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zielgerichtet experimentieren
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)
modellieren und mathematisieren
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
Wissen erwerben und anwenden
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
Erkenntnisse verbalisieren
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)
Erkenntnisse dokumentieren und präsentieren
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
physikalische Arbeitsweisen reflektieren
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 bewerten
Informationen aus verschiedenen Quellen auf Relevanz prüfen
Darstellungen in den Medien anhand ihrer physikalischen Erkenntnisse kritisch betrachten (zum Beispiel Filme, Zeitungsartikel, pseudowissenschaftliche Aussagen)
Chancen und Risiken diskutieren
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
3.2.1 Denk- und Arbeitsweisen der Physik
Kriterien für die Unterscheidung zwischen Beobachtung und Erklärung beschreiben (Beobachtung durch Sinneseindrücke und Messungen, Erklärung durch Gesetze und Modelle)
an Beispielen beschreiben, dass Aussagen in der Physik grundsätzlich überprüfbar sind (Fragestellung, Hypothese, Experiment, Bestätigung beziehungsweise Widerlegung)
die Funktion von Modellen in der Physik erläutern (zum Beispiel anhand des Lichtstrahlmodells, des Teilchenmodells oder des Elementarmagnetmodells)
die Funktion des SI-Einheitensystems an Beispielen beschreiben
3.2.2 Optik und Akustik
akustische Phänomene beschreiben (Lautstärke, Tonhöhe, Amplitude, Frequenz)
physikalische Aspekte des Sehvorgangs und des Hörvorgangs beschreiben (Sender, Empfänger)
ihre Hörgewohnheiten in Bezug auf das Risiko möglicher Hörschädigungen bewerten (zum Beispiel Lautstärke von Kopfhörern)
grundlegende Phänomene der Lichtausbreitung experimentell untersuchen und mithilfe des Lichtstrahlmodells beschreiben
Schattenphänomene experimentell untersuchen und erklären (Schattenraum und Schattenbild, Kernschatten und Halbschatten)
optische Phänomene im Weltall erklären (Mondphasen, Sonnenfinsternis, Mondfinsternis)
Streuung und Absorption phänomenologisch beschreiben
die Reflexion an ebenen Flächen beschreiben (Reflexionsgesetz, Spiegelbild)
die Brechung beschreiben (Strahlenverlauf, Wahrnehmungseffekte wie zum Beispiel optische Hebung)
die Bildentstehung bei einer Lochkamera qualitativ beschreiben
die Wirkung einer optischen Linse beschreiben (Sammellinse, Brennpunkt, Wahrnehmungseffekte wie zum Beispiel Bildumkehrung)
einfache Experimente zur Zerlegung von weißem Licht und zur Addition von Farben beschreiben (Prisma)
Gemeinsamkeiten und Unterschiede von Licht und Schall beschreiben (Sender und Empfänger, Wahrnehmungsbereich, Medium, Ausbreitungsgeschwindigkeit)
3.2.3 Energie
grundlegende Eigenschaften der Energie beschreiben (unter anderem Energieerhaltung)
Beispiele für Energieübertragungsketten in Alltag und Technik nennen und qualitativ beschreiben (unter anderem anhand von mechanischer, elektrischer oder thermischer Energieübertragung)
Beispiele für die Speicherung von Energie in verschiedenen Energieformen in Alltag und Technik nennen und beschreiben (unter anderem Lageenergie, Bewegungsenergie, thermische Energie)
Möglichkeiten der Energieversorgung mithilfe von Energieübertragungsketten beschreiben (zum Beispiel Wasserkraftwerk, Kohlekraftwerk)
ihre Umgebung hinsichtlich des sorgsamen Umganges mit Energie untersuchen, bewerten und konkrete technische Maßnahmen (zum Beispiel Wahl des Leuchtmittels) sowie Verhaltensregeln ableiten (zum Beispiel Stand-by-Funktion)
die Lageenergie berechnen (E_Lage = m · g · h, Nullniveau)
den Zusammenhang von Energie und Leistung beschreiben (P = ΔE / Δt)
Größenordnungen typischer Leistungen im Alltag ermitteln und vergleichen (zum Beispiel körperliche Tätigkeiten, Handgenerator, Fahrradergometer, Typenschilder, Leistungsmessgerät, PKW, Solarzelle)
den Zusammenhang von zugeführter Energie, nutzbarer Energie und Wirkungsgrad bei Energieübertragungen beschreiben
das scheinbare Verschwinden von Energie mit der Umwandlung in thermische Energie erklären
3.2.4 Magnetismus und Elektromagnetismus
Phänomene des Magnetismus experimentell untersuchen und beschreiben (ferromagnetische Materialien, Magnetpole, Anziehung – Abstoßung, Zusammenwirken mehrerer Magnete, Magnetfeld, Feldlinien, Erdmagnetfeld, Kompass)
die magnetische Wirkung eines stromdurchflossenen geraden Leiters und einer stromdurchflossenen Spule untersuchen und beschreiben
eine einfache Anwendung des Elektromagnetismus funktional beschreiben (zum Beispiel Elektromagnet, Lautsprecher, Elektromotor)
die Struktur von Magnetfeldern beschreiben (Feldlinien, Stabmagnet, Hufeisenmagnet, Spule)
3.2.5 Grundgrößen der Elektrizitätslehre
grundlegende Bauteile eines elektrischen Stromkreises benennen und ihre Funktion beschreiben (unter anderem Schaltsymbole)
