Lehrpläne Physik 12/13

Die Grundgedanken der Newtonschen Mechanik sollen von den Schülerinnen und Schülern so weit erfaßt und beherrscht werden, daß sie diese in weiteren Gebieten sicher anwenden können. Die historische Entwicklung der klassischen Physik, deren Erfolge und Grenzen ihnen bewußt werden sollten, ist geprägt durch die Leistungen großer Wissenschaftler, die an dieser Stelle eine entsprechende Würdigung erfahren können.


Trägheitsgesetz [ Inertialsysteme ] Newtonsches Grundgesetz Newtonsches Wechselwirkungsgesetz			Galileo Galilei (1564 - 1642) Isaac Newton (1643 - 1727)
Kreisbewegung mit konstantem Geschwindigkeits-betrag Zentripetalbeschleunigung Zentripetalkraft [ Zentrifugalkraft ]

Zur Beschreibung elektrischer und magnetischer Wechselwirkungen wird die früher entwickelte anschauliche Feldvorstellung aufgegriffen, erweitert und vertieft. Für den einfachen Fall homogener Felder lernen die Schülerinnen und Schüler, damit zusammenhängende physikalische Erscheinungen quantitativ zu beschreiben. Dabei erfahren sie auch, daß ein Feld Träger von Energie ist.


Wiederholung der Grundlagen der Elektrizitätslehre

Charakteristische Größen des elektrischen Feldes			Michael Faraday (1791 - 1867) Quantitative Beziehungen sind nur für homogene Felder verlangt.

Kondensator, Kapazität
Kapazität des Plattenkondensators, Dielektrizitätszahl

Energie des elektrischen Feldes eines geladenen Kondensators			à M, GK,: Berechnung von Flächeninhalten, [ Physikalische Arbeit ]

[ Coulombsches Gesetz, Arbeit in radialen Feldern, Potential ]

Wiederholung magnetischer Grunderscheinungen

Kraft auf einen stromdurchflossenen Leiter im Magnetfeld, magnetische Flußdichte			Die gesetzlich festgelegte Definition der SI-Einheit Ampere braucht nicht besprochen zu werden. Für die magnetische Flußdichte einer langgestreckten Spule wird die quantitative Beziehung einschließlich der Permeabilitätszahl erwartet.

[ Magnetfeld der Erde ]

Die Anwendung mechanischer Gesetzmäßigkeiten auf elektrische und magnetische Phänomene bringt den Schülerinnen und Schülern gebietsübergreifende Betrachtungsweisen nahe, die ihnen helfen, scheinbar zusammenhanglos nebeneinander stehende Beobachtungen in einen größeren Zusammenhang einzuordnen.

Im Experiment erleben sie, wie die erstaunlich kleinen Werte der Ladung und der Masse des Elektrons bestimmt werden können.


Prinzip der Erzeugung eines Elektronenstrahls, Elektronvolt

Lorentzkraft und ihre Richtung

Bewegungen von geladenen Teilchen in homogenen elektrischen und magnetischen Feldern			Bei schrägem Einschuß in das Feld kann auf eine quantitative Behandlung verzichtet werden.

Halleffekt

Ladung und Masse des Elektrons			Auf die Geschwindigkeitsabhängigkeit der Masse sollte hingewiesen werden.

Anwendungen			Braunsche Röhre Massenspektrometer Beschleuniger

Das Induktionsgesetz bietet eine gute Gelegenheit, die Schülerinnen und Schüler die Leistungsfähigkeit der Mathematik bei der Lösung physikalischer Fragestellungen erkennen zu lassen. Sie lernen dabei schätzen, daß sich verschiedenartige Aspekte eines physikalischen Problemkreises in mathematisch geschlossener Form einfach darstellen lassen. Die Behandlung der Erzeugung von Wechselspannung kann Anstoß geben, über die Möglichkeiten und Probleme einer großtechnischen Energiebereitstellung nachzudenken.


Induktionsgesetz, Lenzsche Regel

Selbstinduktion, Eigeninduktivität

Energie des Magnetfeldes einer stromdurchflossenen Spule

Erzeugung sinusförmiger Wechselspannungen, Effektivwerte			Es genügt, die Beziehung zwischen Effektiv- und Scheitelwerten experimentell zu erarbeiten.

Kondensator bzw. Spule im Wechselstromkreis, kapazitiver und induktiver Widerstand

Überblick über: Reihenschaltung von ohmschen und kapazitiven bzw. induktiven Widerständen, Siebkette, Sperrkreis

Transformator

Energiewirtschaft, europäisches Verbundsystem			Besichtigungen von Energieversorgungs-einrichtungen werden empfohlen.

Die auffällige formale Übereinstimmung zwischen mechanischen und elektromagnetischen Schwingungen erleichtert den Schülerinnen und Schülern das Verständnis der physikalischen Vorgänge in einem elektromagnetischen Schwingkreis. Dadurch erscheint es ihnen plausibel, die bei der Behandlung mechanischer Wellen anschaulich erarbeiteten Beziehungen in ähnlicher Weise auf klassische elektromagnetische Wellen zu übertragen.

Bei der experimentellen Bestimmung der Lichtwellenlängen erleben sie, daß selbst mit relativ einfachen Mitteln diese sehr kleinen Längen erstaunlich genau gemessen werden können.


Mechanische Schwingungen und ihre charakteristischen Größen

Harmonische Schwingungen und ihre mathematische Beschreibung			Es genügt, sich auf Schwingungen mit einfachen Anfangsbedingungen zu beschränken.

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

[ Ultraschall ] [ Dopplereffekt ]

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.

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

Grenzenergie der Röntgenbremsstrahlung

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 ]


Mindestens eines der Wahlthemen ist zu behandeln.

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			Nobelpreisträger und ihre Leistungen

Grundgedanken der Relativitätstheorie			Hier ist der Einsatz des Computers sinnvoll.

Semester	Lehrplaneinheiten

I	Lehrplaneinheit 1 Lehrplaneinheit 2 Lehrplaneinheit 3
II	Lehrplaneinheit 4 Lehrplaneinheit 5
III	Lehrplaneinheit 6 Lehrplaneinheit 7 – Vertiefung der Kernphysik
IV	Wiederholung der Einheiten aus den Semestern I bis III als Vorbereitung der Abiturprüfung Lehrplaneinheit 7 – Grundlagen der Relativitätstheorie