eA.0 Lehrplan

Leistungskurs

Physik auf erhöhtem Anforderungsniveau wird mit 5 Stunden pro Woche unterrichtet und kann als 1.-3. schriftliches Prüfungsfach in der Abiturprüfung gewählt werden.

Im Kurs auf erhöhtem Anforderungsniveau wird systematisch, vertieft und reflektiert wissenschaftspropädeutisch gearbeitet. Im Unterschied zum grundlegenden Anforderungsniveau ist im Kurs auf erhöhtem Anforderungsnivau der Umfang des Fachwissen größer und die Sachzusammenhänge komplexer, es werden mehr Experimente selbstständig durchgeführt und die Theoriebildung ist intensiver.

Es wird mehr Wert auf die korrekte Verwendung der Fachsprache gelegt, die Mathematisierung physikalischer Sachverhalte erfolgt auf einem höheren Grad und die Aufgabenstellungen sind komplexer und offener.

E-Feld

Ich kann elektrische Felder durch ihre Kraftwirkungen auf geladene Probekörper beschreiben und Feldlinienbilder für das homogene Feld und das Feld einer Punktladung skizzieren.

Ich kann die Bedeutung elektrischer Felder für eine technische Anwendung (z.B. Laserdrucker, Kopierer,...) beschreiben.

Ich kenne die Einheit der elektrischen Ladung und kann die physikalische Größe "elektrische Feldstärke" erklären und deren Formel und Einheit angeben. Ich kann Experimente zur Bestimmung der elektrischen Feldstärke auf der Grundlage von Kraftmessungen beschreiben.

Ich kann den Zusammenhang zwischen Ladung und der physikalischen Größe "elektrische Stromstärke" beschreiben.

Ich kenne die Definition der physikalischen Größe "elektrische Spannung" als der pro Ladung übertragbaren Energie und kann deren Formel und Einheit angeben.

Ich kann den Zusammenhang zwischen der Feldstärke in einem Plattenkondensator und der anliegenden Spannung beschreiben.

Ich kann die Energiebilanz für einen freien geladenen Körper im elektrischen Feld eines Plattenkondensators angeben und die Geschwindigkeit eines geladenen Körpers im homogenen elektrischen Feld eines Plattenkondensators mithilfe dieser Energiebilanz ermitteln.

Ich kann den Entladevorgang eines Kondensators mithilfe einer Exponentialfunktion beschreiben, aus den Messdaten die Parameter R bzw. C des zugehörigen t-I-Zusammenhangs ermitteln, diesen mit der Exponentialfunktion zur Basis e darstellen und die Auswahl der geeigneten Regression auf der Grundlage der Messdaten begründen. Ich kann die bei der Entladung des Kondensators geflossene Ladung mithilfe von t-I-Diagrammen ermitteln.

Ich kann die Definition der Kapazität eines Kondensators nennen und diese mittels eines geeigneten Experiments bestimmen. Ich kann die Kapazität eines Plattenkondensators aus seinen geometrischen Abmessungen berechnen. Ich kann Einsatzmöglichkeiten von Kondensatoren in technischen Systemen beschreiben.

B-Feld

Ich kann magnetische Felder durch ihre Wirkung auf Kompassnadeln beschreiben und die Richtung von magnetischen Feldern mit Kompassnadeln ermitteln.

Ich kann die Richtung (Dreifingerregel) und den Betrag der Kraft auf einen stromdurchflossenen Leiter im homogenen Magnetfeld ermitteln.

Ich kann die magnetische Flussdichte B (Feldstärke B) im Inneren einer mit Luft gefüllten, schlanken Spule berechnen. Ich kann ein Experiment mit vorgegebenen Komponenten zur Bestimmung von B auf der Grundlage einer Kraftmessung planen, durchführen und auswerten.

Ich kann die Definition der magnetischen Flussdichte B (Feldstärke B) in Analogie zur elektrischen Feldstärke nennen und die Definition mithilfe geeigneter Messdaten begründen.

Ich kann die Bewegung von freien Elektronen unter Einfluss der Lorentzkraft, unter Einfluss der Kraft im homogenen elektrischen Querfeld und im Wien-Filter beschreiben. Ich kann den prinzipiellen Verlauf der Bahnkurven begründen und vorstrukturiert die Gleichung für die Bahnkurve im homogenen elektrischen Querfeld herleiten.

