativistische Energie von Ruheenergie / kinetische Energie
c Teilchen mithilfe der Energie-Masse-
Äquivalenz von Masse Beziehung (UF2)
und Energie
m0c2 Herleitung der Energie-Impuls-Beziehung
E Ekin E0 Durch die SuS
v2
1 2
c
Energieerhaltungssatz Beurteilen die Bedeutung der Beziehung
E = mc2 für Forschung und technische
Energie-Impuls- Nutzung der Kernspaltung / Kernfusion (B1, Ausblick :
Beziehung B3) Technische Nutzung von E = mc2 Kernwaffen: Atombombe /
E2 p2c2 E02 Beschreiben die Bedeutung der Energie-
Wasserstoffbombe
Masse-Äquivalenz hinsichtlich der Kernkraftwerke
Ausblick auf Annihilation von Teilchen und Antiteilchen Paar-Vernichtung und Warp-Antrieb
Kernumwandlungs- (UF4)
prozesse
Bestimmen und bewerten den bei der
Teilchenannihilation Annihilation von Teilchen und Antiteilchen frei
werdenden Energiebetrag (E7, B5)
Videos:
zur allgemeinen Relativitätstheorie
Beschreiben qualitativ den Einfluss der
Allgemeine Gravitation auf die Zeitmessung (UF4)
Relativitätstheorie „je stärker des Gravitationsfeld, desto
Veranschaulichen mithilfe eines einfachen langsamer geht die Uhr“
Äquivalenz von gegenständlichen Modells den durch die
Einfluss auf den Alltag:
Gravitation und Einwirkung von massebehafteten Körpern
gleichmäßig hervorgerufenen Einfluss der Gravitation auf Satellitennavigation / GPS
beschleunigten die Zeitmessung sowie die Krümmung des
Bezugssystemen Raumes (K3) Lichtablenkung durch supermassive
Objekte:
Bewerten Auswirkungen der
Neutronensterne / schwarze Löcher
(30 Ustd.) Relativitätstheorie auf die Veränderung des
physikalischen Weltbildes (B4) GravitationslinsenSequenzierung Konkretisierte Lehrmittel / Materialien / Verbindliche Absprachen
inhaltlicher Aspekte Kompetenzerwartungen des Experimente Didaktisch-methodische
Kernlehrplans Anmerkungen
Die Schülerinnen und Schüler ...
Hallwachseffekt erläutern die qualitativen Vorhersagen der Experiment: Hallwachseffekt als Einstieg:
klassischen Elektrodynamik zur Energie Hallwachseffekt: geladene Zinkplatte wird Rückblick auf die klassische Betrachtung /
von Photoelektronen (bezogen auf die über eine Hg-Lampe entladen / Filter elektromagnetische Wellen
Photoeffekt Frequenz und Intensität des Lichts) (UF2, werden in den Strahlengang gebracht
E3),
Experiment: Kontroverse zur elektromagnetischen
erläutern den Widerspruch der Photoeffekt: Zinkplatte wird durch eine Welle
experimentellen Befunde zum Photoeffekt Photozelle ersetzt. Bestrahlung mit Hg-
zur klassischen Physik und nutzen zur Lampe / Filter => Stromflussmessung
Erklärung die Einstein’sche
Lichtquantenhypothese (E6, E1),
Gegenfeldmethode beschreiben und erläutern Aufbau und Experiment:
h-Bestimmung Funktionsweise der Gegenfeldmethode Photoeffekt: Gegenfeldmethode Verwendung des Messverstärkers!
