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Übersicht Oberstufe
Wahlpflichtgegenstand Physik
Physik am Realgymnasium mit ergänzendem Unterricht in Biologie und Umweltkunde, Physik sowie Chemie
Physik am Realgymnasium mit Darstellender Geometrie
Physik am Oberstufenrealgymnasium mit ergänzendem Unterricht in Biologie und Umweltkunde, Physik sowie Chemie
Physik am Oberstufenrealgymnasium mit Darstellender Geometrie
Allgemeiner Teil des Lehrplans
Bildungs- und Lehraufgabe:
Der Unterricht in Physik soll zum Erreichen der folgenden Ziele
beitragen, die sowohl fachspezifische als auch fächerübergreifende
Aspekte enthalten.
Fachübergreifende Ziele:
1. Zur Befähigung der Schüler zur Mündigkeit und zu
Verantwortungsbewußtsein sich selbst gegenüber:
Fähigkeit, die Wechselbeziehungen zwischen Naturwissenschaften,
Technik, Gesellschaft und Politik zu erkennen und kritisch zu
beurteilen.
Erkennen, daß Forschung und Verantwortung untrennbar sind.
Bereitschaft und Fähigkeit, konstruktiv zu Problemlösungen
beizutragen. Im besonderen auch die Bereitschaft zuzuhören und auf
andere einzugehen.
Einsicht in die Stellung des Menschen in der Natur und im Kosmos
gewinnen.
Fähigkeit, durch richtiges Einschätzen von Gefahren zur
Unfallverhütung beizutragen.
2. Zur Befähigung der Schüler zu Verantwortungsbewußtsein gegenüber
der Mitwelt und der Umwelt:
Erkennen, daß zwischen dem Stand naturwissenschaftlicher Forschung
(mit Einschluß der Grundlagenforschung) in einem Staat und dessen
wirtschaftlicher und politischer Bedeutung ein Zusammenhang besteht.
Erkennen der Notwendigkeit einer engen Zusammenarbeit zwischen
Forschern und Politikern bei Entscheidungsprozessen.
Erkennen, daß Naturwissenschaft das Ergebnis der Arbeit zahlreicher
Menschen aus vielen Nationen ist und daher die Zusammenarbeit und
Verständigung zwischen den Völkern fördert.
Einsicht, daß Forschung von der Öffentlichkeit unterstützt, aber
auch kontrolliert werden muß.
Einsicht, in welcher Weise die Auswirkungen der
naturwissenschaftlich-technischen Entwicklung unsere Umwelt
verändern.
Den Einfluß der Naturwissenschaften auf die Geisteshaltung der
Menschheit erfassen.
3. Zur Befähigung der Schüler, notwendige Einsichten, grundlegende
Verfahrensweisen und Haltungen als Voraussetzung wissenschaftlichen
Arbeitens zu gewinnen:
Bereitschaft und Fähigkeit, naturwissenschaftliche Probleme zu
erkennen und mit geeigneten Mitteln Lösungsversuche anzustellen.
Fähigkeit, erworbene Kenntnisse auf verwandte Probleme anzuwenden
und Analogien zu erkennen.
Einsicht in die Arbeitsweise der Technik anhand bestimmter
technischer Entwicklungen.
Kenntnis von Beiträgen österreichischer Forscher.
Erreichen eines rationalen Verhaltens im Sinne der
empirisch-analytischen Wissenschaften durch Kenntnis und Einübung von
naturwissenschaftlichen Verfahrensweisen.
Fähigkeit, Informationen aufzusuchen, zu verarbeiten und
weiterzugeben.
Fähigkeit, Arbeiten in der Gruppe zu organisieren und
durchzuführen.
Fachspezifische Ziele:
1. Wissen und Verständnis:
Grundlegende physikalische Erscheinungen und Versuche in ihrem
Ablauf beschreiben können.
Physikalische Größen und Begriffe definieren sowie bei den Größen
Meßvorschriften und Definitionsgleichungen angeben können. Kenntnis
der Größenordnungen physikalischer Daten.
Verstehen physikalischer Erscheinungen des Alltags.
Verständnis der physikalischen Grundlagen technischer Geräte.
Kenntnis der physikalischen Modellvorstellungen und ihrer
Aussagekraft.
Kenntnis der Grundzüge der historischen Entwicklung der Physik,
insbesondere den Beitrag österreichischer Physiker.
2. Fähigkeiten und Fertigkeiten:
Fähigkeit, genau zu beobachten, Einzelheiten zu sehen und das
Beobachtete sprachlich richtig wiederzugeben.
Fähigkeit, einfache Experimente durchzuführen und Ergebnisse zu
interpretieren.
Erkennen von Meßfehlern und Abschätzen ihrer Einflüsse.
Fertigkeit im Gebrauch der Mathematik zur Beschreibung
physikalischer Zusammenhänge.
Fertigkeit in der graphischen Darstellung von Meßreihen sowie in
der Auswertung von Graphen.
Fertigkeit in der Lösung einfacher physikalischer Aufgaben.
Fähigkeit, physikalische Vorgänge mit Hilfe bekannter Gesetze oder
bekannter Modelle zu erklären.
Fähigkeit, aus bekannten Gesetzen und Modellen Vorhersagen über den
Ausgang eines Versuchs zu machen.
Fähigkeit, im Zusammenhang mit den Lerninhalten ein Referat
selbständig zu erarbeiten.
3. Einsichten, Bewertungen und Haltungen:
Fähigkeit, Ergebnisse und Verfahrensweisen der Physik in ihrer
technischen, wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Bedeutung zu
beurteilen.
