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Übersicht Oberstufe
Wahlpflichtgegenstand Physik
Physik am Realgymnasium mit ergänzendem Unterricht in Biologie und Umweltkunde, Physik sowie Chemie
Physik am Oberstufenrealgymnasium mit ergänzendem Unterricht in Biologie und Umweltkunde, Physik sowie Chemie
Physik am Oberstufenrealgymnasium mit Darstellender Geometrie
Physik am Gymnasium, am Wirtschaftskundlichen Realgymnasium und am Oberstufenrealgymnasium mit Instrumentalunterricht oder mit Bildnerischem Gestalten und Werkerziehung
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:
5. Klasse (2 Wochenstunden)
Einführung in den Gegenstand Physik
Aufbau der Materie
Wie am Gymnasium (6. Klasse).
Einfache Bewegungen und ihre Ursachen (B) 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;
den Einfluß der Reibung auf die Bewegung erkennen;
Kenntnisse der Mechanik auf das Verkehrsverhalten anwenden können;
am Begriff des ,,materiellen Punktes'' die Zuverlässigkeit und
Zweckmäßigkeit von Modellvorstellungen erläutern 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, Anhaltestrecken, Überholstrecke. Bewegungsaufgaben etwa aus
Straßenverkehr, Biologie oder Sport; Geschwindigkeiten und
Beschleunigungen aus Mikro- und Makrokosmos.
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).
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 (B)
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.
Energie- und Impulssatz zur Herleitung der Stoßgesetze benützen
können;
Antrieb durch Rückstoß als Folge des Impulssatzes verstehen.
Lerninhalte:
Hub-, Beschleunigungs- und Dehnungsarbeit; Beispiele aus der
Erfahrungswelt der Schüler; Unterscheidung der Begriffe Arbeit und
Leistung; kinetische und potentielle Energie;
Energieerhaltung, dissipative Systeme, Perpetuum mobile erster Art;
Impuls und Impulserhaltung; Verkehrssicherheit.
Elastischer und unelastischer zentraler Stoß, Reflexionsgesetz;
Fortbewegung von Lebewesen und Fahrzeugen in Wasser und Luft;
Wirkungsgrad; Rückstoßprinzip.
Charakteristische Versuche:
Demonstration der Impulserhaltung. Galileipendel.
Anwendungen und Querverbindungen:
Alltagsbezug: Stolpern, Uhrgewicht, Aussteigen aus einem Boot,
Billard.
Physik: ,,Goldene Regel der Mechanik''. Umwandlung von mechanischer
Energie in Schall- und Wärmeenergie.
Energietransport durch Felder. Energie- und Impulserhaltung in der
Elementarteilchenphysik.
Technik: Knautschzone beim 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 (B)
Voraussetzungen:
Inertialsystem, Beschleunigung, Kraft, Impuls;
Erhaltungssätze für geradlinige Bewegungen
Grundgedanke:
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;
Kreiseleigenschaften beschreiben können;
Berechnen der Zentripetalkraft in einfachen, lebensnahen
Beispielen.
Lerninhalte:
Bewegung auf der Kreisbahn, Winkelgeschwindigkeit, Zentripetalkraft
und Zentripetalbeschleunigung, Fahren in der Kurve; Trägheitsmoment,
Drehimpuls als Vektor, Drehimpuls im abgeschlossenen System.
Drehmoment, Rotationsenergie (Energiespeicherung), Präzession.
Charakteristische Versuche:
Oberfläche einer rotierenden Flüssigkeit; Drehschemelversuche zur
Demonstration der Drehimpulserhaltung. Kreiselversuche.
Anwendungen und Querverbindungen:
Alltagsbezug: Zweiradfahren.
Physik: Bestimmung von e/m.
Mathematik: Vektorprodukt, Integralrechnung.
Astronomie: Bewegung von Planeten. Präzession der Erde.
Technik: Zentrifugen, Kreiselpumpe, Fliehkrafttachometer,
Drehzahlregler, Schwungräder, Wuchten. Der Kreisel als
Richtungsstabilisator.
Geographie und Wirtschaftskunde: Abplattung der Erde.
Leibesübungen: Diskus, Pirouette, Salto, Kippe am Reck.
Verkehrserziehung: Kurvenfahren, Reifenbeanspruchung bei hoher
Drehzahl.
6. Klasse (3 Wochenstunden):
Keplergesetze und Gravitation (B) 1)
------------
1) Siehe Didaktische Grundsätze.
Voraussetzungen:
Grundgesetze der Mechanik, Erhaltungssätze, Kreisbewegung
Grundgedanke:
Die Gravitation ist Ursache der Bewegung der Himmelskörper.
