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Vergleichsauswahl 2

Physik 12 (ABU)

gültig ab Schuljahr 2018/19

Ph12 Lernbereich 1: Geradlinige Bewegung (ca. 20 Std.)

Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • ermitteln aus Stroboskopbildern von geradlinig bewegten Körpern, die in ihrer Alltagserfahrung vorkommen, nach Festlegung eines geeigneten Bezugssystems Orte und Ortsänderungen durch Messen und ziehen anhand unterschiedlicher Zeitauflösungen der Bilder Rückschlüsse über den Betrag mittlerer und momentaner Geschwindigkeiten.
  • planen unter Anleitung einfache Experimente zu gleichförmigen und gleichmäßig beschleunigten linearen Bewegungen und führen diese mit dem Ziel durch, funktionale Abhängigkeiten zwischen zwei kinematischen Größen zu formulieren oder zu bestätigen. Dazu werten sie ihre Messdaten vorteilhaft in Tabellen oder geeigneten Diagrammen aus und führen Abhängigkeiten, ggf. auch mit transformierten Werten, auf direkte Proportionalitäten zurück.
  • verbalisieren und interpretieren in Diagrammen dargestellte Bewegungsabläufe, die auf Alltagssituationen basieren. Sie verwenden Koordinatengleichungen und führen einfache Berechnungen durch, um ihre Ergebnisse in Bezug auf situationsgerechtes, vorausschauendes, ressourcenschonendes und umweltbewusstes Verhalten im Straßenverkehr anzuwenden.
  • bewerten z. B. kritische Situationen im Straßenverkehr, indem sie die Maßzahl des Flächeninhaltes der Fläche unter dem Graphen im Zeit-Geschwindigkeit‑ bzw. im Zeit-Beschleunigung-Diagramm von alltäglichen Bewegungsvorgängen abschätzen und diese als Wert für den zurückgelegten Weg bzw. die Geschwindigkeitsänderung interpretieren.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • Bezugssystem
  • geradlinige Bewegungen, Koordinatengleichungen für eine Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit bzw. konstanter Beschleunigung, t‑x‑, t‑v‑ und t‑a‑Diagramme
  • freier Fall, Fallbeschleunigung
  • mittlere Geschwindigkeit, Momentangeschwindigkeit

Ph12 Lernbereich 2: Dynamik, Newton'sche Gesetze (ca. 10 Std.)

Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • setzen bei der Betrachtung von alltagsnahen Situationen (z. B. der Fahrt mit einem Personenaufzug) gezielt die Newton'schen Gesetze ein, um die qualitativen Auswirkungen von Kräften auf den Bewegungszustand eines Körpers vorherzusagen. Im Rahmen ihrer Aussagen ermitteln sie die Kraft, die bei dem jeweiligen Körper den Bewegungszustand verändert, indem sie zeichnerische Strategien mithilfe von Kräfteplänen verfolgen.
  • berechnen die Werte der dynamischen Größen Kraft, Masse und Beschleunigung, um zum Beispiel die Bedeutung von Knautschzonen, Aufpralldämpfern oder die Polsterung von Sturzhelmen für den Personenschutz zu beurteilen.
  • treffen physikalisch fundierte Vorhersagen über reibungsbehaftete bzw. reibungsfreie Bewegungsabläufe an ausgewählten Beispielen, insbesondere die Bewegung von Fahrzeugen entlang einer geneigten Ebene.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • Beharrungsprinzip (1. Newton'sches Gesetz)
  • Newton'sche Bewegungsgleichung (2. Newton'sches Gesetz) Vektor F mal delta t ist gleich m mal delta Vektor v bzw. Vektor a ist gleich Vektor F geteilt durch m
  • Wechselwirkungsprinzip (3. Newton'sches Gesetz)
  • Reibungskraft
  • Antriebs‑ und Bremsvorgänge für Bewegungen auf horizontaler und geneigter Ebene mit und ohne Reibung

Ph12 Lernbereich 3: Kreisbewegung (ca. 14 Std.)

Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • führen einfache Drehbewegungen von Körpern aus ihrer Alltagserfahrung (z. B. Windrad) auf Kreisbewegungen punktförmiger Körper mit konstanter Winkelgeschwindigkeit zurück. Sie verwenden die Größen Umlaufdauer, Frequenz, Bahnradius, Drehwinkel, Bahn‑ und Winkelgeschwindigkeit sowie Zusammenhänge zwischen diesen Größen zur quantitativen Beschreibung dieser Bewegungen und erklären ihre Dynamik mithilfe der Zentripetalbeschleunigung bzw. der Zentripetalkraft.
  • zeigen durch die Auswertung von Messreihen die Zusammenhänge zwischen den Größen Radialbeschleunigung, Radialkraft, Winkelgeschwindigkeit und Radius auf. Dabei formulieren sie mathematische Zusammenhänge unter Verwendung der Newton'schen Gesetze.
  • beschreiben Bewegungen von Körpern aus dem Bereich des Straßenverkehrs als Kreisbewegungen mit konstanten Winkelgeschwindigkeiten und ermitteln die Kräfte, die an einem Körper angreifen und in ihrer Summe als Zentripetalkraft wirken. Auf Grundlage dieser Analysen und geeigneter, berechneter Werte hinterfragen und beurteilen sie die Notwendigkeit von Geschwindigkeitsbegrenzungen.
  • erläutern die Bedeutung von Schutzeinrichtungen und die Notwendigkeit der Angabe von Höchstdrehzahlen, z. B. bei Maschinen mit rotierenden Teilen.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • Kreisbewegung mit konstanter Winkelgeschwindigkeit
  • Umlaufdauer, Frequenz, Betrag und Richtung der Bahngeschwindigkeit, Drehwinkel im Bogenmaß, Betrag der Winkelgeschwindigkeit, Betrag und Richtung der Zentripetalbeschleunigung bzw. Zentripetalkraft
  • Kurvenfahrt mit Fahrzeugen, Haftkraft

Ph12 Lernbereich 4: Energie, Arbeit und Leistung (ca. 12 Std.)

Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • beschreiben insbesondere bei mechanischen Vorgängen in Alltagssituationen die dabei auftretenden Energieumwandlungen zwischen unterschiedlichen Formen mechanischer Energie. Hierbei verwenden sie die physikalische Fachsprache und trennen bewusst die Begriffe von denen der Alltagssprache.
  • bestimmen mithilfe elementarer geometrischer Überlegungen die verrichtete Arbeit als Maßzahl des Flächeninhalts unter dem Graphen im gegebenen Weg-Kraft-Diagramm auch für Situationen, in denen nicht konstante Kräfte entlang eines Weges wirken, um damit die zu verrichtende Arbeit (z. B. beim Spannen einer Feder oder beim Beschleunigen unter Einbeziehung des Luftwiderstandes eines Fahrzeugs) zu berechnen.
  • berechnen Lösungen für alltagsrelevante Problemstellungen mithilfe der Größen Kraft, Energie, Arbeit und Leistung auch unter Einbeziehung des Wirkungsgrades. Dabei setzen sie den Energieerhaltungssatz vorteilhaft ein. Sie führen dabei sicher Einheitenumrechnungen durch.
  • erläutern die Auswirkungen des Energietransports und der Energieumwandlung, indem sie mithilfe der Größen Arbeit, Energie und Leistung unter Berücksichtigung des Wirkungsgrades Berechnungen durchführen, um die Bedeutung der effizienten Energienutzung für Mensch und Umwelt einzuschätzen.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • Zusammenhang W = ΔE zwischen der Arbeit W, welche von äußeren Kräften an einem System verrichtet wird, und der Änderung ΔE der Energie E des Systems
  • Arbeit (auch bei nicht konstanter Kraft) als Maßzahl des Flächeninhalts der Fläche unter dem Graphen im x‑F‑Diagramm
  • mechanische Energieformen: kinetische Energie, potenzielle Energie der Erdanziehung (Lageenergie) und potenzielle Energie der Elastizität (Spannenergie)
  • Hubarbeit, Beschleunigungsarbeit, Spannarbeit und Reibungsarbeit
  • Erhalten der mechanischen Gesamtenergie in einem abgeschlossenen, reibungsfreien System
  • Wirkungsgrad
  • Leistung
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