die elektrische Leitfähigkeit von Stoffen experimentell untersuchen (Leiter, Nichtleiter)
qualitativ beschreiben, dass elektrische Ströme einen Antrieb beziehungsweise eine Ursache benötigen und durch Widerstände in ihrer Stärke beeinflusst werden (Stromstärke, Potential, Spannung, Widerstand, Ladung)
den elektrischen Stromkreis und grundlegende Vorgänge darin mithilfe von Modellen erklären
den Aufbau eines Stromkreises unter Vorgabe einer Schaltskizze durchführen sowie Stromkreise in Form von Schaltskizzen darstellen
Stromstärke und Spannung messen
in einfachen Reihenschaltungen und Parallelschaltungen Gesetzmäßigkeiten für die Stromstärke und die Spannung beschreiben (Maschenregel, Knotenregel)
den Energietransport im elektrischen Stromkreis und den Zusammenhang zwischen Stromstärke, Spannung, Leistung und Energie beschreiben (P = U · I)
physikalische Angaben auf Alltagsgeräten beschreiben (Spannung, Stromstärke, Leistung)
die thermische und die magnetische Wirkung des elektrischen Stroms und Anwendungen erläutern
Gefahren des elektrischen Stroms beschreiben sowie Maßnahmen zum Schutz erklären (zum Beispiel Sicherung, Schutzleiter)
3.2.6 Mechanik: Kinematik
Bewegungen verbal und mithilfe von Diagrammen beschreiben und klassifizieren (Zeitpunkt, Ort, Richtung, Form der Bahn, Geschwindigkeit, gleichförmige und beschleunigte Bewegungen)
Bewegungsdiagramme erstellen und interpretieren (s-t-Diagramm, Richtung der Bewegung)
aus ihren Kenntnissen der Mechanik Regeln für sicheres Verhalten im Straßenverkehr ableiten (zum Beispiel Reaktionszeit)
die Quotientenbildung aus Strecke und Zeitspanne bei der Berechnung der Geschwindigkeit erläutern und anwenden (v= Δ s Δ t^)
3.2.7 Mechanik: Dynamik
das Trägheitsprinzip beschreiben
Änderungen von Bewegungszuständen (Betrag und Richtung) als Wirkung von Kräften beschreiben
das Wechselwirkungsprinzip beschreiben
Newtons Prinzipien der Mechanik zur verbalen Beschreibung und Erklärung einfacher Situationen aus Experimenten und aus dem Alltag anwenden
Verformungen als Wirkung von Kräften beschreiben (zum Beispiel Gummiband, Hooke'sches Gesetz, Federkraftmesser)
Zusammenhang und Unterschied von Masse und Gewichtskraft erläutern (Ortsfaktor, (F_mathrmscriptscriptstyle G= m · g)
das Zusammenwirken von Kräften an eindimensionalen Beispielen quantitativ beschreiben (resultierende Kraft, Kräftegleichgewicht)
aus ihren Kenntnissen der Mechanik Regeln für sicheres Verhalten im Straßenverkehr ableiten (zum Beispiel Sicherheitsgurte)
eine einfache Maschine und ihre Anwendung im Alltag und in der Technik beschreiben (zum Beispiel Hebel, Flaschenzug)
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_mathrmscriptscriptstyle ges= R_scriptscriptstyle 1 + R_scriptscriptstyle 2), ( 1 R_mathrmscriptscriptstyle ges= 1 R_scriptscriptstyle 1 + 1 R_scriptscriptstyle 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 Newtonschen 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= (1/2)· 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= (1/2)· 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 · , Lenz'sche Regel)
Selbstinduktionseffekte an einem Beispiel beschreiben (Induktivität , U_ind=- L · I)
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 s , Periodendauer T , Frequenz f , Kreisfrequenz ω)
ungedämpfte harmonische Schwingungen mathematisch beschreiben (s(t)=s · sin (ω· t) , s(t)=s · cos (ω· t) , v(t)=s (t) , a(t)= v (t)= s (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 · , 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 s , Periodendauer T , Frequenz f , Kreisfrequenz ω)
ungedämpfte harmonische Schwingungen mathematisch beschreiben (s(t)=s · sin (ω· t) , s(t)=s · cos (ω· t) , v(t)=s (t) , a(t)= v (t)= s (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=(Δ E/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=(2 GM/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= (1/2)· 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 · , 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 · I)
die Eigenschaften einer schlanken Spule beschreiben (L=μ_0 · μ_r · n² · ( A/ l) , E_Spule= (1/2)· 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 s , Periodendauer T , Frequenz f , Kreisfrequenz ω , harmonisch und nicht harmonisch , gedämpft und ungedämpft)
ungedämpfte harmonische Schwingungen mathematisch beschreiben (unter anderem s(t)=s · sin (ω· t) , s(t)=s · cos (ω· t) , v(t)=s (t) , a(t)= v (t)= s (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 (s (t)= - ( D/ m)· s(t) , T=2· π · √(( m/ D)))
die Schwingungs-Differentialgleichung eines Fadenpendels durch einen geeigneten Ansatz lösen (s (t)= - ( g/ l)· s(t) , T=2· π · √(( 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 (Q (t)= - 1 L· C^ · Q(t) , T=2· π · √(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 Δ x · Δ p_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
