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Lernbereich 1: Licht und seine Eigenschaften 17 Ustd.
Einblick gewinnen in den Gegenstand der Physik und der Astronomie
Kennen von Phänomenen der Lichtausbreitung: Einteilung der Körper (Lichtquellen und beleuchtete Körper, lichtdurchlässige und lichtundurchlässige Körper); Ausbreitungseigenschaften des Lichts (allseitig, geradlinig, Umkehrung des Lichtwegs); SE: Schattenbildung (Konstruktion von Schattenräumen, Finsternisse, Mondphasen)
Anwenden der Kenntnisse auf die Reflexion des Lichts: Reflexion am ebenen Spiegel; SE: Reflexionsgesetz α = α'; Reflexion an gekrümmten Spiegeln
Anwenden der Kenntnisse auf die Brechung des Lichts: SE: Brechungsgesetz qualitativ; Strahlengang am Prisma
Übertragen der Kenntnisse über die Bildentstehung an Sammellinsen auf einfache optische Geräte: Strahlengang an Sammellinsen; SE: Bilder an Sammellinsen; Experimente zu einfachen optischen Geräten
Einblick gewinnen in die digitale Bildentstehung
Lernbereich 2: Eigenschaften und Bewegungen von Körpern 14 Ustd.
Einblick gewinnen in den Aufbau der Körper aus Teilchen: Teilchenvorstellung als Modell; Unterschiede zwischen Körpern verschiedener Aggregatzustände
Beherrschen der Bestimmung von Volumen und Masse: physikalische Größen als Produkt aus Zahlenwert und Einheit; SE: Volumenbestimmung; Unbestimmtheit des Volumens gasförmiger Körper; SE: Massebestimmung
Anwenden der Kenntnisse auf die physikalische Größe Dichte: ρ = m/V; SE: Dichtebestimmung
Beurteilen von Bewegungen: Merkmale (geradlinige Bewegung, Kreisbewegung, Schwingung, gleichförmig, ungleichförmig); Messen von Weg s und Zeit t; physikalische Größe Geschwindigkeit (Geschwindigkeiten in Natur und Technik, Durchschnittsgeschwindigkeit, v = s/t, SE: Geschwindigkeitsbestimmung, s(t) - Diagramm für gleichförmige Bewegungen, s ~ t, Protokollieren)
Einblick gewinnen in Entfernungen und Geschwindigkeiten in der Astronomie
Lernbereich 3: Temperatur und Zustand von Körpern 14 Ustd.
Kennen der physikalischen Größe Temperatur: Notwendigkeit der Messung; Formelzeichen und Einheit für Celsius-Skala; Zusammenhang von Temperatur und Teilchenbewegung
Beherrschen der Temperaturmessung: SE: Temperaturverlauf mit ϑ(t)- Diagramm
Anwenden der Kenntnisse zu temperaturbedingter Längen- bzw. Volumenänderung: Volumenänderung von Flüssigkeiten; Längenänderung fester Stoffe; Abhängigkeit vom Stoff
Anwenden der Kenntnisse auf Temperaturmessung: Aufbau und Funktionsprinzip eines Flüssigkeitsthermometers; Messgrößenwandlung; weitere Thermometerarten und Möglichkeiten der Temperaturbestimmung; Messbereich verschiedener Thermometer
Kennen der Aggregatzustandsänderungen: Abhängigkeit des Aggregatzustands vom Stoff und von der Temperatur; Schmelzen, Erstarren, Schmelztemperatur; Sieden, Kondensieren, Siedetemperatur; Verdunsten; Anwendungen in Natur und Technik
Lernbereich 4: Elektrische Stromkreise 5 Ustd.
Sich positionieren zur Bedeutung des elektrischen Stroms: Wirkungen und deren Anwendung; Gefahren beim Umgang mit elektrischem Strom; Leiter und Isolatoren
Beherrschen des Aufbaus von Stromkreisen nach Schaltplänen: Bestandteile; Arten von Stromkreisen (SE: einfacher Stromkreis, verzweigte und unverzweigte Stromkreise)
Wahlbereich 1: Sehen und Fotografieren
Anwenden der Kenntnisse zur Optik auf Fotoapparat und Auge: Nachgestaltung des Aufbaus und Erkundung der Wirkungsweise im Experiment; Vergleich von Auge und Fotoapparat; Bau einer Lochkamera
Wahlbereich 2: Wärmedämmung
Anwenden der Kenntnisse auf den Wärmehaushalt von Häusern: Auffinden von Wärmeverlusten; experimentelle Untersuchung von Möglichkeiten zur Wärmedämmung (Wärmeleitung in Abhängigkeit von Material und Schichtdicke); praktische Umsetzung
Wahlbereich 3: Farben
Einblick gewinnen in die Entstehung der Farben: Zerlegung weißen Lichts durch Brechung; additive und subtraktive Farbmischung; Wahrnehmung der Körperfarbe bei Bestrahlung mit farbigem Licht
Lernbereich 1: Kräfte 22 Ustd.
Kennen der physikalischen Größe Kraft: Bewegungs- und Formänderung bei der Wechselwirkung von zwei Körpern; Darstellung durch Pfeile; Gewichtskraft, g ≈ 10N/kg; Vergleich der Gewichtskräfte auf Erde und Mond
Kennen des Hooke’schen Gesetzes: SE: Hooke’sches Gesetz; Interpretieren von Diagrammen (Nachweis der direkten Proportionalität von Kraft und Längenänderung, Federkonstante)
Anwenden des Hebelgesetzes auf Dinge aus Alltag, Natur und Technik: SE: Untersuchung von F₁·l₁ = F₂·l₂
Übertragen der Kenntnisse über Kräfte auf die Reibung: Abhängigkeit von Gewichtskraft und Beschaffenheit der reibenden Flächen; SE: Messen von Reibungskräften
Kennen der magnetischen Kraftwirkungen: anziehende und abstoßende Kräfte; Magnetpole; Anwendungen von Dauer- und Elektromagneten
Einblick gewinnen in die Darstellung magnetischer Felder: magnetisches Feld als Vermittler der Kräfte; Feldlinienbilder
Kennen der elektrostatischen Kraftwirkungen: abstoßende und anziehende Kraftwirkungen; elektrostatische Ladung
Einblick gewinnen in die Darstellung elektrostatischer Felder: elektrisches Feld als Vermittler der Kräfte; Feldlinienbilder
Anwenden der Kenntnisse über Kräfte auf Sachverhalte aus Alltag, Natur und Technik: Nachweis und Messung von Kräften
Lernbereich 2: Stromstärke und Spannung in Stromkreisen 18 Ustd.