Austrittsarbeit (K3, K2) Bestimmung von h und Austrittsarbeit h-Bestimmung fehlerbehaftet
Arbeitsblatt: Photoeffekt
Photonen ermitteln aus den experimentellen Daten
E = h f = Ekin + W A eines Versuchs zum Photoeffekt das
Planck’sche Wirkungsquantum (E5, E6)
h-Bestimmung mit LEDs legen am Beispiel des Photoeffekts und Experiment: Aufbau eines Halbleiters /
seiner Deutung dar, dass neue physikalische Bestimmung von h mit LEDs pn-Konjunktionen in Sperr- und
Experimente und Phänomene zur ppt-Folien / Leifi-Seite Durchlassrichtung
Veränderung des physikalischen Weltbildes Aufgabenblatt: QM I Funktionsweisen von Solarzellen,
bzw. zur Erweiterung oder Neubegründung Halbleiter-Detektoren und LEDs
physikalischer Theorien und Modelle
führen können (E7),
Compton-Effekt Ist nicht für das Abitur erforderlich, zeigt
Compton-Wellenlänge stellen anhand geeigneter Phänomene dar, Experiment: aber die Bedeutung von Energie und
wann Licht durch ein Wellenmodell Compton-Effekt / Impuls von Photonen Impulserhaltungssatz
bzw. ein Teilchenmodell beschrieben werden ppt-File: Compton-Effekt
kann (UF1, K3, B1),MILQ-Programm: MILQ-Programm: mit jeweils zu den Erarbeitung erfolgt selbstständig am
Welle und Teilchen Kapiteln passenden Arbeitsblättern Computer
Präparation und Kapitel Î und II : Applet „Polfilter
Eigenschaft SuS vertiefen ihr Verständnis über den
Photoeffekt und lernen etwas über die
Begriffe „Präparation“ und „Eigenschaft“
Klassische Teilchen und erklären die De-Broglie-Hypothese am Kapitel ÎII bis V : Applet „Interferometer“, kennen
Quantenobjekte Beispiel von Elektronen (UF1), „Doppelspaltexperiment
Wellennatur von Materie SuS lernen anhand der Applets, dass
De Broglie-Wellenlänge beschreiben und erläutern Aufbau und Experiment: Elektronen Welleneigenschaften besitzen
Funktionsweise der Gegenfeldmethode (K3, Elektronenbeugungsröhre
Welle-Teilchen- K2) Arbeitsblatt: Elektronenbeugung
Dualismus interpretieren experimentelle Beobachtungen SuS erläutern die Bragg-Reflexion an
an der Elektronenbeugungsröhre mit den Aufgabenblatt: QM II einem Einkristall und leiten die
Welleneigenschaften von Elektronen (E1, E5, Aufgabenblatt: QM III Bragg’sche Reflexionsbedingung
E6), her (E6),
erläutern die Bedeutung von Gedanken-
experimenten und Simulationsprogrammen
zur Erkenntnisgewinnung bei der Unter-
suchung von Quantenobjekten (E6, E7)
diskutieren das Auftreten eines
Paradigmenwechsels in der Physik am
Beispiel der quantenmechanischen
Beschreibung von Licht und Elektronen im
Vergleich zur Beschreibung mit klassischen
Modellen (B2, E7),
diskutieren und begründen das Versagen der
klassischen Modelle bei der Deutung
quantenphysikalischer Prozesse (K4, E6).
