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Jahrgangsstufe 8 – Lernbereich 1: Elektrischer Strom (ca. 14 Std.)
nutzen ein anschauliches Modell zum elektrischen Stromkreis, um die elektrischen Grundgrößen Stromstärke, Spannung und Widerstand zu veranschaulichen und Zusammenhänge zwischen diesen Größen zu erläutern. Dabei grenzen sie alltagssprachliche Formulierungen von fachsprachlich korrekten ab. An ausgewählten Stellen erläutern sie Grenzen des verwendeten Modells.
entwerfen unter Anleitung einen Versuchsaufbau zur Aufnahme von Kennlinien. Sie führen ihre Messungen unter angeleiteter Verwendung von Stromstärke- und Spannungsmessgeräten durch und fertigen mit Hilfe ein strukturiertes Versuchsprotokoll an. Sie sind sich wesentlicher Gefahren des elektrischen Stroms bewusst und berücksichtigen Sicherheitsvorkehrungen beim Experimentieren.
wenden die Definitionsgleichung des elektrischen Widerstands an, um Berechnungen in einem einfachen elektrischen Stromkreis durchzuführen. Hierbei gehen sie sicher mit den Einheiten der elektrischen Grundgrößen um und berücksichtigen die Genauigkeit experimentell ermittelter Werte.
recherchieren in vorgegebenen Quellen, z. B. im Internet, wie Schaltkreise im Haushalt, insbesondere aufgrund von Sicherheitsaspekten, aufgebaut sind. Sie stellen ihre Rechercheergebnisse unter Anleitung in Form von Schaltbildern und fachsprachlich korrekten Texten dar.
planen selbständig die experimentelle Untersuchung von Stromstärken und Spannungen in Reihen- und Parallelschaltungen. Sie führen diese Untersuchung – mit Hilfe bei der Verwendung von Stromstärke- und Spannungsmessgeräten – selbständig durch und erstellen selbständig ein strukturiertes Versuchsprotokoll.
erläutern unter Verwendung des eingeführten Modells zum elektrischen Stromkreis und geeigneter Rechnungen Beobachtungen zu Stromstärken und Spannungen in elektrischen Schaltungen mit maximal drei Widerständen.
Jahrgangsstufe 8 – Lernbereich 2: Optik (ca. 14 Std.)
formulieren auf der Grundlage von Alltagserfahrungen, einfachen Experimenten und physikalischen Vorkenntnissen eigene Vermutungen und Erklärungsansätze zu optischen Phänomenen (z. B. Spiegelbilder, Brechung).
verwenden ein einfaches Modell der Lichtausbreitung und des Reflexionsgesetzes, um am Beispiel des Spiegels eine physikalisch strukturierte Erklärung der Entstehung von Bildern nachzuvollziehen.
planen unter Anleitung ein Experiment zur Untersuchung der Abbildung durch eine Sammellinse, das sie selbständig durchführen und dokumentieren. Sie formulieren auf der Grundlage ihrer Beobachtungen und Messergebnisse halbquantitative Aussagen über Zusammenhänge zwischen den dabei relevanten Größen.
analysieren mithilfe einer geeigneten Simulationssoftware die Lichtausbreitung an einer Sammellinse und übertragen unter Verwendung halbquantitativer Aussagen zum Brechungsgesetz die Struktur physikalischer Argumentationsweisen auf eigene Erklärungen zur Entstehung virtueller und reeller Bilder bei einer Sammellinse. Sie veranschaulichen ihre Erklärungen mithilfe selbst angefertigter Zeichnungen.
benennen Risiken bei Experimenten in der Optik und beim Umgang mit Lichtquellen und optischen Geräten im Alltag (z. B. bei der Verwendung von Sammellinsen und bei der Handhabung von Laserpointern) und reflektieren vorgegebene Sicherheitshinweise.
vergleichen Rechercheergebnisse im Internet mit einem vorgegebenen, passgenauen Sachtext, z. B. zur Bildentstehung beim Auge. Sie erstellen fachsprachlich korrekte Zusammenfassungen dieser Quellen und fertigen aussagekräftige Zeichnungen sorgfältig an bzw. nutzen digitale Medien zur Veranschaulichung.
beschreiben auf der Grundlage physikalischer Kenntnisse technische Anwendungen der Totalreflexion und erläutern die Bedeutung dieser Technologien z. B. in der Medizin oder in der Nachrichtentechnik.