Ich kann das physikalische Prinzip zur Bestimmung der spezifischen Ladung von Elektronen mithilfe des Fadenstrahlrohres beschreiben, dazu die Gleichung für die spezifische Ladung des Elektrons herleiten und die Elektronenmasse bestimmen.

Ich kann die Entstehung der Hallspannung erläutern. Ich kann die Gleichung für die Hallspannung in Abhängigkeit von der Driftgeschwindigkeit anhand einer geeigneten Skizze herleiten. Ich kann selbstständig Experimente zur Messung von B mit einer Hallsonde durchführen und Magnetfeldlinienbilder für einen geraden Leiter und eine Spule skizzieren.

Ich kann die Erzeugung einer Induktionsspannung qualitativ beschreiben und einfache qualitative Experimente zur Erzeugung einer Induktionsspannung durchführen.

Ich kann das Induktionsgesetz in differenzieller Form auf vorgegebene lineare und sinusförmige Verläufe von Phi anwenden. Ich kann den Verlauf von t-U-Diagrammen für lineare und sinusförmige Änderungen von B oder A begründen, geeignete Versuche bzw. Diagramme zur Überprüfung des Induktionsgesetzes auswerten und technische Bezüge hinsichtlich der Erzeugung von Wechselspannung darstellen.

Schwingungen und Wellen

Ich kann harmonische Schwingungen grafisch darstellen und harmonische Schwingungen mithilfe von Amplitude, Periodendauer und Frequenz beschreiben. Ich kann die Zeigerdarstellung oder Sinuskurven zur grafischen Beschreibung verwenden und habe Erfahrungen im Ablesen von Werten an einem registrierenden Messinstrument (Oszilloskop und Interface).

Ich kann die Gleichung für die Periodendauer eines Feder-Masse-Pendels und das lineare Kraftgesetz angeben und die zugehörigen Abhängigkeiten experimentell untersuchen. Ich kann geeignete Ausgleichskurven ermitteln und diese Verfahren auf andere harmonische Oszillatoren anwenden.

Ich kann die Schwingung eines Feder-Masse-Pendels mithilfe von Energieumwandlungen beschreiben und in diesem Zusammenhang die zugehörigen t-s- und t-v-Diagramme deuten.

Ich kann die Bedingung beschreiben, unter der bei einer erzwungenen Schwingung Resonanz auftritt und den Begriff "Resonanz" anhand eines Experiments erläutern.

Ich kann den Aufbau eines elektromagnetischen Schwingkreises und in Analogie zum Feder-Masse-Pendel die Energieumwandlungen in einem Schwingkreis qualitativ beschreiben. Ich kann ein Experiment zur Erzeugung einer Resonanzkurve beschreiben, die Abhängigkeit der Frequenz der Eigenschwingung von der Kapazität experimentell anhand eines Resonanzversuchs ermitteln und die Funktion eines RFID-Chips als technische Anwendung von Schwingkreisen beschreiben.

Ich kann die Ausbreitung harmonischer Wellen beschreiben und Zeigerketten oder Sinuskurven zur grafischen Darstellung verwenden. Ich kann harmonische Wellen mithilfe von Periodendauer, Ausbreitungsgeschwindigkeit, Wellenlänge, Frequenz, Amplitude und Phase beschreiben. Ich kann den Zusammenhang zwischen Wellenlänge und Frequenz angeben, diesen Zusammenhang mithilfe der Zeigerdarstellung oder der Sinusfunktion begründen und die zugehörige Gleichung anwenden.

Ich kann longitudinale und transversale Wellen vergleichen.

Ich kann Polarisierbarkeit als Eigenschaft transversaler Wellen beschreiben. Ich kann experimentell die Winkelabhängigkeit der Intensität des durchgehenden Lichts bei einem Paar von Polarisationsfiltern untersuchen und in diesem Zusammenhang das Quadrat der Zeigerlänge bzw. das Quadrat der Amplitude der zugehörigen Sinuskurve als Intensität interpretieren. Ich kann Bezüge zwischen dieser Kenntnis und Beobachtungen an einem LC-Display darstellen.

