Physik

Naturwissenschaft und Technik prägen unsere Gesellschaft in allen Bereichen und bilden heute einen bedeutenden Teil unserer kulturellen Identität. Sie bestimmen maßgeblich unser Weltbild, das schneller als in der Vergangenheit Veränderungen durch aktuelle Forschungsergebnisse erfährt. Das Wechselspiel zwischen naturwissenschaftlicher Erkenntnis und technischer Anwendung bewirkt einerseits Fortschritte auf vielen Gebieten, vor allem auch bei der Entwicklung und Anwendung von neuen Technologien und Produktionsverfahren. Andererseits birgt das Streben nach Fortschritt auch Risiken, die bewertet und beherrscht werden müssen. Naturwissenschaftlich-technische Erkenntnisse und Innovationen stehen damit zunehmend im Fokus gesellschaftlicher Diskussionen und Auseinandersetzungen. Eine vertiefte naturwissenschaftliche Bildung bietet dabei die Grundlage für fundierte Urteile in Entscheidungsprozessen über erwünschte oder unerwünschte Entwicklungen.

Besondere Ziele der Physik

Die Physik als theoriegeleitete experimentell orientierte Erfahrungswissenschaft stellt wesentliche Grundlagen für das Verstehen natürlicher Phänomene und Prozesse zur Verfügung. Sie macht Vorgänge über die menschliche Wahrnehmung hinaus quantifizierbar und messbar und stellt gefundene Zusammenhänge als Gesetzmäßigkeiten dar. Sie liefert übergreifende Theorien sowie Modelle zur Vorhersage der Ergebnisse von Wirkungszusammenhängen, zur Erklärung und Beschreibung natürlicher und technischer Abläufe und darüber hinaus Kriterien für die Beurteilung technischer Systeme und Entwicklungen. Dabei spielen sowohl die Beschreibung von Phänomenen in einer exakten Fachsprache, das zielgerichtete, ergebnisorientierte Testen von Hypothesen durch Experimente als auch das logische Schließen und Argumentieren eine besondere Rolle. Kennzeichnend sind dabei das Formalisieren und Mathematisieren physikalischer Sachverhalte als auch das ordnende Strukturieren fachwissenschaftlicher Erkenntnisse.

 

Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben

  1. Physik in Sport und/oder Verkehr – Wie lassen sich Bewegungen vermessen und analysieren?
    • Mechanik
      • Kräfte und Bewegungen
      • Energie und Impuls
  2. Auf dem Weg in den Weltraum – Wie kommt man zu physikalischen Erkenntnissen über unser Sonnensystem?
    • Mechanik
      • Gravitation
      • Kräfte und Bewegungen
      • Energie und Impuls
  3. Schall – Wie lässt sich Schall physikalisch untersuchen?
    • Mechanik
      • Schwingungen und Wellen
      • Kräfte und Bewegungen
      • Energie und Impuls
  1. Erforschung des Photons – Wie kann das Verhalten von Licht beschrieben und erklärt werden?
    • Quantenobjekte
      • Photon (Wellenaspekt)
  2. Erforschung des Elektrons – Wie können physikalische Eigenschaften wie die Ladung und die Masse eines Elektrons gemessen werden?
    • Quantenobjekte
      • Elektron (Teilchenaspekt)
  3. Photonen und Elektronen als Quantenobjekte – Kann das Verhalten von Elektronen und Photonen durch ein gemeinsames Modell beschrieben werden?
    • Quantenobjekte
      • Elektron und Photon (Teilchenaspekt, Wellenaspekt)
      • Quantenobjekte und ihre Eigenschaften
  4. Energieversorgung und Transport mit Generatoren und Transformatoren – Wie kann elektrische Energie gewonnen, verteilt und bereitgestellt werden?
    • Elektrodynamik
      • Spannung und elektrische Energie
      • Induktion
      • Spannungswandlung
  5. Wirbelströme im Alltag – Wie kann man Wirbelströme technisch nutzen?
    • Elektrodynamik
      • Induktion
  1. Erforschung des Mikro- und Makrokosmos – Wie gewinnt man Informationen zum Aufbau der Materie?
    • Strahlung und Materie
      • Energiequantelung der Atomhülle
      • Spektrum der elektromagnetischen Strahlung
  2. Mensch und Strahlung – Wie wirkt Strahlung auf den Menschen?
    • Strahlung und Materie
      • Kernumwandlungen
      • Ionisierende Strahlung
      • Spektrum der elektromagnetischen Strahlung
  3. Forschung am CERN und DESY – Was sind die kleinsten Bausteine der Materie?
    • Strahlung und Materie
      • Standardmodell der Elementarteilchen
  4. Navigationssysteme – Welchen Einfluss hat Bewegung auf den Ablauf der Zeit?
    • Relativität von Raum und Zeit
      • Konstanz der Lichtgeschwindigkeit
      • Zeitdilatation
  5. Teilchenbeschleuniger – Ist die Masse bewegter Teilchen konstant?
    • Relativität von Raum und Zeit
      • Veränderlichkeit der Masse
      • Energie-Masse Äquivalenz
  6. Das heutige Weltbild – Welchen Beitrag liefert die Relativitätstheorie zur Erklärung unserer Welt?
    • Relativität von Raum und Zeit
      • Konstanz der Lichtgeschwindigkeit
      • Zeitdilatation
      • Veränderlichkeit der Masse
      • Energie-Masse Äquivalenz
  1. Satellitennavigation: Zeitmessung ist nicht absolut – Welchen Einfluss hat Bewegung auf den Ablauf der Zeit?
    • Relativitätstheorie
      • Konstanz der Lichtgeschwindigkeit
      • Problem der Gleichzeitigkeit
  2. Höhenstrahlung- Warum erreichen Myonen aus der oberen Atmosphäre die Erdoberfläche?
    • Relativitätstheorie
      • Zeitdilatation und Längenkontraktion
  3. Teilchenbeschleuniger: Warum Teilchen aus dem Takt geraten – Ist die Masse bewegter Teilchen konstant?
    • Relativitätstheorie
      • Relativistische Massenzunahme
      • Energie-Masse-Beziehung
  4. Das heutige Weltbild – Welchen Beitrag liefert die Relativitätstheorie zur Erklärung unserer Welt?
    • Relativitätstheorie:
      • Konstanz der Lichtgeschwindigkeit
      • Problem der Gleichzeitigkeit
      • Zeitdilatation und Längenkontraktion
      • Relativistische Massenzunahme
      • Energie-Masse-Beziehung
      • Der Einfluss der Gravitation auf die Zeitmessung
  5. Untersuchung von Elektronen – Wie können physikalische Eigenschaften wie die Ladung und die Masse eines Elektrons gemessen werden?
    • Elektrik
      • Eigenschaften elektrischer Ladungen und ihrer Felder
      • Bewegung von Ladungsträgern in elektrischen und magnetischen Feldern
  6. Aufbau und Funktionsweise wichtiger Versuchs- und Messapparaturen – Wie werden physikalische Größen meistens elektrisch erfasst und wie werden sie verarbeitet?
    • Elektrik
      • Eigenschaften elektrischer Ladungen und ihrer Felder
      • Bewegung von Ladungsträgern in elektrischen und magnetischen Feldern
  7. Erzeugung, Verteilung und Bereitstellung elektrischer Energie – Wie kann elektrische Energie gewonnen, verteilt und bereitgestellt werden?
    • Elektrik
      • Elektromagnetische Induktion
  8. Physikalische Grundlagen der drahtlosen Nachrichtenübermittlung – Wie können Nachrichten ohne Materietransport übermittelt werden?
    • Elektrik:
      • Elektromagnetische Schwingungen und Wellen
      • Licht als elektromagnetische Welle