Jahrgangsstufe 8 – Lernbereich 3: Mechanik (ca. 28 Std.)
wenden die Definitionsgleichung der Geschwindigkeit an, um Geschwindigkeiten abzuschätzen, im Rahmen von experimentellen Untersuchungen zu bestimmen und einfache Berechnungen durchzuführen. Hierbei gehen sie sicher mit Einheiten und der Genauigkeit von Messwerten um.
kennzeichnen in Stroboskopdarstellungen oder mithilfe geeigneter Software in Videos von zweidimensionalen Bewegungen die Geschwindigkeit eines Körpers, indem sie Pfeile als fachtypische Darstellungsform verwenden.
bestimmen zeichnerisch die Geschwindigkeitsänderung und die Geschwindigkeit vor bzw. nach einer Krafteinwirkung für das betreffende Zeitintervall.
analysieren Geschwindigkeitsänderungen von Bewegungen: Sie beschreiben maßgebliche Größenabhängigkeiten mithilfe von Je-desto-Aussagen, machen das zweite Newton’sche Gesetz in der Form F ⋅ Δt = m ⋅ Δv plausibel und nutzen diese Gleichung zur Definition der physikalischen Größe Kraft. Sie argumentieren mit den jeweils relevanten Größenabhängigkeiten in alltagsrelevanten Kontexten, insbesondere aus dem Straßenverkehr oder aus dem Sport, auch um die Beträge von Kräften abzuschätzen und Risiken zu beurteilen.
nutzen im Spezialfall eindimensionaler Bewegungen das zweite Newton‘sche Gesetz und die Beschleunigung für Argumentationen und einfache Berechnungen.
planen unter Anleitung ein Experiment zur Bestimmung der Beschleunigungen von Körpern aus gemessenen Geschwindigkeitsänderungen, beispielsweise mithilfe von Sensoren oder einer Videoanalyse, das sie mit Hilfe durchführen und auswerten.
unterscheiden zwischen Masse und Gewichtskraft und untersuchen insbesondere auch alltagssprachliche Formulierungen.
analysieren alltägliche Bewegungen unter dem Einfluss mehrerer Kräfte und übertragen ihre Kenntnisse zur Addition von Geschwindigkeitspfeilen auf die Addition von Kräften. Am Beispiel der schiefen Ebene führen sie mit der Zerlegung einer Kraft in Komponenten vorgegebener Richtungen auch die Umkehrung dieser Operation durch.
argumentieren in alltagsrelevanten Kontexten mit dem Trägheitsgesetz und dem Kräftegleichgewicht. Sie verfassen, unterstützt durch selbst angefertigte aussagekräftige Skizzen, kurze Texte mit physikalisch schlüssigen Argumentationen. Sie nutzen das Kräftegleichgewicht zur statischen Kraftmessung.
identifizieren in einer vorgegebenen Bewertung zu einer einfachen kontextbezogenen Problemstellung aus der Mechanik physikalische und außerfachliche Argumente und analysieren die argumentative Struktur der Bewertung. Im Zusammenhang mit vorgegebenen Gefahrensituationen im Straßenverkehr erklären sie auf der Grundlage des Trägheitssatzes und des zweiten Newton’schen Gesetzes die Bedeutung wichtiger Sicherheitssysteme im Auto.
stellen Alltagsvorstellungen zu Bewegungen und ihren Ursachen deren physikalische Beschreibung gegenüber und vollziehen in diesem Zusammenhang einen wesentlichen Erkenntnisfortschritt durch die physikalische Sicht auf die Natur nach.
planen unter Anleitung einen geeigneten Versuch, um einen Zusammenhang zwischen Kraft und Verformung dehnbarer Körper zu untersuchen, führen diesen selbständig durch und protokollieren ihn selbständig. Sie verwenden ein Tabellenkalkulationsprogramm, um die Messwerte, auch unter Verwendung von Ausgleichsgeraden, graphisch auszuwerten, und identifizieren dabei den Hooke’schen Bereich.
Jahrgangsstufe 8 – Lernbereich 4: Profilbereich am NTG (ca. 28 Std.)
messen selbständig Stromstärken und Spannungen in Reihen- und Parallelschaltungen von Solarmodulen, variieren äußere Einflussgrößen (z. B. Neigungswinkel, Beschattung) und ziehen Schlussfolgerungen für eine optimale Nutzung von Solarmodulen, die sie beispielsweise in Form einer Betriebsanleitung formulieren. Sie testen die Verwendbarkeit von Solarmodulen in unterschiedlichen technischen Anwendungen.
untersuchen experimentell Aufbau und Eigenschaften weiterer Elektrizitätsquellen (z. B. Modellversuch zum galvanischen Element, Untersuchung der Ausgangsspannungen unterschiedlicher Netzgeräte, Innenwiderstand und Klemmenspannung einer Batterie und einer Solarzelle) und interpretieren ausgewählte Beobachtungen mithilfe ihrer theoretischen Kenntnisse zum elektrischen Stromkreis.
führen weitgehend selbständig Experimente zur Beobachtung von Phänomenen sowie zur Beantwortung vorgegebener Fragestellungen durch. Sie werten experimentelle Daten unter Verwendung vorgegebener Darstellungsformen weitgehend selbständig aus, auch unter Verwendung geeigneter digitaler Hilfsmittel.
interpretieren Beobachtungen und Daten im Rahmen der Auswertung mit fachsprachlich korrekten Formulierungen oder einfachen Formen der Mathematisierung, ggf. unter Verwendung ihnen bereits bekannter Konzepte oder Modelle. Sie beschreiben die experimentelle Arbeitsweise in den wesentlichen Teilschritten.
