Bildungsplan BW Physik 12 LK (1994)

Hinweis: Ab dem Schuljahr 2004/2005 werden in den Eingangsklassen nach schulartspezifischen Einlaufregelungen Bildungsstandards eingeführt: www.bildung-staerkt-menschen.de. Die bis dahin gültigen Bildungspläne (1994/95 für G9 bzw. 2000/01 für G8) können beim Landesinstitut für Schulentwicklung (vormals LEU) als pdf-Datei heruntergeladen werden: www.leu-bw.de/allg/lp/index.htm

Lehrplaneinheit 1: Elektrisches Feld <24>

Wiederholung der Grundlagen der Elektrizitätslehre

Charakteristische Größen des elektrischen Feldes

  • Elektrische Feldstärke
  • Elektrische Spannung
  • Elektrisches Potential
  • Radiales elektrisches Feld
Michael Faraday (1791 - 1867)
  • Verlauf von Feld- und Äquipotentiallinien
  • Zusammenhang zwischen Spannung und Feldstärke
  • Reihen- und Parallelschaltung von Widerständen
  • Analogie zwischen radialem elektrischem Feld und Gravitationsfeld

Kondensator, Kapazität

  • Kapazität des Plattenkondensators,
  • Elektrische Feldkonstante, Dielektrizitätszahl
  • Energie des elektrischen Feldes
    eines
    geladenen Kondensators
  • Schaltung von Kondensatoren

Das elektrische Feld in Natur und Technik:

  • Technische Kondensatoren
  • Elektrisches Feld der Erde
  • Kopierer, Laserdrucker
  • Reihen- und Parallelschaltung von Kondensatoren
Bewegung von geladenen Teilchen
in elektrischen Feldern
  • Quantisierung der elektrischen Ladung
  • Erzeugung eines Elektronenstrahls
  • Elektronenstrahlröhre

  • Robert A. Millikan (1868 - 1953, Nobelpreis 1923)
  • Karl Ferdinand Braun (1859 - 1918, Nobelpreis 1909)
  • GFS: Funktionsweise eines Oszilloskops
Lehrplaneinheit 2: Magnetisches Feld <16>
Wiederholung magnetischer Grunderscheinungen

Charakteristische Größen des magnetischen Feldes

  • Magnetische Flussdichte
  • Magnetische Flussdichte
    einer langgestreckten Spule
  • Magnetische Feldkonstante
  • Materie im Magnetfeld / Permeabilitätszahl

  • Technische Anwendungen,
    z.B. Elektromagnete, magnetische Massenspeicher
  • GFS: Magnetisches Feld der Erde,
  • GFS: Hysterese (Praktikum)

Kraft auf einen beliebig zum Feld gerichteten stromdurchflossenen Leiter

  • Technische Anwendungen, z.B. Lautsprecher, Messinstrumente
  • Definition der SI-Einheit Ampere

Lorentzkraft, Betrag und Richtung

Bewegung von geladenen Teilchen
in magnetischen Feldern

  • GFS: Funktionsweise einer Fernsehbildröhre

Spezifissche Ladung und Masse des Elektrons

  • GFS: e/m Bestimmung (Praktikum)
  • Geschwindigkeitsabhängigkeit der Masse

Halleffekt

  • GFS: Halleffekt (Praktikum)

Wahlmodul Bewegung von geladenen Teilchen
in kombinierten elektrischen und magnetischen Feldern

  • GFS: Massenspektrometer
  • GFS: Teilchenbeschleuniger
  • GFS: Elektronenmikroskop
  • GFS: Phänomene im Magnetfeld der Erde

Lehrplaneinheit 3: Elektromagnetische Induktion <15>

Induktionsgesetz, Lenzsche Regel

Grundgedanken der Maxwell-Theorie, elektrische Wirbelfelder

Selbstinduktion, Induktivität,
Induktivität einer langgestreckten Spule

Technische Anwendungen, z.B.:

  • Wirbelstrombremse,
  • Induktionsherd,
  • Zündanlage eines Autos,
  • Messgeräte

Verhalten charakteristischer physikalischer Größen

  • beim Ein- und Ausschalten des Spulenstroms,
  • beim Auf- und Entladen von Kondensatoren,
  • bei L-C-Kondensatoren

Energie des magnetischen Feldes

rarbeiiung am Beispiel einer langgestreckten Spule

Erzeugung sinusförmiger Wechselspannungen

ahlmoddule sinusförmiger Wechselspannungen

  • Effektivwerte
  • Beziehung zwischen Effektiv- und Scheitelwerten
  • Stromstärke, Phasenverschiebung und Leistung beim ohmschen, kapazitiven und induktiven Widerstand sowie bei deren Reihen
Lehrplaneinheit 4: Mechanische Schwingungen und Wellen <21>
Mechanische Schwingungen
und ihre charakteristischen Größen

Wiederholung trigonometrischer Funktionen

Harmonische Schwingungen
und ihre mathematische Beschreibung

eventuell Einsatz der Zeigerdarstellung

Beispiele harmonischer Schwingungen

  • U-Rohr-Schwingung
  • Schwingende Kette
  • Harmonischer Grenzfall beim Fadenpendel
Wahlmodule
  • Gedämpfte Schwingungen
  • Erzwungene Schwingungen
  • Überlagerung von Schwingungen

Elektromagnetischer Schwingkreis

Vergleich von mechanischen und elektromagnetischen Schwingungen

Erzeugung ungedämpfter elektromagnetischer Schwingungen durch Rückkopplung

Hier soll das Prinzip der Rückkopplung an einer möglichst einfachen Schaltung erarbeitet werden.

