• Kompetenzen (im Sinne der Fachmethoden – Kompetenznummern 1–6)
  • Stunden Halbjahr Stunden
  • 2. Physik als theoriegeleitete Erfahrungswissenschaft
  • 5. Anwendungsbezug und gesellschaftliche Relevanz der Physik
  • 11. Struktur der Materie
  • 10. Naturerscheinungen und technische Anwendungen
  • 6. Physik als ein historisch-dynamischer Prozess
  • Vorschlag eines Curriculums zum zweistündigen Physikkurs 11/12 mit Schwerpunkt Astrophysik




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    Vorschlag eines Curriculums zum zweistündigen Physikkurs 11/12
    mit Schwerpunkt Astrophysik



    Kerncurriculum (2/3 der Zeit)

    Schulcurriculum (1/3 der Zeit)

    Kompetenzen (im Sinne
    der Fachmethoden –
    Kompetenznummern 1–6)


    Thema (im Sinne
    des Fachwissens –
    Kompetenznummern 7–13)


    Inhalt
    (mit Angabe der Behandlungstiefe)


    Stunden

    Halbjahr

    Stunden

    Mögliche Ergänzungen und Vertiefungen
    Methodisch-didaktische Hinweise
    Zusammenarbeit mit anderen Fächern

    1. Physik als Naturbetrachtung unter bestimmten Aspekten

    Die Schülerinnen und Schüler können zwischen Beobachtung und physikalischer Erklärung unterscheiden; zwischen ihrer Erfahrungswelt und deren physikalischer Beschreibung unterscheiden; die physikalische Beschreibungsweise anwenden; an Beispielen erläutern, dass naturwissenschaftliche Gesetze und Modellvorstellungen Grenzen haben.



    2. Physik als theoriegeleitete Erfahrungswissenschaft

    Die Schülerinnen und Schüler können die naturwissenschaftliche Arbeitsweise Hypothese, Vorhersage, Überprüfung im Experiment, Bewertung, ... anwenden und reflektieren; ein Modell erstellen, mit einer geeigneten Software bearbeiten und die berechneten Ergebnisse reflektieren.

    5. Anwendungsbezug und gesellschaftliche Relevanz der Physik

    Die Schülerinnen und Schüler können Fragen selbstständig erkennen, die sie mit Methoden der Physik bearbeiten und lösen; physikalische Grundkenntnisse und Methoden für Fragen des Alltags sinnvoll einsetzen.


    Die Schülerinnen und Schüler kennen charakteristische Werte der behandelten physikalischen Größen und können sie für sinnvolle physikalische Abschätzungen anwenden.

    7. Wahrnehmung und Messung

    Die Schülerinnen und Schüler können den Zusammenhang und den Unterschied zwischen der Wahrnehmung beziehungsweise Sinneswahrnehmung und ihrer physikalischen Beschreibung bei folgenden Themenstellungen reflektieren.



    11. Struktur der Materie

    Die Schülerinnen und Schüler können Teilchenmodelle an geeigneten Stellen anwenden und kennen deren jeweilige Grenzen; die Struktur der Materie auf der Basis einer quantenphysikalischen Modellvorstellung beschreiben.

    8. Grundlegende physikalische Größen

    Neben dynamischen Betrachtungsweisen kennen die Schülerinnen und Schüler vor allem die Erhaltungssätze und können sie vorteilhaft zur Lösung physikalischer Fragestellungen einsetzen. Die Schülerinnen und Schüler können mit weiteren grundlegenden physikalischen Größen umgehen.

    9. Strukturen und Analogien

    Die Schülerinnen und Schüler können das magnetische und elektrische Feld als physikalisches System beschreiben und die Grundlagen der Maxwelltheorie verstehen, in der die Elektrodynamik auf vier Aussagen zurückgeführt wird; ihre Vorstellungen und Ausdrucksweisen über Schwingungen und Wellen in eine angemessene Fachsprache und mathematische Beschreibung überführen. Grundkenntnisse werden bei folgenden Themen erwartet:

    10. Naturerscheinungen und technische Anwendungen

    Die Schülerinnen und Schüler können weitere Erscheinungen in der Natur und wichtige Geräte funktional beschreiben.



