Fach Physik

 

1. Physik an unserer Schule

Warum passiert etwas? Wie läuft ein Vorgang ab? Was ist zukünftig zu erwarten und mit welchen Konsequenzen?

Solche Fragen stellen wir im Physikunterricht an die umgebende Welt mithilfe von Experimenten (oder Hypothesen). Die Ergebnisse der Versuche verbunden mit dem Gedankengut aus der Mathematik bis hin zu Philosophie und Religion machen das Wesen der Naturwissenschaft Physik aus. Die Freude am Entdecken und die Faszination, etwas begriffen zu haben, was vorher vielleicht ein Geheimnis oder unverständlich war, motiviert Schülerinnen und Schüler sehr stark bereits im Anfangsunterricht des Faches Physik in Klasse 5.

Danach erhalten unsere Schülerinnen und Schüler bis zur Klasse 10 Physikunterricht in den Teilbereichen Mechanik, Elektrizitätslehre, Optik und Atom- und Kernphysik, wobei ihr Wissen in diesen Teilbereichen im Sinne eines Spiralcurriculums zunehmend erweitert und vertieft wird. Aber auch aktuelle Fragen nach einem verantwortungsvollen Einsatz und Umgang mit Energiequellen stellen inzwischen verpflichtende Bestandteile des modernen Physikunterrichts dar.

 

2. Physik in der Oberstufe

Nicht nur „begnadete Cracks“ wählen in der Oberstufe das Fach Physik in Kursen mit grundlegendem oder erhöhten Niveau. Auch Quereinsteiger (Realschulabsolventen) und diejenigen, die die entsprechende Motivation oder berufliche Zielorientierung mitbringen, sind eingeladen, qualitativ guten, fachlich fundierten und interessanten Physikunterricht zu besuchen. Der Physikunterricht an unserer Schule ist durch Schüler- und Lehrerexperimente geprägt. Auch der Einsatz von neuen Medien kommt nicht zu kurz. Gerne werden von unseren Schülerinnen und Schülern Referate, etwa in Form von PowerPoint-Präsentationen, vorgetragen, die einen Bezug zu aktuellen Themen haben oder sich auf die Unterrichtssituation beziehen.

 

3. Unterrichtsinhalte

Jahrgangsstufe 5 (epochal)

  • Anfangsunterricht: Beobachten, Beschreiben und Erklären von Phänomenen
  • Magnetismus: Wirkung von Magneten, Modell von Magneten, Magnetfeld
  • Elektrizitätslehre: einfache Schaltungen, die Wirkungen des elektrischen Stroms

Jahrgangsstufe 6 (epochal)

  • Optik: Was heißt sehen? Lichtausbreitung, Licht und Schatten
  • Optik: Licht an Grenzflächen, Lochkamera, Abbildung durch Sammellinsen

Jahrgangsstufe 7 (epochal)

  • Energie: Energieformen, Energie messen und vergleichen
  • Elektrizitätslehre: einfache Schaltungen, die Wirkungen des elektrischen Stroms

Jahrgangsstufe 8

  • komplexere Experimente, Messreihen aufnehmen und auswerten
  • Elektrizitätslehre: Was ist elektrischer Strom? Gesetze des Stromkreises
  • Mechanik: z.B. gleichförmige Bewegungen, Beschleunigung, Gewichtskraft und Masse

Jahrgangsstufe 9 (epochal)

  • Atom- und Kernphysik: Radioaktivität, Strahlungsarten, Zerfallsgesetz, Nuklidkarte, Schutz vor radioaktiver Strahlung
  • Halbleiter. Dioden und Leuchtdioden, Solarzellen

Jahrgangsstufe 10

  • Erhaltung und Entwertung von Energie
  • Energiebegriff als Ganzes in Form von Energieflussdiagrammen
  • Motor und Generator als Energiewandler
  • Thermodynamik: Druck in Gasen, Zustandsgrößen, Kreisprozess

 