Erzwungene Schwingung, Resonanz

Auf Phasenbeziehungen kann verzichtet werden.

Ausbreitung und Reflexion von Quer- und Längswellen auf linearen Wellenträgern

Lineare harmonische Querwellen, charakteristische Größen

Die Aufstellung und Behandlung der "Wellengleichung" ist nicht vorgesehen.

Überlagerung von Wellen, stehende Wellen
[ Ultraschall ]
[ Dopplereffekt ]

Wellenlänge und Geschwindigkeit des Schalls in Luft sollen hier gemessen werden.

Eigenschwingungen begrenzter Wellenträger

Beugung und Interferenz von mechanischen Wellen

Christian Huygens (1629 - 1695)

Überblick über:
  • Hochfrequente elektromagnetische Schwingungen
  • Hertzscher Dipol, elektromagnetische Wellen
    [ Radiowellen ]

Die Leistung von Heinrich Hertz (1857 - 1894) kann vor dem Hintergrund der damaligen experimentellen Möglichkeiten gewürdigt werden.

Beugung und Interferenz von Mikro- und Lichtwellen:

  • Doppelspalt
  • Einzelspalt
  • Gitter
  • Wellenlängenbestimmung beim Licht
  • [ Interferenz an dünnen Schichten ]

Bei der Beugung am Doppelspalt können die beiden Spalte als Zentren von Elementarwellen aufgefaßt werden.

Das Problem der Kohärenz kann in einfacher Form angesprochen werden.

Bei der quantitativen Auswertung der Beugung am Einzelspalt genügt es, die Lage der Minima zu berechnen.

Licht als Querwelle

Lichtgeschwindigkeit

Die Lichtgeschwindigkeit sollte nach Möglichkeit experimentell bestimmt werden.

Überblick über das elektromagnetische Spektrum

Röntgenstrahlen,

Wellenlängenmessung durch Bragg-Reflexion

Wilhelm C. Röntgen (1845 - 1923, Nobelpreis 1901)

William H. Bragg (1862 - 1942), Nobelpreis 1915 gemeinsam mit William L. Bragg (1890 - 1971)

Die Gitterkonstante des benutzten Kristalls kann angegeben werden.

Lehrplaneinheit 6: Grundgedanken der Quanten- und Atomphysik

Anhand ausgewählter Experimente erkennen die Schülerinnen und Schüler, daß eine Erklärung der Ergebnisse mit den von ihnen bis dahin erlernten klassischen Vorstellungen zu Widersprüchen führt. Dadurch wird ihre Bereitschaft gefördert, neuartige Vorstellungen auch dann zu akzeptieren, wenn sie sich der unmittelbaren Anschauung entziehen.

Photoeffekt, Photozelle

Plancksches Wirkungsquantum,

Photonen (Lichtquanten)

Die in diesem Kapitel benötigten relativistischen Beziehungen werden mitgeteilt.

Comptoneffekt

Grenzenergie der Röntgenbremsstrahlung

Arthur H. Compton (1892 - 1962, Nobelpreis 1927)

de Broglie-Beziehung,

Elektronenbeugung

In diesem Zusammenhang ist das Debye-Scherrer-Verfahren kurz zu erläutern.

Verhalten von Photonen und Elektronen im Doppelspaltversuch

Unbestimmtheitsrelation

Die stürmische Entwicklung der Physik zu Beginn des 20. Jahrhunderts ist verknüpft mit den bahnbrechenden Arbeiten namhafter Physiker wie Albert Einstein (1879 - 1955, Nobelpreis 1921) und Werner Heisenberg (1901 - 1976, Nobelpreis 1932).

Überblick über klassische Atommodelle,
Wasserstoffspektrum,
Energiequantelung

Franck-Hertz-Versuch,
Umkehrung der Na-Linie

James Franck (1882 - 1964), Nobelpreis 1925 gemeinsam mit Gustav Hertz (1887 - 1975)

[ Laser ]

Charakteristisches Röntgenspektrum,

Moseleysches Gesetz

[ Anwendungen von Röntgenstrahlen in Medizin und Technik ]

Lehrplaneinheit 5: Wahlthemen

Praktikum

Festkörperphysik, Halbleiter

Vertiefung der Quanten- und Atomphysik

Weiterführung der Optik,
nichtsichtbare Spektralbereiche

Wiederholung und Vertiefung der Kernphysik

Historische und philosophische Aspekte der Physik

Lektüre von Arbeiten bedeutender Forscherpersönlichkeiten

Grundgedanken der Relativitätstheorie

Nobelpreisträger und ihre Leistungen

Hier ist der Einsatz des Computers sinnvoll.