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Lehrpläne Baden-Württemberg
Gemeinschaftsschule Oberstufe
Physik
prozessbezogen
2.1 Erkenntnisgewinnung
14
2.2 Kommunikation
7
2.3 Bewertung
12
inhaltsbezogen
3.3.1 Denk- und Arbeitsweisen der Physik
4
3.3.2 Elektromagnetismus
9
3.3.3 Wärmelehre
10
3.3.4 Struktur der Materie
6
3.3.5.1 Kinematik (*)
6
3.3.5.2 Dynamik (*)
5
3.3.5.3 Erhaltungssätze (*)
6
3.4.1 Denk- und Arbeitsweisen der Physik
3
3.4.2.1 Elektrische und magnetische Felder
6
3.4.2.2 Elektrodynamik
5
3.4.3 Schwingungen
6
3.4.4 Wellen
6
3.4.5 Wellenoptik
6
3.4.6 Quantenphysik
6
3.5.1 Denk- und Arbeitsweisen der Physik und Astrophysik
5
3.5.2.1 Elektrische und magnetische Felder
4
3.5.2.2 Elektrodynamik
4
3.5.3 Schwingungen
4
3.5.4 Wellen
7
3.5.5 Wellenoptik
6
3.5.6 Atom- und Kernphysik
7
3.5.7 Astrophysik
9
3.6.1 Denk- und Arbeitsweisen der Physik
3
3.6.2.1 Elektrisches Feld
10
3.6.2.2 Magnetisches Feld
7
3.6.2.3 Elektrodynamik
7
3.6.3 Schwingungen
9
3.6.4 Wellen
9
3.6.5 Wellenoptik
7
3.6.6 Quantenphysik
7
3.6.7 Vertiefendes Themengebiet
2
Keine Kompetenz enthält diesen Suchbegriff.
2.1 Erkenntnisgewinnung
Phänomene und Experimente zielgerichtet beobachten und ihre Beobachtungen beschreiben
Hypothesen zu physikalischen Fragestellungen aufstellen
Experimente zur Überprüfung von Hypothesen planen (unter anderem vermutete Einflussgrößen getrennt variieren)
Experimente durchführen und auswerten, dazu gegebenenfalls Messwerte erfassen
Messwerte auch digital erfassen und auswerten (unter anderem Messwerterfassungssystem, Tabellenkalkulation)
mathematische Zusammenhänge zwischen physikalischen Größen herstellen und überprüfen
aus proportionalen Zusammenhängen Gleichungen entwickeln
mathematische Umformungen zur Berechnung physikalischer Größen durchführen
zwischen realen Erfahrungen und konstruierten, idealisierten Modellvorstellungen unterscheiden (unter anderem Unterschied zwischen Beobachtung und Erklärung)
Analogien beschreiben und zur Lösung von Problemstellungen nutzen
mithilfe von Modellen Phänomene erklären und Hypothesen formulieren
Sachtexte mit physikalischem Bezug sinnentnehmend lesen
ihr physikalisches Wissen anwenden, um Problem- und Aufgabenstellungen zielgerichtet zu lösen
an außerschulischen Lernorten Erkenntnisse gewinnen beziehungsweise ihr Wissen anwenden
2.2 Kommunikation
zwischen alltagssprachlicher und fachsprachlicher Beschreibung unterscheiden
funktionale Zusammenhänge zwischen physikalischen Größen verbal beschreiben (zum Beispiel „je-desto“-Aussagen) und physikalische Formeln erläutern (zum Beispiel Ursache-Wirkungs-Aussagen, unbekannte Formeln)
sich über physikalische Erkenntnisse und deren Anwendungen unter Verwendung der Fachsprache und fachtypischer Darstellungen austauschen (unter anderem Unterscheidung von Größe und Einheit, Nutzung von Präfixen und Normdarstellung)
physikalische Vorgänge und technische Geräte beschreiben (zum Beispiel zeitliche Abläufe, kausale Zusammenhänge)
physikalische Experimente, Ergebnisse und Erkenntnisse – auch mithilfe digitaler Medien – dokumentieren (zum Beispiel Skizzen, Beschreibungen, Tabellen, Diagramme und Formeln)
Sachinformationen und Messdaten aus einer Darstellungsform entnehmen und in andere Darstellungsformen überführen (zum Beispiel Tabelle, Diagramm, Text, Formel)
in unterschiedlichen Quellen recherchieren, Erkenntnisse sinnvoll strukturieren, sachbezogen und adressatengerecht aufbereiten sowie unter Nutzung geeigneter Medien präsentieren
2.3 Bewertung
bei Experimenten relevante von nicht relevanten Einflussgrößen unterscheiden
Ergebnisse von Experimenten bewerten (Messfehler, Genauigkeit, Ausgleichsgerade, mehrfache Messung und Mittelwertbildung)
Hypothesen anhand der Ergebnisse von Experimenten beurteilen
Grenzen physikalischer Modelle an Beispielen erläutern
Informationen aus verschiedenen Quellen auf Relevanz prüfen
Darstellungen in den Medien anhand ihrer physikalischen Erkenntnisse kritisch betrachten (zum Beispiel Filme, Zeitungsartikel, pseudowissenschaftliche Aussagen)
Risiken und Sicherheitsmaßnahmen bei Experimenten und im Alltag mithilfe ihres physikalischen Wissens bewerten
