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Vergleichsauswahl 2

Physik 10 (I)

gültig ab Schuljahr 2022/23

Die Schülerinnen und Schüler führen zu jedem der Lernbereiche 1 und 2 mindestens ein Schülerexperiment durch, insgesamt mindestens drei.

Ph10 Lernbereich 1: Mechanik (ca. 17 Std.)

Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • beschreiben Bewegungsabläufe mithilfe von Zeit-Weg-Diagrammen und grenzen die Durchschnitts- von der Momentangeschwindigkeit ab. Sie reflektieren mit ihrem Wissen den Geschwindigkeitsbegriff im Straßenverkehr.
  • identifizieren eine konstante Kraft als Ursache für eine gleichmäßig beschleunigte Bewegung (z. B. freier Fall), indem sie Änderungen von Bewegungszuständen analysieren. Mit den entsprechenden Bewegungsgleichungen führen sie unter Berücksichtigung der Einheiten und sinnvoller Genauigkeit Berechnungen durch. In alltagsrelevanten Kontexten, zum Beispiel im Straßenverkehr, bestimmen sie mithilfe der Grundgleichung der Mechanik die Beträge wirkender Kräfte und herrschender Beschleunigungen.
  • nutzen das Prinzip der Energieerhaltung, um die kinetische Energie quantitativ zu erfassen und Vorhersagen zu alltäglichen Situationen zu treffen.
  • verwenden den Impulserhaltungssatz, um Abschätzungen aus ihrer Erfahrungswelt (auch im Straßenverkehr) und Berechnungen zu zentralen Stoßvorgängen durchzuführen.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • Zeit-Weg-Diagramme
  • Durchschnittsgeschwindigkeit, Momentangeschwindigkeit
  • gleichmäßig beschleunigte Bewegung
  • freier Fall
  • Grundgleichung der Mechanik
  • kinetische Energie (quantitativ), Energieerhaltung
  • elastischer, teilelastischer, inelastischer Stoß
  • Impuls und Impulserhaltung

Ph10 Lernbereich 2: Elektrizitätslehre (ca. 29 Std.)

Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • verwenden Stromstärke- und Spannungsmessgeräte sachgerecht, um anhand von geeigneten elektrischen Schaltungen Gesetzmäßigkeiten für Stromstärken und Spannungen in verschiedenen elektrischen Stromkreisen selbständig zu untersuchen.
  • wenden die Gesetzmäßigkeiten für Reihen- und Parallelschaltungen sowohl bei alltäglichen Problemstellungen als auch bei Berechnungen von Innenwiderständen und Messbereichserweiterungen von Spannungs- und Stromstärkemessgeräten an.
  • wenden die UVW-Regel der linken Hand an, um grundlegende Induktionsphänomene zu begründen und formulieren nach experimentellen Beobachtungen das Induktionsgesetz.
  • wenden die Regel von Lenz bei der Beschreibung und Begründung von einfachen Induktionsversuchen und der Entstehung und Anwendung von Wirbelströmen, z. B. in Bremssystemen, an.
  • wenden wahlweise die UVW-Regel der linken Hand auf eine sich gleichmäßig drehende Leiterschleife im homogenen Magnetfeld oder das Prinzip der Energieerhaltung auf den unbelasteten (und belasteten) Generator an, um mit dem Wissen über grundlegende Induktionsphänomene die experimentellen Beobachtungen zu begründen. Hierbei verwenden sie fachsprachlich korrekte Argumentationsketten.
  • bewerten durch Analyse entsprechender, vorgegebener Quellen (z. B. Energieversorger vor Ort, Anschauungsmodelle) den Aufbau und Einsatz unterschiedlicher Wechselspannungsgeneratoren als Energiewandler in Industrie und Technik.
  • beschreiben den Aufbau und die Funktionsweise eines Transformators auf der Grundlage ihrer Kenntnisse zur Induktion und wenden die Konzepte der Energieerhaltung und Energieentwertung auf Transformatoren an. Sie berücksichtigen dabei die technischen Möglichkeiten zur Erhöhung des Wirkungsgrads.
  • stellen einfache Systeme zur Übertragung elektrischer Energie über weite Strecken dar und führen, auch unter Berücksichtigung von Wirkungsgraden, Berechnungen zur Energieübertragung durch, um damit die Verwendung von Transformatoren zu begründen.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • unverzweigter und verzweigter Stromkreis
  • Vorwiderstand, Innenwiderstand, Messbereichserweiterung
  • elektromagnetische Induktion
  • Induktion in Spulen: Induktionsgesetz (qualitativ)
  • Regel von Lenz, Wirbelströme
  • Wechselspannungsgeneratoren
  • Systeme mit Transformatoren zur Übertragung elektrischer Energie über weite Strecken

Ph10 Lernbereich 3: Atom- und Kernphysik (ca. 14 Std.)

Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • beantworten weiterführende Fragestellungen auch zum Aufbau von Atomen, von Atomkernen und der Kernbausteine (Quarks), indem sie sich weitgehend selbständig anhand geeigneter Quellen über Themengebiete der Atom- und Kernphysik informieren. Sie nutzen das erweiterte Atommodell, um ihre Kenntnisse (Entdeckung der Radioaktivität, α-, β- und γ-Strahlung und ihre Eigenschaften, Möglichkeiten der Trennung und des Nachweises der Strahlungsarten, ...) in einen größeren Kontext zu stellen.
  • beschreiben den α- und β-Zerfall (als Zerfall unter Aussendung von Teilchenstrahlung) und den γ-Zerfall (als Übergang eines Atomkerns vom metastabilen in den stabilen Zustand unter Abgabe von Energie). Mithilfe der Äquivalenz von Masse und Energie begründen sie den Massendefekt.
  • veranschaulichen die charakteristischen Größen des radioaktiven Zerfalls mithilfe von Analogiebetrachtungen. Sie verwenden mathematische Verfahren ebenso wie Kernzerfallsgleichungen und Zerfallsdiagramme zur Beantwortung anwendungsbezogener Fragestellungen.
  • bewerten auf der Grundlage vorbereiteter Quellen Gefahren und Nutzen der Radioaktivität unter historischen, energetischen, technischen, ökologischen und medizinischen Aspekten. Diese Informationen bereiten sie adressatengerecht auf und präsentieren sie unter Verwendung der Fachsprache und geeigneter Darstellungsformen.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • Entdeckung der Radioaktivität
  • Aufbau der Atomkerne: einfaches Kernmodell, Nuklidschreibweise, Isotope, Kernkräfte, Quarks
  • radioaktiver Zerfall und Kernumwandlungen, Kernzerfallsgleichungen
  • Arten, Eigenschaften und Nachweismethoden radioaktiver Strahlung
  • Massendefekt, Äquivalenz von Masse und Energie, Bindungsenergie
  • Halbwertszeit, Aktivität, Zerfallsgesetz
  • Kettenreaktion, Kernspaltung, Kernverschmelzung
  • Nutzen der radioaktiven Strahlung
  • Gefahren der radioaktiven Strahlung: Strahlenquellen, Strahlenbelastung, Energiedosis, Äquivalentdosis, Strahlenschäden, Strahlenschutz

Ph10 Lernbereich 4: Energieversorgung (ca. 12 Std.)

Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • erläutern den Einsatz, die Notwendigkeit und die Grenzen der Verwendung unterschiedlicher Energieträger anhand der Energieumwandlungen und Energieentwertungen bei nicht gekoppelten Kraftwerkstypen und führen dazu entsprechende Berechnungen durch.
  • beziehen die Vorteile gekoppelter Systeme (z. B. Blockheizkraftwerke, Gas- und Dampfturbinenkraftwerke) bei der Bereitstellung von Energie beispielsweise hinsichtlich ihrer Wirkungsgrade und der technischen Umsetzbarkeit ein, um Auswirkungen auf die Erde (z. B. Treibhauseffekt), auch unter dem Aspekt der Nachhaltigkeit, zu bewerten.
  • nutzen ihr physikalisches Wissen, um aktuell verwendete und noch zu erprobende Techniken zur Energiespeicherung oder zum Energietransport bezüglich der Umsetzbarkeit und der Auswirkungen auf die Umwelt einzuschätzen. Dabei beziehen sie die Möglichkeiten und die Verantwortlichkeit des eigenen Handelns in ihre Überlegungen mit ein.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • Energieträger im Vergleich: fossil und regenerativ
  • Energieumwandlungen und Energieentwertung in nicht gekoppelten Kraftwerken
  • gekoppelte Kraftwerkssysteme
  • Speichertechniken
  • Auswirkungen auf die Umwelt
  • aktuelle und geplante Kraftwerks-, Speicher- und Übertragungstechniken
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