 

  1. Erforschung des Photons – Besteht Licht doch aus Teilchen?
    • Quantenphysik:
      • Licht und Elektronen als Quantenobjekte
      • Welle-Teilchen-Dualismus
      • Quantenphysik und klassische Physik
  2. Röntgenstrahlung, Erforschung des Photons – Was ist Röntgenstrahlung?
    • Quantenphysik
      • Licht und Elektronen als Quantenobjekte
  3. Erforschung des Elektrons – Kann das Verhalten von Elektronen und Photonen durch ein gemeinsames Modell beschrieben werden?
    • Quantenphysik
      • Welle-Teilchen-Dualismus
  4. Die Welt kleinster Dimensionen: Mikroobjekte und Quantentheorie – Was ist anders im Mikrokosmos?
    • Quantenphysik:
      • Welle-Teilchen-Dualismus und Wahrscheinlichkeitsinterpretation
      • Quantenphysik und klassische Physik
  5. Geschichte der Atommodelle, Lichtquellen und ihr Licht – Wie gewinnt man Informationen zum Aufbau der Materie?
    • Atom-, Kern- und Elementarteilchenphysik
      • Atomaufbau
  6. Physik in der Medizin (Bildgebende Verfahren, Radiologie) – Wie nutzt man Strahlung in der Medizin?
    • Atom-, Kern- und Elementarteilchenphysik
      • Ionisierende Strahlung
      • Radioaktiver Zerfall
  7. (Erdgeschichtliche) Altersbestimmungen – Wie funktioniert die 14C-Methode?
    • Atom-, Kern- und Elementarteilchenphysik
      • Radioaktiver Zerfall
  8. Energiegewinnung durch nukleare Prozesse – Wie funktioniert ein Kernkraftwerk?
    • Atom-, Kern- und Elementarteilchenphysik
      • Kernspaltung und Kernfusion
      • Ionisierende Strahlung
  9. Forschung am CERN und DESY: Elementarteilchen und ihre fundamentalen Wechselwirkungen – Was sind die kleinsten Bausteine der Materie?
    • Atom-, Kern- und Elementarteilchenphysik
      • Elementarteilchen und ihre Wechselwirkungen

 

Vorsitzender: Herr Wilks

Stellvertreter: Herr Eussen

(Stand 11.2016)

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