Feldlinien von Punktladungen
Zwei Ladungen, und das Feld ordnet sich neu. Eine Probeladung misst, wo die Kraft am größten ist.
Physik – Jahrgangsstufe 12/13
Qualifikationsphase (G9: Schuljahrgänge 12 und 13). Das Kerncurriculum verlangt nur, dass im ersten Jahr mindestens Elektrizität sowie Schwingungen und Wellen behandelt werden; die übrigen Inhaltsbereiche verteilt es nicht. Die Lernbereiche stehen deshalb als Doppeljahrgang bei 12 und 13 gleich. „Nur eA“ kennzeichnet das erhöhte Anforderungsniveau. Die Codes und die Unterteilung der Inhaltsbereiche (nach den Tabellen des Kerncurriculums) sind von uns.
Lernbereich Q-1Elektrizität
Elektrische Felder und Spannung, Plattenkondensator mit Lade- und Entladekurven, Magnetfelder, Elektronen in Feldern und elektromagnetische Induktion.
Q-1.1Elektrisches Feld und Spannung
Feldlinienbilder, Feldstärke, faradayscher Käfig, Spannung als Energie pro Ladung; nur eA: coulombsches Gesetz und Potenzial.
Q-1.2Kondensator
Feld im Plattenkondensator, geladene Körper im Feld, Auf- und Entladen als Exponentialfunktion, Kapazität und Feldenergie.
Lade- und Entladekurve des Kondensators
Ein Kondensator lädt sich über einen Widerstand auf und entlädt sich wieder. Die Diagramme zeigen, wie Spannung und Strom sich mit der Zeit ändern.
Q-1.3Magnetfeld und Elektronen in Feldern
Kraft auf stromdurchflossene Leiter, Flussdichte, Elektronen unter Lorentzkraft, im Querfeld und im Wien-Filter; nur eA: e/m mit dem Fadenstrahlrohr.
Lorentzkraft und Fadenstrahlrohr
Elektronen fliegen in einem Magnetfeld auf einer leuchtenden Kreisbahn. Aus dem Radius bestimmst du eine Eigenschaft des Elektrons.
Q-1.4Hallsonde, Spulenfeld und Induktion
Flussdichte mit der Hallsonde messen, Feld einer Spule, Induktionsspannung und Induktionsgesetz, Wechselspannung; nur eA: Selbstinduktion und Energie des Magnetfelds.
Elektromagnetische Induktion
Magnet rein, Zeiger schlägt aus. Magnet raus, Zeiger schlägt andersherum aus. Nach demselben Prinzip arbeitet jeder Generator.
Lernbereich Q-2Schwingungen und Wellen
Harmonische Schwingungen an Feder- und Fadenpendel, Resonanz und Schwingkreis, harmonische Wellen, Polarisation sowie Interferenz an stehenden Wellen, Doppelspalt, Gitter und Michelson-Interferometer.
Q-2.1Harmonische Schwingungen
Auslenkung, Amplitude, Periodendauer und Frequenz, Feder-Masse-Pendel und Fadenpendel; nur eA: lineares Kraftgesetz, Dämpfung und Resonanz.
Federpendel
Ein Körper schwingt an einer Feder auf und ab. Diagramme zeigen Ort, Geschwindigkeit und Energie während der Schwingung.
Fadenpendel
Lenke ein Pendel aus, lass es los und miss, wie lange eine Schwingung dauert. Wovon hängt das ab? Auch mit großen Winkeln und Dämpfung.
Erzwungene Schwingung und Resonanz
Ein Motor treibt ein schwingendes Rad an. Trifft der Motor genau den richtigen Takt, schwingt das Rad besonders stark: Resonanz.
Q-2.2Schwingkreis und harmonische Wellen
Elektromagnetischer Schwingkreis, Ausbreitung harmonischer Wellen, Wellenlänge und Frequenz, Reflexion, Brechung, Beugung, longitudinale und transversale Wellen und Polarisation.
Transversal- und Longitudinalwellen
Eine Welle läuft durch eine Kette von Teilchen. Jedes Teilchen schwingt nur auf der Stelle, quer oder längs zur Laufrichtung.