Chancen und Risiken von Technologien mithilfe ihres physikalischen Wissens bewerten
Technologien auch unter sozialen, ökologischen und ökonomischen Aspekten diskutieren
im Bereich der nachhaltigen Entwicklung persönliche, lokale und globale Maßnahmen unterscheiden und mithilfe ihres physikalischen Wissens bewerten
historische Auswirkungen physikalischer Erkenntnisse beschreiben
Geschlechterstereotype bezüglich Interessen und Berufswahl im naturwissenschaftlich-technischen Bereich diskutieren
3.3.1 Denk- und Arbeitsweisen der Physik
Kriterien für die Unterscheidung zwischen Beobachtung und Erklärung beschreiben (Beobachtung durch Sinneseindrücke und Messungen, Erklärung durch Gesetze und Modelle)
erläutern, dass Aussagen in der Physik grundsätzlich überprüfbar sind (Fragestellung, Hypothese, Experiment, Bestätigung beziehungsweise Widerlegung)
die Funktion von Modellen in der Physik erläutern (anhand des Teilchenmodells und der Modellvorstellung von Atomen)
die Bedeutung des SI-Einheitensystems erläutern
3.3.2 Elektromagnetismus
in einfachen Reihenschaltungen und Parallelschaltungen Gesetzmäßigkeiten für Stromstärke und Spannung anwenden und erläutern
den Zusammenhang zwischen Stromstärke und Spannung untersuchen und erläutern (Widerstand, R = U/I)
Kennlinien experimentell aufzeichnen und interpretieren (zum Beispiel Eisendraht, Graphit, technischer Widerstand) sowie die Abhängigkeit des Widerstandes von Länge, Querschnitt und Material beschreiben
die Reihenschaltung und Parallelschaltung zweier Widerstände untersuchen und beschreiben (R_ges = R_1 + R_2, 1/R_ges = 1/R_1 + 1/R_2)
die elektromagnetische Induktion qualitativ untersuchen und beschreiben
mithilfe der elektromagnetischen Induktion die Funktionsweise von Generator und Transformator qualitativ erklären
physikalische Aspekte der elektrischen Energieversorgung beschreiben (Gleichspannung, Wechselspannung, Transformatoren, Stromnetz)
physikalische Angaben auf Alltagsgeräten beschreiben („Akkuladung“, Gleichspannung, Wechselspannung)
einfache elektronische Bauteile untersuchen, mithilfe ihrer Kennlinien funktional beschreiben und Anwendungen erläutern (zum Beispiel dotierte Halbleiter, Diode, Leuchtdiode, temperaturabhängige Widerstände, lichtabhängige Widerstände)
3.3.3 Wärmelehre
Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen Celsius-Skala und Kelvin-Skala beschreiben (unter anderem absoluter Nullpunkt)
beschreiben, dass sich feste, flüssige und gasförmige Stoffe bei Temperaturerhöhung in der Regel ausdehnen
die Änderung der thermischen Energie bei Temperaturänderung beschreiben (ΔE = c · m · ΔT)
die drei thermischen Energieübertragungsarten beschreiben (Konvektion, Wärmestrahlung, Wärmeleitung)
technische Anwendungen mit Bezug auf die thermischen Energieübertragungsarten beschreiben (zum Beispiel Dämmung, Heizung, Wärmeschutzverglasung)
den Unterschied zwischen reversiblen und irreversiblen Prozessen beschreiben
ihre physikalischen Kenntnisse zur Beschreibung des natürlichen und anthropogenen Treibhauseffektes anwenden (zum Beispiel Strahlungsbilanz der Erde, Treibhausgase)
Auswirkungen des Treibhauseffektes auf die Klimaentwicklung beschreiben (zum Beispiel anhand von Diagrammen, Szenarien und Prognosen)
ihre physikalischen Kenntnisse anwenden, um mit Energie sorgsam und effizient umzugehen (zum Beispiel Klimaschutz, Nachhaltigkeit, Ökonomie)
verschiedene Arten der Energieversorgung unter physikalischen, ökologischen, ökonomischen und gesellschaftlichen Aspekten vergleichen und bewerten (zum Beispiel fossile Brennstoffe, Kernenergie, Windenergie, Sonnenenergie)
3.3.4 Struktur der Materie
die Struktur der Materie im Überblick beschreiben und den Aufbau des Atoms erläutern (Atomhülle, Atomkern, Elektron, Proton, Neutron, Quarks, Kernladungszahl, Massenzahl, Isotope)
Kernzerfälle und ionisierende Strahlung beschreiben (Radioaktivität, α-, β-, γ-Strahlung, Halbwertszeit)
biologische Wirkungen und gesundheitliche Folgen ionisierender Strahlung beschreiben sowie medizinische und technische Anwendungen nennen
Kernspaltung und Kernfusion beschreiben (zum Beispiel Sterne)
Nutzen und Risiken der medizinischen und technischen Anwendung von ionisierender Strahlung und Kernspaltung erläutern und bewerten