Fähigkeit, Informationen und Darbietungen der Massenmedien sachlich
zu beurteilen.
Bereitschaft zur Kommunikation und Kooperation beim Beobachten,
Experimentieren und Forschen.
Erreichen eines energie- und umweltbewußten Verhaltens auf Grund
gewonnener Einsichten.
Einsicht, daß persönliche Weiterbildung auf dem Wissensgebiet der
Physik notwendig ist.
Einsicht, daß physikalische Denkweisen unter dem Zwang neuer
Erkenntnisse modifiziert werden müssen.
Einsicht, daß physikalisches Wissen für demokratische
Entscheidungsprozesse unerläßlich ist.
Einsicht, daß die Naturwissenschaften und damit auch die Physik
einen wesentlichen Teil der menschlichen Kultur darstellen.
4. Für Schüler, deren Physikunterricht in der Oberstufe 9 oder 10
Wochenstunden umfaßt, sollen die in den Abschnitten 1-3 angeführten
Lernziele verstärkt angestrebt werden. Außerdem:
Erhöhte Fertigkeit beim Einsatz mathematischer Methoden.
Tiefere Einsicht in physikalische Strukturen und Zusammenhänge
gewinnen.
Fachliteratur lesen und verständlich wiedergeben können.
Fähigkeit, den wesentlichen Inhalt geeigneter Fachvorträge zu
erkennen und schriftlich festzuhalten.
Techniken des Zugangs zu Fachinformationen anwenden können.
Fähigkeit, einfache Arbeiten selbständig auszuführen.
Lehrstoff:
6. Klasse (3 Wochenstunden):
Einführung in Physik
Grundgedanke:
So interessant ist Physik
Lernziele:
Interesse an der Physik und ihren Arbeitsweisen gewinnen; Einblick
in physikalische Inhalte aus Alltag und Technik gewinnen.
Arbeitsbereiche der Physik kennen.
Lerninhalte:
Physikalische Alltagserfahrungen, Beobachten, Messen, Auswerten;
Größen, Einheiten, Angabe von Größenordnungen, Bereiche der Physik.
Charakteristische Versuche:
Freihandversuche; Meßversuche, etwa Hookesches Gesetz,
Reflexionsgesetz, Ohmsches Gesetz, Bestimmung von Längen,
Flächeninhalten und Dichten, auch als Schülerexperiment.
Anwendungen und Querverbindungen:
Alltagsbezug: Messen von Längen, Zeiten und Massen.
Mathematik: Mittelwertbildung, Meßfehler; lineare Funktion.
Technik: Geräte zur genauen Längenmessung.
Aufbau der Materie
Voraussetzungen:
Chemische Elemente
Grundgedanke:
Materie besteht aus Teilchen
Lernziele:
Wissen, daß die Atome aus Kern und Hülle bestehen; Kenntnis der
Bausteine der Materie und ihrer Größenordnungen.
Lerninhalte:
Atom, Molekül, Nuklid, Proton, Neutron, Elektron, Mol, relative
Atommasse, Massenzahl, Bedeutung der Ordnungszahl, Isotope; stabile
und instabile Kerne.
Charakteristische Versuche:
Versuche mit dem Geigerzähler.
Anwendungen und Querverbindungen:
Physik: Halbleiterphysik.
Astronomie: kosmische Höhenstrahlung.
Geschichte und Sozialkunde: Altersbestimmung.
Chemie: Entdeckung von Elementen und Isotopen.
Psychologie und Philosophie: Wandel des Modellbildes vom Aufbau der
Materie.
Umwelterziehung: Strahlenschutz.
Einfache Bewegungen und ihre Ursachen (A) 1)
------------
1) Siehe Didaktische Grundsätze.
Voraussetzungen:
Kenntnis der Arbeitsweise der Physik
Grundgedanken:
Bewegung ist meßbar - Kräfte ändern eine Bewegung
Lernziele:
Einen Meßvorgang durchführen und auswerten können;
gleichförmige und gleichmäßig beschleunigte Bewegungen beschreiben,
graphisch darstellen und berechnen können;
Dimensionen von abgeleiteten Größen bestimmen können;
skalare und vektorielle Größen unterscheiden können;
Kräfte als Ursache von Bewegungs- und Formänderungen erkennen;
Kenntnisse der Mechanik auf das Verkehrsverhalten anwenden können.
Lerninhalte:
Modell des materiellen Punktes, Bahn, Geschwindigkeit,
Beschleunigung; Grundversuche zur Bewegungslehre; graphische
Darstellung von Bewegungen; Dimensionsbetrachtungen, abgeleitete
Größen und ihre Einheiten; Skalare und Vektoren in der
Bewegungslehre; Grundgleichungen der Mechanik, Inertialsysteme;
Kraft, Federkraft, Reibung, Masse und Gewicht; zusammengesetzte
Bewegung, Anhaltestrecke, Überholstrecke.
Charakteristische Versuche:
Messung von Geschwindigkeit und Beschleunigung in
Schülerexperimenten. Bestimmung der Reaktionszeit; Hookesches Gesetz.
Anwendungen und Querverbindungen:
Alltagsbezug: Fallbewegung.
Physik: Größenangaben aus Astronomie und Elementarteilchenphysik;
thermische Geschwindigkeiten von Gasmolekülen,
Strömungsgeschwindigkeiten, Elektronenbewegung.
Mathematik: Skalare und Vektoren, Vektoraddition, skalares Produkt;
Funktionsgleichungen und Funktionsgraphen; Mittelwert und Streuung.