Born’sche erläutern bei Quantenobjekten das Auftreten Kapitel VI : Applet „Interferometer“,
Wahrscheinlichkeitsinter oder Verschwinden eines Interferenzmusters „Doppelspaltexperiment
pretation mit dem Begriff der Komplementarität (UF1, Born’sche Wahrscheinlichkeitsinterpretation
P(x) · Δx = |ψ(x)|2 · Δx E3),
deuten das Quadrat der Wellenfunktion „Interferenz komplementär zum
Komplementarität qualitativ als Maß für die Aufenthaltswahr- Teilchencharakter“
scheinlichkeit von Elektronen (UF1, UF4),erläutern die Aufhebung des Welle-Teilchen-
Dualismus durch die Wahrscheinlichkeits- Schrödingers Katze
interpretation (UF1, UF4), SuS führen Recherchen zu komplexeren
Fragestellungen der Quantenphysik durch
und präsentieren die Ergebnisse (K2, K3),
Heisenberg’sche erläutern die Aussagen und die Kapitel VII :
Unschärferelation Konsequenzen der Heisenberg’schen Heisenberg’sche Unschärferelation
Unschärferelation
(Ort – Impuls, Energie – Zeit) an Beispielen
(UF1, K3),
Schrödingergleichung Kapitel VIII : Kapitel VIII erfolgt als Lehrervortrag
Schrödingergleichung Herleitung der Energiewerte für den
Potentialtopf ermitteln die Wellenlänge und die Kapitel X und XI : Potentialtopf
Tunneleffekt Energiewerte von im linearen Potentialtopf Potentialtopf und Tunneleffekt Energien und Wellenfunktion
gebundenen Elektronen (UF2, E6). Vergleich mit stehenden Wellen
bewerten den Einfluss der Quantenphysik im Bedeutung des Tunneleffekts für die
Hinblick auf Veränderungen des Fusion in der Sonne
(30 Ustd.) Weltbildes und auf Grundannahmen zur Phasenraum
physikalischen Erkenntnis (B4, E7).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 Kompetenzerwartungen Lehrmittel / Materialien / Experimente Verbindliche Absprachen
inhaltlicher des Kernlehrplans Didaktisch-methodische
Aspekte Anmerkungen
Die Schülerinnen und Schüler ...
Historischer Einblick in geben wesentliche Schritte in der historischen ppt-File: Einführung in die Atomphysik Einführung in die Atomphysik findet in
die Entwicklung der Entwicklung der Atommodelle bis hin zum (Lehrervortrag) Form eines Vortrags statt, um die SuS
Atommodelle Kern-Hülle-Modell wieder (UF1), auf ihr Studentenleben vorzubereiten
Von Dalton bis
Rutherford und Bohr Welche physikalischen Phänomene
Rutherford-Streuexperiment im Vortrag
Aufgabenblatt: Atomphysik I ließen sich mit den vorhandenen
erklären Linienspektren in Emission und Modellen erklären?
Frank-Herz-Versuch
Absorption sowie den Franck-Hertz-
Experiment: Franck-Hertz-Versuch
Versuch mit der Energiequantelung in der
Arbeitsblatt: Franck-Hertz-Versuch
Atomhülle (E5),
Besprechung mit Physissmart-Applet
stellen die Bedeutung des Franck-Hertz-
Versuchs und der Experimente zu
Bohrsches Postulate Arbeitsblatt: Bohrsches Atommodell SuS sollen anhand ihres Wissens aus
Linienspektren
Es folgt: der E-Dynamik im Zusammenhang mit
in Bezug auf die historische Bedeutung des
ppt.Vortrag Bohrsches Atommodell den Bohr’schen Postulaten die
Linienspektren Bohr’schen Atommodells
Experiment: Wasserstoffspektrallampe und Energiewerte eines Wasserstoffatoms
formulieren geeignete Kriterien zur Beurteilung
Gitter bestimmen
des Bohr’schen Atommodells aus
der Perspektive der klassischen und der
Experiment: Resonanzabsorption mit Na-
Quantenphysik (B1, B4),
Lampe und Natrium in Bunsenbrenner / Na-
Dampf und Prismenspektrometer
beschreiben den Aufbau einer Röntgenröhre
(UF1),
Aufgabenblatt: Atomphysik II
Entstehung von deuten die Entstehung der kurzwelligen SuS entdecken die Entstehung der
Röntgenstrahlung Röntgenstrahlung als Umkehrung des Röntgen-Bremsstrahlung und der
Aufgabenblätter: Röntgenspektren (vgl.
Photoeffekts (E6), charakteristischen Strahlung und
Leifi)
erklären die Entstehung des Bremsspektrums nehmen Bezug auf das Bohrsche
Röntgenspektren und des charakteristischen Spektrums Atommodel
der Röntgenstrahlung (UF1), Mosely-Gesetz
(10 Ustd.)Einführung in die benennen Protonen und Neutronen als Was verbinden die SuS mit Kernphysik?