    • Wahrnehmung: Schwere,
      Messung: Schwerkraft,
      Gravitationsfeld
      Gravitationsfeldstärke

    • Visualisierung von Feldstärkeverteilungen (auch Feldlinien)

    • Stabilität der Himmelskörper,
      entartete Materie (qualitativ)

    • Lichtablenkung durch Gravitation, Gravitationslinsen

    • Elektrische Feldstärke

    • Visualisierung von Feldstärkeverteilungen (auch Feldlinien)

    • Potenzial und Spannung im elektrischen Feld

    • Energie geladener Teilchen im elektrischen Feld


    • Magnetische Flussdichte

    • Visualisierung von Feldstärkeverteilungen (auch Feldlinien)

    • Analogiebetrachtungen zwischen elektrischem, magnetischem und Gravitationsfeld

    • Unterscheidung zwischen dem physikalischen System Feld und den physikalischen Größen Feldstärke bzw. Flussdichte

    • Bahnen von Körpern bzw. Teilchen im Gravitationsfeld, elektrischen Feld bzw. magnetischen Feld



    • Gravitationsfeld, elektrisches Feld und magnetisches Feld als Energiespeicher

    20

    11.1

    12

    Endzustände von Sternen: weißer Zwerg, Neutronenstern, Schwarzes Loch

    Einsatz geeigneter Software


    Praktikum: Äquipotenziallinien
    Teilchenbeschleuniger, Ionentriebwerke

    Energieeinheit Elektronvolt

    Einsatz geeigneter Software

    Einsatz geeigneter Simulationsprogramme

    Bahnen von Satelliten und Himmelskörpern, Sonnenwind, Teilchenbeschleuniger, Plasmaströmungen in der Sonne

    Einsatz schülerzentrierter Arbeitsformen



    1. Physik als Naturbetrachtung unter bestimmten Aspekten

    Die Schülerinnen und Schüler können zwischen Beobachtung und physikalischer Erklärung unterscheiden; zwischen ihrer Erfahrungswelt und deren physikalischer Beschreibung unterscheiden; die physikalische Beschreibungsweise anwenden; an Beispielen erläutern, dass naturwissenschaftliche Gesetze und Modellvorstellungen Grenzen haben.



    5. Anwendungsbezug und gesellschaftliche Relevanz der Physik

    Die Schülerinnen und Schüler können Fragen selbstständig erkennen, die sie mit Methoden der Physik bearbeiten und lösen; physikalische Grundkenntnisse und Methoden für Fragen des Alltags sinnvoll einsetzen; Zusammenhänge zwischen lokalem Handeln und globalen Auswirkungen erkennen und dieses Wissen für ihr eigenes verantwortungsbewusstes Handeln einsetzen. Die Schülerinnen und Schüler kennen charakteristische Werte der behandelten physikalischen Größen und können sie für sinnvolle physikalische Abschätzungen anwenden.



    7. Wahrnehmung und Messung

    Die Schülerinnen und Schüler können den Zusammenhang und den Unterschied zwischen der Wahrnehmung beziehungsweise Sinneswahrnehmung und ihrer physikalischen Beschreibung bei folgenden Themenstellungen reflektieren.

    8. Grundlegende physikalische Größen

    Neben dynamischen Betrachtungsweisen kennen die Schülerinnen und Schüler vor allem die Erhaltungssätze und können sie vorteilhaft zur Lösung physikalischer Fragestellungen einsetzen. Die Schülerinnen und Schüler kennen technische Möglichkeiten zum Energiesparen“ und zur Reduzierung von „Entropieerzeugung“. Die Schülerinnen und Schüler können mit weiteren grundlegenden physikalischen Größen umgehen.

    9. Strukturen und Analogien

    Die Schülerinnen und Schüler können das magnetische und elektrische Feld als physikalisches System beschreiben und die Grundlagen der Maxwelltheorie verstehen, in der die Elektrodynamik auf vier Aussagen zurückgeführt wird; ihre Vorstellungen und Ausdrucksweisen über Schwingungen und Wellen in eine angemessene Fachsprache und mathematische Beschreibung überführen. Grundkenntnisse werden bei folgenden Themen erwartet:



    10. Naturerscheinungen und technische Anwendungen

    Die Schülerinnen und Schüler können weitere Erscheinungen in der Natur und wichtige Geräte funktional beschreiben.


    12. Technische Entwicklungen und ihre Folgen
    Die Schülerinnen und Schüler können bei weiteren technischen Entwicklungen Chancen und Risiken abwägen; Möglichkeiten reflektieren, durch die negative Folgen für Mensch und Umwelt minimiert werden.