Lernziele:
Verständnis der geistesgeschichtlichen Bedeutung der
kopernikanischen Wende;
Kenntnis des Zusammenhanges der Keplergesetze mit dem
Gravitationsgesetz;
Verständnis des Feldbegriffes und der Größen zur Beschreibung des
Feldes;
Beurteilen politischer, wirtschaftlicher und wissenschaftlicher
Aspekte der Grundlagenforschung am Beispiel der Raumfahrt;
Kenntnis wichtiger Daten des Sonnensystems;
Massen und Distanzen von Himmelskörpern berechnen können;
Verständnis der physikalischen Grundlagen der Raumfahrt.
Lerninhalte:
Kopernikanische Wende, Keplergesetze, Gravitationsgesetz,
Kraftfeld, Potential und Potentialfeld.
Nachweis der Eigenbewegung der Erde; Entfernungen, Durchmesser,
Massen und Dichten von Himmelskörpern, Raumfahrt und technische
Innovation, kosmische Geschwindigkeiten.
Charakteristische Versuche:
Astronomische Beobachtungen. Drehwaage von Cavendish.
Anwendungen und Querverbindungen:
Alltagsbezug: Gewicht; Sonne, Mond und Sterne.
Physik: Feldbegriff in der Elektrostatik, Grenzen der Newtonschen
Theorie der Gravitation.
Geschichte und Sozialkunde: Bedingungen und Auswirkungen
wissenschaftlicher Innovation am Beispiel der kopernikanischen Wende
oder/und am Beispiel der Raumfahrt.
Geographie und Wirtschaftskunde: Erdvermessung und Erderkundung
durch Satelliten.
Teilchenbewegung und Gasgesetze
Voraussetzungen:
Bausteine der Materie, Energie, Impuls, Erhaltungssätze, einfache
Bewegungen
Grundgedanke:
Statistik bringt Ordnung ins Chaos.
Lernziele:
Verständnis für den Zusammenhang von ungeordneten
Teilchenbewegungen und Erscheinungsformen der Materie;
Kennen von Nachweisen der Wärmebewegung;
Kennen des Modells des idealen Gases sowie der Gasgesetze;
grundsätzliches Verstehen der statistisch-kinetischen Deutung der
Temperatur; Auswirkungen der Molekularkräfte beschreiben können;
Gasgesetze an einigen Beispielen quantitativ anwenden können;
Phasenübergänge mit Hilfe des kinetischen Teilchenmodells
beschreiben können.
Lerninhalte:
Ungeordnete Teilchenbewegung in Festkörpern, Flüssigkeiten und
Gasen, mittlere freie Weglänge; Brownsche Bewegung, Diffusion;
elektrische Natur der Kräfte zwischen Atomen und Molekülen,
Boyle-Mariottesches-, Gay-Lussacsches Gesetz, allgemeine
Zustandsgleichung; Geschwindigkeitsverteilung, mittlere kinetische
Energie, innere Energie, Kelvinskala, Boltzmannkonstante;
Gültigkeitsgrenze der Gasgesetze.
Oberflächenspannung, Kapillarität; Phasenübergänge, gesättigte und
ungesättigte Dämpfe, Verflüssigung von Gasen; Plasma.
Charakteristische Versuche:
Versuche zur Demonstration der Brownschen Bewegung. Demonstration
der Diffusion, Versuche mit Luftkissentischen, Versuche zur
Teilchenbewegung mit Kugeln.
Anwendungen und Querverbindungen:
Alltagsbezug: Aufpumpen von Luftreifen, Taucherflasche, Wirkung von
Waschmitteln.
Physik: Elektronengasmodell, Temperaturabhängigkeit des
elektrischen Widerstandes, Supraflüssigkeit, Plasma.
Mathematik: Wahrscheinlichkeit und Statistik.
Astronomie: Sterntemperaturen, Strahlungstemperaturen, Stabilität
von Sternschichten.
Technik: Gasverflüssigung, Kältetechnik, Temperaturmeßtechnik.
Biologie und Umweltkunde: Osmose, Austauschvorgänge an
Zellmembranen, Wasserversorgung der Pflanzen, Wasserläufer.
Chemie: Reaktionskinetik, thermische Dissoziation von Molekülen,
halbdurchlässige Membrane, Destillation.
Psychologie und Philosophie: Unterschied zwischen deterministischen
und indeterministischen Auffassungen des Naturgeschehens.
Wärme und Energie (B)
Voraussetzungen:
Temperaturbegriff, Energieerhaltungssatz, Gasgesetze
Grundgedanke:
Energie wird nicht verbraucht, sondern entwertet.