Einblick gewinnen in das Phänomen der Leitung in Metallen, Flüssigkeiten und Gasen
Kennen der physikalischen Größe elektrische Stromstärke: Deuten mit Modell der Elektronenleitung für metallische Leiter; Gesetze der Stromstärke (unverzweigter Stromkreis, I = I₁ =I₂, verzweigter Stromkreis, I_ges = I₁+I₂)
Kennen der physikalischen Größe Spannung: Spannungsquellen; Gesetze der Spannung (unverzweigter Stromkreis, U_ges = U₁+U₂, verzweigter Stromkreis, U = U₁ = U₂)
Beherrschen des Messens von Stromstärken und Spannungen: SE: Messen von Spannungen und Stromstärken in verzweigten und unverzweigten Stromkreisen; Messunsicherheiten
Lernbereich 3: Energiewandler 10 Ustd.
Kennen der Energie: Grundlage für das Betreiben von Maschinen und Geräten; Grundlage für Bewegungsänderung, Verformung, Erwärmung und Leuchten von Körpern
Anwenden der Energieformen beim Beschreiben von Energieumwandlung bzw. Energieübertragung: kinetische und potentielle Energie, thermische Energie, chemische Energie, elektrische Energie, Strahlungsenergie; potentielle Energie Eₚₒₜ=F_G·h
Anwenden des Gesetzes von der Erhaltung der Energie auf Beispiele aus der Mechanik
Einblick gewinnen in den Wirkungsgrad von Energiewandlern: Wirkungsgrad von Geräten und Anlagen
Kennen der physikalischen Größe Leistung: P = E/t, E als umgewandelte Energie; Leistung beim Heben von Körpern
Übertragen der Kenntnisse über Energieumwandlungen und Leistung auf neue Sachverhalte: Experimentieren mit Energiewandlern; Recherche über Energiewandler
Wahlbereich 1: Kraftwandler – früher und heute
Anwenden der Kenntnisse über kraftumformende Einrichtungen: Archimedes’sche Schraube, Seilmaschinen im Altertum; Fahrrad; Krananlagen, Personenaufzüge; Goldene Regel der Mechanik
Wahlbereich 2: Elektrische Schaltungen
Beherrschen des Aufbaus elektrischer Schaltungen: Wiedererkennen von Elementen einfacher Stromkreise an Beispielen aus dem Alltag; Bauen einer Anwendung
Wahlbereich 3: Vom Fliegen
Einblick gewinnen in den dynamischen Auftrieb: historische Entwicklung des Fliegens; Auftrieb durch Kräfte am Tragflügel; Kräfte beim Fliegen
Lernbereich 1: Mechanik der Flüssigkeiten und Gase 10 Ustd.
Kennen der physikalischen Größe Druck: Druck in Gasen und Flüssigkeiten; Kolbendruck p = F/A
Kennen des Schweredrucks in Flüssigkeiten: Ursachen und Eigenschaften; p = ρ·g·h
Anwenden der Kenntnisse zum Schweredruck auf den Auftrieb von Körpern in Flüssigkeiten: Archimedes’sches Gesetz
Übertragen der Kenntnisse zu Eigenschaften des Schweredrucks in Flüssigkeiten auf den Luftdruck: statischer Auftrieb in Luft
Lernbereich 2: Thermische Energie und Klimaphysik 17 Ustd.
Kennen der physikalischen Größen thermische Energie und Wärme: Deuten der thermischen Energie im Teilchenbild; absolute Temperatur; Änderung der thermischen Energie durch Wärme (Q = m·c·∆T); thermische Energie und Aggregatzustandsänderungen (Umwandlungstemperatur, Umwandlungswärme)
Kennen der Möglichkeiten zur Übertragung von thermischer Energie: Leitung, Strahlung, Strömung
Kennen der Grundlagen der Klimaphysik: Strahlungshaushalt der Erde; natürlicher und anthropogener Treibhauseffekt
Lernbereich 3: Eigenschaften elektrischer Bauelemente 15 Ustd.
Kennen der physikalischen Größe elektrischer Widerstand: Eigenschaft eines Bauelements; R = U/I; SE: Widerstandsbestimmung
Kennen des Widerstandsgesetzes: R = ρ·l/A, Gültigkeitsbedingung; Experiment zur Erkenntnisgewinnung
Einblick gewinnen in den Einfluss der Temperatur auf den elektrischen Widerstand von Metallen und Halbleitern
Kennen des Zusammenhangs zwischen Stromstärke und Spannung für verschiedene Bauelemente: SE: I(U) - Kennlinie verschiedener Bauelemente; Ohm’sches Bauelement, Ohm’sches Gesetz I ~ U (T = konst.)
Anwenden der Kenntnisse über umgewandelte elektrische Energie und Leistung: E = U·I·t; P = U·I; Energieumwandlung, Entwertung elektrischer Energie, Energiespeicherung
Lernbereich 4: Selbstständiges Experimentieren 8 Ustd.
Kennen der Gesetze der Widerstände in Stromkreisen: R_ges = R₁+R₂; 1/R_ges = 1/R₁+1/R₂
Anwenden regelbarer Widerstände: Potentiometerschaltung; Messunsicherheiten und deren Auswirkung auf das Messergebnis
Gestalten einer Experimentieranordnung auch unter Nutzung digitaler Werkzeuge zur Erfassung und Auswertung von Messwerten
Beurteilen der beim Experimentieren gewonnenen Lernerfahrungen
Wahlbereich 1: Vom Ballonfahren
Anwenden der Kenntnisse zum statischen Auftrieb auf das Ballonfahren: historische Entwicklung; Wirkprinzip des statischen Auftriebs in Gasen (Prinzip des Heißluftballons, Prinzip des Luftschiffs); Bau eines Modells
Wahlbereich 2: Kühlschrank und Wärmepumpe
Anwenden der Kenntnisse auf das Wirkprinzip von Kühlschrank und Wärmepumpe: Richtung der Wärmeübertragung „von selbst“ und durch Aufwenden von Energie; Aufbau eines Kühlschranks und einer Wärmepumpe; Arbeit des Kompressors (Umwandlungswärme beim Sieden bzw. Kondensieren, Druckabhängigkeit der Siedetemperatur)
Wahlbereich 3: Elektrisches Messen nichtelektrischer Größen
Anwenden der Kenntnisse über Eigenschaften von Bauelementen zum elektrischen Messen: Thermistor; SE: Temperaturkurve eines Thermistors; Bau einer Messeinrichtung für eine weitere Größe
Lernbereich 1: Grundlagen der Elektronik 8 Ustd.
