Feldlinien von Punktladungen
Zwei Ladungen, und das Feld ordnet sich neu. Eine Probeladung misst, wo die Kraft am größten ist.
PhysikLehrplan Rheinland-Pfalz · Gymnasium
Physik – Jahrgangsstufe 12/13
Qualifikationsphase der Mainzer Studienstufe (Jahrgangsstufen 12 und 13). Der Lehrplan gibt keine Reihenfolge vor; die Lernbereiche stehen deshalb bei 12 und 13 gleich und werden als eine Stufe gezeigt. Im Grundfach (GF) sind alle neun Pflichtbausteine und fünf Wahlpflichtbausteine, im Leistungsfach (LF) alle elf Pflichtbausteine und sieben Wahlpflichtbausteine zu behandeln. Die Nummern sind von uns vergeben.
Lernbereich GF-PPflichtbausteine (Grundfach)
Elektrische und magnetische Felder, Induktion, Schwingungen und Wellen sowie Quantenobjekte und Atomvorstellung.
GF-P.1Feldkonzept für statische elektrische und magnetische Felder
Eigenschaften statischer Felder, Feldlinienbilder, Superposition von Feldern, elektrische Feldstärke, magnetische Flussdichte und das Magnetfeld einer Spule.
GF-P.2Energie und Energiespeicherung im elektrischen Feld
Spannung und Feldstärke im Plattenkondensator, Kapazität, Energie des Feldes sowie Auf- und Entladen des Kondensators.
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.
GF-P.3Wechselwirkung von geladenen Körpern mit statischen Feldern
Kraft auf Ladungen im elektrischen Feld, Bewegung im Längs- und Querfeld, Lorentzkraft und Bewegung im homogenen Magnetfeld.
Lorentzkraft und Fadenstrahlrohr
Elektronen fliegen in einem Magnetfeld auf einer leuchtenden Kreisbahn. Aus dem Radius bestimmst du eine Eigenschaft des Elektrons.
GF-P.4Veränderliche elektromagnetische Felder
Magnetischer Fluss, Induktionsgesetz mit mittlerer Änderungsrate, Richtung des Induktionsstroms und eine technische Anwendung.
Elektromagnetische Induktion
Magnet rein, Zeiger schlägt aus. Magnet raus, Zeiger schlägt andersherum aus. Nach demselben Prinzip arbeitet jeder Generator.
GF-P.5Harmonische Schwingungen
Elongation, Amplitude, Periodendauer und Frequenz, Schwingkreis in Analogie zum mechanischen Oszillator, Periodendauer an einem Beispiel.
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.
Federpendel
Ein Körper schwingt an einer Feder auf und ab. Diagramme zeigen Ort, Geschwindigkeit und Energie während der Schwingung.
GF-P.6Harmonische Wellen
Erzeugung, Ausbreitung und Energietransport, Wellenlänge, Geschwindigkeit und Frequenz, transversal und longitudinal, Polarisation, Brechung, Reflexion und Beugung.
Transversal- und Longitudinalwellen
Eine Welle läuft durch eine Kette von Teilchen. Jedes Teilchen schwingt nur auf der Stelle, quer oder längs zur Laufrichtung.
GF-P.7Superposition von Wellen
Stehende Wellen und Wellenlängenbestimmung, Interferenz am Doppelspalt, Spektrum weißen Lichts und Überblick über elektromagnetische Wellen.
Stehende Wellen
Eine Welle wird am Ende zurückgeworfen, und es entsteht ein festes Muster aus Knoten und Bäuchen, wie auf einer Gitarrensaite.
Interferenz zweier Kreiswellen
Zwei Kreiswellen überlagern sich und verstärken sich an manchen Stellen, an anderen löschen sie sich aus.
Doppelspalt und Gitter
Laserlicht fällt durch einen Doppelspalt oder ein Gitter. Auf dem Schirm entsteht ein Muster aus hellen und dunklen Streifen.
GF-P.8Quantenobjekte I
Elektronen und Photonen am Doppelspalt, Energie und Frequenz, Impuls und Wellenlänge, Grundaspekte der Quantentheorie und ein Näherungswert für h.
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.
Elektronenbeugung
Elektronen treffen auf eine dünne Graphitschicht und bilden Ringe auf dem Schirm, wie es nur Wellen tun.
GF-P.9Quantenmechanische Atomvorstellung I
Quantisierte Absorption und Emission am Wasserstoffatom, Energiestufenmodell und Orbitalmodell.