entnehmen selbständig Informationen aus angemessenen Quellen und führen dabei auch Informationen aus mehreren Quellen, auch solchen im Internet, zusammen.
dokumentieren weitgehend selbständig experimentelle Untersuchungen sowie durch die Arbeit mit Modellen gewonnene Ergebnisse. Hierbei berücksichtigen sie Vorgaben zur Art und Struktur der Dokumentation und setzen vorgegebene fachtypische Darstellungsformen sachgerecht ein (z. B. Pfeile, Diagramme).
präsentieren Arbeitsergebnisse sachgerecht in mündlichen Beiträgen, Kurzreferaten oder anhand von Dokumentationen und verwenden hierbei bewusst wichtige Fachbegriffe des jeweiligen Themengebiets. Sie übertragen gebräuchliche alltagssprachliche Formulierungen in fachsprachliche Aussagen.
untersuchen die Struktur von Bewertungen zu einfach strukturierten Problemstellungen auf der Grundlage bereits erworbener Fachkenntnisse sowie weitgehend selbständig gewonnener Arbeitsergebnisse (z. B. durch Textarbeit oder Recherche). Sie formulieren zu solchen Kontexten auch eigene kurze Bewertungen. Sie reflektieren, dass sich Bewertungen aufgrund der Auswahl und der Gewichtung von Kriterien unterscheiden können.
Jahrgangsstufe 9 – Lernbereich 1: Energie als Erhaltungsgröße (ca. 26 Std.)
beschreiben qualitativ Vorgänge in Technik und Natur mithilfe der Umwandlung von Energieformen, insbesondere der kinetischen Energie, der Höhenenergie und der Spannenergie. Dazu entnehmen sie Informationen aus unterschiedlichen Quellen (z. B. Texten, Bilderfolgen, Videoclips) und verwenden fachsprachlich korrekte Formulierungen sowie verschiedene Darstellungsformen.
nutzen das Prinzip der Energieerhaltung, um bei Energieumwandlungen mechanische Energieformen quantitativ zu bilanzieren und Größen zu berechnen.
beziehen die Prozessgröße Arbeit bei der Anwendung des Prinzips der Energieerhaltung ein. Sie beschreiben mit den Größen Energie und Arbeit mechanische Vorgänge in alltagsrelevanten Kontexten und führen mit ihnen einfache Berechnungen durch.
unterscheiden deutlich zwischen den Größen Kraft, Energie, Arbeit und Leistung, indem sie Zusammenhänge zwischen diesen Größen und ihren Einheiten herstellen sowie fachsprachlich korrekte Formulierungen verwenden, die sie von alltagssprachlichen bewusst trennen.
planen unter Anleitung ein Experiment zur Bestimmung der Leistung des menschlichen Körpers oder technischer Geräte. Sie führen es selbständig durch und halten ihre Ergebnisse eigenständig in einem strukturierten Versuchsprotokoll fest. Dabei berücksichtigen sie relevante Sicherheitsbestimmungen.
beschreiben elektrische Ladungen als Vielfache der Elementarladung und nutzen mechanische Analogien, um den Zusammenhang zwischen Stromstärke und Ladung zu präzisieren.
veranschaulichen ausgehend von ihren Kenntnissen zur potentiellen Energie in der Mechanik und einem Modell des elektrischen Stromkreises die elektrische Potentialdifferenz und schließen mithilfe des Energiekonzepts auf die an einem elektrischen Bauteil umgesetzte Energie. Sie nutzen das Modell auch zur Ausschärfung der Analyse von Stromstärken und Spannungen in elektrischen Schaltungen mit maximal drei Widerständen.
erstellen selbständig die Leistungsbilanz zu einer vorgegebenen Schaltung mit mehreren Widerständen. Dazu identifizieren sie benötigte Größen und setzen Stromstärke- und Spannungsmessgeräte sachgerecht zur selbständigen Messung dieser Größen ein.
vergleichen an einem elektrischen Gerät aus ihrem Erfahrungsbereich die aufgenommene elektrische Leistung mit der genutzten und schließen damit auf den Wirkungsgrad der Energieumwandlungen. Sie formulieren mit Hilfestellung eine adressatengerechte Bewertung der Umweltverträglichkeit des Geräts und reflektieren, dass sich Bewertungen aufgrund der Auswahl und Gewichtung von Aspekten unterscheiden können.
Jahrgangsstufe 9 – Lernbereich 2: Atome (ca. 8 Std.)
verwenden das Photonenmodell, um experimentelle Beobachtungen, z. B. zur Fluoreszenzanregung durch unterschiedliche Lichtquellen, plausibel zu machen. Sie beurteilen die von Photonen unterschiedlicher Spektralbereiche ausgehenden Risiken.
erklären Emissions- und Absorptionsspektren auf der Grundlage des Energiestufenmodells des Atoms sowie des Photonenmodells des Lichts und führen einfache Berechnungen mit Energiewerten durch.
interpretieren ein Diagramm zum Absorptionsverhalten der Erdatmosphäre als Überlagerung von Absorptionsdiagrammen verschiedener Gase.