Einblick gewinnen in die Vielfalt elektronischer Bauelemente
Anwenden der Kenntnisse und Fertigkeiten beim Experimentieren: SE: charakteristische Eigenschaften ausgewählter Halbleiterbauelemente (Halbleiterdiode, Solarzelle); rechnergestütztes Erfassen und Auswerten von Messwerten; Ableiten von Schlussfolgerungen zur Nutzung der Bauelemente
Kennen prinzipieller Leitungsmechanismen bei Halbleitern: reine und dotierte Halbleiter; Paarbildung, Rekombination; n- und p-Leitung
Anwenden der Kenntnisse auf einfache Schaltungen
Lernbereich 2: Energieversorgung 21 Ustd.
Übertragen der Kenntnisse über Energie auf Möglichkeiten der Energiebereitstellung: Energieversorgung als Problem der Menschen; Übertragung, Umwandlung, Erhaltung und Entwertung von Energie; Bereitstellung elektrischer Energie durch Kraftwerke (Kraftwerksarten, Kraftwerksprozess); Umgang mit Energie
Anwenden der Kenntnisse zur elektromagnetischen Induktion auf die Bereitstellung und den Transport elektrischer Energie: magnetisches Feld (Wirkung magnetischer Kräfte, Feldlinienbilder); elektromagnetische Induktion (Induktion durch Änderung der wirksamen Spulenfläche, Induktion durch Änderung des Magnetfelds); Parameter, von denen der Betrag der Induktionsspannung abhängt; Wechselstromgenerator; Transformator (Spannungsübersetzung, U₁/U₂ = N₁/N₂, Energieübertragung mittels Hochspannung)
Einblick gewinnen in die Nutzung der Energie der Atomkerne: Atomkern (Protonen, Neutronen, Kernbindungskräfte, isotope Kerne); Radioaktivität (Strahlungsarten, Kernumwandlungen); Kernreaktor (Kernspaltung, Massendefekt, Kettenreaktion, Aufbau und Wirkungsweise)
Sich positionieren zu den Vor- und Nachteilen verschiedener Kraftwerksarten: Vergleich von Kraftwerksarten; Chancen und Risiken der Kernenergie; Energienutzung und Umweltbelastung
Lernbereich 3: Bewegungsgesetze 13 Ustd.
Kennen des Begriffs Bewegung: Bezugssystem und Relativität der Bewegung; Bewegung als Ortsänderung in einer Zeit; Modell Massepunkt
Beherrschen des Umgangs mit Größen und Gesetzen der Kinematik: Unterscheidung von Durchschnitts- und Augenblicksgeschwindigkeit (v = (∆s)/(∆t) ; grafische Deutung); geradlinig gleichförmige Bewegung (s(t) = v·t); geradlinig gleichmäßig beschleunigte Bewegung (a = (∆v)/(∆t), s(t) = a/2t²; v(t) = a·t)
Übertragen der Kenntnisse über Bewegungsgesetze auf den freien Fall: g als Fallbeschleunigung; Würdigung Galileo Galileis
Lernbereich 4: Physikalisches Praktikum 8 Ustd.
Anwenden des Wissens beim Lösen von Aufgaben aus Mechanik und Elektrik: elektrische Schaltungen; Nutzung digitaler Werkzeuge zur Erfassung und Auswertung von Messwerten; grafische Deutung kinematischer Größen in Diagrammen (Beschleunigung als Anstieg der Geraden im v(t) -Diagramm, Weg als Fläche unter dem Graphen im v(t) -Diagramm)
Problemlösen bei komplexen experimentellen Anforderungen: Entwickeln von Experimentieranordnungen; Bearbeiten von Erklärungsproblemen
Wahlbereich 1: Natürliche Radioaktivität
Sich positionieren zur Radioaktivität in Natur und Technik: Entdeckung der Radioaktivität; Aufbau und Wirkungsweise des Geiger-Müller-Zählrohrs; Eigenschaften radioaktiver Strahlung (Durchdringungsvermögen, Reichweite); Radioaktivität als Umweltfaktor, Nulleffekt; Anwendungen radioaktiver Präparate in Medizin und Technik
Wahlbereich 2: Energie von Wind und Sonne
Sich positionieren zur Nutzbarkeit der Energie von Wind und Sonne: Aufbau und Wirkprinzip einer Windkraftanlage; thermische Nutzung der Solarenergie; Fotovoltaik; Vor- und Nachteile
Wahlbereich 3: Bewegungen auf gekrümmten Bahnen
Anwenden von Gesetzen der Kinematik und Dynamik auf Bewegungen auf gekrümmten Bahnen: gleichförmige Kreisbewegung (Bahngeschwindigkeit, v = (2π·r)/T, Radialkraft, Fᵣ = (m·v²)/r); Satellitenbahnen
Lernbereich 1: Newton’sche Gesetze und deren Anwendung 7 Ustd.
Kennen der Newton’schen Gesetze: F=m·a; Würdigung Isaac Newtons; SE: Ermitteln von Beschleunigungen; Trägheitsgesetz und Wechselwirkungsgesetz; Superposition von Kräften, lex quarta (geneigte Ebene)
Beurteilen von Gefahren im Straßenverkehr bei Bremsvorgängen: Bremsverzögerung; Bremsweg; Bremskraft
Lernbereich 2: Mechanische Schwingungen und Wellen 10 Ustd.
Beherrschen des Arbeitens mit physikalischen Größen zur Beschreibung mechanischer Schwingungen: Entstehen einer Schwingung; Auslenkung, Amplitude, Periodendauer, Frequenz; gedämpfte und ungedämpfte Schwingungen (Energieumwandlungen, y(t) - Diagramm)
Anwenden der Gleichung zur Berechnung der Periodendauer bei Fadenpendel und Federschwinger: SE: Erarbeiten eines Zusammenhangs; T = 2·π·√(l/g) und T = 2·π·√(m/D)
Kennen der Merkmale von Eigenschwingungen und erzwungenen Schwingungen sowie der Resonanz
Beherrschen des Arbeitens mit physikalischen Größen zur Beschreibung mechanischer Wellen: Auslenkung, Amplitude, Wellenlänge, Frequenz, Ausbreitungsgeschwindigkeit (v = λ·f, y(s) - Diagramm)
Einblick gewinnen in die Akustik: Zusammenhang Tonhöhe – Frequenz; Zusammenhang Lautstärke – Amplitude
Einblick gewinnen in die Ausbreitungseigenschaften Reflexion, Beugung und Brechung
Kennen der Interferenz mechanischer Wellen: Interferenz zweier Kreiswellen
Lernbereich 3: Kosmos, Erde und Mensch 18 Ustd.
