Gleichförmige und beschleunigte Bewegung (t-s- und t-v-Diagramme)
Ein Auto fährt gleichmäßig oder wird schneller. Dabei entstehen live die Diagramme für Weg, Geschwindigkeit und Beschleunigung.
Physik – Jahrgangsstufe 11
Einführungsphase der Oberstufe (G9: Jahrgangsstufe 11). In der Einführungsphase wird Dynamik einschließlich Kinematik unterrichtet, höchstens in der Hälfte der Lernzeit; Felder, Schwingungen und Wellen sowie Quantenphysik beginnen schon hier und gehen in der Qualifikationsphase weiter. Inhalte über das grundlegende Niveau hinaus sind für das erhöhte Niveau verbindlich. Die Nummern sind von uns vergeben.
Lernbereich MMechanik: Dynamik inklusive Kinematik
Bewegungen beschreiben, Kraft und Trägheit, Reibung, Energie- und Impulserhaltung.
M.1Kinematik
Ort, Zeit, Geschwindigkeit und Beschleunigung, gleichförmige und gleichmäßig beschleunigte Bewegung, freier Fall und waagerechter Wurf.
Freier Fall
Eine Kugel fällt auf Erde, Mond oder Mars und wird jede Sekunde schneller. Im Vakuum hält sogar eine Feder mit.
Waagerechter und schiefer Wurf
Welcher Abwurfwinkel trägt am weitesten? Auf der Erde ist es 45°, und auf dem Mond fliegt derselbe Ball sechsmal so weit.
M.2Dynamik
Masse, Kraft und Beschleunigung, Trägheitsprinzip, Reibungskraft, Energieerhaltung und iterative Vorhersage realer Bewegungen; Kreisbewegungen können hier beginnen.
Kräfte addieren und zerlegen
Zwei Kräfte ziehen an einem Punkt. Mit dem Kräfteparallelogramm findest du die Gesamtkraft oder zerlegst eine Kraft in zwei.
Schiefe Ebene
Ein Klotz liegt auf einer schrägen Ebene. Ab welchem Winkel rutscht er? Die Gewichtskraft wird dazu in zwei Teile zerlegt.
Energieerhaltung (Achterbahn)
Ein Wagen fährt Achterbahn: Energie-Säulen zeigen, wie sich Lageenergie und Bewegungsenergie ineinander umwandeln.
Kreisbewegung und Zentripetalkraft
Eine Kugel kreist an einer Schnur, ein Auto fährt durch eine Kurve. Welche Kraft hält sie auf der Kreisbahn?
M.3Impuls und Impulserhaltung
Impuls als Erhaltungsgröße bei Stößen und Wechselwirkungen.
Elastische und unelastische Stöße
Zwei Gleiter stoßen auf einer Luftkissenbahn zusammen. Vorher und nachher wird verglichen, was erhalten bleibt.
Lernbereich FElektrische und magnetische Felder
Feldkonzept, Körper in statischen Feldern und veränderliche elektromagnetische Felder.
F.1Das Feldkonzept zur Beschreibung von Wechselwirkungen
Elektrisches, Magnet- und Gravitationsfeld, Ladung und Influenz, Feldstärke, Feld- und Äquipotenziallinien, Coulomb- und Gravitationsgesetz, Potenzial, Plattenkondensator mit Kapazität, Energie und Auf- und Entladung, magnetische Flussdichte.
Feldlinien von Punktladungen
Zwei Ladungen, und das Feld ordnet sich neu. Eine Probeladung misst, wo die Kraft am größten ist.
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.
F.2Körper in statischen Feldern
Ladungen im elektrischen und magnetischen Feld, Lorentzkraft und Hall-Effekt, Kreisbewegungen mit Zentripetalkraft, auch im Gravitationsfeld, e/m-Bestimmung, Beschleuniger und Massenspektrometer.
Lorentzkraft und Fadenstrahlrohr
Elektronen fliegen in einem Magnetfeld auf einer leuchtenden Kreisbahn. Aus dem Radius bestimmst du eine Eigenschaft des Elektrons.
Kreisbewegung und Zentripetalkraft
Eine Kugel kreist an einer Schnur, ein Auto fährt durch eine Kurve. Welche Kraft hält sie auf der Kreisbahn?
Planetenbahnen und Keplersche Gesetze
Zu schnell, und der Planet fliegt auf Nimmerwiedersehen davon. Etwas langsamer, und er zieht eine Ellipse um die Sonne, genau nach den Keplerschen Gesetzen.
F.3Veränderliche elektromagnetische Felder
Magnetischer Fluss und Induktionsgesetz, Induktivität und Selbstinduktion, Ein- und Ausschaltvorgänge, technische Anwendungen und Schwingkreise.
Elektromagnetische Induktion
Magnet rein, Zeiger schlägt aus. Magnet raus, Zeiger schlägt andersherum aus. Nach demselben Prinzip arbeitet jeder Generator.
Lernbereich WMechanische und elektromagnetische Schwingungen und Wellen
Schwingungen, Ausbreitung und Überlagerung von Wellen sowie Spektren.
W.1Mechanische und elektromagnetische Schwingungen
Kenngrößen, Schwingungsgleichung und lineares Kraftgesetz, gedämpfte und erzwungene Schwingungen mit Resonanz, energetischer Vergleich.
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.
Erzwungene Schwingung und Resonanz
Ein Motor treibt ein schwingendes Rad an. Trifft der Motor genau den richtigen Takt, schwingt das Rad besonders stark: Resonanz.
W.2Eigenschaften und Ausbreitung von Wellen
Wellenlänge, Frequenz und Geschwindigkeit, Huygens’sches Prinzip, Beugung und Brechung, Transversal- und Longitudinalwellen, Dopplereffekt (qualitativ) 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.
Doppler-Effekt
Ein Krankenwagen fährt vorbei, und der Ton wird tiefer. Die Wellenfronten zeigen warum. Auf Wunsch zum Anhören.
W.3Überlagerung von Wellen
Superposition und Interferenz an Doppelspalt, Gitter und Einzelspalt, Interferometer und stehende Wellen.
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.
Stehende Wellen
Eine Welle wird am Ende zurückgeworfen, und es entsteht ein festes Muster aus Knoten und Bäuchen, wie auf einer Gitarrensaite.
W.4Spektren
Farben, elektromagnetisches Spektrum, Emissions- und Absorptionsspektren, diskrete und kontinuierliche Spektren.
Passende Simulationen stehen bei Jahrgangsstufe 12/13
Lernbereich QQuantenphysik und Materie
Quantenobjekte und Atomvorstellungen.
Q.1Quantenobjekte
Grundaspekte der Quantentheorie, Doppelspalt mit Photonen und Elektronen, Photoeffekt, de-Broglie-Wellenlänge, Röntgenbremsspektrum, Bragg-Reflexion, Compton-Effekt und Unbestimmtheit.
Doppelspalt und Gitter
Laserlicht fällt durch einen Doppelspalt oder ein Gitter. Auf dem Schirm entsteht ein Muster aus hellen und dunklen Streifen.
Q.2Atomvorstellungen
Quantenmechanisches Atommodell, Orbitale und Energieniveaus des Wasserstoffatoms, Linienspektren, Potenzialtopf, charakteristische Röntgenstrahlung und Pauli-Prinzip.
Passende Simulationen stehen bei Jahrgangsstufe 12/13
Die Kurzbeschreibungen fassen den Lehrplan in eigenen Worten zusammen. Verbindlich ist der Originaltext. Originaltext: Fachanforderungen, Gymnasium, Physik, Jahrgangsstufe 11