Atommodelle und Linienspektren
Jedes Element leuchtet in seinen eigenen Farben. Springt ein Elektron eine Stufe tiefer, entsteht genau eine Linie im Spektrum.
Lernbereich GF-WWahlpflichtbausteine (Grundfach, fünf zu wählen)
Vertiefungen und Erweiterungen von Teilchen in Feldern bis zur Kosmologie, dazu ein individuelles Thema.
GF-W.1Anwendungsbeispiele für Teilchen in Feldern
Fadenstrahlrohr zur Bestimmung von e/m, Elektronenablenkröhre, Teilchenbeschleuniger, Hall-Effekt.
Lorentzkraft und Fadenstrahlrohr
Elektronen fliegen in einem Magnetfeld auf einer leuchtenden Kreisbahn. Aus dem Radius bestimmst du eine Eigenschaft des Elektrons.
GF-W.2Schwingungsphänomene
Gedämpfte, erzwungene und gekoppelte Schwingungen und Resonanz.
Erzwungene Schwingung und Resonanz
Ein Motor treibt ein schwingendes Rad an. Trifft der Motor genau den richtigen Takt, schwingt das Rad besonders stark: Resonanz.
GF-W.3Akustik
Schall als Longitudinalwelle, Schwebung, stehende Wellen und Resonanz, Fourieranalyse von Klängen.
Transversal- und Longitudinalwellen
Eine Welle läuft durch eine Kette von Teilchen. Jedes Teilchen schwingt nur auf der Stelle, quer oder längs zur Laufrichtung.
Stehende Wellen
Eine Welle wird am Ende zurückgeworfen, und es entsteht ein festes Muster aus Knoten und Bäuchen, wie auf einer Gitarrensaite.
GF-W.4Licht als Wellenphänomen
Interferenz und Polarisation in Natur und Technik.
Interferenz zweier Kreiswellen
Zwei Kreiswellen überlagern sich und verstärken sich an manchen Stellen, an anderen löschen sie sich aus.
Doppelspalt und Gitter
Laserlicht fällt durch einen Doppelspalt oder ein Gitter. Auf dem Schirm entsteht ein Muster aus hellen und dunklen Streifen.
GF-W.5Elektromagnetische Wellen
Rückkopplung, offener Schwingkreis, Ausbreitung und Modulation, Anwendungen und Spektrum.
Hierfür ist keine eigene Simulation geplant.
GF-W.6Wechselstromkreise
Effektivwerte, Impedanz und Phasenverschiebung, Wirk- und Blindleistung.
Hierfür ist keine eigene Simulation geplant.
GF-W.7Elektronik
Grundschaltungen, Eigen- und Störstellenleitung, Diode und Transistor.
Hierfür ist keine eigene Simulation geplant.
GF-W.8Festkörperphysik
Bändermodell und Eigenschaften von Festkörpern.
Hierfür ist keine eigene Simulation geplant.
GF-W.9Quantenobjekte II
Deutungen der Quantentheorie, Unbestimmtheitsrelation und experimentelle Belege wie Elektronenbeugung und Hallwachs-Effekt.
Elektronenbeugung
Elektronen treffen auf eine dünne Graphitschicht und bilden Ringe auf dem Schirm, wie es nur Wellen tun.
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.
GF-W.10Quantenmechanische Atomvorstellung II
Franck-Hertz-Versuch, Resonanzabsorption, Lumineszenz, Laser und Spektralanalyse.
Atommodelle und Linienspektren
Jedes Element leuchtet in seinen eigenen Farben. Springt ein Elektron eine Stufe tiefer, entsteht genau eine Linie im Spektrum.
GF-W.11Kernphysik
Radionuklide, Zerfall, Spaltung und Fusion, Absorptions- und Zerfallsgesetz, Bindungsenergie.
Radioaktiver Zerfall und Halbwertszeit
Viele Atomkerne zerfallen zufällig, und ein Zählrohr knackt. Trotzdem ist nach jeder Halbwertszeit ungefähr die Hälfte übrig.
GF-W.12Strahlenbiophysik
Dosis, biologische Wirkung, Strahlenschutz und medizinische Anwendungen.
Hierfür ist keine eigene Simulation geplant.
GF-W.13Elementarteilchenphysik
Fundamentalteilchen und Wechselwirkungen, Standardmodell und offene Fragen.
Hierfür ist keine eigene Simulation geplant.
GF-W.14Entropie
Entropie als Energieträger, Entropieerzeugung und Carnot-Wirkungsgrad.
Hierfür ist keine eigene Simulation geplant.
