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Physik Additum 13 (ABU)

gültig ab Schuljahr 2019/20

Ph13 Lernbereich 1: Mechanische Schwingungen (ca. 20 Std.)
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Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • beschreiben harmonische mechanische Schwingungen mit den physikalischen Größen Amplitude, Periodendauer und Frequenz, deren Werte sie aus experimentell gewonnen Daten bestimmen.
  • beschreiben unter Berücksichtigung der Anfangsbedingungen die zeitliche Entwicklung von Orts‑, Geschwindigkeits‑ und Beschleunigungskoordinaten harmonisch schwingender Körper mit trigonometrischen Funktionen. Sie verwenden für diesen Zweck auch Zeiger‑ und Liniendiagramme.
  • ermitteln die Orts‑, Geschwindigkeits‑ und Beschleunigungskoordinate eines harmonisch schwingenden Körpers zu einem bestimmten Zeitpunkt. Hierzu wenden sie sowohl grafische als auch rechnerische Methoden an. Ebenso bestimmen sie die Zeiten, an denen ein harmonisch schwingender Körper eine vorgegebene Auslenkung, Geschwindigkeit oder Beschleunigung besitzt.
  • ermitteln bei periodischen Bewegungen die rücktreibende Kraft (Rückstellkraft) und begründen beim Vorliegen eines linearen Kraftgesetzes, dass es sich bei der betrachteten Bewegung um eine harmonische Schwingung handelt, z. B. Federschwerependel, Fadenpendel, Flüssigkeitspendel. Sie identifizieren die Richtgröße harmonischer Schwingungen und stellen Zusammenhänge zwischen dieser und anderen charakteristischen Schwingungsgrößen (Eigenfrequenz, Periodendauer, Schwingungsenergie, Amplitude, Masse) her.
  • erklären die bei Schwingungen ablaufenden Energieumwandlungen und stellen die schwingungsrelevanten Energieformen sowie die gesamte Schwingungsenergie in Abhängigkeit von der Zeit und der Elongation grafisch dar. Auf Grundlage des Energieerhaltungsprinzips führen sie quantitative Energiebetrachtungen durch und erklären qualitativ Dämpfungseffekte, z. B. bei Schwingungsdämpfern.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • Amplitude, Elongation, (Eigen‑)Frequenz, (Eigen‑)Kreisfrequenz, Periodendauer, Rückstellkraft
  • Zeigerdiagramme
  • Liniendiagramme von Elongation, Geschwindigkeits‑, Beschleunigungs‑ und Rückstellkraftkoordinaten
  • Koordinatengleichungen für verschiedene Anfangsbedingungen (ohne Phasenverschiebung)
  • lineares Kraftgesetz, Richtgröße
  • Energieumwandlungen, Abhängigkeit der Gesamtenergie von der Richtgröße und der Amplitude

Ph13 Lernbereich 2: Wellen (ca. 16 Std.)
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Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • ermitteln die Wellenlänge, Frequenz und Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Welle, indem sie die Entstehung und das Ausbreitungsverhalten mechanischer Wellen anhand von Versuchen mittels einer Wellenwanne und Wellenmaschine beschreiben.
  • nutzen das Huygens'sche Prinzip sowie das Superpositionsprinzip, um das Phänomen der Beugung einer Wellenfront zu erklären.
  • entscheiden durch Konstruktion der Überlagerungsamplitude zweier Kreiswellen, an welchen Orten Interferenzminima bzw. Interferenzmaxima auftreten.
  • ermitteln experimentell die Wellenlänge von monochromatischem Laserlicht, indem sie Licht als elektromagnetische Welle identifizieren und Interferenzerscheinungen am Beugungsgitter mithilfe des Wellenmodells erklären.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • Versuche mit Wellenmaschine, Federwurm
  • Amplitude, Elongation, Frequenz, Wellenlänge, Ausbreitungsgeschwindigkeit
  • Beugung am Einfachspalt und Hindernis
  • Huygens'sches Prinzip, Superpositionsprinzip
  • Interferenz von Kreiswellen, Gangunterschied, Bedingung für Maxima und Minima
  • Wellenmodell zur Beschreibung von Phänomenen des Lichts
  • Interferenz am Gitter (Mehrfachspalt), Wellenlänge von Laserlicht

Ph13 Lernbereich 3: Kernphysik (ca. 20 Std.)
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Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • erklären anhand einer Modellvorstellung zur Beschreibung von Atomkernen und deren Isotopen Möglichkeiten der Energieumwandlung durch Kernprozesse. Sie berechnen dabei die umgesetzten Energien und beziehen ihre Resultate bei der Abwägung von Nutzen und Risiken der friedlichen Nutzung der Kernenergie mit ein. Sie bewerten die wirtschaftlichen und ökologischen Gesichtspunkte sowie die Problematik der Entsorgung der Abfallprodukte.
  • interpretieren natürliche Radioaktivität als Zerfall eines instabilen Nuklids und stellen dabei auftretende Kernumwandlungen mithilfe von Kernreaktionsgleichungen dar.
  • unterscheiden radioaktive Strahlungsarten aufgrund ihrer unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften, um die prinzipielle Funktionsweise von Nachweisgeräten für radioaktive Strahlung zu erklären.
  • schließen aus Berechnungen mit dem radioaktiven Zerfallsgesetz auf mögliche Langzeitauswirkungen von natürlicher und künstlicher Radioaktivität auf Mensch und Umwelt. Sie leiten anhand des Absorptionsgesetzes und des Abstandsgesetzes mögliche Schutzmaßnahmen gegenüber radioaktiver Strahlung ab.
  • berechnen die Aktivität, Halbwertszeit, Energie‑ und Äquivalentdosis, um mögliche Gefahren radioaktiver Substanzen abzuschätzen und präsentieren ihre Erkenntnisse fach‑ und adressatengerecht.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • Kernaufbau und Kernzerfall, Isotopentafel
  • natürliche und künstliche Radioaktivität und deren Eigenschaften
  • Auswirkung der Strahlungsarten auf Organismen, Strahlenschutz
  • Energie‑ und Äquivalentdosis
  • Nachweisgeräte für radioaktive Strahlung
  • Absorption von α‑, β‑ und γ‑Strahlung, Halbwertsdicke
  • Aktivität, Zerfallsgesetz
  • Kernspaltung und Kernfusion