Ich kann Interferenzphänomene für folgende „Zwei-Wege-Situationen“ beschreiben und deuten: stehende Welle, Michelson-Interferometer, Doppelspalt. Ich kann die Zeigerdarstellung oder eine andere geeignete Darstellung zur Beschreibung und Deutung verwenden und die technische Verwendung des Michelson-Interferometers zum Nachweis kleiner Längenänderungen erläutern. Ich kann die Veränderung des Interferenzmusters beim Übergang vom Doppelspalt zum Gitter erläutern.

Ich kann die Schwebung als Überlagerung zweier Wellen unterschiedlicher Frequenz an einem Detektor deuten.

Ich kann Interferenz bei der Bragg-Reflexion beschreiben und deuten.

Ich kann ein Experiment zur Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit in Luft erläutern und meine Kenntnisse über Interferenz auf die Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit in einem Medium anwenden.

Ich kann je ein Experiment zur Bestimmung der Wellenlänge von Ultraschall bei stehenden Wellen, Schall mit zwei Sendern, Mikrowellen mit dem Michelson-Interferometer, weißem und monochromatischem Licht mit einem Gitter (objektiv und subjektiv) und Röntgenstrahlung mit Bragg-Reflexion beschreiben. Ich kann die zugehörigen Gleichungen selbstständig und begründet herleiten, das Vorgehen auf Experimente mit anderen Wellenarten anwenden, die Funktion der zugehörigen optischen Bauteile beschreiben. Ich kann meine Kenntnisse zur Bestimmung des Spurabstandes bei einer CD/DVD anwenden und ein Verfahren zur Strukturuntersuchung als technische Anwendung der Bragg-Reflexion erläutern.

Quantenobjekte

Ich kann das Experiment mit der Elektronenbeugungsröhre beschreiben und die Beobachtungen mithilfe optischer Analogieversuche an Transmissionsgittern oder mithilfe der Braggreflexion deuten.

Ich kann die Wellenlänge bei Quantenobjekten mit Ruhemasse mithilfe der de-Broglie-Gleichung ermitteln und in diesem Zusammenhang die Definition des Impulses nennen. Ich kann durch Auswertung von Messwerten die Antiproportionalität zwischen Wellenlänge und Geschwindigkeit bestätigen.

Ich kann die jeweiligen Interferenzmuster bei Doppelspaltexperimenten für einzelne Photonen bzw. Elektronen stochastisch deuten und die entstehenden Interferenzmuster bei geringer und hoher Intensität beschreiben. Ich kann zur Deutung der Interferenzmuster die Zeigerdarstellung oder eine andere geeignete Darstellung verwenden und den Zusammenhang zwischen der Nachweiswahrscheinlichkeit für ein einzelnes Quantenobjekt und dem Quadrat der resultierenden Zeigerlänge bzw. der Amplitude der resultierenden Sinuskurve beschreiben. Ich kann meine Kenntnisse auf die Deutung von Experimenten mit Quantenobjekten größerer Masse (z. B. kalte Neutronen) anwenden.

Ich kann die wesentliche Aussage der Unbestimmtheitsrelation für Ort und Impuls beschreiben und an einem Mehrfachspaltexperiment die Unbestimmtheitsrelation für Ort und Impuls erläutern.

Ich kann den Aufbau eines Mach-Zehnder-Interferometers beschreiben und die Begriffe Komplementarität und Nichtlokalität mithilfe der Beobachtungen in einem „Welcher-Weg“-Experiment erläutern. Ich kann ein „Welcher-Weg“-Experiment unter den Gesichtspunkten Nichtlokalität und Komplementarität interpretieren.

Ich kann die experimentelle Bestimmung der planckschen Konstante h mit LEDs in ihrer Funktion als Energiewandler erläutern und das zugehörige Experiment mithilfe des Photonenmodells deuten. Ich kann durch Auswertung von Messwerten die Hypothese der Proportionalität zwischen Energie des Photons und der Frequenz überprüfen.

Ich kann ein Experiment zur Bestimmung der Energie der Photoelektronen beim äußeren lichtelektrischen Effekt mit der Vakuum-Fotozelle beschreiben, meine Kenntnisse über das Photonenmodell des Lichtes auf diese Situation anwenden und das zugehörige f-E-Diagramm deuten.