Lernziele:
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 Größenordnung der für Alltagsverrichtungen notwendigen
Energiemengen abschätzen können;
hochwertige von minderwertigen Energieformen unterscheiden können.
Lerninhalte:
Erster Hauptsatz der Wärmelehre: adiabatische Zustandsänderungen
von Gasen; zweiter Hauptsatz der Wärmelehre; Beispiele für
Wärmekraftmaschinen und ihr Bezug zur Umwelt; Wirkungsgrad;
reversible und irreversible Prozesse (allenfalls Entropie);
Wärmeleitung und Wärmedämmung; Bedeutung alternativer Formen der
Energiegewinnung und -nutzung und ihre physikalischen Grundlagen.
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, Entropie und chemische Reaktionen.
Psychologie und Philosophie: Entropie und Zeitpfeil,
Unmöglichkeitsaussagen, die Verwendung von Modellen.
Politische Bildung: der Energiebedarf einer Industriegesellschaft,
Energiepolitik.
Umwelterziehung: Umweltbewußtsein, sinnvoller Energieeinsatz.
Hydro-und Aeromechanik
Voraussetzungen:
Druck, Energie
Grundgedanke:
Die Bernoulligleichung ist eine Form des Energieerhaltungssatzes
Lernziele:
Die Grundbegriffe der Hydro- und Aerostatik kennen;
die Bernoulligleichung kennen und anwenden können;
die Grundlagen des Fliegens erklären können.
Lerninhalte:
Hydrostatischer Druck, barometrische Höhenmessung, Archimedisches
Gesetz, Bernoulligleichung, aerodynamischer Auftrieb,
Strömungswiderstand
Charakteristische Versuche:
Hydrostatischer und aerodynamischer Auftrieb
Anwendungen und Querverbindungen:
Alltagsbezug: Widerstandsbeiwert von Autos.
Mathematik: Exponentialfunktion.
Technik: Flugzeuge, Windkanal, Schiffsrumpf.
Leibesübungen: Ballspiele, Skispringen.
Schwingungen
Wellen
Wie am Gymnasium (6. Klasse).
Emission und Absorption von Licht
Wie am Gymnasium (7. Klasse).
Die Ausbreitung des Lichtes (B)
Voraussetzungen:
Begriff der Wellen, Prinzip von Huygens, Dopplereffekt in der
Akustik
Grundgedanke:
Licht breitet sich als Welle aus
Lernziele:
Kenntnis einer Methode zur Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit;
Verständnis des Wellenbildes für das Licht;
Kenntnis der Ausbreitungserscheinungen und ihrer Gesetze;
Verständnis der Interferenz und der Beugungserscheinungen;
Kenntnis mindestens eines Versuches zur Bestimmung der Wellenlänge
des sichtbaren Lichtes.
das Reflexions- bzw. Brechungsgesetz aus dem Prinzip von Huygens
herleiten können;
Kenntnis des Informationsgehaltes des Sternenlichtes;
Funktionsweise eines Lasers und einige Anwendungen des Laserlichts
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 Interferenz- und Beugungsversuche; Prismen- und
Gitterspektren; Polarisation des Lichtes; Dopplereffekt in der Optik;
Herleitung des Reflexions- und/oder des Brechungsgesetzes;
Strahlungsgesetze; Auskünfte aus Sternspektren (insbesondere
Zusammensetzung der Sternatmosphären); Laser.
Charakteristische Versuche:
Beugung am Gitter und Messung der Wellenlänge. Interferenzversuche
(zB Interferenzversuch von Pohl); Polarisationsversuche (zB
Spannungsoptik).
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; Expansion des
Weltalls.
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.
7. Klasse (2 Wochenstunden):
Elektrostatisches Feld
Voraussetzungen:
Kraft, Arbeit, Atombausteine
Grundgedanken:
Eine ruhende elektrische Ladung erzeugt ein elektrisches Feld.
Lernziele:
Das elektrostatische Feld, speziell das des Plattenkondensators
beschreiben können;
die quantenhafte Struktur der elektrischen Ladung begreifen und
ihren Nachweis beschreiben können.
Lerninhalte:
Grundversuche, Ladungseinheit, Coulombgesetz, Feldstärke,
Potential, Spannung; Kapazität, Ladungsverteilung auf Leitern,
Faradaykäfig; Plattenkondensator, Millikanversuch. Elektronvolt;
Materie im elektrostatischen Feld; Messung der radioaktiven
Strahlung.