Jahrgangsstufe 9 – Lernbereich 3: Wärmelehre (ca. 22 Std.)
identifizieren im Rahmen des Teilchenmodells die mittlere kinetische Energie der Teilchen als Maß für die Temperatur und begründen damit die absolute Temperaturskala.
übertragen unter Verwendung dynamischer Visualisierungen ihre Kenntnisse über mechanische Energieformen auf das Teilchenmodell und deuten damit die innere Energie.
interpretieren die Änderung des Aggregatzustandes, insbesondere von Wasser, als Aufnahme bzw. Abgabe von potentieller Energie. Hierbei unterscheiden sie bewusst zwischen Modell- und Realitätsebene.
veranschaulichen den Druck im Rahmen des Teilchenmodells und nutzen ihn neben Temperatur und Volumen, um den Zustand eines Gases zu beschreiben.
erklären in Kontexten aus Technik und Natur Druckänderungen eines Gases mithilfe halbquantitativer Aussagen über die Abhängigkeit des Drucks von Temperatur und Volumen. Sie identifizieren Bereiche höheren und niedrigeren Drucks und erkennen Druckunterschiede als Ursache für Teilchenströme.
formulieren Hypothesen zur Abhängigkeit der Temperaturerhöhung einer Flüssigkeit oder eines festen Körpers von verschiedenen Größen und planen weitgehend selbständig ein Experiment zu deren Überprüfung. Sie führen den Versuch selbständig durch und halten ihre Ergebnisse in einem strukturierten Versuchsprotokoll fest.
beziehen die Prozessgröße Wärme bei der Anwendung des Prinzips der Energieerhaltung ein und grenzen diese von der Größe Arbeit anhand von Beispielen ab. Sie verwenden den Begriff Wärme in fachsprachlich korrekten Formulierungen, die sie von alltagssprachlichen bewusst trennen.
beschreiben anhand ausgewählter Beispiele Ursachen und Prozesse des thermischen Energietransports: Wärmeleitung, Konvektion und Wärmestrahlung. Sie nutzen diese Kenntnisse, um in physikalisch schlüssigen Argumentationen die Vorgänge zu erklären, die zur Erwärmung der Erdatmosphäre führen.
führen ein vorgegebenes Experiment zum Treibhauseffekt selbständig durch, dokumentieren ihre Beobachtungen bei der Variation von Parametern und ziehen aus diesen Beobachtungen Schlussfolgerungen über das physikalische System Erdatmosphäre.
stellen graphisch Energieflüsse in der Erdatmosphäre dar und erkennen daran den Einfluss von Treibhausgasen auf die Temperatur der Erdoberfläche im Strahlungsgleichgewicht. Dazu nutzen sie auch geeignete Simulationssoftware.
entnehmen einer fachwissenschaftlichen Quelle Informationen zu Ursprung und Konsequenzen anthropogener Einflüsse auf das Klima der Erde und analysieren die physikalisch schlüssige Argumentationsweise in dieser Quelle.
stellen Maßnahmen zur Einhaltung aktueller Klimaschutzziele auf persönlicher und gesellschaftlicher Ebene zusammen und diskutieren ihre Relevanz.
Jahrgangsstufe 9 – Lernbereich 4: Profilbereich am NTG (ca. 28 Std.)
entnehmen mehreren vorgegebenen Quellen unterschiedlicher Niveaus Informationen zu weiteren relevanten physikalischen Aspekten des Klimasystems und identifizieren dabei die Beiträge der Physik zum Erkenntnisfortschritt in diesem Themenbereich. Sie fassen diese Informationen zusammen und bereiten sie für eine Präsentation adressatenbezogen auf, an geeigneten Stellen (z. B. Energieaufnahme durch die Ozeane) verbunden mit Abschätzungen aufgrund einfacher Modellrechnungen.
recherchieren im Internet alternative Erklärungsansätze für die beobachtbare Erderwärmung. Sie setzen sich mit deren Argumenten auf der Basis physikalischer Erkenntnisse auseinander und erörtern die Interessenlagen der Autoren. Sie bewerten Quellen im Internet im Hinblick auf Stimmigkeit und Korrektheit der Argumentation. Sie sind sich der Bedeutung der naturwissenschaftlichen Arbeitsweise für die Objektivierung der Klimadebatte bewusst.
dokumentieren selbständig experimentelle Untersuchungen sowie durch andere fachtypische Arbeitsweisen (z. B. Auswertung vorgegebener oder recherchierter Quellen) gewonnene Ergebnisse, ggf. unter Verwendung angemessener Formen der Mathematisierung. Hierbei legen sie die Struktur der Dokumentation nach fachlichen Gesichtspunkten selbständig fest und setzen vorgegebene Darstellungsformen sach- und adressatengerecht ein.
präsentieren Arbeitsergebnisse sach- und adressatengerecht in mündlichen Beiträgen, Referaten oder anhand von Dokumentationen und tauschen sich in geführten Diskussionen über Arbeitsergebnisse konstruktiv aus. Hierbei verwenden sie fachsprachlich korrekte Formulierungen.
nehmen bei mündlichem und schriftlichem Meinungsaustausch einen begründeten Standpunkt ein. Sie wägen Nutzen und Risiken technischer Anwendungen für Mensch und Umwelt nach selbständig ausgewählten Kriterien ab. Hierbei beziehen sie bereits erworbene Fachkenntnisse sowie selbständig gewonnene Arbeitsergebnisse mit ein.