Kennen wesentlicher Eigenschaften ausgewählter Körper des Sonnensystems: Sonne (Aufbau, Strahlungsleistung, Energiefreisetzung); Planeten, Erdmond
Kennen grundlegender Methoden zur Orientierung am Himmel: scheinbare Himmelshalbkugel; Sternbilder; scheinbare Bahnen der Gestirne
Einblick gewinnen in die Wandlung unserer Weltsicht vom Altertum bis zur Gegenwart: geozentrisches und heliozentrisches Weltbild (Kepler’sche Gesetze, Gravitationsgesetz F~ (m₁·m₂)/r²); moderne Weltsicht
Kennen wichtiger Methoden der Erkenntnisgewinnung in der Astronomie: Beobachtung (Beobachtungsabend); Licht als Informationsquelle; Beobachtungstechnik; Auswertung der Strahlung von Gestirnen (Prinzip der trigonometrischen Entfernungsbestimmung, Spektralanalyse, Photosphärentemperatur, Strahlungsleistung, Interpretation des Hertzsprung-Russell-Diagramms, Vergleich der Sonne mit anderen Sternen)
Problemlösen bei einer astronomiebezogenen Fragestellung
Lernbereich 4: Licht als Strahl und Welle 9 Ustd.
Anwenden der Gesetze der Lichtausbreitung auf optische Phänomene: Brechungsgesetz (sinα/sinβ = c₁/c₂, Grenzwinkel der Totalreflexion); Dispersion; Farbzerlegung des weißen Lichts
Übertragen der Kenntnisse mechanischer Wellen auf Licht: gleichförmige Ausbreitung des Lichts, c = λ·f; Interferenz am Doppelspalt und am Gitter (tan αₖ = sₖ/e ; sin αₖ = (k·λ)/b, Bestimmen der Wellenlänge einfarbigen Lichts); SE Beugung am Doppelspalt und am Gitter
Einblick gewinnen in das elektromagnetische Spektrum
Lernbereich 5: Physikalisches Praktikum 6 Ustd.
Anwenden der Kenntnisse über die experimentelle Methode in der Physik beim selbstständigen Erarbeiten neuen Wissens: 1/f = 1/g+1/b ; G/B = g/b
Problemlösen bei komplexen experimentellen Anforderungen: Entwickeln von Experimentieranordnungen auch unter Nutzung digitaler Werkzeuge zur Erfassung und Auswertung von Messwerten; Bearbeiten von Erklärungsproblemen
Wahlbereich 1: Fernrohre
Anwenden der Kenntnisse zur Reflexion und Brechung des Lichts auf die Wirkungsweise von Fernrohren: historische und gegenwärtige Möglichkeiten der Himmelsbeobachtung; Aufbau, Strahlengang und Bildentstehung bei Linsen- und Spiegelfernrohren; Vergrößerung f_ob/fₒₖ; Lichtsammelvermögen; Auflösungsvermögen
Wahlbereich 2: Kommunikation mit elektronischen Medien
Einblick gewinnen in das Prinzip der Informationsübertragung mit Hertz’schen Wellen: Informationsaufbereitung; Modulation; Demodulation; technische Anwendungen
Sich positionieren zur Rolle elektronischer Medien in der Gesellschaft
Wahlbereich 3: Fernsehbildtechnik
Kennen des Aufbaus und der Entstehung von Fernsehbildern: Aufbau des Fernsehbilds; Aufbau und Funktionsweise einer Bildschirmart
Lernbereich 1: Mechanische Grundlagen 8 Ustd.
Anwenden des Energieerhaltungssatzes auf reibungsfreie mechanische Systeme: kinetische und potentielle Energie (Eₖᵢₙ = m/2·v², Eₚₒₜ = m·g·h); Reibung und Bewegung auf horizontaler und geneigter Ebene
Anwenden der physikalischen Größe Kraft: Superposition der Kräfte; dynamische Betrachtung von Bewegungen (geradlinige Bewegungen, F=m·a, Kreisbewegung, Radialkraft Fᵣ=(m·v²)/r , gleichförmige Kreisbewegung, v=(2·π·r)/T)
Lernbereich 2: Elektrisches Feld 16 Ustd.
Kennen des Feldkonzeptes zur Beschreibung von Wechselwirkungen: elektrische Ladung Q; Begriff des Feldes am Beispiel des elektrischen Feldes; grundlegende Eigenschaften elektrischer Felder (Feldlinienmodell, Struktur elektrischer Felder, Elektrisches Feld – Dipolfeld, Quelle und Senke); elektrische Feldstärke E=F/q
Anwenden der Kenntnisse auf die Untersuchung spezieller Felder – Superposition: homogenes Feld, Radialfeld; zeichnerische Addition zweier elektrischer Feldstärkevektoren
Kennen der Eigenschaften von Kondensatoren: Kapazität C=Q/U; Plattenkondensator, E=U/d , C=ε₀·εᵣ·A/d
Anwenden von Kondensatoren: Energiespeicher, Eₑₗ=1/2·C·U² , Sensor; Auf- und Entladen (Einfluss der Parameter R und C); SE: zeitlicher Verlauf der Stromstärke für das Entladen (elektrischer Strom als gerichtete Bewegung von geladenen Teilchen, Stromstärke I=dQ/dt, I₍ₜ₎=I₀e^(-(1/(R·C))·t))
Einblick gewinnen in Energieumwandlungen im homogenen elektrischen Feld: ΔEₚₒₜ=q·E·s (q·U=ΔEₖᵢₙ , Einheit 1 eV, potentielle Energie einer Probeladung)
Lernbereich 3: Magnetisches Feld 8 Ustd.
Übertragen des Feldkonzeptes auf die Beschreibung der Umgebung von Permanentmagneten und stromdurchflossenen Leitern: grundlegende Eigenschaften magnetischer Felder (Feldlinienmodell, Struktur magnetischer Felder, magnetische Flussdichte B ⇀ , B=F/(I·l))
Anwenden der Kenntnisse auf die Untersuchung spezieller Felder, Superposition: homogenes Feld; einfache nicht homogene Felder; Feld um einen geraden stromdurchflossenen Leiter
Kennen der Eigenschaften von Spulen: Flussdichte im Innenraum einer langen schlanken Spule B=μ₀·μᵣ·(N·I)/l; Materie im magnetischen Feld; SE: Flussdichte im Innenraum einer Spule
Anwenden von Spulen
Lernbereich 4: Geladene Teilchen bzw. Körper in statischen Feldern 12 Ustd.
Übertragen der Kenntnisse über Kinematik, Dynamik und Energie auf die Bewegung geladener Teilchen in homogenen elektrischen und magnetischen Feldern: Kräfte auf geladene Teilchen im homogenen magnetischen Feld; Lorentzkraft auf freie Ladungen (F_L=q·v·B (v⊥B) , Lorentzkraft als Radialkraft, Kreisbahnen r=vₛ/(B·q/m)); Kräfte auf geladene Teilchen im homogenen elektrischen Feld (Millikan-Versuch, Beschleunigung im Längsfeld, Ablenkung im Querfeld, parabelförmige Bahn, Superposition)
Lernbereich 5: Elektromagnetische Felder 8 Ustd.