Charakteristische Versuche:
Grundversuche im Schülerexperiment, Versuche mit dem
Van-de-Graaff-Generator. Darstellung von Feldlinien.
Anwendungen und Querverbindungen:
Alltagsbezug: Statische Aufladung eines Kraftfahrzeuges.
Elektrisieren durch Reibung, etwa Gleiten der Hand am
Kunststoffhandlauf bei gleichzeitiger Berührung der Metallstäbe eines
Geländers.
Physik: Vergleich mit Gravitationsgesetz und Gravitationsfeld;
Elektronik (Kondensator); Ablenkung von geladenen Teilchenstrahlen im
Kondensator; Beschleuniger.
Technik: Rauchgasreinigung; Sensortasten; Raumsicherung.
Fernsehbildröhre; Flüssigkeitskristallanzeige; Autolackierung.
Chemie: Beitrag der elektrischen Kräfte zur Bindung.
Psychologie und Philosophie: Kontinuität und Diskontinuität.
Stromkreis (B) 1)
------------
1) Siehe Didaktische Grundsätze.
Voraussetzungen:
Elektrisches Feld, Ladung, Spannung, Grundzüge des atomaren Aufbaus
der Materie (Festkörper)
Grundgedanken:
In Metallen bewegte Elektronen bilden den elektrischen Strom und
bewirken ein Magnetfeld.
Lernziele:
Das Elektronenstrommodell zur Erklärung des Leitungsmechanismus
heranziehen können;
die Größen Spannung, Stromstärke, Widerstand definieren können;
Kenntnis der Kirchhoffschen Gesetze;
einfach verzweigte Leitersysteme berechnen können;
einfache Messungen dieser Größen selbst durchführen können;
Gefahren im Umgang mit dem elektrischen Strom abschätzen können;
wissen, daß bewegte elektrische Ladungen magnetische Felder
erzeugen;
einfache Eigenschaften des magnetischen Feldes beschreiben können;
das Verhalten von Materie in Magnetfeldern im Grundsätzlichen
beschreiben können;
Kenntnis des thermoelektrischen Effekts und seiner wichtigsten
Anwendungen.
Lerninhalte:
Modell des Elektronenstroms, Spannungsquelle, Stromstärke; Ohmsches
Gesetz, Widerstand, Supraleitung, spezifischer Widerstand;
Stromarbeit und -leistung; Kirchhoffsche Gesetze, Schaltung von
Widerständen, Meßgeräten und Spannungsquellen; Shunt,
Innenwiderstand; Oersted-Versuch, Erzeugung von Magnetfeldern durch
elektrischen Strom, Eigenschaften des magnetischen Feldes (gerader
langer Stromleiter, Schleife, Spule), magnetische Feldgröße B,
Amperesche Elementarmagnete. Ferromagnetismus, Permeabilitätszahl,
Para- und Diamagnetismus, Hysterese; Thermoeffekt.
Charakteristische Versuche:
Beziehung zwischen Stromstärke und Spannung; Parallel- und
Serienschaltung von Widerständen (Schülerexperimente);
Oersted-Versuch. Demonstration von Feldlinienbildern.
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
Bewegte Ladungen im Magnetfeld
Elektromagnetische Induktion
Wie am Gymnasium (7. Klasse).
Versorgung mit elektrischer Energie
Wie am Gymnasium (8. Klasse).
8. Klasse (2 Wochenstunden):
Elektromagnetische Schwingungen und Wellen (B) 1)
------------
1) Siehe Didaktische Grundsätze.
Voraussetzungen:
Grunderscheinungen der Elektrostatik 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;
elektromagnetische Grundlagen der Nachrichtentechnik angeben
können.
Lerninhalte:
Der Schwingkreis; Thomsonsche Schwingungsformel; Erzeugung
elektromagnetischer Schwingungen; ungedämpfte elektrische
Schwingungen; der Hertzsche Dipol; die ungleichförmig bewegte
elektrische Ladung als Strahlungsquelle; Bremsstrahlung;
Synchrotronstrahlung; die elektromagnetischen Wellen; das
elektromagnetische Spektrum.
Hörfunk und Fernsehen; Nachrichtensatelliten; Radioteleskope und
Radiointerferometer; kosmische Radioquellen.
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 (B)
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;
die Lorentztransformation interpretieren können; kinematische
Aufgaben lösen 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;
die Newtonsche Mechanik als Sonderfall der speziellen
Relativitätstheorie; Raum-Zeit-Diagramme;
Lorentztransformation; relativistische kinetische Energie;
Geschwindigkeitsadditionstheorem.
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)
Atomkern und Kernenergie (A)
Wie am Gymnasium (8. Klasse).
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