Jahrgangsstufe 10 – Lernbereich 1: Elektromagnetismus (ca. 20 Std.)
beschreiben exemplarisch am magnetischen Feld die grundlegenden Eigenschaften eines Feldes. Sie visualisieren mithilfe von Feldlinien die magnetischen Felder von Permanentmagneten, einer stromdurchflossenen Spule und der Erde. Dazu nutzen sie auch geeignete Software. Sie wenden die Rechte‑Faust-Regel und die Drei‑Finger-Regel zur Bestimmung von Strom-, Magnetfeld- und Kraftrichtung an.
erklären die Funktionsweise eines selbständig gebauten einfachen Elektromotors und untersuchen Möglichkeiten, seinen Lauf zu variieren.
planen selbständig verschiedene Experimente zur Erzeugung von Induktionsspannungen. Sie führen diese selbständig durch, erstellen ein strukturiertes Versuchsprotokoll und formulieren als Ergebnis Je-desto-Aussagen über die Abhängigkeit der Induktionsspannung von verschiedenen Größen.
wenden geeignete Regeln und Konzepte an, um grundlegende Induktionsphänomene und beim Generator experimentelle Beobachtungen zu erklären. Hierbei entwickeln sie fachsprachlich korrekte Argumentationsketten und verfassen kurze erläuternde Texte.
erklären Aufbau und Funktionsprinzip eines Transformators auf der Grundlage ihrer Kenntnisse zur Induktion. Sie führen Berechnungen zum idealen Transformator durch und begründen mithilfe des Energiekonzepts die gegenläufige Übersetzung von Spannung und Stromstärke.
reflektieren die Auswirkungen technischer Anwendungen des Elektromagnetismus wie Elektromotor, Generator und Transformator auf die gesellschaftliche Entwicklung am Ende des 19. Jahrhunderts. Sie diskutieren an diesem Beispiel die Wechselwirkung von technologischem Fortschritt und sozialem Wandel und ziehen Parallelen zur Gegenwart.
Jahrgangsstufe 10 – Lernbereich 2: Impulserhaltung in der Mechanik (ca. 6 Std.)
schließen aus der Betrachtung zweidimensionaler Bewegungen auf die Erhaltung des Impulses und grenzen ihn gegen den Energieerhaltungssatz ab.
führen quantitative Betrachtungen einfacher Stoßvorgänge mithilfe des Impulserhaltungssatzes durch, greifen dabei auch auf den Energieerhaltungssatz zurück und erkennen allgemein in Erhaltungssätzen ein grundlegendes Konzept der Physik.
stellen einen Zusammenhang zwischen der Impulserhaltung und dem Wechselwirkungsgesetz her. Sie erklären in alltagsrelevanten Kontexten, dass Kräfte gemäß dem Wechselwirkungsgesetz stets paarweise auftreten, und unterscheiden ein solches Kräftepaar deutlich von einem Kräftepaar im Gleichgewicht.
Jahrgangsstufe 10 – Lernbereich 3: Bewegungen und ihre Modellierung in der Physik (ca. 16 Std.)
erstellen und interpretieren Zeit-Ort- und Zeit-Geschwindigkeit-Diagramme von Bewegungen in alltagsrelevanten Kontexten und stellen Beziehungen zwischen den Diagrammen und linearen bzw. quadratischen Bewegungsfunktionen her. Dabei nutzen sie geeignete digitale Hilfsmittel, mit denen sie die Daten erfassen, verarbeiten und sachgerecht darstellen.
stellen Hypothesen über Größenabhängigkeiten beim waagrechten Wurf auf und planen auf dieser Grundlage passende Experimente. Sie führen diese selbständig durch und schließen auf die komponentenweise Beschreibung des waagrechten Wurfs.
analysieren die Geschwindigkeitsänderungen beim waagrechten Wurf mithilfe einer geeigneten Darstellung und nutzen die Koordinatenschreibweise für zweidimensionale Bewegungen. Sie vergleichen experimentell festgestellte Werte mit den berechneten, reflektieren über etwaige Unterschiede und begründen diese.
wenden zur quantitativen Beschreibung von Bewegungen aus ihrer Erfahrungswelt selbständig ausgewählte Darstellungsformen und zentrale physikalische Konzepte an, wie z. B. die Bewegungsfunktionen der Newton’schen Mechanik oder die Erhaltungssätze.
bewerten auf der Grundlage abgeschätzter und berechneter Werte auch kritische Situationen im Straßenverkehr, diskutieren hierfür mögliche Sicherheitsvorkehrungen und reflektieren ihr eigenes Verhalten auch im Hinblick auf mögliche technische Hilfen.