Kennen des Induktionsgesetzes: Betrag der Induktionsspannung durch zeitliche Änderung der wirksamen Fläche U_ind=N·B·ΔA/Δt, A=A₀·cosϕ; Betrag der Induktionsspannung durch zeitliche Änderung der magnetischen Flussdichte U_ind=N·A·ΔB/Δt; Induktion durch Änderung des magnetischen Flusses (magnetischer Fluss Φ=B·A, U_ind=N·ΔΦ/Δt)
Anwenden des Energieerhaltungssatzes auf Induktionsvorgänge: Lenz’sches Gesetz; Induktionsgesetz U_ind=-N·ΔΦ/Δt
Wahlbereich 1: Leitungsvorgänge in Halbleitern
Einblick gewinnen in die Grundlagen der Leitungsvorgänge in Halbleitern: Erklärung der elektrischen Leitungsvorgänge (Bandaufspaltung im Festkörper, Eigenleitung, n- und p-Leitung); Vorgänge im pn-Übergang im Bändermodell; SE: Halbleiterdiode
Beurteilen der Möglichkeiten des Einsatzes von Bipolar- und Unipolartransistor: npn-Bipolartransistor und MOSFET (Wirkprinzipien, Kennlinien); Schaltungsbeispiele
Wahlbereich 2: Messen und Modellieren
Kennen der Möglichkeit, Messreihen mit Modellen zu vergleichen: Erfassen und Auswerten von Messreihen mit Hilfe der Videoanalyse; computergestütztes Erfassen und Auswerten von Messschnittstellen
Wahlbereich 3: Relativität von Zeit und Raum
Einblick gewinnen in die Relativität von Zeit und Raum: Postulate der Relativitätstheorie (Relativitätsprinzip, Addition von Geschwindigkeiten in Inertialsystemen); Belege zur Relativität von Zeit und Strecke in Inertialsystemen (Relativität der Gleichzeitigkeit, Zeitdilatation, Längenkontraktion); Belege zur Wirkung der Gravitation auf das Licht
Lernbereich 1: Mechanische und elektromagnetische Schwingungen und Wellen 12 Ustd.
Kennen der zur Beschreibung harmonischer, mechanischer Schwingungen erforderlichen charakteristischen Größen und ihrer Zusammenhänge: y(t)=yₘₐₓ·sin(ω·t) , v(t)=vₘₐₓ·cos(ω·t) , a(t)=-aₘₐₓ·sin(ω·t); ω=2·π·f=(2·π)/T; Federpendel (lineares Kraftgesetz, F=-D·y, T=2·π·√(m/D), Federspannenergie Eₛₚ=1/2D·s²)
Übertragen der Kenntnisse auf elektromagnetische Schwingungen: Schwingkreis
Kennen der zur Beschreibung harmonischer, mechanischer Wellen erforderlichen charakteristischen Größen und ihrer Zusammenhänge: Erzeugung, Ausbreitung; Transversal- und Longitudinalwellen, lineare Polarisation
Anwenden der Eigenschaften Reflexion, Brechung, Beugung und Interferenz auf die Ausbreitung von Wellen: Wellenfront und Wellennormale, Phasengeschwindigkeit v=λ·f; Reflexions- und Brechungsgesetz sinα/sinβ=v₁/v₂
Anwenden der Interferenz auf stehende transversale Wellen: Überlagerung von Wellen im eindimensionalen Fall (Bäuche und Knoten, Wellenlängenbestimmung)
Übertragen der Kenntnisse auf elektromagnetische Wellen: Spektrum elektromagnetischer Wellen; Hertz’sche Wellen und Mikrowellen; Licht als elektromagnetische Welle (Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichts, Lichtstrahl als Wellennormale); Nachweis des Reflexions- und Brechungsgesetzes für Licht, n = c₀/c, (sin α)/(sin β) = n₂/n₁; Beugung und Interferenz von Licht (Interferenz am Doppelspalt und am Gitter auch mit polychromatischem Licht, für die Lage der Maxima gilt: tan αₖ = sₖ/e ; sin αₖ = (k·λ)/b, Interferenz am Einzelspalt mit monochromatischem Licht für die Lage der Maxima (außer 0. Ordnung) gilt: tanαₖ=sₖ/e, sinαₖ=((2·k+1)·λ)/(2·d), SE: Wellenlänge von Licht); Licht als transversale Wellenerscheinung, Polarisation
Lernbereich 2: Praktikum Optik und Schwingungen 6 Ustd.
Problemlösen durch Experimentieren: Aufgaben aus den Bereichen mechanische und elektromagnetische Schwingungen und Optik auch unter Nutzung digitaler Werkzeuge zur Erfassung und Auswertung von Messwerten
Beherrschen der Analyse von Messunsicherheiten: Unterscheidung: systematische und zufällige Messunsicherheiten; qualitative Diskussion
Lernbereich 3: Quantenobjekte 20 Ustd.
Kennen der Zusammenhänge der Größen Energie, Impuls, Frequenz und Wellenlänge zur Beschreibung von Photonen als Quantenobjekte: äußerer lichtelektrischer Effekt (experimentelle Ergebnisse, Einsteins Lichtquantenhypothese, Photonenmodell, Energie eines Photons E=h·f, Energiebilanz h·f=Eₖᵢₙ+W_A , Einstein’sche Gerade, Gegenfeldmethode, Grenzfrequenz, Experiment zur Bestimmung von h); Impuls des Photons p=h/λ (Äquivalenz von Energie und Masse)
Übertragen der Kenntnisse auf andere Quantenobjekte: Beugung; De-Broglie-Wellenlänge λ=h/p; Unterschiede zu Photonen
Kennen grundlegender Aspekte der Quantentheorie: Stochastische Vorhersagbarkeit (Interferenz und Superposition, Determiniertheit der Zufallsverteilung, Komplementarität); Quantenphysikalisches Weltbild (Besonderheiten des quantenphysikalischen Messprozesses, Realität, Lokalität, Kausalität, Determinismus, Komplementarität von Weginformation und Interferenzfähigkeit, Problematik der Übertragung von Begriffen aus der Anschauungswelt in die Quantenphysik)
Lernbereich 4: Atomvorstellungen 6 Ustd.