Gefahren ionisierender Strahlung für die menschliche Gesundheit und Maßnahmen zum Schutz beschreiben (zum Beispiel Abschirmung ionisierender Strahlung, Endlagerung radioaktiver Abfälle)
3.3.5.1 Kinematik (*)
die Geschwindigkeit als Änderungsrate des Ortes (v = Δs/Δt) und die Beschleunigung als Änderungsrate der Geschwindigkeit (a = Δv/Δt) erklären und berechnen
geradlinig gleichförmige (s(t)=v·t, v=konstant) sowie geradlinig gleichmäßig beschleunigte Bewegungen (s(t)=½·a·t², v(t)=a·t, a=konstant) verbal und rechnerisch beschreiben (Zeitpunkt, Ort, Geschwindigkeit, Beschleunigung)
Bewegungsabläufe experimentell aufzeichnen (zum Beispiel freier Fall, schiefe Ebene), die Messwerte in Diagrammen darstellen und diese Diagramme interpretieren (s-t-Diagramm, v-t-Diagramm, a-t-Diagramm)
aus einem vorgegebenen Bewegungsdiagramm die jeweils anderen Bewegungsdiagramme ableiten (an eine quantitative Ableitung von s-t-Diagrammen aus a-t-Diagrammen ist nicht gedacht)
zusammengesetzte Bewegungen beschreiben (zum Beispiel Bootsfahrt über einen Fluss, waagerechter Wurf) und daran den vektoriellen Charakter der Geschwindigkeit erläutern
gleichförmige Kreisbewegungen untersuchen und beschreiben (Radius, Bahngeschwindigkeit, Periodendauer, Frequenz, v = 2·π·r/T)
3.3.5.2 Dynamik (*)
das Zusammenwirken beliebig gerichteter Kräfte auf einen Körper beschreiben, dabei gegebenenfalls ein Kräftegleichgewicht oder die resultierende Kraft erkennen (unter anderem schiefe Ebene)
Bewegungsabläufe beschreiben und erklären. Dazu wenden sie die Newton'schen Prinzipien der Mechanik an und beschreiben sie auch mithilfe des Impulses (Trägheitsprinzip, F = m·a und F = Δp/Δt, Wechselwirkungsprinzip, p = m·v, Impulserhaltungssatz)
die Unterschiede zwischen realen und idealisierten Bewegungen erläutern (unter anderem freier Fall und Fall mit Luftwiderstand)
zusammengesetzte Bewegungen mithilfe der Newton'schen Prinzipien erklären (unter anderem waagerechter Wurf)
die gleichförmige Kreisbewegung eines Körpers mithilfe der Zentripetalkraft erklären (F_Z = m·v²/r)
3.3.5.3 Erhaltungssätze (*)
Vorgänge aus Alltag und Technik energetisch beschreiben (Energieerhaltung, Energiespeicherung, Energieübertragung, Energieumwandlung)
beschreiben, dass mechanische Energieübertragungen mit Kraftwirkungen verbunden sind (ΔE = F_s · Δs falls F_s = konstant)
die bei mechanischen Prozessen auftretenden Energieformen quantitativ beschreiben (E_kin = ½·m·v², E_Lage = m·g·h, E_Spann = ½·D·s², Nullniveau)
den Energieerhaltungssatz der Mechanik erläutern und zur quantitativen Beschreibung eines Prozesses anwenden. Dabei wählen sie geeignete Zustände zur Energiebilanzierung aus
Vorgänge aus Alltag und Technik mithilfe des Impulses beschreiben (p = m·v)
den Impulserhaltungssatz erläutern und zur quantitativen Beschreibung eines Prozesses anwenden (unter anderem inelastischer Stoß, Rückstoßprinzip). Dabei wählen sie geeignete Zustände zur Impulsbilanzierung aus
3.4.1 Denk- und Arbeitsweisen der Physik
an Beispielen beschreiben, dass Aussagen in der theoriegeleiteten Physik grundsätzlich empirisch überprüfbar sind (Fragestellung, Hypothese, Experiment, Bestätigung beziehungsweise Widerlegung)
die Funktion von Modellen in der Physik erläutern (unter anderem anhand der Modellvorstellungen von Licht und Materie)
die Bedeutung von Naturkonstanten beschreiben (zum Beispiel anhand der Planck'schen Konstanten)
3.4.2.1 Elektrische und magnetische Felder
die Struktur elektrischer und magnetischer Felder beschreiben (Feldlinien, homogene und einfache nichthomogene Felder)
den Zusammenhang zwischen der Kraftwirkung auf eine Probeladung und der elektrischen Feldstärke beschreiben (E = F_el/q)
den Zusammenhang zwischen der Kraftwirkung auf einen stromdurchflossenen Leiter und der magnetischen Flussdichte beschreiben (magnetische Flussdichte B, F = B·I·s)
charakteristische Größen eines Plattenkondensators berechnen (C = Q/U, E = U/d, C = ε_0·ε_r·A/d, E_Kond = ½·C·U²) und technische Anwendungen beschreiben (zum Beispiel Standlicht beim Fahrrad)
charakteristische Größen einer schlanken Spule berechnen (B = μ_0·μ_r·n/l·I, E_Spule = ½·L·I²)
Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen magnetischen, elektrischen und Gravitationsfeldern beschreiben
3.4.2.2 Elektrodynamik
mithilfe der Lorentzkraft erklären, dass in einem Leiter, der senkrecht zu einem Magnetfeld bewegt wird, eine Spannung beziehungsweise ein elektrischer Strom induziert wird
das Faraday'sche Induktionsgesetz untersuchen und beschreiben (magnetischer Fluss, U_ind = -n·Φ̇, Lenz'sche Regel)
Selbstinduktionseffekte an einem Beispiel beschreiben (Induktivität, U_ind = -L·İ)
technische Anwendungen des Induktionsgesetzes qualitativ beschreiben (zum Beispiel Generator, Transformator, Induktionsladegerät, Induktionskochplatte)
Ursache und Struktur elektromagnetischer Felder anhand der Aussagen der Maxwell-Gleichungen im Überblick beschreiben
3.4.3 Schwingungen
Schwingungen experimentell aufzeichnen und mithilfe charakteristischer Eigenschaften und Größen als zeitlich periodische Bewegungen um eine Gleichgewichtslage beschreiben und klassifizieren (Auslenkung s(t), Amplitude ŝ, Periodendauer T, Frequenz f, Kreisfrequenz ω)
ungedämpfte harmonische Schwingungen mathematisch beschreiben (s(t) = ŝ·sin(ω·t), s(t) = ŝ·cos(ω·t), v(t) = ṡ(t), a(t) = v̇(t) = s̈(t))
den Zusammenhang zwischen harmonischen mechanischen Schwingungen und linearer Rückstellkraft an Beispielen beschreiben
die Schwingung eines Federpendels erklären und die auftretenden Energieumwandlungen beschreiben
die Schwingung in einem elektromagnetischen Schwingkreis erklären und die auftretenden Energieumwandlungen beschreiben
anhand eines Federpendels und eines elektromagnetischen Schwingkreises Gemeinsamkeiten und Unterschiede von mechanischen und elektromagnetischen Schwingungen erläutern
3.4.4 Wellen
Wellen mithilfe charakteristischer Eigenschaften und Größen beschreiben (Wellenlänge λ, Ausbreitungsgeschwindigkeit c = λ·f, Wellenfront, Transversalwelle)
grundlegende Wellenphänomene beschreiben (zum Beispiel Beugung, Reflexion, Brechung, Interferenz, Energietransport) und in Alltagssituationen erkennen (zum Beispiel Meereswellen, Gegenschall)
eindimensionale stehende Wellen beschreiben und als Interferenzphänomen erklären (Bäuche, Knoten, Stellen konstruktiver beziehungsweise destruktiver Interferenz)
mithilfe des Gangunterschieds die Überlagerung zweidimensionaler kohärenter Wellen qualitativ beschreiben
grundlegende Wellenphänomene mithilfe des Huygens'schen Prinzips erklären (zum Beispiel Beugung, Reflexion)
das elektromagnetische Spektrum im Überblick beschreiben
3.4.5 Wellenoptik
kohärentes Licht als elektromagnetische Welle beschreiben (unter anderem Lichtgeschwindigkeit)
das Strahlenmodell und das Wellenmodell des Lichts miteinander vergleichen (Gültigkeitsbereich des Strahlenmodells: zum Beispiel Beugung an einer Blende, Dispersion)
die Struktur der Interferenzmuster und der Intensitätsverteilung bei Beugung an Doppelspalt und Gitter beschreiben
die Lage von Interferenzminima beziehungsweise Interferenzmaxima bei ausgewählten Beugungsvorgängen in Fernfeldnäherung berechnen (Maxima beim Doppelspalt, Hauptmaxima beim Gitter)
Interferenzphänomene an Doppelspalt oder Gitter experimentell untersuchen
Interferenzphänomene im Alltag physikalisch beschreiben (zum Beispiel Interferenz an dünnen Schichten, Interferenz an Gitterstrukturen, Laser-Speckle)
3.4.6 Quantenphysik
Gemeinsamkeiten und Unterschiede des Verhaltens von klassischen Wellen, klassischen Teilchen und Quantenobjekten am Doppelspalt beschreiben
erläutern, wie für Quantenobjekte der Determinismus der klassischen Physik durch Wahrscheinlichkeitsaussagen ersetzt wird
Experimente zur Interferenz einzelner Quantenobjekte anhand von Wahrscheinlichkeitsaussagen beschreiben und den Ausgang der Experimente erklären
beschreiben, dass Quantenobjekte zwar stets Wellen- und Teilcheneigenschaften aufweisen, sich diese aber nicht unabhängig voneinander beobachten lassen. Sie können dies anhand der Interferenzfähigkeit und der Welcher-Weg-Information bei einzelnen Quantenobjekten erläutern (zum Beispiel Doppelspalt, Mach-Zehnder-Interferometer)
den lichtelektrischen Effekt beschreiben und anhand der Einstein'schen Lichtquantenhypothese erklären (Hallwachs-Effekt, Einstein'sche Gleichung E_kin,max = h·f - E_A, Planck'sche Konstante h)
