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Pflichtgegenstand Physik
Allgemeiner Teil des Lehrplans
Bildungs- und Lehraufgabe, Didaktische Grundsätze: Der Wahlpflichtgegenstand Physik hat die Aufgabe, die Kenntnisse und Einsichten der Schüler in Themenbereichen, die im Lehrplan des Pflichtgegenstands enthalten sind, zu vertiefen sowie eine Einführung in davon verschiedene Sachgebiete zu geben. Im besonderen soll die Experimentierfreude und Experimentierfertigkeit der Schüler gesteigert werden. Für beide voneinander unabhängig zu führende Unterrichtsjahre sind gemeinsame Lernziele vorgesehen. Der Lehrer hat in jedem Jahr mehrere dieser Ziele anzustreben, wobei die im Lehrplan vorgeschlagenen Module als richtungsgebende Beispiele dienen. Dem Lehrer ist es in Absprache mit den Schülern freigestellt, die Lernziele anhand selbstgewählter Inhalte zu erreichen. Lernziele: Fertigkeit in Planung, Ausführung und Auswertung physikalischer Versuche; Vertrautheit mit der Funktion einiger technischer Geräte und ihrer physikalischen Grundlagen; Kenntnisse aus den Sachgebieten Meteorologie, Aero- und Hydrodynamik, Akustik oder geometrische Optik; erweiterte Kenntnisse aus Relativitätstheorie, Atom- und Kernphysik, Elementarteilchenphysik oder Kosmologie; Einblick in die Arbeitswelt von Menschen mit Berufen aus dem naturwissenschaftlich-technischen Bereich; Kenntnis einiger medizinisch-physikalischer Methoden; Einblick in die physikalische Forschungsarbeit mit besonderer Berücksichtigung des österreichischen Anteils; Kenntnis aktueller Forschungsergebnisse. Lehrstoff: Messen und Meßfehler Voraussetzungen: Maßeinheiten. Grundgedanke: Zur Angabe eines Meßergebnisses gehört unbedingt eine Fehlerabschätzung. Lernziele: Die grundsätzliche Ungenauigkeit von Messungen einsehen und eingrenzen können; Meßexperimente durchführen und statistisch auswerten können. Lerninhalte: Meßreihen, systematische Fehler, zufällige Fehler, Gaußsche Fehlerkurve, Mittelwert und Standardabweichung, Meßwertangabe mit Standardabweichung, Fehlerfortpflanzung. Charakteristische Versuche: Versuchsreihen zur Ermittlung der Fehlerverteilung. Anwendungen und Querverbindungen: Alltagsbezug: Meßgeräte Technik: Eichwesen. Potentiometerschaltung Voraussetzungen: Die Gesetze von Ohm und Kirchhoff; Arbeitsweise eines Meßgeräts. Grundgedanke: Genaue Analyse einer elektrischen Schaltung. Lernziele: Fähigkeit, eine Schaltung zu planen und aufzubauen; Fähigkeit, eine Meßreihe durchzuführen und ihre Ergebnisse graphisch festzuhalten; die Gesetze von Ohm und Kirchhoff für verzweigte Leitersysteme im Fall der Potentiometerschaltung anwenden können; Erfassen der Übereinstimmung von Experiment und Theorie am vorliegenden Beispiel. Lerninhalte: Aufbau der Potentiometerschaltung. Einsatz von Amperemeter und Voltmeter. Abhängigkeit der abgenommenen Teilspannung von der Stellung des Potentiometers und vom Verhältnis des Lastwiderstandes zum Potentiometerwiderstand. Graphische Darstellung der Meßwerte in einem Diagramm. Die abgenommene Teilspannung als Funktion der Stellung des Gleitkontaktes am Potentiometer (nur bei Fehlen eines Lastwiderstandes linear). Variation des Lastwiderstandes (Kurvenschar). Rechnerische Behandlung des Problems. Vergleich mit den Meßwerten; Ursachen der Abweichung. Allenfalls: Simulation des Experiments am Computer. Charakteristische Versuche: Aufbau einer Potentiometerschaltung; Durchführung