Jahrgangsstufe 10 – Lernbereich 4: Kernphysik (ca. 14 Std.)
recherchieren selbständig in unterschiedlichen Quellen zu Themen der Kernphysik (z. B. Entdeckung und Nachweis der Radioaktivität, Eigenschaften der Strahlungsarten, Quarks) und ordnen die gesichteten Quellen in Bezug auf die vorgegebene Aufgabenstellung nach dem Grad ihrer Verwendbarkeit.
stellen Zerfallsgleichungen zu α- und β-‑Zerfällen auf, deuten die γ‑Strahlung als eine vom Kern abgegebene Strahlung aus energiereichen Photonen und führen die Umwandlungen der Kerne auf den Aufbau der Nukleonen aus Quarks zurück.
erklären mithilfe der Äquivalenz von Masse und Energie die Energiefreisetzung exemplarisch beim α‑Zerfall sowie bei einer einfachen Kernreaktion und erläutern die prinzipielle Funktionsweise eines Kernreaktors.
bestimmen graphisch aus Zerfallskurven oder mittels Berechnungen die Halbwertszeit radioaktiver Isotope und nutzen sie zur Identifizierung von Isotopen sowie zur Beantwortung anwendungsbezogener Fragestellungen.
kategorisieren Argumente in wertenden Kommentaren zu kernphysikalischen Themen in unterschiedlichen Medien (z. B. Zeitungen, Foren, Werbeflyer, Filmen) oder in Diskussionen und prüfen sie auf ihre fachliche Korrektheit. Sie reflektieren über die Interessenlage der Urheber und verfassen eine Stellungnahme.
formulieren auf der Grundlage ihrer Kenntnisse eine eigene Bewertung zu einem Thema aus dem Bereich Radioaktivität (z. B. medizinische Anwendung und biologische Strahlenwirkung) und beziehen außerfachliche Aspekte mit ein.
Jahrgangsstufe 10 – Lernbereich 5: Profilbereich am NTG (ca. 28 Std.)
untersuchen selbständig experimentell grundlegende Eigenschaften von Diode und Transistor; insbesondere interpretieren sie die aufgenommene Kennlinie einer Diode. Für eine vorgegebene Anwendung bauen sie eine einfache elektrische Schaltung aus Halbleiterbauelementen und untersuchen diese selbständig.
nutzen einfache Modelle, um grundlegende Eigenschaften von Halbleitern, Diode und Transistor zu erklären.
entwickeln physikalische Fragestellungen anknüpfend an ihnen bekannte Alltagssituationen. Um diese zu beantworten, verwenden sie experimentelle Methoden oder andere fachtypische Arbeitsweisen (z. B. Computermodellierung, Mathematisierung); ggf. setzen sie hierbei den Computer als Hilfsmittel zur Erfassung und Verarbeitung von Messwerten ein. Sie vergleichen experimentelle Ergebnisse mit theoretischen Vorhersagen, erklären Abweichungen und reflektieren Möglichkeiten, die experimentelle Untersuchung zu optimieren.
dokumentieren selbständig experimentelle Untersuchungen sowie durch andere fachtypische Arbeitsweisen (z. B. Computermodellierung, Mathematisierung, Quellenarbeit oder Diskussion) gewonnene Ergebnisse. Hierbei legen sie Art und Struktur der Dokumentation nach fachlichen Gesichtspunkten selbständig fest; insbesondere wählen sie die Darstellungsformen sach- und adressatengerecht aus.
präsentieren Arbeitsergebnisse sach- und adressatengerecht in mündlichen Beiträgen, Referaten oder anhand von Dokumentationen, tauschen sich in Diskussionen über Arbeitsergebnisse aus und reflektieren hierbei den eigenen Erkenntnisweg. Sie verwenden fachsprachlich korrekte Formulierungen.
reflektieren Möglichkeiten und Grenzen der physikalischen Erkenntnisgewinnung (z. B. experimentelle Methoden, Mathematisierung, Computermodellierung), Auswirkungen physikalischer Erkenntnisse in historischen und gesellschaftlichen Zusammenhängen sowie Deutungen physikalischer Theorien. Hierbei beziehen sie bereits erworbene Fachkenntnisse sowie selbständig gewonnene Arbeitsergebnisse ein.
Jahrgangsstufe 11 – Lernbereich 1: Kreisbewegung (ca. 13 Std.)
übertragen durch Analogiebetrachtungen Größen zur Beschreibung geradliniger Bewegungen auf die Kreisbewegung. Sie erklären das Zustandekommen von Kreisbewegungen und grenzen die Zentripetalkraft von der Zentrifugalkraft ab.
formulieren ausgehend von Alltagserfahrungen und physikalischen Vorkenntnissen Hypothesen zur Abhängigkeit der Zentripetalkraft von verschiedenen Größen. Sie leiten mithilfe geometrischer Überlegungen zur Kreisbewegung einen Term für die Berechnung der Zentripetalkraft her. Zur Überprüfung dieses Ausdrucks planen sie selbständig geeignete Experimente, führen sie vorzugsweise unter Zuhilfenahme von elektronischen Sensoren durch und werten die erhaltenen Daten selbständig aus. Sie reflektieren den Erkenntnisweg, insbesondere die Relevanz des Experiments für das Überprüfen von Hypothesen, sowie das grundlegende Funktionsprinzip des verwendeten Sensors und die Genauigkeit der Ergebnisse.