Kernphysik Kernbausteine, identifizieren Isotope und
erläutern den Aufbau einer Nuklidkarte (UF1),
Zusammensetzung des Kerns
Nuklid, Isotope, Isotone
benennen Geiger-Müller-Zählrohr und ppt-File: Einführung in die Kernphysik
Historischer Einblick in Kernradien, Kernmassen
Halbleiterdetektor als experimentelle (Lehrervortrag)
die Kernphysik Nuklidkarte
Nachweismöglichkeiten für ionisierende
Entdeckung der Radioaktivität
Strahlung und unterscheiden diese hinsichtlich
Nachweis von Kernstrahlung
ihrer Möglichkeiten zur Messung von Energien
Funktionsweise des GMZ
(E6),
erfahren die Zusammensetzung der
Kernstrahlung und den Eigenschaften der vom
Kern emittierten Teilchen (UF1)
Nullrate / Untergrundstrahlung
Experiment mit 226Ra-Quelle / Zählrate mit
stellen Reaktionsgleichungen beim Kernzerfall GGM-Zählrohr
Zusammensetzung auf (UF2) als Funktion des Abstands
als Funktion des Materials zwischen Quelle -Strahlung und ihre Natur
der Kernstrahlung
identifizieren natürliche Zerfallsreihen (UF2) und Zählrohr Kernreaktionen mit Neutrinos!
Ablenkung im B-Feld
leiten das Gesetz für den radioaktiven Zerfall
Kernumwandlung als einschließlich eines Terms für die Zusätzlich zum und -Zerfall werden
Folge eines Halbwertszeit her (E6), noch der +-Zerfall und der K-Einfang
Kernzerfalls entwickeln Experimente zur Bestimmung der behandelt.
Zerfallsreihen Halbwertszeit radioaktiver Substanzen (E4,
E5), SuS stellen die vier möglichen
Zerfallsgesetz Zerfallsreihen mit Hilfe der Nuklidkarte
nutzen Hilfsmittel, um bei radioaktiven
Aktivität Zerfällen den funktionalen Zusammenhang auf.
zwischen Zeit und Abnahme der Stoffmenge
sowie der Aktivität radioaktiver
Substanzen zu ermitteln (K3), Zerfallsgesetz wird über eine DGL
hergeleitet / vgl. Elektrodynamik
bestimmen mithilfe des Zerfallsgesetzes das
Alter von Materialien mit der C14-
Methode (UF2), ppt-File: 14C-Methode
identifizieren herbeigeführte Aufgabenblatt: Kernphysik I
Datierungsmethoden Veröffentlichungen von SHÜ
Kernumwandlungsprozesse mithilfe der Aufgabenblatt: Kernphysik II
14C-Methode
Nuklidkarte (UF2)Kernenergie bewerten den Massendefekt hinsichtlich seiner ppt-File: Kernreaktionen
Bedeutung für die Gewinnung von Energie Woher kommt die Kernenergie?