Informatik: Bewegungen und ihre graphische Darstellung (Würfe,
Sport, Straßenverkehr, Bewegung der Himmelskörper).
Psychologie und Philosophie: Modellvorstellungen; spekulative und
experimentelle Naturbetrachtung.
Leibesübungen: Kräfte bei Ballspielen (zB Kräfte am Tormann);
Ballgeschwindigkeiten und Reaktionsstrecken; Geschwindigkeiten von
Läufern, Turmspringen, Kräfte im Sport, Kräfte bei Sturz oder
Aufprall.
Verkehrserziehung: Abschätzung der Vorbrems-, Brems- und
Anhaltestrecken: gefahrloses Überqueren der Straße; Überholstrecke.
Energie und Impuls (A)
Voraussetzungen:
Größen und Sätze der Kinematik und Dynamik
Grundgedanke:
Energie und Impuls sind Erhaltungsgrößen
Lernziele:
Mechanische Arbeit definieren und auf einfache Beispiele anwenden
können;
Energie und Impuls als fundamentale Austauschgrößen begreifen;
die Bedeutung der Erhaltungssätze der Physik, im besonderen jener
für Energie und Impuls erkennen;
Energie- und Impulssatz qualitativ und an einfachen Beispielen auch
quantitativ anwenden können.
Lerninhalte:
Hub-, Beschleunigungs- und Dehnungsarbeit; Beispiele aus der
Erfahrungswelt der Schüler; Unterscheidung der Begriffe Arbeit und
Leistung; kinetische und potentielle Energie; Energieerhaltung,
Perpetuum mobile erster Art; Impuls und Impulserhaltung;
Verkehrssicherheit.
Charakteristische Versuche:
Demonstration der Impulserhaltung. Galileipendel.
Anwendungen und Querverbindungen:
Alltagsbezug: Stolpern, Uhrgewicht, Aussteigen aus einem Boot.
Physik: ,,Goldene Regel der Mechanik''. Umwandlung von mechanischer
Energie in Schall- und Wärmeenergie. Energietransport durch Felder.
Energie- und Impulserhaltung in der Elementarteilchenphysik.
Technik: Knautschzone bei PKW. Einrammen von Pfählen.
Speicherkraftwerke. Antrieb von Schiffen, Luft- und Raumfahrzeugen.
Chemie: Bindungsenergie.
Leibesübungen: Schleuderbrett, alle Ballspiele.
Verkehrserziehung: Quadratische Abhängigkeit der
Deformationsenergie von der Geschwindigkeit.
Kreisbewegung und Rotation (A)
Voraussetzungen:
Inertialsystem, Beschleunigung, Kraft, Impuls;
Erhaltungssätze für geradlinige Bewegungen
Grundgedanken:
Krummlinige Bewegungen sind beschleunigt.
Lernziele:
Die Kreisbewegung als beschleunigte Bewegung beschreiben können;
Kennen der Zentripetalkraft und ihrer Wirkung;
Kennen von Beispielen zur Erhaltung des Drehimpulses.
Lerninhalte:
Bewegung auf der Kreisbahn, Winkelgeschwindigkeit, Zentripetalkraft
und Zentripetalbeschleunigung, Fahren in der Kurve; Trägheitsmoment,
Drehimpuls als Vektor, Drehimpuls im abgeschlossenen System.
Charakteristische Versuche:
Oberfläche einer rotierenden Flüssigkeit; Drehschemelversuche zur
Demonstration der Drehimpulserhaltung.
Anwendungen und Querverbindungen:
Alltagsbezug: Zweiradfahren.
Physik: Bestimmung von e/m.
Mathematik: Vektorprodukt.
Astronomie: Bewegung von Planeten.
Technik: Zentrifugen, Kreiselpumpe, Fliehkrafttachometer,
Drehzahlregler, Schwungräder, Wuchten.
Geographie und Wirtschaftskunde: Abplattung der Erde.
Leibesübungen: Diskus, Pirouette, Salto, Kippe am Reck.
Verkehrserziehung: Kurvenfahren, Reifenbeanspruchung bei hoher
Drehzahl.
Keplergesetze und Gravitation (A)
Voraussetzungen:
Grundgesetze der Mechanik, Erhaltungssätze, Kreisbewegung
Grundgedanke:
Die Gravitation ist Ursache der Bewegungen der Himmelskörper.
Lernziele:
Verständnis der geistesgeschichtlichen Bedeutung der
kopernikanischen Wende;
Kenntnis des Zusammenhanges der Keplergesetze mit dem
Gravitationsgesetz;
Beurteilen politischer, wirtschaftlicher und wissenschaftlicher
Aspekte der Grundlagenforschung am Beispiel der Raumfahrt;
Kenntnis wichtiger Daten des Sonnensystems.
Lerninhalte:
Kopernikanische Wende, Keplergesetze, Gravitationsgesetz,
Kraftfeld. Nachweis der Eigenbewegung der Erde;
Entfernungen, Durchmesser, Massen und Dichten von Himmelskörpern,
Raumfahrt und technische Innovation.
Charakteristische Versuche:
Astronomische Beobachtungen. Drehwaage von Cavendish.
Anwendungen und Querverbindungen:
Alltagsbezug: Gewicht; Sonne, Mond und Sterne.
Physik: Feldbegriff in der Elektrostatik.
Geschichte und Sozialkunde: Bedingungen und Auswirkungen
wissenschaftlicher Innovation am Beispiel der kopernikanischen Wende
oder/und am Beispiel der Raumfahrt.