GF-W.15Thermodynamische Maschinen
Gesetze des idealen Gases, Wärmepumpe und Stirlingmotor, Carnot-Wirkungsgrad.
Gasgesetze
Kolben halb hineindrücken, und der Druck verdoppelt sich. Erwärmen, und das Gas schiebt den Kolben hinaus. Druck, Volumen und Temperatur hängen fest zusammen.
GF-W.16Energiebereitstellung
Grundprinzip und Vergleich von Techniken der Energiebereitstellung, Nachhaltigkeit.
Hierfür ist keine eigene Simulation geplant.
GF-W.17Relativistische Kinematik
Relativität der Gleichzeitigkeit, Zeitdilatation und Längenkontraktion, Raum-Zeit-Diagramme.
Hierfür ist keine eigene Simulation geplant.
GF-W.18Relativistische Dynamik
Masse-Energie-Äquivalenz, Grenzgeschwindigkeit und Zeit im Gravitationsfeld.
Hierfür ist keine eigene Simulation geplant.
GF-W.19Astrophysik
Zustandsgrößen der Sonne, Sternentwicklung und Standardsonnenmodell.
Hierfür ist keine eigene Simulation geplant.
GF-W.20Kosmologie
Struktur und Entwicklung des Universums, Urknall und Hintergrundstrahlung.
Hierfür ist keine eigene Simulation geplant.
GF-W.21Chaos und Fraktale – Nichtlineare dynamische Systeme
Chaosphänomene, Merkmale chaotischer Systeme und fraktale Strukturen.
Hierfür ist keine eigene Simulation geplant.
GF-W.22Strömungsphysik
Strömungsarten, Kontinuitätsgleichung, Bernoulli-Gleichung und dynamischer Auftrieb.
Hierfür ist keine eigene Simulation geplant.
GF-W.23Physik als sich weiterentwickelnde Wissenschaft
Wissenschaftliche Revolutionen und physikalische Arbeitsweisen im historischen und gesellschaftlichen Zusammenhang.
Hierfür ist keine eigene Simulation geplant.
GF-W.24Individuelles Thema
Frei gewählte Inhalte, vor allem zur Bewertungskompetenz, etwa Nachhaltigkeit oder Klimawandel.
Hierfür ist keine eigene Simulation geplant.
Lernbereich LF-PPflichtbausteine (Leistungsfach)
Felder mit Energiespeicherung in Kondensator und Spule, Induktion, Schwingungen und Wellen, Quantenphysik, Atom- und Kernphysik sowie Energie und Entropie.
LF-P.1Feldkonzept für statische elektrische und magnetische Felder
Wie im Grundfach, zusätzlich Influenz und Polarisation, Magnetisierung und Coulomb-Gesetz.
Feldlinien von Punktladungen
Zwei Ladungen, und das Feld ordnet sich neu. Eine Probeladung misst, wo die Kraft am größten ist.
LF-P.2Energie und Energiespeicherung im elektrischen und magnetischen Feld
Potential und Spannung, Kondensator mit Kapazität, Energie und Auf- und Entladung; Spule mit Flussdichte, Induktivität 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.
LF-P.3Wechselwirkung von geladenen Körpern mit statischen Feldern
Wie im Grundfach, zusätzlich Hall-Effekt, Kreisbahnen im Magnetfeld (quantitativ) und gekreuzte Felder.
Lorentzkraft und Fadenstrahlrohr
Elektronen fliegen in einem Magnetfeld auf einer leuchtenden Kreisbahn. Aus dem Radius bestimmst du eine Eigenschaft des Elektrons.
LF-P.4Veränderliche elektromagnetische Felder I
Induktionsgesetz auch in differentieller Form, Richtung des Induktionsstroms, Selbstinduktion und Ein- und Ausschaltvorgänge an der Spule.
Elektromagnetische Induktion
Magnet rein, Zeiger schlägt aus. Magnet raus, Zeiger schlägt andersherum aus. Nach demselben Prinzip arbeitet jeder Generator.
LF-P.5Harmonische Schwingungen
Kenngrößen der Schwingung, Schwingkreis, lineares Kraftgesetz, Fadenpendel mit Kleinwinkelnäherung und Herleitung der Schwingungsdauer.
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.
Federpendel
Ein Körper schwingt an einer Feder auf und ab. Diagramme zeigen Ort, Geschwindigkeit und Energie während der Schwingung.
LF-P.6Schwingungen und Wellen
Gedämpfte, erzwungene und gekoppelte Schwingungen mit Resonanz; Erzeugung, Größen und mathematische Beschreibung harmonischer Wellen.