    • Mechanische Welle als Phänomen

    • Welle als räumlich und zeitlich periodischer Vorgang
      Frequenz, Periodendauer, Amplitude

    • Wellenlänge und Ausbreitungsgeschwindigkeit


    • Entropieerzeugung bei gedämpften Wellen

    • Überlagerung von mechanischen Wellen

    • Elektromagnetisches Feld

    • 4 Grundaussagen der Maxwelltheorie

    • Elektromagnetische Welle als Phänomen

    • Gemeinsame Eigenschaften mechanischer und elektromagnetischer Wellen

    • Energietransport in Feldern

    12

    11.2

    6

    Wasser-, Schall-, Erdbebenwellen

    stehende Wellen, Eigenschwingungen

    Beugung, Interferenz

    (i) Positive Ladung als Quelle und negative Ladung als Senke des E-Feldes


    (ii) Quellenfreiheit des magnetischen B-Feldes
    (iii) Ein sich veränderndes B-Feld erzeugt ein E-Feld
    (iv) Ein elektrischer Strom bzw. ein sich veränderndes E-Feld erzeugt ein B-Feld

    Induktion

    Referate
    Alltagsbezug elektromagnetischer Strahlung, Chancen und Risiken technischer Entwicklungen
    Beispiele: WLAN, Mobiltelefon, Hochspannungsleitung, Mikrowellenofen, schnurlose Telefone, Trafos in Wohnräumen


    1. Physik als Naturbetrachtung unter bestimmten Aspekten

    Die Schülerinnen und Schüler können zwischen Beobachtung und physikalischer Erklärung unterscheiden; zwischen ihrer Erfahrungswelt und deren physikalischer Beschreibung unterscheiden; die physikalische Beschreibungsweise anwenden; an Beispielen erläutern, dass naturwissenschaftliche Gesetze und Modellvorstellungen Grenzen haben.



    2. Physik als theoriegeleitete Erfahrungswissenschaft

    Die Schülerinnen und Schüler können die naturwissenschaftliche Arbeitsweise Hypothese, Vorhersage, Überprüfung im Experiment, Bewertung, ... anwenden und reflektieren; ein Modell erstellen, mit einer geeigneten Software bearbeiten und die berechneten Ergebnisse reflektieren.

    3. Formalisierung und Mathematisierung in der Physik

    Die Schülerinnen und Schüler können den funktionalen Zusammenhang zwischen physikalischen Größen erkennen, grafisch darstellen und Diagramme interpretieren; funktionale Zusammenhänge zwischen physikalischen Größen, die zum Beispiel durch eine Formel vorgegeben werden, verbal beschreiben und interpretieren; funktionale Zusammenhänge selbstständig finden; vorgegebene (auch bisher nicht im Unterricht behandelte) Formeln zur Lösung von physikalischen Problemen anwenden.

    4. Spezifisches Methodenrepertoire der Physik



    Die Schülerinnen und Schüler können Zusammenhänge zwischen physikalischen Größen untersuchen; Experimente selbstständig planen, durchführen, auswerten, grafisch veranschaulichen und einfache Fehlerbetrachtungen vornehmen; selbstständig Strukturen erkennen und Analogien hilfreich einsetzen; computerunterstützte Messwerterfassungs- und Auswertungssysteme im Praktikum selbstständig einsetzen; die Methoden der Deduktion und Induktion anwenden; geeignete Größen bilanzieren.

    6. Physik als ein historisch-dynamischer Prozess

    Die Schülerinnen und Schüler können an Beispielen selbstständig darstellen, dass physikalische Begriffe und Vorstellungen nicht statisch sind, sondern sich in einer fortwährenden Entwicklung befinden; welche Faktoren zu Entdeckungen und Erkenntnissen führen (Intuition, Beharrlichkeit, Zufall, ...).



    7. Wahrnehmung und Messung

    Die Schülerinnen und Schüler können den Zusammenhang und den Unterschied zwischen der Wahrnehmung beziehungsweise Sinneswahrnehmung und ihrer physikalischen Beschreibung bei folgenden Themenstellungen reflektieren.

    9. Strukturen und Analogien

    Grundkenntnisse werden bei folgenden Themen erwartet:



    10. Naturerscheinungen und technische Anwendungen

    Die Schülerinnen und Schüler können weitere Erscheinungen in der Natur und wichtige Geräte funktional beschreiben.