Geographie und Wirtschaftskunde: Erdvermessung und Erderkennung
durch Satelliten.
Wärme und Energie (A)
Voraussetzungen:
Energieerhaltungssatz
Grundgedanken:
Energie wird nicht verbraucht, sondern entwertet.
Lernziele:
Kenntnis des Modells des idealen Gases und seiner Eigenschaften;
den ersten und zweiten Hauptsatz der Wärmelehre auf möglichst viele
Vorgänge anwenden können;
die Sonderstellung der Wärmeenergie erklären und damit energie- und
umweltbewußtes Verhalten rechtfertigen können;
die Größenordnungen der für Alltagsverrichtungen notwendigen
Energiemengen abschätzen können;
hochwertige von minderwertigen Energieformen unterscheiden können.
Lerninhalte:
Ideales Gas; Zustandsänderungen von Gasen; erster und zweiter
Hauptsatz der Wärmelehre; reversible und irreversible Prozesse;
Beispiele für Wärmekraftmaschinen und ihr Bezug zur Umwelt,
Wirkungsgrad; Energiebedarf im Alltag (Heizen, Transport),
Wärmeleitung und Wärmedämmung:
Bedeutung alternativer Energieformen.
Charakteristische Versuche:
Adiabatische Expansion, Wärmedämmversuche.
Anwendungen und Querverbindungen:
Alltagsbezug: Mischungsvorgänge, Energiesparen durch Wärmedämmung,
Kühlschrank.
Physik: Bereitstellung von elektrischer Energie, Energieerhaltung;
Meteorologie.
Mathematik: Wahrscheinlichkeit und Statistik, Logarithmus,
Interpretation von Graphen.
Technik: Wirkungsgrad von Kfz-Motoren, Wärmepumpe, Heizwert von
Brennstoffen.
Geographie und Wirtschaftskunde: Energiewirtschaft, Transportwesen.
Biologie und Umweltkunde: Umweltbelastung durch Abwärme und Abgase.
Chemie: 2. Hauptsatz.
Psychologie und Philosophie: Unmöglichkeitsaussagen, die Verwendung
von Modellen.
Politische Bildung: Der Energiebedarf einer Industriegesellschaft,
Energiepolitik.
Umwelterziehung: Umweltbewußtsein, sinnvoller Energieeinsatz.
Schwingungen
Voraussetzungen:
Kraft, Winkelfunktionen, Kreisbewegung
Grundgedanke:
Periodische Vorgänge lassen sich auf harmonische Bewegungen
zurückführen.
Lernziele:
Die harmonische Bewegung als Modell periodischer Vorgänge erkennen
und mathematisch beschreiben können; Eigenschaften schwingungsfähiger
Systeme beschreiben können.
Lerninhalte:
Federschwingung und mathematisches Pendel, Elongation, Amplitude,
Frequenz, Phase. Eigenschwingung, Eigenfrequenz, Resonanz, Dämpfung,
Rückkopplung; Überlagerung von harmonischen Bewegungen
(allenfalls Lissajous-Figuren).
Charakteristische Versuche:
Fadenpendel, Federpendel, Schreibstimmgabel. Projektion einer
Kreisbewegung, gekoppelte Pendel.
Anwendungen und Querverbindungen:
Alltagsbezug: Kinderschaukel, Vibrationen durch Schall.
Physik: Elektrische Schwingungen, Atomphysik, Wellen.
Mathematik: Winkelfunktionen und Summensätze.
Informatik: Erarbeiten von Programmen zur Schwingungsüberlagerung.
Technik: Stoßdämpfer; Resonanz bei Radio- und Fernsehempfang;
Resonanzkatastrophe, Regelungstechnik.
Biologie und Umweltkunde: Periodische Lebensvorgänge.
Musikerziehung: Tonbildung, Resonanz.
Leibeserziehung: Periodische Bewegungsabläufe, Trampolin.
Wellen
Voraussetzungen:
Harmonische Bewegung, gleichförmige Bewegung
Grundgedanke:
Jeder Punkt einer Wellenfläche ist Ausgangspunkt einer neuen
Elementarwelle.
Lernziele:
Aus dem Prinzip von Huygens Konsequenzen ableiten und diese
experimentell überprüfen können;
die Wellenausbreitung als einen Energietransport ohne
Materietransport verstehen;
Lärm als gesundheitsschädigenden Faktor erkennen;
die Schallausbreitung als Wellenvorgang verstehen.
Lerninhalte:
Entstehung und Ausbreitung von Wellen, transversale und
longitudinale Wellen; Reflexion, Brechung, Interferenz, Beugung;
stehende Welle, Frequenzspektrum, Schwebung;
Schallwelle (Musik, Ultraschall), Dopplereffekt, Lärmschutz.
Erdbebenwellen, Schallaufzeichnung und -wiedergabe.
Charakteristische Versuche:
Stimmgabelversuche, Wellenwannen- und Seilwellenversuche.
Anwendungen und Querverbindungen:
Alltagsbezug: Lärmschutzeinrichtungen (Dezibel).
Mathematik: Extremwertrechnung, Winkelfunktionen, Summensätze.
Informatik: Frequenzanalyse und Fouriersynthese, Synthesizer.
Technik: Schalldämmung, zerstörungsfreie Werkstoffprüfung, Sonar,
Echolot.
Medizin: Ultraschalldiagnose und -therapie.
Geographie und Wirtschaftskunde: Prospektion, Erdbebenwellen.
Biologie und Umweltkunde: Hören bei Mensch und Tier.