Jahrgang 11 – 1. Halbjahr

Kursthema: Elektrische und magnetische Felder

  • Beschreiben elektrischer Felder durch die Kraftwirkung auf geladene Körper und deren Bedeutung in technischen Anwendungen (z.B. Kopiertechnik)
  • Definition der elektrischen Feldstärke E
  • Beschreibung eines Verfahrens zur experimentellen Bestimmung der Feldstärke
  • Zusammenhang zwischen Ladung und Feldstärke sowie zwischen der Kondensatorspannung und der Feldstärke im homogenen Kondensatorfeld
  • Definition der elektrischen Spannung U
  • Geschwindigkeit und Energie geladener Teilchen im homogenen Kondensatorfeld
  • Beschreibung des Entladevorgangs eines Kondensators mithilfe einer Exponentialfunktion (in Kursen auf erhöhtem Niveau mit mathematischer Darstellung der Entladefunktion zur Basis e)
  • Kapazität eines Kondensators und Einsatzmöglichkeiten von Kondensatoren als Energiespeicher in der Technik
  • Struktur von Magnetfeldern und Lorentzkraft auf einen stromdurchflossenen Leiter im Magnetfeld (Drei-Finger-Regel)
  • Definition der magnetischen Flussdichte B und deren experimentelle Bestimmung mithilfe einer Stromwaage
  • Bewegung geladener Teilchen in elektrischen und magnetischen Feldern; Wien-Filter
  • In Kursen auf erhöhtem Niveau: Herleitung der Bahnkurven bei Bewegung von geladenen Teilchen im elektrischen Feld
  • In Kursen auf erhöhtem Niveau: Bestimmung der spezifischen Elementarladung mit dem Fadenstrahlrohr und Herleitung der zugehörigen Gleichungen
  • Der Halleffekt; Herleitung der Gleichung für die Hallspannung in Abhängigkeit von der Driftgeschwindigkeit der Elektronen (in Kursen auf erhöhtem Niveau zusätzlich die Herleitung unter Verwendung der Ladungsträgerdichte)
  • Der magnetische Fluss und das Indukionsgesetz und dessen Anwendung in differenzieller Form auf lineare und sinusförmige Verläufe der Flussdichte und Bezug zur Erzeugung von Wechselspannungen

 

Jahrgang 11 – 2. Halbjahr

Kursthema: Schwingungen und Wellen

  • Darstellung harmonischer Schwingungen mithilfe von Zeigern oder Sinuskurven
  • Beschreibung harmonischer Schwingungen mithilfe von Amplitude, Periodendauer und Frequenz am Beispiel des Feder-Masse-Pendels
  • Ausbreitung harmonischer Wellen und deren Darstellung mithilfe von Zeigerketten oder Sinuskurven
  • Beschreibung harmonischer Wellen mithilfe von Periodendauer, Ausbreitungsgeschwindigkeit, Wellenlänge, Frequenz, Amplitude und Phase
  • Zusammenhang zwischen Wellenlänge und Frequenz
  • Unterschied zwischen Longitudinal- und Transversalwellen
  • Polarisierbarkeit als Eigenschaft transversaler Wellen und Bezug zum LC-Display
  • Beschreibung von Interferenzphänomenen (stehende Welle, Doppelspalt und Gitter, Michelson-Interferometer, Bragg-Reflexion)
  • Experimente zur Bestimmung von Wellenlängen (Schall mit zwei Sendern, Mikrowellen mit dem Michelson-Interferometer, Licht mit einem Gitter (subjektiv / objektiv) und Röntgenstrahlung mit Bragg-Reflexion); Herleitung der zugehörigen Gleichungen und Anwendung der Kenntnisse zur Bestimmung des Spurabstandes bei einer CD und der Erläuterung eines Verfahrens zur Strukturuntersuchung als technische Anwendung der Bragg-Reflexion

 