erläutern, wie sich Quantenobjekte anhand ihrer Energie und anhand ihres Impulses beschreiben lassen (E_Quant = h·f, p = h/λ, de Broglie-Wellenlänge von Materiewellen)
3.5.1 Denk- und Arbeitsweisen der Physik und Astrophysik
an Beispielen beschreiben, dass Aussagen in der theoriegeleiteten Physik grundsätzlich empirisch überprüfbar sind (Fragestellung, Hypothese, Experiment, Bestätigung beziehungsweise Widerlegung)
die Astronomie als Beobachtungswissenschaft beschreiben, die zur Erklärung beobachteter Phänomene die Gesetze der Physik und Chemie anwendet (unter anderem Bildgebung und Spektroskopie, Instrumente zur Beobachtung: Teleskope, Detektoren)
die Funktion von Modellen in der Physik und Astrophysik erläutern (unter anderem Modellvorstellungen von Licht und Materie sowie zur Kosmologie und zur zeitlichen Entwicklung des Kosmos, Urknall)
die Bedeutung von Naturkonstanten beschreiben (zum Beispiel Lichtgeschwindigkeit, Planck'sche Konstante)
astronomische Objekte mithilfe physikalischer Größen unter Verwendung geeigneter Einheiten beschreiben (zum Beispiel Astronomische Einheit, Lichtjahr, Parsec, Sonnenmasse, Sonnenleuchtkraft)
3.5.2.1 Elektrische und magnetische Felder
die Struktur elektrischer und magnetischer Felder beschreiben (Feldlinien, homogene und einfache nichthomogene Felder)
den Zusammenhang zwischen der Kraftwirkung auf eine Probeladung und der elektrischen Feldstärke beschreiben (E = F_el/q)
den Zusammenhang zwischen der Kraftwirkung auf einen stromdurchflossenen Leiter und der magnetischen Flussdichte beschreiben (magnetische Flussdichte B, F = B·I·s)
Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen magnetischen, elektrischen und Gravitationsfeldern beschreiben
3.5.2.2 Elektrodynamik
mithilfe der Lorentzkraft erklären, dass in einem Leiter, der senkrecht zu einem Magnetfeld bewegt wird, eine Spannung beziehungsweise ein elektrischer Strom induziert wird
das Faraday'sche Induktionsgesetz untersuchen und beschreiben (magnetischer Fluss, U_ind = -n·Φ̇, Lenz'sche Regel)
eine technische Anwendung des Induktionsgesetzes qualitativ beschreiben (zum Beispiel Generator, Transformator, Induktionsladegerät, Induktionskochplatte)
Ursache und Struktur elektromagnetischer Felder anhand der Aussagen der Maxwell-Gleichungen im Überblick beschreiben
3.5.3 Schwingungen
Schwingungen experimentell aufzeichnen und mithilfe charakteristischer Eigenschaften und Größen als zeitlich periodische Bewegungen um eine Gleichgewichtslage beschreiben und klassifizieren (Auslenkung s(t), Amplitude ŝ, Periodendauer T, Frequenz f, Kreisfrequenz ω)
ungedämpfte harmonische Schwingungen mathematisch beschreiben (s(t) = ŝ·sin(ω·t), s(t) = ŝ·cos(ω·t), v(t) = ṡ(t), a(t) = v̇(t) = s̈(t))
den Zusammenhang zwischen harmonischen mechanischen Schwingungen und linearer Rückstellkraft an Beispielen beschreiben
die Schwingung eines Federpendels erklären und die auftretenden Energieumwandlungen beschreiben
3.5.4 Wellen
Wellen mithilfe charakteristischer Eigenschaften und Größen beschreiben (Wellenlänge λ, Ausbreitungsgeschwindigkeit c = λ·f, Wellenfront, Transversalwelle)
grundlegende Wellenphänomene beschreiben (zum Beispiel Beugung, Reflexion, Brechung, Interferenz, Energietransport)
mithilfe des Gangunterschieds die Überlagerung zweidimensionaler kohärenter Wellen qualitativ beschreiben
grundlegende Wellenphänomene mithilfe des Huygens'schen Prinzips erklären (zum Beispiel Beugung, Reflexion)
erklären, dass ein Beobachter, der sich relativ zu einem Wellensender bewegt, eine andere Frequenz beziehungsweise Wellenlänge wahrnimmt als die von der Quelle erzeugte (Doppler-Effekt, Rot- und Blauverschiebung)
das elektromagnetische Spektrum im Überblick beschreiben
Eigenschaften von elektromagnetischen Wellen und Gravitationswellen vergleichen (zum Beispiel Ausbreitungsgeschwindigkeit, Ausbreitung im Vakuum, Transversalwellen)
3.5.5 Wellenoptik
kohärentes Licht als elektromagnetische Welle beschreiben (unter anderem Lichtgeschwindigkeit)
das Strahlenmodell und das Wellenmodell des Lichts miteinander vergleichen (Gültigkeitsbereich des Strahlenmodells: zum Beispiel Beugung an einer Blende, Dispersion)
