Lehrplan PLUS

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Aspekte der Physik 13 (erweiterndes Wahlplichtfach G,S,W, GH, IW)

gültig ab Schuljahr 2019/20

Zwei der drei Lernbereiche müssen gewählt werden. Die unterrichtende Lehrkraft trifft die Auswahl.

Ph13 Lernbereich 1: Grundlagen der Mechanik I (ca. 28 Std.)
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Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • bestimmen experimentell die Dichte von Festkörpern und Flüssigkeiten, um Phänomene wie Schweben und Schwimmen, Absinken und Aufsteigen vorherzusagen.
  • planen unter Anleitung einfache Experimente zur Untersuchung der Änderung des Bewegungszustandes von Körpern, führen diese durch und ermitteln anhand von Messwerten die Beträge der mittleren Geschwindigkeiten der bewegten Körper.
  • dokumentieren Bewegungen durch geeignete Darstellungen (z. B. Diagramme), um sie hinsichtlich Geschwindigkeit (auch Momentangeschwindigkeit) und Ortsänderung miteinander zu vergleichen.
  • treffen qualitative Aussagen über die Wirkung von Kräften auf den Bewegungszustand eines Körpers, indem sie die am Körper angreifenden Kräfte identifizieren und nach Bedarf das Superpositionsprinzip und/oder das Beharrungsprinzip anwenden.
  • messen die bei Bewegungsvorgängen auftretenden Reibungskräfte und ermitteln anhand der Messwerte die Gleitreibungs‑ und Haftzahlen bezüglich zweier Oberflächen. Sie diskutieren die Auswirkungen der Reibungskraft auf technisch relevante Reibungsvorgänge, insbesondere bei Bremsvorgängen im Straßenverkehr.
  • diskutieren die Bedeutung der Kraftwirkungen an der geneigten Ebene im Hinblick auf ein sicheres Verhalten im Straßenverkehr.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • Dichte
  • archimedisches Prinzip
  • Ort, Ortsänderung, Geschwindigkeit als gerichtete Größe
  • geradlinige Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit
  • mittlere Geschwindigkeit, Momentangeschwindigkeit
  • Zeit-Ort-Diagramm, Zeit-Geschwindigkeit-Diagramm
  • Kraft als gerichtete Größe
  • Superpositionsprinzip
  • Beharrungsprinzip
  • Newton'sche Bewegungsgleichung: Vektor F mal delta t ist m mal delta Vektor v
  • Reibungskraft
  • Kräfte an der geneigten Ebene

Ph13 Lernbereich 2: Grundlagen der Mechanik II (ca. 28 Std.)
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Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • planen unter Anleitung einfache Experimente zur Untersuchung der Gesetzmäßigkeiten bei ein‑ und zweiarmigen Hebeln, loser, fester Rolle und Flaschenzug, führen diese durch und dokumentieren die Messwerte in strukturierten Versuchsprotokollen.
  • identifizieren bei einfachen, auf dem Hebelgesetz basierenden Geräten die wirkenden Kräfte und den Drehpunkt. Sie analysieren mithilfe des Hebelgesetzes die Funktionsweise dieser Geräte und bewerten auf Grundlage ihrer Analyse deren Relevanz in der Technik.
  • beschreiben in idealisierter Weise Vorgänge in Alltag, Technik und Natur mithilfe von Energieumwandlungen bei mechanischen Vorgängen. Sie verwenden hierbei fachsprachlich korrekte Formulierungen.
  • berechnen unter Verwendung des Arbeitsbegriffs und des Energieerhaltungssatzes der Mechanik den Aufenthaltsort und die Momentangeschwindigkeit eines bewegten Körpers zu verschiedenen Zeitpunkten. Sie beziehen bei realen Bewegungsvorgängen Reibungsverluste mit ein.
  • unterscheiden sicher 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. Sie wechseln sicher zwischen den verschiedenen Einheiten von Energie und Arbeit.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • statische Gleichgewichtsbedingung am Hebel, z. B. an der Balkenwaage
  • Hebelgesetz, Drehmoment
  • einfache technische Geräte, z. B. Schubkarre, Gabelstapler, Beißzange, Nussknacker, Flaschenöffner
  • Bewegungsenergie, Höhenenergie, Spannenergie
  • Energieerhaltungssatz, Energieumwandlung, Arbeit (Einheiten: kWh, J), Leistung

Ph13 Lernbereich 3: Grundlagen der Wärmelehre (ca. 28 Std.)
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Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • beschreiben die Aggregatzustände fest, flüssig und gasförmig mithilfe des Teilchenmodells, um alltagsrelevante Phänomene zu erklären.
  • führen unter Anleitung einfache Experimente zur Längen‑ und Volumenänderung von festen Körpern und Flüssigkeiten in Abhängigkeit von der Temperaturänderung durch und formulieren mithilfe der Messwerte quantitative Zusammenhänge, die sie für weitere Berechnungen sicher einsetzen.
  • erläutern die Funktionsweise von Thermometern, die das Prinzip der Längen‑ bzw. Volumenänderung von Festkörpern und Flüssigkeiten nutzen, und wählen zur Temperaturmessung in Experimenten geeignete Geräte sinnvoll aus.
  • begründen die Existenz eines absoluten Temperaturnullpunktes mithilfe des Teilchenmodells und leiten daraus die Temperaturskala nach Kelvin ab.
  • werten experimentell gewonnene Messdaten zur Temperaturänderung von Festkörpern oder Flüssigkeiten bei Zu‑ bzw. Abfuhr von Wärme aus, um die physikalische Größe „spezifische Wärmekapazität“ zu bestimmen.
  • ermitteln experimentell die Mischtemperatur von Flüssigkeiten gleicher spezifischer Wärmekapazität und überprüfen ihre gewonnenen Erkenntnisse anhand der Mischungsregel.
  • beschreiben unter Verwendung des Teilchenmodells Phasenübergänge, um Alltagsphänomene (z. B. Schmelzen von Schnee) zu erklären. Sie verwenden die Begriffe Schmelz‑ und Verdampfungswärme sicher und führen einfache Berechnungen durch, um z. B. den Vorteil von Latentwärmespeichern oder Kühlakkus zu erläutern.
  • beschreiben mit einfachen Modellvorstellungen Phänomene der Wärmeleitung und Wärmestrahlung und begründen die Konvektion in Flüssigkeiten mithilfe der infolge von Temperaturänderungen in ihnen entstehenden Dichteunterschiede, um u. a. die jahreszeitlich unterschiedlichen Temperaturschichtungen in Gewässern zu erklären.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • Temperatur als Maß für die mittlere Bewegungsenergie der Teilchen eines Körpers, absolute Temperatur
  • Änderungen von Aggregatzuständen
  • Teilchenmodell
  • Längen‑ und Volumenänderungen von Festkörpern und Flüssigkeiten
  • spezifische Wärmekapazität, Mischungsversuche
  • Anomalie des Wassers
  • Energietransport durch Wärmeleitung und Wärmestrahlung, Konvektion