Erzwungene Schwingung und Resonanz
Ein Motor treibt ein schwingendes Rad an. Trifft der Motor genau den richtigen Takt, schwingt das Rad besonders stark: Resonanz.
Transversal- und Longitudinalwellen
Eine Welle läuft durch eine Kette von Teilchen. Jedes Teilchen schwingt nur auf der Stelle, quer oder längs zur Laufrichtung.
LF-P.7Harmonische Wellen und ihre Superposition
Brechung, Reflexion und Beugung, stehende Wellen, Interferenz an Doppelspalt und Einzelspalt, Wellenlängenbestimmung und Interferometer.
Stehende Wellen
Eine Welle wird am Ende zurückgeworfen, und es entsteht ein festes Muster aus Knoten und Bäuchen, wie auf einer Gitarrensaite.
Interferenz zweier Kreiswellen
Zwei Kreiswellen überlagern sich und verstärken sich an manchen Stellen, an anderen löschen sie sich aus.
Doppelspalt und Gitter
Laserlicht fällt durch einen Doppelspalt oder ein Gitter. Auf dem Schirm entsteht ein Muster aus hellen und dunklen Streifen.
LF-P.8Quantenobjekte I
Wie im Grundfach, zusätzlich Delayed-Choice-Experiment, Koinzidenzmethode, stochastische Deutung mit |Ψ|² und Ort-Impuls-Unbestimmtheit.
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.
Elektronenbeugung
Elektronen treffen auf eine dünne Graphitschicht und bilden Ringe auf dem Schirm, wie es nur Wellen tun.
LF-P.9Quantenmechanische Atomvorstellung I
Quantisierte Absorption und Emission, Röntgenspektrum, Energiestufenmodell, Potentialtopf, Orbitalmodell und Ausblick auf Mehrelektronensysteme.
Atommodelle und Linienspektren
Jedes Element leuchtet in seinen eigenen Farben. Springt ein Elektron eine Stufe tiefer, entsteht genau eine Linie im Spektrum.
LF-P.10Kernphysik
Kernmodell, Bindungsenergie, Zerfall, Spaltung und Fusion, Absorptions- und Zerfallsgesetz und quantenmechanische Bezüge.
Radioaktiver Zerfall und Halbwertszeit
Viele Atomkerne zerfallen zufällig, und ein Zählrohr knackt. Trotzdem ist nach jeder Halbwertszeit ungefähr die Hälfte übrig.
LF-P.11Energie und Entropie
Energieströme und Energieträger, Entropie, Entropieerzeugung, thermodynamische Maschinen und Carnot-Wirkungsgrad.
Gasgesetze
Kolben halb hineindrücken, und der Druck verdoppelt sich. Erwärmen, und das Gas schiebt den Kolben hinaus. Druck, Volumen und Temperatur hängen fest zusammen.
Lernbereich LF-WWahlpflichtbausteine (Leistungsfach, sieben zu wählen)
Vertiefungen und Erweiterungen von Teilchen in Feldern bis zur Kosmologie, dazu ein individuelles Thema.
LF-W.1Anwendungsbeispiele für Teilchen in Feldern
Fadenstrahlrohr, Elektronenablenkröhre, Teilchenbeschleuniger, Massenspektrometer und MHD-Generator.
Lorentzkraft und Fadenstrahlrohr
Elektronen fliegen in einem Magnetfeld auf einer leuchtenden Kreisbahn. Aus dem Radius bestimmst du eine Eigenschaft des Elektrons.
LF-W.2Veränderliche elektromagnetische Felder II
Maxwell-Gleichungen, Felder und Bezugssysteme, Lorentz-Transformation.
Hierfür ist keine eigene Simulation geplant.
LF-W.3Akustik
Schall als Longitudinalwelle, Dopplereffekt, Schwebung, stehende Wellen und Resonanz, Fourieranalyse.
Doppler-Effekt
Ein Krankenwagen fährt vorbei, und der Ton wird tiefer. Die Wellenfronten zeigen warum. Auf Wunsch zum Anhören.
Transversal- und Longitudinalwellen
Eine Welle läuft durch eine Kette von Teilchen. Jedes Teilchen schwingt nur auf der Stelle, quer oder längs zur Laufrichtung.
Stehende Wellen
Eine Welle wird am Ende zurückgeworfen, und es entsteht ein festes Muster aus Knoten und Bäuchen, wie auf einer Gitarrensaite.
LF-W.4Licht als Wellenphänomen
Interferenz und Polarisation in Natur und Technik.