die Struktur der Interferenzmuster und der Intensitätsverteilung bei Beugung an Doppelspalt und Gitter beschreiben
die Lage Interferenzmaxima bei ausgewählten Beugungsvorgängen in Fernfeldnäherung berechnen (Maxima beim Doppelspalt, Hauptmaxima beim Gitter)
Interferenzphänomene am Gitter experimentell untersuchen
Spektren verschiedener Lichtquellen experimentell untersuchen
3.5.6 Atom- und Kernphysik
die Struktur der Materie und den Aufbau des Atoms erklären (Atomhülle, Atomkern, Elektron, Proton, Neutron, Kernladungszahl, Massenzahl, Isotope)
den lichtelektrischen Effekt beschreiben und anhand der Einstein'schen Lichtquantenhypothese erklären (Hallwachs-Effekt, Einstein'sche Gleichung E_kin,max = h·f - E_A, Planck'sche Konstante h)
erläutern, wie sich Quantenobjekte anhand ihrer Energie und anhand ihres Impulses beschreiben lassen (E_Quant = h·f, p = h/λ, de Broglie-Wellenlänge von Materiewellen)
unterschiedliche Arten von Spektren beschreiben (kontinuierliche Spektren, Linienspektren, Emissions- und Absorptionsspektren)
Linienspektren von Atomen und Molekülen als Übergang zwischen diskreten Energieniveaus beschreiben (Bohr'sche Frequenzbedingung f = ΔE/h)
erklären, wie mithilfe von Spektren Informationen über die chemische Zusammensetzung kosmischer Materie gewonnen werden können (zum Beispiel Atmosphären von Sternen und Planeten, interstellares Gas, Molekülwolken)
die Kernfusion als Energiefreisetzungsprozess in Sternen beschreiben (Bindungsenergie, pp-Kette)
3.5.7 Astrophysik
die Entwicklung des Universums in Grundzügen beschreiben (Kosmologisches Standardmodell: Urknall, kosmische Expansion, Alter des Universums, Hintergrundstrahlung, Entstehung der Atome, Entstehung von Galaxien)
Galaxien als zusammengesetzte Systeme beschreiben (zum Beispiel Sterne, Planetensysteme, interstellares Gas, Dunkle Materie)
die entfernungsabhängige Rotverschiebung der Galaxien beschreiben und als Folge der Expansion des Universums interpretieren (Hubble-Relation, v = H_0·r, kosmischer Skalenfaktor)
beschreiben, dass die Stabilität beziehungsweise Instabilität von kosmischen Objekten von den Eigenschaften eines der Gravitation entgegenwirkenden Drucks abhängt
die Sternentstehung in Grundzügen beschreiben (Vor-Hauptreihenentwicklung: Gravitation und innerer Gasdruck von Molekülwolken, Bedingungen für den Kollaps von Molekülwolken, Energieabstrahlung beim Kollaps, Protostern, Einsetzen von Fusionsprozessen)
das Hauptreihenstadium beschreiben (Gravitation und innerer Gasdruck, Kernfusion, Energietransport zur Oberfläche, temperaturabhängige Abstrahlung, die Sonne als Stern)
die Nach-Hauptreihenentwicklung für verschiedene Sternmassen beschreiben (Schalenbrennen, Roter Riese, zukünftige Entwicklung der Sonne, Kriterien für die Stabilität der Endstadien: Weißer Zwerg, Neutronenstern, Schwarzes Loch, Schwarzschildradius R_S = 2GM/c²)
Methoden zum Nachweis extrasolarer Planeten beschreiben (zum Beispiel Transitmethode, Radialgeschwindigkeitsmethode, astrometrische Methode, Mikrogravitationslinsenmethode, direkte Abbildung)
erläutern, wie sich mithilfe der Spektralanalyse die Eigenschaften von Planetenatmosphären bestimmen lassen (zum Beispiel Temperatur, chemische Zusammensetzung, mögliche Hinweise auf Leben)
3.6.1 Denk- und Arbeitsweisen der Physik
an Beispielen beschreiben, dass Aussagen in der theoriegeleiteten Physik grundsätzlich empirisch überprüfbar sind (Fragestellung, Hypothese, Experiment, Bestätigung beziehungsweise Widerlegung)
die Funktion von Modellen in der Physik erläutern (unter anderem anhand der Modellvorstellungen von Licht und Materie)
die Bedeutung von Naturkonstanten beschreiben (zum Beispiel anhand der Planck'schen Konstanten)
3.6.2.1 Elektrisches Feld
die Kraftwirkungen zwischen elektrisch geladenen Körpern beschreiben (Abstoßung, Anziehung)
die Struktur elektrischer Felder beschreiben (Feldlinien, homogenes Feld, Feld einer Punktladung, Feld eines Dipols, Quelle und Senke)
den Zusammenhang zwischen der Kraftwirkung auf eine Probeladung und der elektrischen Feldstärke anhand eines Experimentes erläutern (E = F_el/q)
die elektrische Feldstärke eines Plattenkondensators beschreiben (E = U/d)