Ich kann die Entstehung des Röntgenbremsspektrums als Energieübertragung von Elektronen auf Photonen erläutern und aus Röntgenbremsspektren einen Wert für die plancksche Konstante h ermitteln.

Atomhülle

Ich kann die Quantisierung der Gesamtenergie von Elektronen in der Atomhülle erläutern und die Gleichung für die Gesamtenergie eines Elektrons in diesem Modell nennen. Ich kann dazu das Modell vom eindimensionalen Potenzialtopf mit unendlich hohen Wänden anwenden. Ich kann die Gleichung für die Gesamtenergie eines Elektrons in diesem Modell herleiten. Ich kann die Aussagekraft und die Grenzen dieses Modells beschreiben.

Ich kann quantenhafte Emission anhand von Experimenten zu Linienspektren bei Licht und Röntgenstrahlung erläutern. Ich kann diese Beobachtungen durch die Annahme diskreter Energieniveaus in der Atomhülle erklären und Wellenlängen-Intensitäts-Spektren von Licht beschreiben.

Ich kann einen Franck-Hertz-Versuch erläutern und eine Anregungsenergie anhand einer Franck-Hertz-Kennlinie ermitteln.

Ich kann einen Versuch zur Resonanzabsorption erläutern.

Ich kann den Zusammenhang zwischen Spektrallinien und Energieniveauschemata erklären und vorgelegte Energieniveauschemata zur Berechnung der Wellenlänge von Spektrallinien benutzen und gemessenen Wellenlängen Energieübergänge zuordnen.

Ich kann ein charakteristisches Röntgenspektrum erklären.

Ich kann die Balmerformel anwenden.

Ich kann die Vorgänge der Fluoreszenz an einem einfachen Energieniveauschema beschreiben und die Bedeutung der Fluoreszenz in Leuchtstoffen an den Beispielen Leuchtstoffröhre und „weiße“ LED erläutern und bewerten.

Ich kann die Grundlagen der Funktionsweise eines He-Ne-Lasers erläutern und diese unter Verwendung vorgegebener Darstellungen strukturiert und angemessen darstellen. Ich kann eine technische Anwendung beschreiben, die auf der Nutzung eines Lasersystems beruht.

Atomkern

Ich kann das grundlegende Funktionsprinzip eines Geiger-Müller-Zählrohrs als Messgerät für Zählraten erläutern.

Ich kann das Zerfallsgesetz erläutern, Zerfallsvorgänge grafisch darstellen und sie unter Verwendung der Eigenschaften einer Exponentialfunktion zur Basis e auswerten. Ich kann dieses Vorgehen auf andere Abklingvorgänge übertragen. Ich kann Gültigkeitsgrenzen der mathematischen Beschreibung aufgrund der stochastischen Natur der Strahlung beurteilen. Ich kann einen radioaktiven Zerfall mit dem Differenzenverfahren unter Einsatz einer Tabellenkalkulation oder eines Modellbildungssystems modellieren und dieses dieses Verfahren auf einen Mutter-Tochter-Zerfall anwenden.

Ich kann das Prinzip des C-14-Verfahrens zur Altersbestimmung erläutern.

Ich kann Zerfallsreihen anhand einer Nuklidkarte aufstellen und aus einer Nuklidkarte die kennzeichnenden Größen eines Nuklids und die von ihm emittierte Strahlungsart ermitteln, sowie grundlegende Eigenschaften von α-, β- und γ-Strahlung beschreiben.

Ich kann das grundlegende Funktionsprinzip eines Halbleiterdetektors für die Energiemessung von Kernstrahlung erläutern.

Ich kann ein α-Spektrum auf der Basis der zugehörigen Zerfallsreihe interpretieren, die in Energiespektren verwendete Darstellungsform (Energie-Häufigkeits-Diagramm) beschreiben und in diesem Zusammenhang die Nuklidkarte anwenden. Ich kann die Bedeutung der Bragg-Kurve in der Strahlentherapie erläutern.

Ich kann die Quantisierung der Gesamtenergie von Nukleonen im eindimensionalen Potenzialtopf beschreiben und die Größenordnung der Energie bei Kernprozessen mithilfe des Potenzialtopfmodells abschätzen.

Quelle: Kerncurriculum für das Gymnasium – gymnasiale Oberstufe, Niedersachsen 2017