Lehrplan PLUS

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Vergleichsauswahl 2

Physik Vorklasse (T, ABU)

gültig ab Schuljahr 2017/18

Gemäß der Stundentafel für die Fachoberschule können für das Fach Physik in der Vorklasse ein bis fünf Wochenstunden veranschlagt werden. Je zur Verfügung stehender Wochenstunde ist ein Lernbereich aus den fünf Lernbereichen zu wählen und zwar in aufsteigender Reihenfolge. Stehen also z. B. drei Wochenstunden zur Verfügung, besteht der Lehrplan für die Vorklasse aus den Lernbereichen eins, zwei und drei.

Ph10 Lernbereich 1: Grundlagen der Mechanik I (ca. 28 Std.)

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

Ph10 Lernbereich 2: Grundlagen der Mechanik II (ca. 28 Std.)

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

Ph10 Lernbereich 3: Grundlagen der Elektrizitätslehre (ca. 28 Std.)

Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • erläutern den Aufbau von Stromkreisen, benennen einzelne Bauteile und beschreiben deren Funktion fachgerecht. Sie veranschaulichen die Vorgänge im elektrischen Stromkreis mithilfe mechanischer Analogien.
  • bilden Versuchsaufbauten in Schaltplänen ab bzw. übertragen Schaltpläne in Versuchsaufbauten, um anhand selbständig durchgeführter Stromstärke‑ und Spannungsmessungen Widerstände zu ermitteln. Dabei verwenden sie Volt‑ und Amperemeter sachgerecht und wägen das Gefahrenpotenzial der gemessenen Stromstärken und Spannungswerte ab.
  • planen unter Anleitung Widerstandsschaltungen, bauen diese auf und berechnen die auftretenden elektrischen Größen Stromstärke, Spannung, Leistung und Widerstand, um z. B. den gefahrlosen Einsatz von Mehrfachsteckdosen im Haushalt für mehrere Verbraucher oder die grundsätzliche Struktur eines Haushaltsstromnetzes nachzuvollziehen und dessen erforderliche Dimensionierung abzuschätzen.
  • erklären die bei verschiedenen elektrischen Geräten auftretenden Energieumwandlungen und die damit verbundenen Wirkungen des elektrischen Stromes auch unter Berücksichtigung des Wirkungsgrades.
  • argumentieren fachlich fundiert über mögliche Wege zu einer nachhaltigen elektrischen Energieversorgung.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • Spannung, Stromstärke
  • mechanische Analogien: Kettenmodell, Rutschenmodell
  • Schaltsymbole
  • Multimeter
  • Widerstandsdefinition
  • Reihen‑ und Parallelschaltung, z. B. Vorwiderstandsschaltung, Hauselektroinstallationsschaltung
  • Arten der Spannungserzeugung, z. B. Batterie, Fotozelle, Thermoelement, Dynamo
  • elektrische Energie, elektrische Leistung, Wirkungsgrad
  • Wärmewirkung, magnetische Wirkung, Lichtwirkung, physiologische Wirkung des elektrischen Stroms

Ph10 Lernbereich 4: Grundlagen der Wärmelehre (ca. 28 Std.)

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

Ph10 Lernbereich 5: Grundlagen der Optik (ca. 28 Std.)

Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • erklären auf Grundlage des Strahlenmodells der Lichtausbreitung die Entstehung verschiedener Schattenbereiche. Sie konstruieren hierzu Strahlengänge und erläutern damit unter anderem die Entstehung von Sonnen‑ und Mondfinsternissen sowie der Mondphasen.
  • planen unter Anleitung Experimente zur Reflexion und Brechung und führen diese durch. Sie bestimmen mit den Messergebnissen den Brechungsindex und den Grenzwinkel für Totalreflexion bei unterschiedlichen optischen Medien, um damit z. B. die Funktionsweise von Lichtleitern zu erklären.
  • konstruieren Strahlengänge durch Sammellinsen, überprüfen ihre Ergebnisse bezüglich der Bildgröße und ‑weite experimentell und erklären damit unter anderem die Bildentstehung im Auge samt auftretender Kurz‑ und Weitsichtigkeit als Sehfehler.
  • recherchieren problembezogen in unterschiedlichen Quellen über optische Geräte, deren geschichtliche Einordnung sowie ihre aktuelle Bedeutung für den Alltag und präsentieren ihre Ergebnisse unter Verwendung fachsprachlich korrekter Formulierungen.
  • unterscheiden zwischen primären und sekundären Lichtquellen und erklären damit den Sehvorgang als direkten oder gestreuten Lichteinfall ins Auge.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • Ausbreitung von Licht, Lichtstrahl als Modell
  • Kern‑ und Halbschatten
  • Sonnen‑ und Mondfinsternis, Mondphasen
  • Reflexionsgesetz
  • Brechungsgesetz, Totalreflexion
  • Abbildungen mit Sammellinsen, z. B. Auge
  • optische Geräte, z. B. Mikroskop, Newtonfernrohr, Lichtleiter
  • primäre und sekundäre Lichtquellen, Streuung