führen quantitative Betrachtungen zu Kreisbewegungen in Alltag und Technik durch, wobei sie jeweils die Kraft identifizieren, die als Zentripetalkraft wirkt. Auf der Grundlage recherchierter, abgeschätzter und berechneter Werte bewerten sie u. a. kritische Situationen im Straßenverkehr und diskutieren mögliche Sicherheitsvorkehrungen. Sie stellen ihre Ergebnisse in Form einer adressatenbezogenen Stellungnahme dar.
modellieren mithilfe des Gravitationsgesetzes die Bewegung von Himmelskörpern und Satelliten als Kreisbewegung.
Jahrgangsstufe 11 – Lernbereich 2: Schwingungen und Wellen (ca. 21 Std.)
beschreiben und interpretieren Diagramme zu verschiedenen schwingungsfähigen Systemen, u. a. zum Federpendel, anhand ihrer charakteristischen Größen.
formulieren für die Schwingung eines Fadenpendels Hypothesen über die Abhängigkeit der Schwingungsdauer von anderen Größen. Zur Überprüfung dieser Hypothesen führen sie ein selbständig geplantes Experiment durch und verifizieren insbesondere den näherungsweise quadratischen Zusammenhang zwischen Periodendauer und Pendellänge mithilfe einer graphischen Auswertung. Sie benennen Ursachen für Messunsicherheiten sowie Möglichkeiten der Minimierung dieser Unsicherheiten und quantifizieren die Messunsicherheit einer mehrfach gemessenen Größe unter Verwendung geeigneter statistischer Kenngrößen.
identifizieren Longitudinal- und Transversalwellen in Alltagsbeispielen. Sie beschreiben die Ausbreitung mechanischer Wellen mithilfe eines geeigneten Modells und nutzen digitale Medien zur Veranschaulichung.
erkennen Beugung und Interferenz als typische Wellenphänomene. Sie argumentieren zur Erklärung von Alltagsphänomenen und experimentellen Beobachtungen zur Interferenz mechanischer Wellen mit dem Superpositionsprinzip. Insbesondere begründen sie das Zustandekommen von konstruktiver und destruktiver Interferenz bei zwei Wellenzentren mit dem Gangunterschied.
untersuchen monochromatisches Licht am Doppelspalt, interpretieren das Schirmbild qualitativ mithilfe des Wellenmodells und formulieren einen Zusammenhang zwischen Farbe und Wellenlänge des Lichts.
vergleichen das Photonen- und das Wellenmodell des Lichts, insbesondere unter dem Aspekt ihrer jeweiligen Anwendbarkeit.
Jahrgangsstufe 11 – Lernbereich 3: Eigenverantwortliche Arbeit an physikalischen Themen (ca. 20 Std.)
reflektieren Auswirkungen bedeutsamer Beobachtungen und physikalischer Theorien auf die Entwicklung des astronomischen Weltbilds in historischen und gesellschaftlichen Zusammenhängen. Hierfür verwenden sie physikalische und historische Kenntnisse, die sie sich selbständig aus verschiedenen Quellen erschließen.
vergleichen zu ausgewählten Aspekten des modernen astronomischen Weltbildes jeweils die Inhalte einer vorgegebenen Quelle mit Rechercheergebnissen im Internet. Sie bereiten ihre Ergebnisse unter Verwendung geeigneter Darstellungen zu einer adressatengerechten Präsentation auf.
stellen wesentliche Aussagen der speziellen Relativitätstheorie auch quantitativ dar, indem sie anhand vorgegebener Fachtexte und digitaler Lernumgebungen Gedankenexperimente nachvollziehen und sachgerecht wiedergeben. Dabei identifizieren sie in Schlussfolgerungen aus den Einstein’schen Postulaten eine Struktur physikalischer Argumentationsketten und erkennen die Verifizierung von Vorhersagen einer Theorie als eine Funktion von Experimenten.
erläutern den begrenzten Gültigkeitsbereich der klassischen Mechanik exemplarisch anhand der veränderten Vorstellung von Raum und Zeit.
diskutieren u. a. am Beispiel der „Deutschen Physik“, wie sich gesellschaftliche und politische Entwicklungen auf die Wahrnehmung und Akzeptanz physikalischer Erkenntnisse auswirken.
erläutern den Unterschied zwischen reversiblen und irreversiblen Vorgängen anhand eines selbst gewählten Beispiels und verdeutlichen, dass irreversible Vorgänge mit einer Energieentwertung verbunden sind. Sie ziehen daraus qualitative Schlussfolgerungen über Beschränkungen des Wirkungsgrades.
nehmen zu gesellschaftlich relevanten Fragen der Energieversorgung Stellung. Hierfür nutzen sie naturwissenschaftliche Daten, die sie nach vorgegebener Problemstellung berechnen oder aus unterschiedlichen Quellen selbständig recherchieren, und wägen im Rahmen einer Nutzwertanalyse Kriterien wie Wirkungsgrad, Ressourcenknappheit oder Auswirkungen auf die Umwelt gegeneinander ab. Sie entwickeln, z. B. im Rahmen eines Planspiels, eigene Positionen und begründen diese sachlich gegenüber Diskussionspartnern. Sie sind sich der Bedeutung der naturwissenschaftlichen Arbeitsweise für die Objektivierung der Energiedebatte bewusst.