Q-2.3Interferenz
Stehende Welle, Michelson-Interferometer, Doppelspalt und Gitter, Wellenlänge von Licht und Ultraschall bestimmen; nur eA: Einzelspalt und Bragg-Reflexion.
Interferenz zweier Kreiswellen
Zwei Kreiswellen überlagern sich und verstärken sich an manchen Stellen, an anderen löschen sie sich aus.
Stehende Wellen
Eine Welle wird am Ende zurückgeworfen, und es entsteht ein festes Muster aus Knoten und Bäuchen, wie auf einer Gitarrensaite.
Doppelspalt und Gitter
Laserlicht fällt durch einen Doppelspalt oder ein Gitter. Auf dem Schirm entsteht ein Muster aus hellen und dunklen Streifen.
Lernbereich Q-3Quantenobjekte
Interferenz von Quantenobjekten und ihre stochastische Deutung, De-Broglie-Wellenlänge, Elektronenbeugung, einzelne Photonen und das Photonenmodell mit der planckschen Konstante.
Q-3.1Interferenz von Quantenobjekten
Doppelspalt mit Quantenobjekten, De-Broglie-Gleichung, Elektronenbeugungsröhre und Doppelspalt mit einzelnen Photonen und Elektronen.
Elektronenbeugung
Elektronen treffen auf eine dünne Graphitschicht und bilden Ringe auf dem Schirm, wie es nur Wellen tun.
Q-3.2Komplementarität und Unbestimmtheit
Nur eA: Mach-Zehnder-Interferometer, Delayed-Choice-Experiment, Zustand, Präparation, Superposition und Unbestimmtheit.
Hierfür ist keine eigene Simulation geplant.
Q-3.3Photonen und plancksche Konstante
h mit Leuchtdioden bestimmen; nur eA: Photoeffekt mit der Vakuum-Fotozelle und Röntgenbremsspektrum.
Photoeffekt
Rotes Licht kann noch so hell sein, es löst kein einziges Elektron. Kurzwelliges Licht schafft es sofort. Für Wellen ist das rätselhaft, für Photonen nicht.
Lernbereich Q-4Atomhülle
Quantisierte Energie im Potenzialtopf, Linienspektren, Franck-Hertz-Versuch, Energieniveauschemata, Balmerformel, Fluoreszenz und Orbitale.
Q-4.1Energiequantisierung und Linienspektren
Eindimensionaler Potenzialtopf, quantenhafte Emission in Linienspektren, Resonanzabsorption und Franck-Hertz-Versuch.
Atommodelle und Linienspektren
Jedes Element leuchtet in seinen eigenen Farben. Springt ein Elektron eine Stufe tiefer, entsteht genau eine Linie im Spektrum.
Q-4.2Energieniveauschemata und Orbitale
Spektrallinien aus Energieniveaus berechnen, Balmerformel, Fluoreszenz und Orbitale des Wasserstoffatoms.
Atommodelle und Linienspektren
Jedes Element leuchtet in seinen eigenen Farben. Springt ein Elektron eine Stufe tiefer, entsteht genau eine Linie im Spektrum.
Lernbereich Q-5Atomkern
Zählrohr und Zerfallsgesetz, Zerfallsreihen auf der Nuklidkarte, Eigenschaften der Strahlungsarten, Energiespektren und die Bragg-Kurve in der Strahlentherapie.
Q-5.1Zerfallsgesetz und Nuklidkarte
Geiger-Müller-Zählrohr, Zerfallsgesetz als Exponentialfunktion, Zerfallsreihen und Strahlungsarten; nur eA: Modellierung mit dem Differenzenverfahren.
Radioaktiver Zerfall und Halbwertszeit
Viele Atomkerne zerfallen zufällig, und ein Zählrohr knackt. Trotzdem ist nach jeder Halbwertszeit ungefähr die Hälfte übrig.
Q-5.2Energiespektren und Anwendungen
Halbleiterdetektor, Alpha-Spektrum einer Zerfallsreihe, Bragg-Kurve; nur eA: Nukleonen im Potenzialtopf.
Hierfür ist keine eigene Simulation geplant.
Die Kurzbeschreibungen fassen den Lehrplan in eigenen Worten zusammen. Verbindlich ist der Originaltext. Originaltext: Kerncurriculum, Gymnasium, Physik, Jahrgangsstufe 12/13