(B1), Lehrervortrag mit zahlreichen Bildern
Einblick in die Kernmodelle:
Bindungsenergie pro beschreiben Kernspaltung und Kernfusion Schalenfmodell / Tröpfchenmodel
Nukleon unter Berücksichtigung von Bindungsenergien (ggf. Erwähnung der Weizsäcker-
Kernreaktionen (quantitativ) und Kernkräften (qualitativ) (UF4), Formel)
erläutern die Entstehung einer Kettenreaktion
Kernspaltung
als relevantes Merkmal für einen selbst- Historisch: Otto-Hahn und Lise Meitner
Unkontrolliert / ablaufenden Prozess im Nuklearbereich (E6), SuS bewerten an ausgewählten
kontrolliert Beispielen Rollen und Beiträge von
Physikerinnen und
Kernfusion Physikern zu Erkenntnissen in der Kern-
beurteilen Nutzen und Risiken von und Elementarteilchenphysik (B1),
Kernspaltung und Kernfusion anhand
verschiedener Kriterien (B4), Atombombe / kritische Masse
Folgen für Hiroshima und Nagasaki
hinterfragen Darstellungen in Medien Atombombentests
hinsichtlich technischer und Kernreaktoren:
sicherheitsrelevanter Aspekte der Siedewasser-/ Druckwasserreaktoren
(25 Ustd.) Energiegewinnung durch Spaltung und Fusion Brüter
(B3, K4). Radioaktiver Abfall
Sicherheitsaspekte
Unfall in Tschernobyl
Zusammensetzung systematisieren mithilfe des heutigen ppt-File: Elementarteilchen und Unfall in Fukushima (Referat)
der Kernbausteine Standardmodells den Aufbau der Standardmodell
Standardmodell Kernbausteine und erklären mit ihm Wasserstoffbombe
Phänomene der Kernphysik (UF3), Fusionsprozesse in Sternen:
pp-Zyklus / CNO-Zyklus
erklären an Beispielen Teilchenumwandlungen Wege der Fusion auf der Erde
im Standardmodell mithilfe der Plasma- / Trägheitsfusion / Tokamak
Heisenberg’schen Unschärferelation und der
Energie-Masse-Äquivalenz (UF1). Quarks und Leptonen
Leptonenzahlerhaltungssatz
vergleichen das Modell der Austauschteilchen Ladungserhaltungssatz
im Bereich der Elementarteilchen mit dem Baryonenzahlerhaltungssatz
Modell des Feldes (Vermittlung, Stärke und Fundamentale Wechselwirkungen
Reichweite der Wechselwirkungskräfte) (E6). Austauschteilchen und FelderGgf.: Feynman-Diagramme
Einblick in die Kosmologie?
SuS recherchieren in Fachzeitschriften,
Zeitungsartikeln bzw. Veröffentlichungen
von Forschungseinrichtungen zu
ausgewählten aktuellen Entwicklungen
in der Elementarteilchenphysik
(K2).
Wechselwirkungspro-
zesse zwischen erklären die Ablenkbarkeit von ionisierenden ppt-File: Elementarteilchen und
Strahlung und Materie Strahlen in elektrischen und magnetischen Standardmodell Geladene Teilchen:
Feldern sowie die Ionisierungsfähigkeit und Bremsstrahlung / Anregung
Durchdringungsfähigkeit mit (elektronisches Stopping)
Geladene Teilchen ihren Eigenschaften (UF3), Bragg-Peak, Cerenkov-Strahlung
und Materie Dokumentation der WW mit Hilfe des Energie-Straggling, Winkel-Straggling
erläutern das Absorptionsgesetz für Gamma- SRIM-Programms Reichweiten
Strahlung, auch für verschiedene
Energien (UF3), Aufgreifen des Photoeffekts / Compton-
Effekts und der Paarbildung
Elektromagnetische Rayleigh-Streuung
Strahlung und Materie Wirkungsquerschnitte
Absorptionskoeffizienten
Dosimetrie erläutern in allgemein verständlicher Form Umgang mit der Radioaktivität zu
Energiedosis / bedeutsame Größen der Dosimetrie Beginn des 20.Jahrhunderts:
Ionendosis (Aktivität, Energie- und Äquivalentdosis), auch Radon-Bier, Radon-Zahnpasta, etc.
Äquivalentdosis hinsichtlich der Vorschriften zum
Strahlenschutz (K3),
Einfluss der Strahlung
Statistiken aus Europa bzgl.
auf organisches
beurteilen Nutzen und Risiken ionisierender Radonkonzentration
Gewebe
Strahlung unter verschiedenen Aspekten (B4)
Krebsstatistiken aus Hiroshima /
Bildgebende stellen die physikalischen Grundlagen von Tschernobyl
Verfahren Röntgenaufnahmen und Szintigrammen
als bildgebende Verfahren dar (UF4) Kernspintomographie Szintigraphie10 Ustd.
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