von Meßreihen mit verschiedenen Lastwiderständen. Anwendungen und Querverbindungen: Alltagsbezug: Drehpotentiometer in elektronischen Geräten. Physik: Einfluß der Meßgeräte auf das Versuchsergebnis. Informatik: Benützung oder Erstellung eines Simulationsprogrammes. Elektronische Bauteile Voraussetzungen: Korpuskulares Modell des Halbleiters, Ohmsches Gesetz Grundgedanke: Einige Bauteile bestimmen im Prinzip die Vielfalt der Elektronischen Geräte. Lernziele: Das Leitungs- und Schaltverhalten einiger elektronischer Bauteile beschreiben und in Testschaltungen überprüfen können. Lerninhalte: NTC, PTC, LDR, VDR Kondensator - Ladung und Entladung Spulen Gleichrichterdioden - Kennlinie und Schaltverhalten Fotodiode, Leuchtdiode Transistoren - Kennlinien, Arbeitspunkt, Schaltverhalten Flächentransistoren Feldeffekt-Transistor Thyristor und Triac Charakteristische Versuche: Veränderliche Widerstände im einfachen Stromkreis, Laden und Entladen eines Kondensators, Testschaltungen für Dioden und Transistoren, Schaltverhalten von Thyristor und Triac. Anwendungen und Querverbindungen: Alltagsbezug: Digitaluhr, Taschenrechner Physik: Ohmsches Gesetz, Halbleiter Technik: Bau von elektronischen Geräten Chemie: Herstellung von elektronischen Bauteilen. Grundlegende elektronische Schaltungen im Experiment Voraussetzungen: Elektronische Bauteile Grundgedanken: Mit der Kenntnis des Leitungs- und Schaltverhaltens der einzelnen Bauteile lassen sich elektronische Schaltungen verstehen. Lernziele: Elektronische Schaltungen erklären können; Logikschaltungen angeben und erklären können. Lerninhalte: Der Kondensator als Phasenschieber, Glättkondensator, Koppelkondensator, Frequenzweiche; Sensorschaltungen, Transformator - Übertrager, Elektromagnetische Wandler, Schwingkreis, Spulen, Kondensatoren und Widerstände: RC-Tiefpaß, RC-Hochpaß, RL-Tiefpaß, RL-Hochpaß, LC-Tiefpaß, LC-Hochpaß, ,,Filter'', Parallel-/Serienschaltung von Induktivität und Kapazität; Gleichrichterschaltungen - Glättung, Transistor als Schalter, Transistor als Verstärker - zweistufiger Verstärker, Leistungsansteuerung, Impulsgenerator - Thyristor/Triac, Diac - Triac, Logikschaltungen, Gatter, Multivibratoren. Charakteristische Versuche: Einige angeführte Schaltungen aufbauen und allenfalls Messungen ausführen. Anwendungen und Querverbindungen: Alltagsbezug: Unterhaltungselektronik, Grundlagenverständnis vieler elektronischer Geräte Chemie: MOS-Technologie Technik: Herstellung integrierter Schaltungen - Chips Geographie und Wirtschaftskunde: Miniaturisierung von Schaltungen, Steigerung von Produktivität und Konkurrenzfähigkeit durch Einsatz neuer Technologien. Hörfunk und Fernsehen Voraussetzungen: Schwingkreis, Kippfrequenz, Transistor, elektromagnetisches Spektrum, Elektronenablenkung im Magnetfeld, Photoeffekt. Grundgedanke: Ton- und Bildsignale lassen sich drahtlos übertragen. Lernziele: Kennenlernen der Möglichkeit, Signale mit Hilfe elektrischer Impulse über weite Strecken übertragunsfähig zu machen; Einsicht in die Grundlagen der Übertragungstechnik gewinnen; die Problematik der Frequenzverteilung im Funkverkehr einsehen. Lerninhalte: Mikrophon, Fernsehkamera, Braunsche Röhre, Herstellung des Farbsignals; Amplituden- und Frequenzmodulation, Kodierung, Frequenzbänder, Fernsehkanäle, Sender, Richtfunkstationen, Relaisstationen, Satellitenübertragung; Antennen, Dekodierung, Demodulation, Signalwiedergabe. Charakteristische