    11. Struktur der Materie

    Die Schülerinnen und Schüler können Teilchenmodelle an geeigneten Stellen anwenden und kennen deren jeweilige Grenzen; die Struktur der Materie auf der Basis einer quantenphysikalischen Modellvorstellung beschreiben.

    12. Technische Entwicklungen und ihre Folgen

    Die Schülerinnen und Schüler können bei weiteren technischen Entwicklungen Chancen und Risiken abwägen; Möglichkeiten reflektieren, durch die negative Folgen für Mensch und Umwelt minimiert werden.

    13. Modellvorstellungen und Weltbilder

    Die Schülerinnen und Schüler können Grenzen der klassischen Physik benennen;


    Geschichtliche Entwicklung von Modellen und Weltbildern


    • Licht als elektromagnetische Welle

    • Lichtgeschwindigkeit

    • Intensität von Licht




    • Stefan-Boltzmann Gesetz


    • Spektren, Spektralapparat



    • Wiensches Verschiebungsgesetz


    • Spektralanalyse,
      Atomhülle und Energie-Quantisierung

    • Kernfusion

    • Thermischer Energietransport in Sternen

    • Hertzsprung-Russell Diagramm

    • Sternentwicklung


    • Dopplereffekt
      Vergleich von Schall und Licht

    • Überblick über das elektromagnetische Spektrum


    • Detektoren für elektromagnetische Strahlung

    • Kosmologie:
      Strukturen im Universum, Rotverschiebung, Standardmodell

    • Urknall

    • Aspekte der Elementarteilchenphysik im Überblick:
      Leptonen, Hadronen, Quarks

    • Geschichtliche Entwicklung von Weltbildern

    • Folgerungen aus der speziellen Relativitätstheorie, Kausalität, deterministisches Chaos,
      Grenzen der klassischen Physik

    • Sonnensystem, Bedingungen für Leben (Drakeformel)

    20


    12.1

    12.2

    12

    Energiestromdichte
    Intensität und Abstand
    Photovoltaik

    Praktikum: Messung von Lichtintensitäten


    Messung zu den Strahlungsgesetzen

    Beugung von Licht



    Praktikum: Messung von Intensitätsverteilungen

    Laborspektren, Sonnenspektrum, Sternspektren
    Zusammenhang und Unterschied zwischen Frequenz und Farbe
    Praktikum

    Entropieerzeugung

    Masse-Leuchtkraft Beziehung bei Hauptreihensternen

    Rote Riesen, weiße Zwerge


    Novae, Planetarische Nebel

    Einsatz eines Modellbildungssystems


    Infrarot-, Röntgenteleskope

    Bestimmung von kosmischen Distanzen

    Einsatz schülerzentrierter Arbeitsformen



    1. Physik als Naturbetrachtung unter bestimmten Aspekten

    Die Schülerinnen und Schüler können zwischen Beobachtung und physikalischer Erklärung unterscheiden; zwischen ihrer Erfahrungswelt und deren physikalischer Beschreibung unterscheiden; die physikalische Beschreibungsweise anwenden; an Beispielen erläutern, dass naturwissenschaftliche Gesetze und Modellvorstellungen Grenzen haben.



    6. Physik als ein historisch-dynamischer Prozess

    Die Schülerinnen und Schüler können an Beispielen selbstständig darstellen, dass physikalische Begriffe und Vorstellungen nicht statisch sind, sondern sich in einer fortwährenden Entwicklung befinden; welche Faktoren zu Entdeckungen und Erkenntnissen führen (Intuition, Beharrlichkeit, Zufall, ...).



    11. Struktur der Materie

    Die Schülerinnen und Schüler können Teilchenmodelle an geeigneten Stellen anwenden und kennen deren jeweilige Grenzen; die Struktur der Materie auf der Basis einer quantenphysikalischen Modellvorstellung beschreiben.

    13. Modellvorstellungen und Weltbilder

    Die Schülerinnen und Schüler können Grenzen der klassischen Physik benennen; die grundlegenden Gedanken der Quanten- und Atomphysik, Untersuchungsmethoden und erkenntnistheoretische Aspekte formulieren.



    • Grundlegende Gedanken der Quantenphysik am Beispiel von Photonen und Elektronen:
      Interferenzfähigkeit, stochastisches Verhalten, Komplementarität, Nichtlokalität, Verhalten beim Messprozess
      Erkenntnistheoretische Aspekte

    • Atomkern



    18




    5

    Veranschaulichung durch geeignete Software

    Exkursion



    Einsatz schülerzentrierter Arbeitsformen




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