Musikerziehung: Tonerzeugung, Instrumente, Schallaufzeichnung und
-wiedergabe, Obertöne, Klang.
Gesundheitserziehung: Lärmschäden.
Politische Bildung: Lärmschutzgesetz.
7. Klasse (2 Wochenstunden):
Emission und Absorption von Licht
Voraussetzungen:
Einfaches Atommodell, Begriff der Frequenz
Grundgedanke:
Licht entsteht in der Atomhülle.
Lernziele:
Kenntnis der quantenhaften Emission und Absorption des Lichtes;
Kenntnis des Zusammenhanges von Frequenz und Energieübergang in der
Atomhülle.
Lerninhalte:
Energieniveauschema (allenfalls Pauli-Verbot), Spektralserien
(E = h.f), Ionisationsenergie, kontinuierliches Spektrum und
Linienspektrum.
Charakteristische Versuche:
Betrachtung des Spektrums eines glühenden festen Körpers und von
Gasentladungsröhren.
Laserversuche.
Anwendungen und Querverbindungen:
Physik: Atombau und Spektrallinien.
Astronomie: Information aus dem Sternenlicht, Spektralklassen.
Chemie: Spektralanalyse.
Die Ausbreitung des Lichtes (A) 1)
------------
1) Siehe Didaktische Grundsätze.
Voraussetzungen:
Begriff der Wellen, Prinzip von Huygens, Dopplereffekt in der
Akustik
Grundgedanke:
Licht breitet sich als Welle aus.
Lernziele:
Kennen einer Methode zur Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit;
Verstehen des Wellenbildes für das Licht;
Kenntnis der Ausbreitungserscheinungen und ihrer Gesetze;
Verstehen der Interferenz und der Beugungserscheinungen;
Kenntnis mindestens eines Versuches zur Bestimmung der Wellenlänge
des sichtbaren Lichtes.
Funktionsweise eines Lasers und einige Anwendungen des Laserlichtes
kennen.
Lerninhalte:
Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit.
Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum und in Materie; Reflexion,
Brechung, Totalreflexion, Dispersion, Erzeugung von kohärentem Licht,
Interferenz; Nachweis der Wellennatur durch einen Beugungsversuch;
Prismen- und Gitterspektren;
Polarisation des Lichtes; Dopplereffekt in der Optik; Laser.
Charakteristische Versuche:
Beugung am Gitter und Messung der Wellenlänge.
Anwendungen und Querverbindungen:
Alltagsbezug: blauer Himmel, Regenbogen, Ölfleck, Luftspiegelung.
Physik: Nachweis der Wellennatur, Messung der Wellenlänge, Aufnahme
von Spektren; Grenzcharakter der Lichtgeschwindigkeit.
Astronomie: Information aus dem Sternenlicht.
Technik: Untersuchung des Spannungsverlaufes durch Doppelbrechung.
Biologie und Umweltkunde: Orientierung der Bienen durch
polarisiertes Licht, Sehen von Mensch und Tier.
Chemie: Spektralanalyse, optische Aktivität, Fotografie.
Stromkreis (A)
Voraussetzungen:
Grundzüge des atomaren Aufbaus der Materie (Festkörper)
Grundgedanken:
In Metallen bewegte Elektronen bilden den elektrischen Strom und
bewirken ein Magnetfeld.
Lernziele:
Definitionen für elektrisches Feld, Ladung und Spannung angeben
können;
das Elektronenstrommodell zur Erklärung des Leitungsmechanismus
heranziehen können;
die Größen Spannung, Stromstärke, Widerstand definieren können;
Kenntnis der Kirchhoffschen Gesetze;
Gefahren im Umgang mit dem elektrischen Strom abschätzen können;
wissen, daß bewegte elektrische Ladungen magnetische Felder
erzeugen;
einfache Eigenschaften des magnetischen Feldes beschreiben können.
Lerninhalte:
Elektrisches Feld, Ladung und Spannung; Modell des
Elektronenstroms, Spannungsquelle, Stromstärke; Ohmsches Gesetz,
Widerstand, Supraleitung, spezifischer Widerstand;
Stromarbeit und -leistung; Kirchhoffsche Gesetze;
Oersted-Versuch, Erzeugung von Magnetfeldern durch elektrischen
Strom, Eigenschaften des magnetischen Feldes (gerader langer
Stromleiter, Schleife, Spule), magnetische Feldgröße B, Amperesche
Elementarmagnete.
Charakteristische Versuche:
Beziehung zwischen Stromstärke und Spannung (Schülerexperimente);
Oersted-Versuch.
Anwendungen und Querverbindungen:
Alltagsbezug: Kompaß, Magnetverschluß, Elektrizität im Haushalt.
Physik: Teilchenmodell des idealen Gases, Energie und Wärme,
Supraleitung, Halbleiter.
Astronomie/Geophysik: Magnetfeld von Himmelskörpern, Messung von
Bewegungen in der Erdkruste.
Technik: Zündsicherung, Thermosäule, Elektroauto.
Chemie: Elektrochemische Spannungsreihe, Akkumulator, Batterie,
Stromleitung in Flüssigkeiten.
Gesundheitserziehung: spezifischer Widerstand des menschlichen
Körpers, Unfallverhütung (Gefahren des elektrischen Stromes).
Halbleiter
Voraussetzungen:
Kristallgitteraufbau, Atombindung, Ionisation; elektrische Größen
und ihre Messung
Grundgedanke:
Bewegte Elektronen und/oder ,,Löcher'' bilden den elektrischen
Strom in Halbleitern.