die Kapazität eines Kondensators erläutern (C = Q/U)
die Eigenschaften eines Plattenkondensators beschreiben (C = ε_0·ε_r·A/d, E_Kond = ½·C·U²)
den zeitabhängigen Auf- und Entladevorgang eines Kondensators anhand von U-t-Diagrammen erläutern
den Zusammenhang zwischen Spannung und Potential erläutern (Äquipotentiallinien eines homogenen Feldes sowie des Feldes eines Dipols)
Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen elektrischen Feldern und Gravitationsfeldern beschreiben (homogene Felder, Felder einzelner Ladungen beziehungsweise Massen)
die Bewegung geladener Teilchen parallel und senkrecht zu einem homogenen elektrischen Feld beschreiben und hierbei ihre Kenntnisse aus der Mechanik anwenden
3.6.2.2 Magnetisches Feld
die Struktur magnetischer Felder beschreiben (Feldlinien, homogenes Feld, einfache nichthomogene Felder, Feld um einen geraden Leiter, Handregel)
die Kraftwirkung auf einen stromdurchflossenen Leiter in einem Magnetfeld erläutern (magnetische Flussdichte B, F = B·I·s)
die Kraftwirkung auf eine elektrische Ladung in einem Magnetfeld erläutern (Lorentzkraft, Drei-Finger-Regel, F_L = q·v·B)
das Magnetfeld einer schlanken Spule untersuchen und beschreiben (B = μ_0·μ_r·n/l·I)
die Bewegung geladener Teilchen senkrecht zu einem homogenen Magnetfeld beschreiben und hierbei ihre Kenntnisse aus der Mechanik anwenden (zum Beispiel Massenspektrograph)
die Bewegung geladener Teilchen in gekreuzten homogenen elektrischen und magnetischen Feldern erklären (zum Beispiel Wien'sches Filter)
Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen magnetischen, elektrischen und Gravitationsfeldern beschreiben
3.6.2.3 Elektrodynamik
mithilfe der Lorentzkraft erklären, dass in einem Leiter, der senkrecht zu einem Magnetfeld bewegt wird, eine Spannung beziehungsweise ein elektrischer Strom induziert wird
das Faraday'sche Induktionsgesetz erläutern und anwenden (magnetischer Fluss, U_ind = -n·Φ̇, Lenz'sche Regel)
technische Anwendungen des Induktionsgesetzes qualitativ beschreiben (zum Beispiel Generator, Transformator, Induktionsladegerät)
Selbstinduktionseffekte in Stromkreisen bei Ein- und Ausschaltvorgängen beschreiben (Induktivität, U_ind = -L·İ)
die Eigenschaften einer schlanken Spule beschreiben (L = μ_0·μ_r·n²·A/l, E_Spule = ½·L·I²)
Ursache und Struktur elektromagnetischer Felder anhand der Aussagen der Maxwell-Gleichungen im Überblick beschreiben
eine technische Anwendung elektrischer Wirbelströme beschreiben (zum Beispiel Wirbelstrombremse, Induktionskochplatte)
3.6.3 Schwingungen
Schwingungen experimentell aufzeichnen und mithilfe charakteristischer Eigenschaften und Größen als zeitlich periodische Bewegungen um eine Gleichgewichtslage beschreiben und klassifizieren (Auslenkung s(t), Amplitude ŝ, Periodendauer T, Frequenz f, Kreisfrequenz ω, harmonisch und nicht harmonisch, gedämpft und ungedämpft)
ungedämpfte harmonische Schwingungen mathematisch beschreiben (unter anderem s(t) = ŝ·sin(ω·t), s(t) = ŝ·cos(ω·t), v(t) = ṡ(t), a(t) = v̇(t) = s̈(t))
den Zusammenhang zwischen harmonischen mechanischen Schwingungen und linearer Rückstellkraft beschreiben (unter anderem horizontales Federpendel)
die Schwingungs-Differentialgleichung eines Federpendels durch einen geeigneten Ansatz lösen (s̈(t) = -D/m·s(t), T = 2π·√(m/D))
die Schwingungs-Differentialgleichung eines Fadenpendels durch einen geeigneten Ansatz lösen (s̈(t) = -g/l·s(t), T = 2π·√(l/g))
die Schwingung in einem elektromagnetischen Schwingkreis erklären und die auftretenden Energieumwandlungen erläutern
die Schwingungs-Differentialgleichung eines elektromagnetischen Schwingkreises durch einen geeigneten Ansatz lösen (Q̈(t) = -1/(L·C)·Q(t), T = 2π·√(L·C))
Gemeinsamkeiten und Unterschiede von mechanischen und elektromagnetischen Schwingungen erläutern (zum Beispiel anhand eines Federpendels und eines elektromagnetischen Schwingkreises)
Überlagerungen von unabhängigen Schwingungen qualitativ beschreiben (zum Beispiel Verstärkung, Auslöschung, Schwebungen)
3.6.4 Wellen
Wellen mithilfe charakteristischer Eigenschaften und Größen beschreiben (Wellenlänge λ, Ausbreitungsgeschwindigkeit c = λ·f, Wellenfront, Wellennormale, Polarisation)