Einblick gewinnen in die Entwicklung der Atomvorstellungen: Bohr’sches Atommodell, Postulate
Kennen des Zusammenhangs von Energieniveauschema und diskretem Spektrum: diskrete Energiezustände in der Atomhülle (quantenmechanisches Atommodell, Orbitale des Wasserstoffatoms als Veranschaulichung der Nachweiswahrscheinlichkeiten für das Elektron); experimentelle Befunde zum Energieaustausch mit Atomen (quantenhafte Emission, quantenhafte Absorption)
Kennen des Prinzips der Entstehung, der Eigenschaften und der Nutzung der Laserstrahlung
Wahlbereich 1: Anwendungen der Physik
Übertragen physikalischer Kenntnisse über Wellen auf Anwendungen in Technik und Medizin: Wellenlänge von Schallwellen, Doppler-Effekt für Schallwellen; Sichtbarmachen von Gewebe durch Ultraschall (Laufzeitunterschiede, Frequenzverschiebung); Erzeugung und Eigenschaften der Röntgenstrahlung (Untersuchung von Schweißnähten, Computertomographie)
Wahlbereich 2: Radioaktivität
Beurteilen der Radioaktivität als Erscheinung der Natur: Strahlungsarten α, β, γ; Quellen natürlicher Radioaktivität, Nulleffekt
Anwenden der Kenntnisse zu Eigenschaften von Atomkernen auf Kernumwandlungen: A, Z, N von Isotopen in der Nuklidkarte; Kernumwandlungsgleichungen (Alpha-Zerfall, Beta-Zerfall, Neutrino)
Anwenden der Kenntnisse bei der Nutzung radioaktiver Strahlung: Zerfallsgesetz, Halbwertszeit N(t)=N₀·e^(-λ·t); Aktivität A=-dN/dt
Lernbereich 1: Erhaltungssätze und ihre Anwendungen 12 Ustd.
Anwenden des Energieerhaltungssatzes auf Bewegungsvorgänge: Existenzformen mechanischer Energie; abgeschlossene Systeme; Energieumwandlungen
Kennen der physikalischen Größe mechanische Arbeit: W =∆E; W = F·s·cosα; grafische Ermittlung
Übertragen der Kenntnisse auf die Quantifizierung der Existenzformen der mechanischen Energie: Herleitung der Gleichungen: Eₖᵢₙ = m/2·v² ; Eₚₒₜ = m·g·h ; Eₛₚ = 1/2·D·s²
Anwenden des Impulserhaltungssatzes auf eindimensionale Probleme: p = m·v; zentrale unelastische und zentrale elastische Stöße; Kraftstoß ∆p = F·∆t
Lernbereich 2: Kräfte 18 Ustd.
Anwenden der physikalischen Größe Kraft: physikalische Erscheinung Reibung (Energieentwertung durch Reibung, Reibungsarbeit W_R=F_R·s, Superposition der Kräfte, vektorielle Addition und Zerlegung von Kräften, Kräfte an der geneigten Ebene, F_G=F_N+F_H, F_R=μ·F_N, Luftreibung F_(R; Luft)=1/2·c_W·ρ·A·v²); Grundgesetz der Mechanik ∑ i=1nFᵢ=m·a=dp/dt; Wechselwirkungsgesetz F_A=-F_B; Kreisbewegung (Radialkraft Fᵣ=(m·v²)/r , gleichförmige Kreisbewegung, v=ω·r, Kurvenüberhöhungen, Loopingbahn)
Problemlösen durch komplexes Anwenden von Energie- und Impulserhaltungssatz
Lernbereich 3: Kinematik und Dynamik – Praktikum 18 Ustd.
Anwenden der experimentellen Verfahren zur kinematischen Untersuchung vielfältiger Bewegungen: Entwickeln von Versuchsanordnungen und Planen von Versuchsabläufen; rechnergestütztes Erfassen und Auswerten von Messwerten; Klassifikation durch Interpretation von Messreihen (v(t)=ds/dt, a(t)=dv/dt und die Umkehrung durch grafische bzw. rechnergestützte numerische Integration, Waagerechter Wurf, Superposition x(t)=v₀·t, y(t)=-1/2·g·t+y₀)
Anwenden der Kenntnisse über Messunsicherheiten: Unterscheiden von Messunsicherheit und Messabweichung; qualitative und quantitative Diskussion (Addition der absoluten Messunsicherheiten bei Summen und Differenzen bzw. Addition der relativen Messunsicherheiten bei Produkten und Quotienten)
Lernbereich 4: Modellbildung und Simulation 8 Ustd.
Kennen der Möglichkeit der Bildung von Modellen zur numerischen Beschreibung und zur Vorhersage des Verhaltens dynamischer Systeme: gleichungsorientierte Modellbildung unter Nutzung der Arbeitsumgebung auf dem Computer - Modellbildungssystem oder Tabellenkalkulation (physikalische Beschreibung von eindimensionalen Bewegungen, Umsetzung in einen Algorithmus, grafische Auswertung); Simulation (Variation von Parametern, Vergleich mit eigenen Prognosen und dem Realexperiment, Grenzen)
Lernbereich 5: Elektrisches Feld 24 Ustd.
Kennen der elektrischen Ladung als wesentliche Eigenschaft der Materie: Eigenschaften ruhender Ladungen, Wechselwirkungen zwischen elektrisch geladenen Körpern, Coulomb’sches Gesetz F = 1/(4·π·ε₀)·(Q₁·Q₂)/r²; elektrischer Strom als gerichtete Bewegung von Ladungen, Stromstärke I = dQ/dt
Kennen des Feldkonzeptes zur Beschreibung von Wechselwirkungen: Begriff des Feldes am Beispiel des elektrischen Feldes; grundlegende Eigenschaften elektrischer Felder (Feldlinienmodell, Struktur elektrischer Felder, elektrisches Feld – Dipolfeld, Quelle und Senke); elektrische Feldstärke E = F/q
Anwenden der Kenntnisse auf die Untersuchung spezieller Felder – Superposition: homogenes Feld, Radialfeld (zeichnerische Addition zweier elektrischer Feldstärkevektoren)
Kennen der Eigenschaften von Kondensatoren: Kapazität C = Q/U; Plattenkondensator E=U/d, C=ε₀·εᵣ·A/d; Isolatoren im elektrischen Feld, Dielektrikum εᵣ
Anwenden von Kondensatoren: Energiespeicher, Eₑₗ=1/2·C·U² , Sensor; Auf- und Entladen (I(t)=I₀·e^(-(1/(R·C))·t), U(t)=U₀·[1-e^(-(1/(R·C))·t)], I(t)=I₀·e^(-(1/(R·C))·t), U(t)=U₀·e^(-(1/(R·C))·t), Einfluss der Parameter R und C); SE: zeitlicher Verlauf von Stromstärke und Spannung für das Entladen; Modellbildung und Simulation der Kondensatorentladung
Einblick gewinnen in Energieumwandlungen im homogenen elektrischen Feld: Arbeit an geladenen Körpern im Feld, ΔEₑₗ=W, W=q·E·s; potentielle Energie einer Probeladung (elektrisches Potential φ=Eₚₒₜ/q, Spannung als Potentialdifferenz U=Δφ)
Lernbereich 6: Magnetisches Feld 10 Ustd.