Lernziele:
Die Abgrenzung der Halbleiter gegenüber den Leitern und Isolatoren
kennen;
Eigenhalbleitung und Störstellenhalbleitung im korpuskularen Modell
beschreiben;
einige Anwendungen von Halbleitern beschreiben.
Lerninhalte:
Definition des Halbleiters, Eigenhalbleitung,
Störstellenhalbleitung, Leitungstypen; Halbleiterdiode und Transistor
sowie einige Anwendungen.
Charakteristische Versuche:
Grundversuche mit Halbleiterdioden und Transistoren in
Schülerexperimenten.
Anwendungen und Querverbindungen:
Alltagsbezug: Lichtschranken und Computer.
Physik: Erzeugung von elektromagnetischen Schwingungen,
Gleichrichtung von Wechselstrom.
Informatik: Physikalische Grundlagen der Computer.
Technik: Leistungssteuerung mit Halbleiterelementen, Anwendungen
einiger Transistorschaltungen, Mikroprozessor.
Geschichte und Sozialkunde: Industrielle Revolution des
20. Jahrhunderts, Informationsgesellschaft.
Geographie und Wirtschaftskunde: Rationalisierung durch
Mikroprozessoren.
Chemie: Geeignete chemische Elemente zur Halbleiterherstellung,
extreme Reindarstellung von Stoffen (Zonenschmelzverfahren).
Bewegte Ladungen im Magnetfeld
Voraussetzungen:
Magnetfeld, Feldgröße B
Grundgedanke:
Die Kraft zwischen bewegten elektrisch geladenen Teilchen und dem
Magnetfeld ist Grundlage für viele elektrische Maschinen.
Lernziele:
Die Lorentzkraft als Ursache der Bewegungsformen elektrisch
geladener Teilchen und stromdurchflossener Leiter im Magnetfeld
erkennen;
elektrische Geräte und Maschinen mit Hilfe der Lorentzkraft
erklären.
Lerninhalte:
Interpretation der Lorentzkraft: F = q (v x B), Ablenkung eines
stromdurchflossenen Leiters im Magnetfeld, Elektromotor; geladene
Teilchen im Magnetfeld (Kathodenstrahlröhre), Massenspektrograph.
Charakteristische Versuche:
Leiterschaukel, Motormodell; Ablenkung des Elektronenstrahls im
Magnetfeld.
Anwendungen und Querverbindungen:
Alltagsbezug: Bildschirme.
Physik: Elektromagnetische Induktion, Kernfusion (,,Magnetische
Flasche'').
Mathematik: Vektorverknüpfungen.
Astronomie: Protuberanzen, Sonnenwind, Nordlicht.
Elektromagnetische Induktion
Voraussetzungen:
Magnetfeld, Magnetische Flußdichte, Kraftfluß
Grundgedanken:
Die Lenzsche Regel ist eine Form des Energiesatzes.
Lernziele:
Das Induktionsgesetz erläutern können;
Wechselstromwiderstände und ihre Wirkungen beschreiben können;
elektrische Geräte und Maschinen, die auf Induktion beruhen,
erklären können.
Lerninhalte:
Elektromagnetische Induktion; Selbstinduktion; Induktivität;
Wechselstrom; Wechselstromkreis; Prinzip von Generator und Motor;
induktiver und kapazitiver Widerstand; Leistung des Wechselstroms.
Charakteristische Versuche:
Bewegung eines Leiters relativ zum Magnetfeld (Leiterschaukel),
Versuche zur Demonstration der Lenzschen Regel (Thomson-Kanone),
Modellversuch zum Generator. Spule bzw. Kondensator im
Wechselstromkreis.
Anwendungen und Querverbindungen:
Alltagsbezug: Lichtmaschine.
Mathematik: Differential- und Integralrechnung, komplexe Zahlen.
Technik: Wechsel- und Drehstromgenerator, Transformator,
elektromechanisches Mikrophon, Schreib- und Leseköpfe bei
magnetischer Datenspeicherung, Zugsicherungssystem INDUSI.
8. Klasse (2 Wochenstunden):
Versorgung mit elektrischer Energie
Voraussetzungen:
Induktionsgesetz, Wechselstromleistung
Grundgedanke:
Das internationale Verbundnetz ist die Grundlage für eine sichere
Versorgung mit elektrischer Energie.
Lernziele:
Kenntnis der Arbeitsweise eines Transformators;
die Vorteile der Verwendung hochgespannten Wechselstromes für
Fernleitung erklären können;
die Notwendigkeit des Verbundbetriebes und der internationalen
Zusammenarbeit für die Sicherstellung der Versorgung mit elektrischer
Energie einsehen können;
Kenntnis der relativen Größe von Erzeugern und Verbrauchern
elektrischer Energie in Österreich.
Lerninhalte:
Transformator; Verluste in der Fernleitung; dreiphasiger
Wechselstrom, Entnahme aus dem Drehstromnetz; Lastverteilung,
Verbundbetrieb, Verbundnetz; Stromimport und Stromexport.
Einige Zahlenangaben über Kraftwerksleistungen, das Verhältnis der
Stromerzeugung aus Wasserkraft- zu der aus Wärmekraftwerken,
Hauptabnehmer in Österreich;
Frequenzhaltung, Hochspannungs-Gleichstrom-Kurzkupplung (HGO).
Charakteristische Versuche:
Versuche mit dem Transformator. Drehfeldversuche.
Anwendungen und Querverbindungen:
Alltagsbezug: Elektrische Energie im Haushalt.