Versuche: Ablenkung eines Elektronenstrahls; Senden und Empfangen elektromagnetischer Impulse mittels selbstgebauter Vorrichtungen. Anwendungen und Querverbindungen: Alltagsbezug: der tägliche Fernsehkonsum, Antennen. Geographie und Wirtschaftskunde: Fernsehen und Hörfunk als Wirtschaftsfaktor (Werbung). Politische Bildung: länderübergreifende Empfangsmöglichkeiten, internationale Vereinbarungen über Sendefrequenzen, staatliches und privates Fernsehen, Störsender. Laser Voraussetzungen: Emission und Absorption des Lichts, Eigenschaften des Lichts. Grundgedanke: Laserlicht eröffnet neue Technologien Lernziele: Die physikalischen Grundlagen des Lasers wiedergeben können; einige Anwendungen des Lasers beschreiben können; die Sicherheitsvorkehrungen beim Umgang mit Laserlicht kennen; einige einfache Versuche mit Laserlicht durchführen können. Lerninhalte: Spontane und stimulierte Emission von Licht, Atompopulation und Inversion; Lasermaterialien, optisches Pumpen, Aufbau und Funktion von Lasern, optische Eigenschaften des Laserlichts. Wechselwirkung der Laserstrahlung mit Materie, Sicherheitsvorkehrungen. Einfache Versuche mit dem Schullaser. Anwendungen in Medizin, Nachrichtentechnik, Materialbearbeitung, Holographie und Meßtechnik. Charakteristische Versuche: Reflexion, Brechung, Polarisation, Beugung mit Hilfe von Laserlicht, Versuche mit Hologrammen. Anwendungen und Querverbindungen: Physik: Optik, Physik der Atomhülle, Temperatur. Mathematik: Exponentialfunktion. Technik: Meßtechnik, Materialbearbeitung, Nachrichtentechnik. Informatik: optische Datenspeicherung. Medizin: konservative und operative Anwendungen des Lasers. Sonnenenergie und ihre Nutzung Voraussetzungen: Absorption und Emission von Strahlung, Wärmeleitung. Grundgedanke: Die Nutzung der Sonnenenergie ist eine Herausforderung an die Physik Lernziele: Die Möglichkeit der Nutzung von Sonnenenergie abschätzen können; Sonnenkollektoren selbst bauen. Lerninhalte: Solarkonstante, Strahlungsleistung auf der Erdoberfläche, Flächenkollektor, Umwandlung der Strahlungsenergie in innere Energie, Wärmetauscher, Energiespeicherung, Wärmeleitung, Wärmestrahlung, Verhinderung von Wärmeverlusten, konzentrierende Kollektoren, laufende Einstellung auf den Sonnenstand, Sonnenkraftwerke, Solarzellen. Charakteristische Versuche: Messung der Temperaturerhöhung durch absorbierende Medien. Anwendungen und Querverbindungen: Alltagsbezug: Kollektoren auf Hausdächern, Wärmeschlieren über Asphaltstraßen. Physik: Energieversorgung. Technik: Autobahntelefon. Meteorologie Voraussetzungen: Kenntnis physikalischer Gesetze aus der Wärmelehre, Optik und Elektrizitätslehre. Grundgedanke: Wetter ist ein komplexes physikalisches Geschehen. Lernziele: Wettererscheinungen beobachten und Ursachen ihrer Entstehung erklären. Lerninhalte: Lufttemperatur, Luftdruck, Wind, Luftfeuchtigkeit, Wolkenformen, Niederschläge, Gewitter. Charakteristische Versuche: Beobachten von Wettererscheinungen mit Messung und tabellarischer Erfassung von Lufttemperatur, Luftdruck, Windrichtung, Windgeschwindigkeit und Niederschlagsmengen. Bestimmung der absoluten und relativen Luftfeuchtigkeit. Bestimmung der Dichte von Wasser zwischen 0 Grad und 10 Grad C. Bestimmung der Schmelzwärme von Eis, Verdunstungs- und Kondensationswärme von Wasser. Messung von Emission und Absorption der Wärmestrahlung bei verschiedener