Übertragen des Feldkonzeptes auf die Beschreibung der Umgebung von Permanentmagneten und stromdurchflossenen Leitern: grundlegende Eigenschaften magnetischer Felder (Feldlinienmodell, Struktur magnetischer Felder, magnetische Flussdichte B, B=F/(I·l))
Anwenden der Kenntnisse auf die Untersuchung spezieller Felder – Superposition: homogenes Feld; einfache nicht homogene Felder; Feld um einen geraden stromdurchflossenen Leiter
Kennen der Eigenschaften von Spulen: schlanke Spule B=μ₀·μᵣ·(N·I)/l; Materie im Magnetfeld μᵣ; SE: Flussdichte im Innenraum einer Spule
Anwenden von Spulen
Lernbereich 7: Geladene Teilchen bzw. Körper in statischen Feldern 20 Ustd.
Übertragen der Kenntnisse zur Kinematik, Dynamik und Energie auf die Bewegung in homogenen elektrischen und magnetischen Feldern: Kräfte auf geladene Teilchen im homogenen Magnetfeld (Lorentzkraft auf freie Ladungen, F_L = q·v·B·sinα, Kreisbahnen r = vₛ/(B·q/m) , Lorentzkraft als Radialkraft); Kräfte auf geladene Teilchen im homogenen elektrischen Feld (Millikan-Versuch, Beschleunigung im Längsfeld, q·U=ΔEₖᵢₙ , Einheit 1eV, Ablenkung im Querfeld, parabelförmige Bahn, Superposition); Kräfte auf geladene Teilchen im Einfluss beider Felder und zweidimensionale Superposition für parallele und orthogonale feldbeschreibende Vektoren (spezifische Ladung des Elektrons e/m, Hall-Effekt B = (n·e·d)/I·U_H , Sensor, Wien’scher Geschwindigkeitsfilter)
Sich positionieren zum Verhältnis von Aufwand und Nutzen technischer Anwendungen: Prinzip eines Linear- oder Zirkularbeschleunigers; Massenspektrometer
Lernbereich 8: Elektromagnetische Felder 20 Ustd.
Kennen des Induktionsgesetzes: Betrag der Induktionsspannung durch zeitliche Änderung der wirksamen Fläche, U_ind = N·B·dA/dt ; A = A₀·cosφ; Betrag der Induktionsspannung durch zeitliche Änderung der magnetischen Flussdichte, U_ind = N·A·dB/dt; Induktion durch Änderung des magnetischen Flusses (magnetischer Fluss ϕ = B·A, U_ind=N·dΦ/dt); Induktionsspannung und Lorentzkraft U_ind=B·vₛ·l; Technische Anwendungen der Induktion; SE: Transformator
Anwenden des Energieerhaltungssatzes auf Induktionsvorgänge: Lenz’sches Gesetz; Induktionsgesetz U_ind = -N·dϕ/dt; Selbstinduktion als induktive Rückwirkung auf den eigenen Stromkreis (experimentelle Befunde, rechnergestütztes Experimentieren, Herleitung, U = -L·dI/dt ; L = μ₀·μᵣ·(N²·A)/l, Ein- und Ausschaltvorgang einer Spule im Gleichstromkreis, I(t) – Diagramm, Modellbildung und Simulation, Spule in Gleich- und Wechselstromkreis Z²=R²+(ω·L)², SE: Induktivität einer Spule); Energiespeicher E_mag=1/2·L·I²
Wahlbereich 1: Einblick in die spezielle Relativitätstheorie
Kennen der Postulate und grundlegender Aussagen der Speziellen Relativitätstheorie: klassisches Relativitätsprinzip; Michelson-Experiment; Relativitätsprinzip; Relativität der Gleichzeitigkeit; Zeitdilatation; Längenkontraktion; Relativität der Masse; Äquivalenz von Masse und Energie E=m·c²
Wahlbereich 2: Leitungsvorgänge in Halbleitern
Einblick gewinnen in die Grundlagen der Leitungsvorgänge in Halbleitern: Erklärung der elektrischen Leitungsvorgänge (Bandaufspaltung im Festkörper, Eigenleitung, n- und p-Leitung); Vorgänge im pn-Übergang im Bändermodell; SE: Halbleiterdiode
Beurteilen der Möglichkeiten des Einsatzes von Bipolar- und Unipolartransistor: npn-Bipolartransistor und MOSFET (Wirkprinzipien, Kennlinien); Schaltungsbeispiele
Lernbereich 1: Mechanische und elektromagnetische Schwingungen 18 Ustd.
Kennen der zur Beschreibung harmonischer, mechanischer Schwingungen erforderlichen charakteristischen Größen und ihrer Zusammenhänge: lineares Kraftgesetz F = -D·y; y(t) = yₘₐₓ·sin(ω·t); v(t) = dy/dt; a(t) = d²y/dt² (Federpendel; Fadenpendel, auch mit Berücksichtigung der Kleinwinkelnäherung); Energieerhaltung
Anwenden der Kenntnisse zur Modellbildung auf die Untersuchung gedämpfter Schwingungen: Simulation von Reibungseffekten (unterschiedliches Abklingverhalten, Vergleich mit Realexperiment)
Kennen der Voraussetzungen für das Entstehen von Resonanz: erzwungene Schwingung f₀ , f_E; Phasenverschiebung φ
Übertragen der Kenntnisse auf elektromagnetische Schwingungen: Eigenfrequenz eines elektromagnetischen Schwingkreises f₀ = 1/(2·π·√(L·C)); Energieerhaltung
Anwenden der Kenntnisse auf den Vergleich mechanischer und elektromagnetischer Schwingungen: energetischer Aspekt; Modellbildung und Simulation
Lernbereich 2: Mechanische und elektromagnetische Wellen 20 Ustd.
Kennen der zur Beschreibung harmonischer, mechanischer Wellen erforderlichen charakteristischen Größen und ihrer Zusammenhänge: Beschreiben einer linear fortschreitenden Welle; Transversal- und Longitudinalwellen, lineare Polarisation
Anwenden der Eigenschaften Reflexion, Brechung, Beugung und Interferenz auf die Ausbreitung von Wellen: Wellenfront und Wellennormale, Phasengeschwindigkeit v = λ·f; Herleitung des Reflexions- und des Brechungsgesetzes (sin α)/(sin β) = v₁/v₂
Anwenden der Interferenz auf stehende transversale Wellen: Ableitung aus der Wellengleichung y(x, t)=yₘₐₓ·sin[2π·(t/T-x/λ)]; festes und loses Ende; Bäuche und Knoten; Wellenlängenbestimmung
Übertragen der Kenntnisse auf elektromagnetische Wellen: Spektrum elektromagnetischer Wellen; Licht als elektromagnetische Welle (Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichtes, Lichtstrahl als Wellennormale, Nachweis des Reflexion- und Brechungsgesetzes für Licht n=c₀/c , sinα/sinβ=n₂/n₁, Beugung und Interferenz von Licht, Interferenz am Doppelspalt und am Gitter auch mit polychromatischem Licht, für die Lage der Maxima gilt: tan_αₖ=sₖ/e ; sin_αk=(k·λ)/b, SE: Wellenlänge von Licht, Licht als transversale Wellenerscheinung, Polarisation)
Anwenden der Kenntnisse über Wellenoptik zum Erklären optischer Geräte: Interferometer
Lernbereich 3: Praktikum Optik und Schwingungen 12 Ustd.