Physik: Transformatoren in Schaltkreisen, zB
Rückkopplungsschaltung.
Mathematik: Vektorrechnung, Summensätze für Winkelfunktionen.
Technik: Netzgeräte. Bau von Großtransformatoren, Fernleitungen,
Leistungsschaltern, Gleichrichtern.
Geographie und Wirtschaftskunde: Standorte von Kraftwerken in
Österreich. Stellenwert der elektrischen Energie in der gesamten
Energieversorgung. Internationale Zusammenarbeit, Energieaustausch
mit West und Ost.
Biologie und Umweltkunde: Vergleich der Umweltbelastung durch
Wasserkraft- und Wärmekraftwerke.
Elektromagnetische Schwingungen und Wellen (A) 1)
------------
1) Siehe Didaktische Grundsätze.
Voraussetzungen:
Grunderscheinungen der Elektrostatistik und Elektrodynamik
Grundgedanke:
Beschleunigte elektrische Ladungen strahlen
Lernziele:
Die wichtigsten Eigenschaften des elektrischen Schwingkreises
qualitativ und quantitativ beschreiben können;
die Entstehung elektromagnetischer Wellen qualitativ begründen
können;
Einsicht in die gemeinsame Natur aller Bereiche des
elektromagnetischen Spektrums gewinnen;
wichtige Anwendungsmöglichkeiten und Wirkungen der verschiedenen
Strahlungsarten beschreiben können;
die Beiträge von Maxwell und Hertz zur Vereinheitlichung der
Elektrodynamik skizzieren können.
Lerninhalte:
Der Schwingkreis; Thomsonsche Schwingungsformel; Erzeugung
elektromagnetischer Schwingungen; ungedämpfte elektrische
Schwingungen; der Hertzsche Dipol; die ungleichförmig bewegte
elektrische Ladung als Strahlungsquelle; die elektromagnetischen
Wellen; das elektromagnetische Spektrum.
Grundlagen von Hörfunk und Fernsehen; Nachrichtensatelliten.
Charakteristische Versuche:
Erzeugung elektromagnetischer Schwingungen mit Schwingkreisen,
Hertzsche Versuche.
Anwendungen und Querverbindungen:
Alltagsbezug: Röntgenuntersuchung, Radarkontrolle, Mikrowellenherd,
Unterhaltungselektronik.
Astronomie: Objekte im Kosmos.
Technik: Funk, Radar, Mikrowellen, Transistor.
Medizin: Röntgendiagnose, Kurzwellentherapie, Computertomographie.
Geschichte und Sozialkunde: Nachrichtentechnik und ihre politischen
Auswirkungen.
Politische Bildung: Einsatz der Nachrichtentechnik (Polizei,
Rettung, Feuerwehr, Postfunk, CB-Funk, Fernsteuerungen).
Raum, Zeit, Energie (A)
Voraussetzungen:
Lichtgeschwindigkeit, Inertialsystem
Grundgedanken:
Die Vakuumlichtgeschwindigkeit ist in allen Inertialsystemen gleich
groß.
Lernziele:
Die Notwendigkeit einer Verallgemeinerung der Newtonschen Mechanik
begründen können;
typische Effekte der speziellen Relativitätstheorie angeben und
interpretieren können;
die spezielle Relativitätstheorie als Ausgangspunkt einer
wissenschaftlich-technischen Revolution erkennen sowie deren
militärische und wirtschaftliche Folgen bewerten können.
Lerninhalte:
Konstanz der Lichtgeschwindigkeit; Relativitätsprinzip;
Relativität der Gleichzeitigkeit; Zeitdilatation;
Längenkontraktion; Lichtgeschwindigkeit als Grenzgeschwindigkeit;
Ruhmasse; dynamische Masse;
Massendefekt; Äquivalenz von Masse und Energie als Grundlage für
Energiefreisetzung und Teilchenproduktion.
Charakteristische Versuche: -
Anwendungen und Querverbindungen:
Physik: Elementarteilchenphysik.
Mathematik: Graphen, Transformationen, Näherungsrechnung.
Informatik: Simulationsprogramme.
Astronomie: Kosmologie.
Technik: Navigation, Kernenergie.
Psychologie und Philosophie: Entwicklungswege physikalischer
Theorien (Newton, Einstein), relativistische Auffassung von Raum und
Zeit.
Politische Bildung: Militärische und wirtschaftliche Auswirkungen
physikalischer Theorien, Verantwortung des Wissenschafters.
Welle - Teilchen (A)
Voraussetzungen:
Energie- und Impulserhaltungssatz, Ausbreitung und Beugung von
Wellen, Begriff der Wahrscheinlichkeit
Grundgedanke:
Weder Teilchen- noch Wellenmodell allein beschreiben die
Erscheinungen der Mikrophysik richtig.
Lernziele:
Den Welle-Teilchen-Aspekt bei Licht und Materie beschreiben können;
die Konsequenzen der Unbestimmtheitsrelation an Beispielen
verdeutlichen können;
die Grundgedanken der Quantenmechanik anhand des
Doppelspaltversuches erläutern können.
Lerninhalte:
Photoeffekt; Energie und Impuls des Photons; Comptoneffekt;
de Broglie - Wellenlänge und ihre experimentelle Bestätigung;
Bornsche Deutung der Wellenfunktion; Doppelspaltversuch;
Unbestimmtheitsrelation; Stabilität der Atome im Grundzustand;
Quantenübergänge.
Charakteristische Versuche:
Photoeffekt.
Anwendungen und Querverbindungen:
Physik: Aufbau der Materie, Wellenlehre.