Jahrgang 12 – 1. Halbjahr

Kursthema : Atomphysik

  • Die Elektronenbeugungsröhre und die Deutung der Beobachtungen als Interferenzerscheinung
  • Der äußere Lichtelektrische Effekt und dessen Deutung mithilfe des Photonenmodells
  • Bestimmung des Planckschen Wirkungsquantums mit LEDs
  • Das Röntgenbremsspektrum als Energieübertragung von Elektronen auf Photonen (in Kursen auf erhöhtem Niveau zusätzlich die Bestimmung des Planckschen Wirkungsquantums mithilfe des Röntgenbremsspektrums)
  • Die de-Broglie-Gleichung
  • Interferenz einzelner Photonen und stochastische Interpretation der jeweiligen Interferenzmuster (zusätzlich für Kurse auf erhöhtem Niveau: Aufbau eines Mach-Zehnder-Interferometers und Interpretation eines „Welcher-Weg“-Experimentes unter den Gesichtspunkten Nichtlokalität und Komplementarität)
  • Quantenhafte Emission anhand von Linienspektren bei Licht und Erklärung mithilfe von Energieniveauschemata (in Kursen mit erhöhten Anforderungen zusätzlich das charakteristische Röntgenspektrum, Franck-Hertz-Versuch und Resonanzabsorption)
  • Beschreiben die „Orbitale“ bis n=2 in einem dreidimensionalen Kastenpotenzial
  • Zusammenhang zwischen Spektrallinien und Energieniveauschemata
  • Grundlagen der Funktionsweise eines He-Ne-Lasers und die technische Anwendung von Lasern

 

Jahrgang 12 – 2. Halbjahr

Kursthema : Kernphysik

  • das grundlegende Funktionsprinzip eines Geiger-Müller-Zählrohrs als Messgerät für Zählraten
  • das Zerfallsgesetz und dessen Anwendung auf Abklingprozesse
  • Darstellung von Zerfallsreihen anhand einer Nuklidkarte
  • Das grundlegende Funktionsprinzip eines Halbleiterdetektors für die Energiemessung von Kernstrahlung
  • Interpretation eines Alpha-Spektrums und Einsatz radioaktiver Nuklide in der Medizin
  • Quantisierung der Gesamtenergie von Nukleonen im eindimensionalen Potentialtopf

 

4. Eingeführte Lehrwerke

Für alle Jahrgänge wird die Reihe „Impulse Physik“ aus dem Klett Verlag verwendet.

 

5. Klassenarbeiten

Klassenstufe

Unterrichtsstunden

Anzahl

Dauer

Gewichtung

schriftlich / mündlich

5

2 epochal

1

45 min

40% : 60%

6

2 epochal

1

45 min

40% : 60%

7

2 epochal

1

bis 90 min

40% : 60%

8

2

2

bis 90 min

40% : 60%

9

2 epochal

1

bis 90 min

40% : 60%

10

2

2

bis 90 min

40% : 60%

11.1

Qualifikationsphase

4

2

90 min

50% : 50%

11.2

Qualifikationsphase

4

1

90 min

50% : 50%

12.1

Qualifikationsphase

4

1

300 min

(Vorabitur)

50% : 50%

12.2

Qualifikationsphase

4

1

90 min

50% : 50%

*epochal: in einem Halbjahr zweistündig erteilt

 

6. Räume und Ausstattung

Für die Sekundarstufe I findet der Unterricht in zwei Fachräumen statt. Die modern eingerichteten Räume ermöglichen Schülerübungen in kleinen Gruppen und sind mit Deckenterminals ausgestattet, die die Schülerarbeitsplätze mit elektrischem Strom und Gas versorgen.

Wir sind mit einer umfassenden Ausstattung für Schülerübungen versorgt, so dass wir in fast allen Themenbereichen ausführlich mit Schülerübungen physikalische Methoden erarbeiten können.

Für die Oberstufe steht seit diesem Schuljahr 2017 / 2018 ein eigener Naturwissenschaftsraum zur Verfügung. Wir können nahezu alle abiturrelevanten Oberstufenversuche als Demonstrationsversuche in den Unterricht einbringen. Außerdem stehen uns alle drei offiziell fürs Abitur vorgesehenen Schülerübungsreihen für die Schüler zur Verfügung. Im Rahmen des physikalischen Unterrichts können wir mit der vorhandenen Ausstattung optimal auf die in den Erwerb der Kerncurricula vorgegebenen Kompetenzen hinarbeiten.

 

7. Fachgruppe

1. Herr Büsselmann (Fachobmann)

2. Herr Weusting

3. Herr Natzer

4. Herr Gesierich

5. Frau Liefländer