Bodenbeschaffenheit. Anwendungen und Querverbindungen: Alltagsbezug: Wetterfühligkeit. Geographie und Wirtschaftskunde: regionale Wettererscheinungen, Klima, Landwirtschaft, Tourismus. Wärmehaushalt der Erde. Windschutz, Lawinenverbau, Flußregulierung. Biologie und Umweltkunde: Pflanzenwuchs in Feucht- und Trockenbiotopen. Mathematik: Statistik von Wettererscheinungen. Flugphysik Voraussetzungen: Grundlegende Kenntnisse aus der Mechanik und Strömungslehre (Druck, Kraft, Drehmoment, Strömung, Reibung, Kompressibilität und Inkompressibilität). Grundgedanke: Auftrieb und Widerstandskräfte bestimmen das Fliegen in der Luft. Lernziele: Einfache Gesetzmäßigkeiten von Wirbelströmungen wissen und zur Erklärung entsprechender Phänomene beim aerodynamischen Flug heranziehen können. Aerodynamisch bedingte Kräfte und Drehmomente am Flugzeug (Tragflügel) kennen und ihre Bedeutung für den Flug beschreiben können. Einfache Versuche zur Messung des dynamischen Auftriebs und des Strömungswiderstandes durchführen können. Die Grundtatsachen des Überschallfluges kennen und in Beziehung zum Unterschallflug setzen können. Verschiedene Antriebsarten von Flugzeugen im Prinzip beschreiben können. Lerninhalte: Strömungsgesetz von Bernoulli, Zähigkeit, Grenzschicht, Reynoldsche Zahl, Turbulenz. Zirkulare Strömung und Wirbel, Wirbelstraße, Magnuseffekt, dynamischer Auftrieb, Druckverteilung an einer Tragfläche, Kräfte und Momente an einer Tragfläche. Die Koeffizienten cA und cW und die Abhängigkeit vom Anstellwinkel (Polardiagramm). Überschallflug, Machzahl, Überschallknall, Verdichtungs- und Verdünnungsstoß, Propellerantrieb, Lavaldüse. Meßinstrumente im Cockpit (Höhenmesser, Geschwindigkeitsmesser). Charakteristische Versuche: Modellversuche zur Strömungslehre, qualitative und quantitative Versuche im Windkanal (Strömungswiderstand, Auftrieb). Anwendungen und Querverbindungen: Physik: Strömung in sehr zähen Flüssigkeiten, Plasmaströme. Technik: aerodynamische Prinzipien beim Bau von Autokarosserien (cW-Wert), Autorennsport, Tragflügelboote. Geographie und Wirtschaftskunde: internationaler Flugverkehr. Biologie und Umweltkunde: Vogel- und Insektenflug, Abgasprobleme in den oberen Luftschichten. Leibesübungen: Segel- und Drachenfliegen, Segeln und Surfen. Informatik: Flugsimulationsprogramme. Geometrische Optik Voraussetzungen: - Grundgedanke: Die Modellvorstellung vom Lichtstrahl erlaubt die Erklärung der Funktionsweise wichtiger optischer Geräte. Lernziele: Beherrschung grundlegender optischer Meßverfahren; Verstehen der Wirkungsweise von optischen Geräten. Lerninhalte: Reflexionsgesetz, Brechungsgesetz, Linsengleichung, Dispersion, Linsenfehler, Linsensysteme, Brille, Lupe, Mikroskop, Linsen- und Spiegelfernrohr, Photoapparat, Projektor, Photometrie. Charakteristische Versuche: Bestimmung der Brennweite dünner Linsen, Bestimmung von Brennweite und Hauptebenen dicker Linsen, Bestimmung von Brennweite und Hauptebenen von Linsensystemen, Bestimmung der Vergrößerung eines Mikroskops, Bestimmung der numerischen Apertur eines Mikroskops, Bestimmung der Brechzahl eines Prismas, Messungen mit dem Spektralapparat, photometrische Messungen. Anwendungen und Querverbindungen: Alltagsbezug: Sehhilfen, Spiegel Physik: Meßverfahren (Fehlerrechnung) Mathematik: elementare Konstruktion, Mittelwert, Streuung. Physikalische Grundlagen der klassischen Musikinstrumente Voraussetzungen: Grundbegriffe der Schwingungs- und Wellenlehre. Grundgedanke: Tonerzeugung durch Erregung von Eigenschwingungen. Lernziele: Kenntnis der Tonleiter, ihrer Intervalle und der Bedeutung der Obertöne; Verständnis der Tonerzeugung und der Veränderung der Tonhöhe bei verschiedenen Musikinstrumenten; Kenntnis der Bauart der Musikinstrumente des Orchesters. Lerninhalte: Reiner Ton, Klang, Klangfarbe; diatonische und chromatische Tonleiter, Obertonreihe. Schwingende Saiten: Saiteninstrumente. Schwingende Stäbe, Platten und Membranen. Schwingende Luftsäulen: Lippen- und Zungenpfeifen; Orgel; Holz- und Blechblasinstrumente; die Instrumente im Orchester; die menschliche Stimme, Formanten. Charakteristische Versuche: Monochord, Stimmgabeln, Chladnische Klangfiguren. Anwendungen und Querverbindungen: Biologie und Umweltkunde: die menschliche Stimme. Musikerziehung, Instrumentalunterricht: Instrumentenkunde. Spezielle und Allgemeine Relativitätstheorie Voraussetzungen: Konstanz der Lichtgeschwindigkeit, Relativitätsprinzip, Newtonsche Gravitationstheorie Grundgedanken: Newtonsche Mechanik und Gravitationstheorie sind Näherungen einer allgemeineren Theorie Lernziele: Unterschiede zwischen klassischer und relativistischer Mechanik - auch rechnerisch - beschreiben können, daraus erwachsende Folgerungen praktischer wie theoretischer Art angeben können; die Newtonsche Mechanik und Gravitationstheorie als Näherungen des relativistischen Modells für v < << c exemplarisch nachweisen können; Tests der Allgemeinen Relativitätstheorie in der Kosmologie nennen und mit Beispielen belegen können. Die Entwicklung wissenschaftlicher Theorien anhand der Gravitationstheorien von Newton und Einstein skizzieren können. Lerninhalte: Relativistische Kinematik: Raum-Zeit-Diagramme, Geschwindigkeitsaddition, Grenzcharakter der Lichtgeschwindigkeit, Lorentzgruppe, relativistischer Dopplereffekt. Äquivalenz von Masse und Energie: Nachweis, Ruhmasse und Ruhenergie, Zusammenhang von Energie, Impuls und Ruhmasse, Masse und Impuls des Photons, Paarerzeugung und Paarvernichtung, Kernenergie als Bindungsenergie, Massendefekt der Nuklide, Massenäquivalent der Sonnenstrahlung, Zyklotron und Synchrotron. Träge und schwere Masse: Versuch von Eötvös, Einsteins Gedankenexperiment über den gleichmäßig beschleunigten Aufzug - das Äquivalenzprinzip, die Rotverschiebung, Versuch zur Rotverschiebung, Schwarzschildradius, Ablenkung der Lichtstrahlen im Schwerefeld. Einsteins Gravitationstheorie: Gravitation als geometrische Eigenschaft der Raumzeit, Äquivalenz der auf Raumkrümmung bzw. auf Maßstabänderung gestützten Weltmodelle, Lichtgeschwindigkeit im Schwerefeld, Gang von Uhren in der Umgebung schwerer Massen, Experimente mit Uhren (Hafele und Keating), Venus-Radarecho (Shapiro-Experiment), Periheldrehung von Merkur, Gravitationswellen, Galaxien als Gravitationslinsen; geschlossenes und offenes Universum. Charakteristische Versuche: - Anwendungen und Querverbindungen: Physik: Elementarteilchenphysik, Gravitationstheorie, Meßverfahren Mathematik: Mehrdimensionale Räume, Funktionen und Diagramme Astronomie: Weltmodelle und Kosmologie Technik: Zeitmessung und Atomuhren Psychologie und Philosophie: Entwicklung physikalischer Theorien, Weltmodelle. Sternbeobachtung Voraussetzungen: Kenntnis der Himmelskörper und ihrer Bewegungen. Grundgedanke: Der Sternenhimmel als Beobachtungsobjekt. Lernziele: Sternbilder zur Orientierung am Sternenhimmel benützen können; unterschiedliche Objekte am Sternenhimmel auffinden und beobachten können. Lerninhalte: Verwendung einer drehbaren Sternkarte. Beobachtung mit freiem Auge: Auffinden des Polarsternes, einiger Sternbilder, Planeten, Meteore und des Andromedanebels; Finsternisse, Sternbedeckung durch den Mond; Beobachtung mit Feldstecher: Jupitermonde, Sternhaufen, Orionnebel, Doppelsterne; Beobachtung mit dem Fernrohr: Mondkrater und Mondgebirge, Saturnring, Venusphasen, planetarische Nebel, Roter Fleck des Jupiters, Kugelsternhaufen. Charakteristische Versuche: Fotografie des Sternhimmels. Anwendungen und Querverbindungen: Alltagsbezug: Himmelserscheinungen, Kalender. Griechisch: Namen von Sternbildern, Sternsagen. Sternentwicklung Voraussetzungen: Gravitationsgesetz, Zustandsgleichung des idealen Gases, Strahlungsgesetze, Dopplereffekt, Spektren, Quantendruck des entarteten Elektronen- bzw. Neutronengases. Grundgedanke: Die Gravitation bestimmt Entstehen, Entwicklung und Endstadium der Sterne. Lernziele: Kenntnis der Beobachtungsmethoden der Astrophysik; Verständnis der Methode der mathematischen Modellbildung am Beispiel des Sternmodells; Verständnis des Zusammenwirkens von gravitativen und kernenergetischen Vorgängen im Laufe der Sternentwicklung; Einsicht in die Erklärungsleistung von Quantentheorie und Relativitätstheorie. Lerninhalte: Interstellare Materie, Kontraktionsbedingungen von Jeans, Zustandsgrößen eines Sterns (Masse, Radius, Leuchtkraft, effektive Temperatur) und die Methoden ihrer Bestimmung, Hertzsprung-Russel-Diagramm, Masse-Leuchtkraft-Beziehung, Sternmodelle (Gleichgewichtsbedingungen), Kernprozesse (Proton-Proton-Zyklus), Infrarotsterne, Hauptreihensterne, rote Riesen, weiße Zwerge, Neutronensterne (Pulsare), schwarze Löcher, Schwarzschildradius. Charakteristische Versuche: Astronomische Beobachtungen (Exkursion in ein Observatorium). Anwendungen und Querverbindungen: Physik: Mechanik, Wärmelehre, Optik, elektromagnetische Wellen, Relativitätstheorie, Quantentheorie, Kernreaktionen. Biologie und Umweltkunde: Evolution der Materie. Psychologie und Philosophie: Weltbild der Naturwissenschaft. Maschinenbau Voraussetzungen: Mechanik und Wärmelehre Grundgedanke: Die Physik ist eine Grundlage der Technik. Lernziele: Physikalische Zusammenhänge als Voraussetzung und Beschränkung für die Funktion von Maschinen erkennen; das Berufsbild des Ingenieurs für Maschinenbau kennen; einzelne Teilbereiche des Maschinenbaues kennen; die Bedeutung einzelner technischer Fachausdrücke kennen. Lerninhalte: Überblick anhand einzelner Beispiele aus einigen der angeführten Gebiete: Statik, Festigkeitslehre, Werkstofftechnik, Konstruktionstechnik und Konstruktionselemente, Ölhydraulik und Pneumatik, Getriebetechnik, thermischer Apparatebau, Dampferzeugungsanlagen, Klimatechnik, Energiewirtschaft, Maschinendynamik, Kolbenmaschinen, Kraftfahrzeugtechnik, Strömungsmaschinen, Fertigungstechnik, Fördertechnik, Meß- und Regelungstechnik. Charakteristische Versuche: An ihre Stelle treten Besuche bei entsprechenden Firmen und Instituten. Anwendungen und Querverbindungen: Alltagsbezug: Fahrzeuge, Baumaschinen, Werkzeuge, Heiz- und Klimaanlagen. Physik: Mechanik, Wärmelehre, Einheiten, Größenordnungen. Mathematik: Interpretation von Graphen. Darstellende Geometrie: technische Zeichnungen. Informatik: CAD-CAM-Verfahren. Strom