Interferenz zweier Kreiswellen
Zwei Kreiswellen überlagern sich und verstärken sich an manchen Stellen, an anderen löschen sie sich aus.
Doppelspalt und Gitter
Laserlicht fällt durch einen Doppelspalt oder ein Gitter. Auf dem Schirm entsteht ein Muster aus hellen und dunklen Streifen.
LF-W.5Elektromagnetische Wellen
Rückkopplung, offener Schwingkreis, Ausbreitung und Modulation, Anwendungen und Spektrum.
Hierfür ist keine eigene Simulation geplant.
LF-W.6Wechselstromkreise
Effektivwerte, Impedanz und Phasenverschiebung, Wirk- und Blindleistung.
Hierfür ist keine eigene Simulation geplant.
LF-W.7Elektronik
Grundschaltungen, Eigen- und Störstellenleitung, Diode und Transistor.
Hierfür ist keine eigene Simulation geplant.
LF-W.8Festkörperphysik
Bändermodell und Eigenschaften von Festkörpern.
Hierfür ist keine eigene Simulation geplant.
LF-W.9Quantenobjekte II
Deutungen der Quantentheorie und experimentelle Belege wie Elektronenbeugung und Hallwachs-Effekt.
Elektronenbeugung
Elektronen treffen auf eine dünne Graphitschicht und bilden Ringe auf dem Schirm, wie es nur Wellen tun.
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.
LF-W.10Wechselwirkung von Quantenobjekten
Compton- und Hallwachs-Effekt, Paarerzeugung, Elektronenbeugung, Bragg-Reflexion und Entstehung der Röntgenstrahlung.
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.
Elektronenbeugung
Elektronen treffen auf eine dünne Graphitschicht und bilden Ringe auf dem Schirm, wie es nur Wellen tun.
LF-W.11Quantenmechanische Atomvorstellung II
Franck-Hertz-Versuch, Resonanzabsorption, Lumineszenz, Laser und Spektralanalyse.
Atommodelle und Linienspektren
Jedes Element leuchtet in seinen eigenen Farben. Springt ein Elektron eine Stufe tiefer, entsteht genau eine Linie im Spektrum.
LF-W.12Strahlenbiophysik
Dosis, biologische Wirkung, Strahlenschutz, Dosis-Effekt-Kurven und medizinische Anwendungen.
Radioaktiver Zerfall und Halbwertszeit
Viele Atomkerne zerfallen zufällig, und ein Zählrohr knackt. Trotzdem ist nach jeder Halbwertszeit ungefähr die Hälfte übrig.
LF-W.13Elementarteilchenphysik
Standardmodell, fundamentale Wechselwirkungen, experimentelle Befunde und offene Fragen.
Hierfür ist keine eigene Simulation geplant.
LF-W.14Energiebereitstellung
Grundprinzip und Vergleich von Techniken der Energiebereitstellung, Nachhaltigkeit.
Hierfür ist keine eigene Simulation geplant.
LF-W.15Relativistische Kinematik
Relativität der Gleichzeitigkeit, Zeitdilatation und Längenkontraktion, Raum-Zeit-Diagramme.
Hierfür ist keine eigene Simulation geplant.
LF-W.16Relativistische Dynamik
Masse-Energie-Äquivalenz, Grenzgeschwindigkeit und Zeit im Gravitationsfeld.
Hierfür ist keine eigene Simulation geplant.
LF-W.17Astrophysik
Zustandsgrößen der Sonne, Sternentwicklung und Standardsonnenmodell.
Hierfür ist keine eigene Simulation geplant.
LF-W.18Kosmologie
Struktur und Entwicklung des Universums, Urknall und Hintergrundstrahlung.
Hierfür ist keine eigene Simulation geplant.
LF-W.19Chaos und Fraktale – Nichtlineare dynamische Systeme
Chaosphänomene, Merkmale chaotischer Systeme und fraktale Strukturen.
Hierfür ist keine eigene Simulation geplant.
LF-W.20Strömungsphysik
Strömungsarten, Kontinuitätsgleichung, Bernoulli-Gleichung und dynamischer Auftrieb.
Hierfür ist keine eigene Simulation geplant.
LF-W.21Individuelles Thema
Frei gewählte Inhalte, vor allem zur Bewertungskompetenz, etwa Nachhaltigkeit oder Klimawandel.
Hierfür ist keine eigene Simulation geplant.
Die Kurzbeschreibungen fassen den Lehrplan in eigenen Worten zusammen. Verbindlich ist der Originaltext. Originaltext: Rahmenlehrplan und Lehrplan, Gymnasium, Physik, Jahrgangsstufe 12/13