den Unterschied zwischen Longitudinalwellen und Transversalwellen erläutern
grundlegende Wellenphänomene beschreiben (Beugung, Reflexion, Brechung, Interferenz, Energietransport) und in Alltagssituationen erkennen (zum Beispiel Meereswellen, Gegenschall)
eine fortschreitende ebene Transversalwelle beschreiben und die zugehörigen Auslenkungen s(x,t) für die beiden Fälle erläutern, bei denen sich entweder nur der Ort oder nur der Zeitpunkt ändert (unter anderem Momentanbild einer Welle)
eindimensionale stehende Transversalwellen beschreiben und als Interferenzphänomen erklären (Bäuche, Knoten, Eigenfrequenzen, Stellen konstruktiver beziehungsweise destruktiver Interferenz, Reflexion an festen beziehungsweise losen Enden)
mithilfe des Gangunterschieds die Überlagerung zweidimensionaler kohärenter Wellen beschreiben
Wellenphänomene mithilfe des Huygens'schen Prinzips erklären (zum Beispiel Beugung, Reflexion)
das elektromagnetische Spektrum im Überblick beschreiben
den Hertz'schen Dipol als Grenzfall eines elektromagnetischen Schwingkreises erkennen und die daraus entstehende Abstrahlung elektromagnetischer Wellen in Grundzügen beschreiben
3.6.5 Wellenoptik
kohärentes Licht als elektromagnetische Welle beschreiben (unter anderem Lichtgeschwindigkeit)
das Strahlenmodell und das Wellenmodell des Lichts miteinander vergleichen (Gültigkeitsbereich des Strahlenmodells: zum Beispiel Beugung an einer Blende, Dispersion)
Interferenzphänomene an Einzelspalt, Doppelspalt und Gitter experimentell untersuchen
die Struktur der Interferenzmuster und der Intensitätsverteilung bei Beugung an Einzelspalt, Doppelspalt und Gitter beschreiben (Unterschied zwischen idealisierten und realen Spalten mit endlicher Breite)
die Lage von Interferenzminima beziehungsweise Interferenzmaxima bei ausgewählten Beugungsvorgängen in Fernfeldnäherung berechnen (Minima beim Einzelspalt, Minima und Maxima beim Doppelspalt, Hauptmaxima beim Gitter)
Interferenzphänomene im Alltag physikalisch beschreiben (zum Beispiel Interferenz an dünnen Schichten, Interferenz an Gitterstrukturen, Laser-Speckle)
die geschichtliche Entwicklung von Modellvorstellungen des Lichts beschreiben (zum Beispiel Lichtstrahlen, Lichtteilchen, Lichtwellen, elektromagnetische Wellen, Photonen)
3.6.6 Quantenphysik
den lichtelektrischen Effekt beschreiben und anhand der Einstein'schen Lichtquantenhypothese erklären (Hallwachs-Effekt, Einstein'sche Gleichung E_kin,max = h·f - E_A, Planck'sche Konstante h)
erläutern, wie sich Quantenobjekte anhand ihrer Energie und anhand ihres Impulses beschreiben lassen (E_Quant = h·f, p = h/λ, de Broglie-Wellenlänge von Materiewellen)
Gemeinsamkeiten und Unterschiede des Verhaltens von klassischen Wellen, klassischen Teilchen und Quantenobjekten am Doppelspalt beschreiben
erläutern, wie für Quantenobjekte der Determinismus der klassischen Physik durch Wahrscheinlichkeitsaussagen ersetzt wird (Interferenz-Experimente mit einzelnen Quantenobjekten)
Experimente zur Interferenz einzelner Quantenobjekte anhand von Wahrscheinlichkeitsaussagen beschreiben und den Ausgang der Experimente erklären
beschreiben, dass Quantenobjekte zwar stets Wellen- und Teilcheneigenschaften aufweisen, sich diese aber nicht unabhängig voneinander beobachten lassen. Sie können dies anhand der Interferenzfähigkeit und der Welcher-Weg-Information bei einzelnen Quantenobjekten erläutern (zum Beispiel Doppelspalt, Mach-Zehnder-Interferometer)
erläutern, dass der Ort und der Impuls von Quantenobjekten nicht gleichzeitig beliebig genau messbar sind und begründen, warum der klassische Bahnbegriff und der klassische Determinismus aufgegeben werden müssen (Unbestimmtheitsrelation Δx·Δp_x ≥ h)
3.6.7 Vertiefendes Themengebiet
wesentliche Aspekte eines Arbeitsgebietes physikalischer Forschung (zum Beispiel Relativitätstheorie, Quantenphysik, Atomphysik, Laserphysik, Elementarteilchenphysik, Astrophysik, Kosmologie, Umweltphysik, Halbleiterphysik) beschreiben, ihre Anwendung in Technik oder Alltag erläutern sowie Erkenntnisse aus anderen Bereichen anwenden
exemplarisch erlernte Fachmethoden in dem ausgewählten Arbeitsgebiet physikalischer Forschung anwenden
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