aus Wasserkraft Voraussetzungen: Kenntnisse aus Mechanik und Elektrizitätslehre Grundgedanken: Vom sprudelnden Wasser zur Kilowattstunde. Lernziele: Kenntnis der Organisation der österreichischen Elektrizitätswirtschaft; die verschiedenen Möglichkeiten der Bereitstellung der elektrischen Energie im Vergleich zur Wasserkraft beurteilen können; einen Überblick über die Ausführung und Funktion von Stauanlagen gewinnen; die Arbeitsweise der Maschinen im Krafthaus verstehen können. Lerninhalte: Verbundkonzern, Sondergesellschaften, Landesgesellschaften (EVU); thermisches Kraftwerk (fossile Brennstoffe, Kernenergie), Wasserkraftwerk (Lauf- und Speicherkraftwerk); Umweltverträglichkeit. Feste und bewegliche Wehre, Gewichts- und Bogenstaumauern, Staudämme, Funktion des Stauraums, Prinzip der Pumpspeicherung, Hochwasserentlastung. Turbinen, Generatoren. Charakteristischer Versuch: An seine Stelle tritt der Besuch eines Wasserkraftwerkes. Anwendungen und Querverbindungen: Alltagsbezug: Stauseen. Physik: Kräfte, Hydrostatik, Hydrodynamik, elektromagnetische Induktion. Technik: Wasserbau, Maschinenbau, Elektrotechnik. Geographie und Wirtschaftskunde: Bedeutung der Elektrizitätswirtschaft. Politische Bildung: Durchsetzbarkeit von Kraftwerksprojekten. Physik in Österreich Voraussetzungen: Kenntnis grundlegender physikalischer Begriffe und physikalischer Denkweisen. Grundgedanke: Erfolgreiche physikalische Forschung ist auch in einem kleinen Staat wie Österreich möglich. Lernziele: Kenntnis der physikalischen Forschungsstätten in Österreich; exemplarische Kenntnis einiger aktueller Forschungsprojekte in Österreich; den Beitrag Österreichs an internationalen Projekten der physikalischen Forschung erkennen. Lerninhalte: Organisation und Finanzierung der physikalischen Forschung in Österreich; physikalische Institute der Universitäten; Institute der Akademie der Wissenschaften; Österreichisches Forschungszentrum Seibersdorf; Ludwig-Boltzmann-Institute; physikalische Labors in der Industrie. Charakteristischer Versuch: An seine Stelle sollte hier der Besuch eines physikalischen Institutes treten. Anwendungen und Querverbindungen: Alltagsbezug: Der Beruf des Physikers in Österreich. Politische Bildung: naturwissenschaftliche Forschung und Beteiligung an internationalen Projekten als Bestandteil der österreichischen Kultur. Forschungsbudget. Tieftemperaturphysik und Supraleitung Voraussetzungen: Kinetische Gastheorie, Stromkreis und Magnetfeld Grundgedanke: Bei tiefen Temperaturen ändern sich die Eigenschaften vieler Stoffe sehr stark. Lernziele: Verständnis der physikalischen Vorgänge, die zur extremen Kühlung einer Substanz führen können; Kenntnis der Methoden, die stufenweise die Annäherung an den absoluten Nullpunkt erbringen; Kenntnis des Phänomens Supraleitung und der dafür geeigneten Stoffe; heutige und künftige Anwendungsgebiete der Supraleitung schildern können. Lerninhalte: Kühlmittel mit zwei energetischen Zuständen: dichtes Gas - entspanntes Gas, flüssig - gasförmig, fest - flüssig, ungelöst - gelöst, magnetisiert - unmagnetisiert; Joule-Thomson-Effekt; Lindeverfahren; Verflüssigung von N, H und He; magnetische Kühlung; Eigenschaften von Körpern bei tiefen Temperaturen; Supraleitung, Meißner-Ochsenfeld-Effekt, Cooperpaare, Josephsoneffekt; Hochtemperatur-Supraleiter; elektrotechnische Anwendung: Motoren, Generatoren, Energieumformer und -speicher, Magnete für Beschleuniger und Fusionsanlagen, magnetisch gehobene Transportsysteme; elektronische Anwendung: Computer, hochsensitive Meßgeräte. Charakteristische Versuche: Erzeugung von Kohlensäureschnee, allenfalls Versuche mit flüssiger Luft. Anwendungen und Querverbindungen: Physik: Quantenhalleffekt, makroskopische Quantenphänomene. Technik: Herstellen von supraleitendem Material. Physik in der Medizin Voraussetzungen: Grundkenntnisse aus der Mechanik, Optik und Elektrizitätslehre. Grundgedanke: Ein Großteil der medizinischen Untersuchungs- und Behandlungsmethoden verwendet Ergebnisse der Physik. Lernziele: Kenntnis einiger physikalischer Verfahren in der medizinischen Diagnose und Therapie; Verständnis für den Stellenwert der Physik in der Medizin gewinnen; den Wert einer durch physikalisch-technische Methoden gewonnenen Diagnose beurteilen können. Lerninhalte: Blutdruckmessung, Blutsenkung, Strömungsgeschwindigkeit, Stethoskop, EKG, Ultraschalldiagnostik, bildgebende Verfahren, Röntgen- bzw. Kernspin-Computertomographie, Elektronenbeschleuniger, Bestrahlungsformen. Herzschrittmacher, Hörgeräte, Brillen. Charakteristische Versuche: Perkussionsversuche, Versuche mit Ultraschall. Anwendungen und Querverbindungen: Alltagsbezug: Geräte in der Arztpraxis und im Krankenhaus. Physik: Elementarteilchenphysik, Beschleuniger. Mathematik: Probleme beim Lösen einer großen Anzahl von Gleichungen. Informatik: Computer als unentbehrliches Hilfsmittel in der Medizin, Einsatz der Computergraphik. Physik im Sport Voraussetzungen: Begriffe der Bewegungslehre, Newtonsche Grundgesetze, Energie-, Impuls- und Drehimpulserhaltungssatz, Kreisbewegung. Grundgedanke: Physik wird im Sport immer wichtiger. Lernziele: Die Newtonschen Grundgesetze auf Bewegungsaufgaben anwenden können. Energie-, Impuls- und Drehimpulserhaltungssatz anwenden können. Eine zusammengesetze Bewegung berechnen können. Lerninhalte: Länge, Zeit, Geschwindigkeit: Meßgenauigkeit und Fehlerfortpflanzung, Meßwertetabellen, Geschwindigkeiten, Weiten, Rekorde; Reaktionszeit (Tormann); Kräfte: Beschleunigung und Dämpfung, Verzögerungskräfte, Kräfte auf Tennis- oder Golfschläger, Hebelgesetz, Kräfte beim Radfahren, Gangrad; Belastung der Wirbelsäule; Energie- und Leistung: Energieumsatz, Dauerleistung, Spitzenleistung; Impulserhaltung: Abwurf bei Kugelstoß, Hammerwurf; Billard, Hallenfußball; Drehimpuls: Salto, Reckturnen, Pirouette, Turmspringen, Kippe, Diskuswurf; Luftwiderstand und Auftrieb: erreichbare Höchstgeschwindigkeiten, Abhängigkeit des Luftwiderstandes von Oberfläche und Form (Skispringen, Drachenflug, Paragleiten); freier Fall (Fallschirmspringer); Magnuseffekt (geschnittene Bälle); Wurfparabel, Weitsprung und Hochsprung, Kugelstoß, Schlagball (auch mit Wind); schiefe Ebene, Skifahren. Charakteristische Versuche: Messung der Reaktionszeit, Reflexionsgesetz und zusammengesetzte Bewegungen, Drehschemelexperimente. Anwendungen und Querverbindungen: Alltagsbezug: Sportberichterstattung (Genauigkeit der Dezimalstellen der Ergebnisse, Glaubwürdigkeit von Werten) Technik: Bau und Belastbarkeit von Sportgeräten Physik: Bewegungslehre und Erhaltungssätze der Mechanik Informatik: Berechnung von Bewegungsbahnen, Optimierungsrechnungen. Leibesübungen, Biologie und Umweltkunde: Belastungen des menschlichen Körpers bei sportlicher Betätigung.
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