Problemlösen durch Experimentieren: Aufgaben aus den Bereichen mechanische und elektromagnetische Schwingungen und Optik auch unter Nutzung digitaler Werkzeuge zur Erfassung und Auswertung von Messwerten
Beherrschen der Analyse von Messunsicherheiten: Unterscheidung von systematischen und zufälligen Messunsicherheiten; qualitative und quantitative Diskussion (Addition der absoluten Messunsicherheiten bei Summen und Differenzen bzw. Addition der relativen Messunsicherheiten bei Produkten und Quotienten)
Lernbereich 4: Quantenobjekte 20 Ustd.
Kennen der Zusammenhänge der Größen Energie, Impuls, Frequenz und Wellenlänge zur Beschreibung von Photonen als Quantenobjekte: äußerer lichtelektrischer Effekt (experimentelle Ergebnisse, Einsteins Lichtquantenhypothese, Photonenmodell, Energie eines Photons E=h·f, Energiebilanz h·f=Eₖᵢₙ+W_A Gegenfeldmethode, Grenzfrequenz, Experiment zur Bestimmung von h); Impuls des Photons, p = h/λ; Äquivalenz von Energie und Masse
Übertragen der Kenntnisse auf andere Quantenobjekte: Beugung; De-Broglie-Wellenlänge λ = h/p; Unterschiede zu Photonen
Kennen grundlegender Aspekte der Quantentheorie: Stochastische Vorhersagbarkeit; Koinzidenzmethode zum Nachweis einzelner Photonen (Interferenz und Superposition, Determiniertheit der Zufallsverteilung, Deutung mittels des Quadrats der quantenmechanischen Wellenfunktion (qualitativ), Komplementarität); Quantenphysikalisches Weltbild (Besonderheiten des quantenphysikalischen Messprozesses, Realität, Lokalität, Kausalität, Determinismus, Heisenberg’sche Unschärferelation, Komplementarität von Weginformationen und Interferenzfähigkeit, Delayed-choice - Experiment, Problematik der Übertragung von Begriffen aus der Anschauungswelt in die Quantenphysik)
Lernbereich 5: Atomvorstellungen 20 Ustd.
Einblick gewinnen in die Entwicklung der Atomvorstellung: Atommodelle von Thomson, Rutherford und Bohr
Kennen des Zusammenhangs von Energieniveauschema und diskretem Spektrum: diskrete Energiezustände in der Atomhülle; Energiestufenmodell, quantenmechanisches Atommodell, stehende Elektronenwellen, Orbitale des Wasserstoffatoms zur Veranschaulichung der Nachweiswahrscheinlichkeiten für das Elektron; Modell des eindimensionalen Potentialtopfs, Eₙ=h²/(8·mₑ·a²)·n² (Ausblick auf Mehrelektronensysteme, Pauli-Prinzip, Orbitale); experimentelle Befunde zum Energieaustausch mit Atomen (quantenhafte Emission Wasserstoffatom, quantenhafte Absorption)
Einblick gewinnen in das Prinzip der Lumineszenz: Fluoreszenz; Phosphoreszenz
Kennen des Prinzips der Entstehung, der Eigenschaften und der Anwendung von Laserstrahlung
Kennen des Prinzips der Entstehung des kontinuierlichen und diskreten Röntgenspektrums
Lernbereich 6: Thermodynamik 20 Ustd.
Kennen des allgemeinen Gasgesetzes: Zustandsgleichung für das ideale Gas, (p·V)/T = konst.; isochore, isobare und isotherme Zustandsänderung; p·V = n·R₀·T
Anwenden des ersten Hauptsatzes der Thermodynamik: erster Hauptsatz △U = Q+W (Volumenarbeit W = -∫_V₁^V₂p(V) dV, Wärme Q = m·c·∆T, cₚ und c_V, adiabatische Zustandsänderung, Adiabatenexponent, innere Energie); Carnot’scher Kreisprozess als Prinzip einer Wärmekraftmaschine (p(V) -Diagramm, Wirkungsgrad); maximaler Wirkungsgrad einer Wärmekraftmaschine η = 1-T₂/T₁ , η=-W/Q; Umkehrung des Carnot’schen Kreisprozesses als Prinzip einer Wärmepumpe bzw. Kältemaschine (p(V) -Diagramm, Leistungszahlen); Betrachtung eines technischen Kreisprozesses im p(V) -Diagramm (Stirling’scher Kreisprozess)
Anwenden des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik: reversible und irreversible Prozesse
Sich positionieren zur Verwendung und Bedeutung von Wärmekraftmaschinen und zur gegenwärtigen Energienutzung
Wahlbereich 1: Eigenschaften der Atomkerne
Beurteilen der Radioaktivität als Erscheinung der Natur: Strahlungsarten α, β, γ; Quellen natürlicher Radioaktivität, Nulleffekt
Anwenden der Kenntnisse zu Eigenschaften von Atomkernen auf Kernumwandlungen: A, Z, N von Isotopen in der Nuklidkarte; Kernumwandlungsgleichungen (Alpha-Zerfall, Beta-Zerfall, Neutrino)
Anwenden der Kenntnisse bei der Nutzung radioaktiver Strahlung: Zerfallsgesetz, Halbwertszeit N(t)=N₀·e^(-λ·t); Aktivität A=-dN/dt; Wechselwirkung von Strahlung und Materie
Sich positionieren zu Chancen und Risiken der Nutzung der Radioaktivität
Wahlbereich 2: Deterministisches Chaos
Einblick gewinnen in das Verhalten nichtlinearer Systeme: lineare und nichtlineare Systeme; deterministisches Chaos (nichtlineare Rückkopplung); Chaos und Ordnung (Übergang ins Chaos, Attraktoren); eingeschränkte Vorhersagbarkeit (Sensitivität bezüglich der Anfangsbedingungen, Möglichkeit von Kurzzeitvorhersagen, Erkennen der Chaosfähigkeit)