Jahrgangsstufe 11 – Lernbereich 4: Profilbereich am NTG (27 Std.)
erklären, dass Bewegungen unter dem Einfluss nichtkonstanter Kräfte näherungsweise beschrieben werden können, indem eine Zerlegung in kurze Zeitabschnitte betrachtet wird, in denen die jeweilige Kraft als konstant angenommen wird.
führen die Methode der kleinen Schritte unter Zuhilfenahme einer geeigneten Software für verschiedene Bewegungsabläufe selbständig durch. Sie interpretieren die hierbei gewonnenen Zeit‑Weg‑, Zeit‑Geschwindigkeit‑ und Zeit‑Beschleunigung-Diagramme, diskutieren die Güte dieser Methode und vergleichen Ergebnisse einer Simulation mit dem entsprechenden Realexperiment.
gewinnen Erkenntnisse über das Verhalten eines physikalischen Systems durch Untersuchung der Abhängigkeit der Ergebnisse seiner Simulation von den gewählten Parametern, z. B. Abhängigkeiten der Schwingungsdauer einer Federschwingung.
erläutern die Relevanz der Methode der kleinen Schritte in unterschiedlichen aktuellen Forschungsgebieten oder im Ingenieurwesen und erkennen dabei die Bedeutung der Physik für andere Wissenschaften.
untersuchen experimentell die U‑I‑Kennlinie einer Solarzelle in Abhängigkeit von der Bestrahlungsstärke und ermitteln den Maximum‑Power‑Point. Sie erkennen die Untersuchung der physikalischen Eigenschaften eines Objekts als eine Funktion physikalischer Experimente.
erläutern die grundlegende Funktionsweise und die Bedeutung technischer Komponenten in Photovoltaikanlagen.
bewerten den Nutzen photovoltaischer Anlagen, indem sie eigene experimentelle Ergebnisse sowie Informationen aus Sachtexten, Tabellen und Diagrammen verwenden. Sie führen hierbei Abschätzungen und Berechnungen durch und beziehen außerfachliche Aspekte (z. B. ökologische, ökonomische, gesellschaftliche) ein.
entnehmen einer Diskussion oder einem Vortrag bzw. einer Veröffentlichung wesentliche fachliche Inhalte, Argumentationsmuster und Interessenlagen des Sprechers bzw. Autors.
reflektieren im Rahmen eines gesellschaftlich kontrovers diskutierten Themas Bewertungen, die sie Veröffentlichungen oder Diskussionen entnehmen, hinsichtlich der Güte des durchgeführten Bewertungsprozesses und der Korrektheit verwendeter physikalischer Belege.
reflektieren die Verantwortung der naturwissenschaftlichen Forschungsgemeinschaft und des einzelnen Naturwissenschaftlers für Gesellschaft und Politik.
formulieren in Bezug auf ein gesellschaftlich kontrovers diskutiertes Thema eine physikalisch fundierte Stellungnahme zu einer Diskussion, Präsentation oder Veröffentlichung.
präsentieren fachliche Informationen oder Forschungsergebnisse sach- und adressatengerecht unter Verwendung geeignet gewählter Darstellungsformen und Medien.
extrahieren z. B. aus Ausstellungen, Veröffentlichungen oder Vorträgen unterschiedliche Wege naturwissenschaftlicher Erkenntnisgewinnung und stellen Vergleiche an.
führen einen Prozess der physikalischen Erkenntnisgewinnung an einem Beispiel selbst durch und interpretieren die Relevanz ihrer Ergebnisse z. B. für ihren Alltag oder die Wissenschaft.
führen selbständig hypothesengeleitet experimentelle Untersuchungen zu Alltagssituationen durch. Bei der Messwerterfassung, zur Auswertung und zur Darstellung ihrer Ergebnisse verwenden sie zielgerichtet auch digitale Werkzeuge. Sie ziehen Schlussfolgerungen aus den Resultaten ihrer Untersuchungen.
vertiefen physikalische Modellvorstellungen unter Einbeziehung moderner Forschungsergebnisse. Sie nutzen Modellierungen insbesondere in technischen Kontexten und reflektieren sowohl die Leistungsfähigkeit als auch die Gültigkeitsgrenzen dieser Modelle.
erörtern Gesundheitsrisiken und Sicherheitsfragen in Alltagskontexten sowie bei der Nutzung digitaler Technologien (z. B. digitale Kommunikation) und entwickeln auf Grundlage ihrer physikalischen Kenntnisse und außerphysikalischer Gesichtspunkte Handlungsoptionen für ihre eigene Lebensgestaltung.