Mathematik: Wahrscheinlichkeitsrechnung, trigonometrische
Funktionen.
Astronomie: Sternaufbau und -entwicklung.
Chemie: Elektronenhülle des Atoms.
Psychologie und Philosophie: Modellbegriff, Kausalität und
Determinismus, Theorienentwicklung, Erkenntnistheorie.
Atomkern und Kernenergie (A)
Voraussetzungen:
Kernbausteine, Periodensystem, Beugung.
Grundgedanke:
Kernreaktionen können Energie freisetzen.
Lernziele:
Die Erforschung der Materie durch Streuversuche an Beispielen
aufzeigen können;
den Aufbau von Atomen und Atomkernen beschreiben können;
Wesen und Wirkungen der Radioaktivität kennen;
Konsequenzen der Nutzung unterschiedlicher Formen von Primärenergie
beurteilen können;
am Beispiel der Elementarteilchenphysik einen Einblick in die
Grundlagenforschung gewinnen und deren Notwendigkeit abschätzen
lernen;
um das Zerstörungspotential atomarer Waffen wissen.
Lerninhalte:
Strukturaufklärung durch Streuversuche, Kernaufbau; Radioaktivität,
Halbwertszeit, Radioisotope; Kernreaktionen, Massendefekt,
Kernspaltung, Kernfusion, Kernreaktoren, Wiederaufarbeitung,
Entsorgung;
Strahlenschutz; Kernwaffen, Elementarteilchen.
Charakteristische Versuche:
Versuche mit Geigerzähler und Wilsonscher Nebelkammer
Anwendungen und Querverbindungen:
Alltagsbezug: Reaktorsicherheit, Strahlentherapie, radioaktiver
Niederschlag.
Physik: Plasmaphysik, Laser.
Mathematik: Differentialgleichung, Exponentialfunktion.
Astronomie: Sternmaterie, Energiehaushalt der Sterne,
Sternentwicklung.
Technik: Energiebereitstellung, Werkstoffprüfung,
Werkstoffbelastung durch Neutronen.
Medizin: Strahlendiagnose und -therapie.
Biologie und Umweltkunde: Altersbestimmung, radioaktive Belastung,
Mutationen.
Chemie: Periodensystem, Plutonium, Transurane.
Politische Bildung: Strahlenschutzgesetz, atomarer
Rüstungswettlauf, Energiepolitik.
Didaktische Grundsätze:
Die in der Oberstufe zu behandelnden Bereiche der Physik wurden in
voneinander möglichst unabhängige Bausteine (Module) gegliedert. Die
Module enthalten verpflichtende und hinweisende Teile. Die Lehrpläne
der Oberstufenformen unterscheiden sich in der Anzahl und Auswahl der
Module sowie durch verschiedene Formen (2 Varianten, Form A oder
Form B der Module). Die Abfolge und Gewichtung innerhalb eines Jahres
liegt im Ermessen des Lehrers.
Am Beginn eines jeden Moduls sind die für seine Behandlung
nötigen Voraussetzungen aufgezählt. Sind diese bei den Schülern nicht
vorhanden, müssen sie geschaffen werden.
Die Formulierung der dem Modul vorangestellten Grundgedanken gibt
das Wesentliche des Moduls.
Der Unterricht soll dazu führen, daß die Schüler die
aufgezählten Lernziele erreichen. Dies soll überwiegend anhand der
Erarbeitung der angeführten Lerninhalte geschehen. In Einzelfällen
kann der Lehrer alternative Lerninhalte verwenden. Der Lehrer soll
innerhalb jedes Moduls eine Gewichtung vornehmen und dabei folgendes
beachten:
1. Die Verwirklichung der Lernziele bedarf einer sorgfältigen
Planung am Beginn des Schuljahres. Es wird empfohlen, dabei von
28 Wochen pro Schuljahr auszugehen.
2. Verschiedene Formen des Unterrichtes benötigen unterschiedlichen
Zeitaufwand. Als Unterrichtsformen kommen unter anderen in
Betracht:
- Impulsreferat
- Lehrer-Schüler-Gespräch
- Demonstrationsexperimente
- Einsatz von Medien
- Gruppenarbeit
- Schülerexperimente
- Projektunterricht
- projektorientierter Unterricht.
3. Allgemeine Grundsätze (zB Erhaltungsgrößen, Modellbildung)
sollen möglichst frühzeitig angesprochen und immer wieder
verwendet werden. Das Abschätzen von und Arbeiten mit
Größenordnungen soll ständig geübt werden. Das internationale
Maßsystem ist durchgängig zu verwenden. Wo immer möglich, soll
auf die historische Entwicklung physikalischer Erkenntnisse
eingegangen werden (genetische Methode).
Da das Experiment eine wesentliche Komponente der Physik ist und
darüber hinaus stark motivierend wirkt, kommt ihm im Unterricht eine
zentrale Bedeutung zu. Im Lehrplan sind in den
Modulen charakteristische Versuche angeführt. Nach Maßgabe der
experimentellen Ausstattung ist bei der Erarbeitung eines Moduls
zumindest eines der angegebenen charakteristischen Experimente
durchzuführen.
Um den allgemeinbildenden Zielen des Physikunterrichtes gerecht zu
werden, sollen der Alltagsbezug, fachübergreifende Aspekte und die
Unterrichtsprinzipien berücksichtigt werden. Einige Hinweise sind
dazu als Anwendungen und Querverbindungen jedem Modul angeschlossen.
Dies ist ein Service der
Österreichischen Professoren Union