Grundwissen „Physik“ 10. Jahrgangsstufe

1. Elektromagnetismus

Die Schülerinnen und Schüler ...

• beschreiben exemplarisch am magnetischen Feld die grundlegenden Eigenschaften eines Feldes. Sie visualisieren mithilfe von Feldlinien die magnetischen Felder von Permanentmagneten, einer stromdurchflossenen Spule und der Erde. Dazu nutzen sie auch geeignete Software. Sie wenden die Rechte‑Faust-Regel und die Drei‑Finger-Regel zur Bestimmung von Strom-, Magnetfeld- und Kraftrichtung an.
• erklären die Funktionsweise eines selbständig gebauten einfachen Elektromotors und untersuchen Möglichkeiten, seinen Lauf zu variieren.
• planen selbständig verschiedene Experimente zur Erzeugung von Induktionsspannungen. Sie führen diese selbständig durch, erstellen ein strukturiertes Versuchsprotokoll und formulieren als Ergebnis Je-desto-Aussagen über die Abhängigkeit der Induktionsspannung von verschiedenen Größen.
• wenden geeignete Regeln und Konzepte an, um grundlegende Induktionsphänomene und beim Generator experimentelle Beobachtungen zu erklären. Hierbei entwickeln sie fachsprachlich korrekte Argumentationsketten und verfassen kurze erläuternde Texte.
• erklären Aufbau und Funktionsprinzip eines Transformators auf der Grundlage ihrer Kenntnisse zur Induktion. Sie führen Berechnungen zum idealen Transformator durch und begründen mithilfe des Energiekonzepts die gegenläufige Übersetzung von Spannung und Stromstärke.
• reflektieren die Auswirkungen technischer Anwendungen des Elektromagnetismus wie Elektromotor, Generator und Transformator auf die gesellschaftliche Entwicklung am Ende des 19. Jahrhunderts. Sie diskutieren an diesem Beispiel die Wechselwirkung von technologischem Fortschritt und sozialem Wandel und ziehen Parallelen zur Gegenwart.

2. Impulserhaltung in der Mechanik

Die Schülerinnen und Schüler ...

• schließen aus der Betrachtung zweidimensionaler Bewegungen auf die Erhaltung des Impulses und grenzen ihn gegen den Energieerhaltungssatz ab.
• führen quantitative Betrachtungen einfacher Stoßvorgänge mithilfe des Impulserhaltungssatzes durch, greifen dabei auch auf den Energieerhaltungssatz zurück und erkennen allgemein in Erhaltungssätzen ein grundlegendes Konzept der Physik.
• stellen einen Zusammenhang zwischen der Impulserhaltung und dem Wechselwirkungsgesetz her. Sie erklären in alltagsrelevanten Kontexten, dass Kräfte gemäß dem Wechselwirkungsgesetz stets paarweise auftreten, und unterscheiden ein solches Kräftepaar deutlich von einem Kräftepaar im Gleichgewicht.

3. Bewegungen und ihre Modellierung in der Physik

Die Schülerinnen und Schüler ...

• erstellen und interpretieren Zeit-Ort- und Zeit-Geschwindigkeit-Diagramme von Bewegungen in alltagsrelevanten Kontexten und stellen Beziehungen zwischen den Diagrammen und linearen bzw. quadratischen Bewegungsfunktionen her. Dabei nutzen sie geeignete digitale Hilfsmittel, mit denen sie die Daten erfassen, verarbeiten und sachgerecht darstellen.
• stellen Hypothesen über Größenabhängigkeiten beim waagrechten Wurf auf und planen auf dieser Grundlage passende Experimente. Sie führen diese selbständig durch und schließen auf die komponentenweise Beschreibung des waagrechten Wurfs.
• analysieren die Geschwindigkeitsänderungen beim waagrechten Wurf mithilfe einer geeigneten Darstellung und nutzen die Koordinatenschreibweise für zweidimensionale Bewegungen. Sie vergleichen experimentell festgestellte Werte mit den berechneten, reflektieren über etwaige Unterschiede und begründen diese.
• wenden zur quantitativen Beschreibung von Bewegungen aus ihrer Erfahrungswelt selbständig ausgewählte Darstellungsformen und zentrale physikalische Konzepte an, wie z. B. die Bewegungsfunktionen der Newton’schen Mechanik oder die Erhaltungssätze.
• bewerten auf der Grundlage abgeschätzter und berechneter Werte auch kritische Situationen im Straßenverkehr, diskutieren hierfür mögliche Sicherheitsvorkehrungen und reflektieren ihr eigenes Verhalten auch im Hinblick auf mögliche technische Hilfen.

4. Kernphysik

Die Schülerinnen und Schüler ...

• recherchieren selbständig in unterschiedlichen Quellen zu Themen der Kernphysik (z.B. Entdeckung und Nachweis der Radioaktivität, Eigenschaften der Strahlungsarten, Quarks) und ordnen die gesichteten Quellen in Bezug auf die vorgegebene Aufgabenstellung nach dem Grad ihrer Verwendbarkeit.
• stellen Zerfallsgleichungen zu α- und β^-‑Zerfällen auf, deuten die γ‑Strahlung als eine vom Kern abgegebene Strahlung aus energiereichen Photonen und führen die Umwandlungen der Kerne auf den Aufbau der Nukleonen aus Quarks zurück.
• erklären mithilfe der Äquivalenz von Masse und Energie die Energiefreisetzung exemplarisch beim α‑Zerfall sowie bei einer einfachen Kernreaktion und erläutern die prinzipielle Funktionsweise eines Kernreaktors.
• bestimmen graphisch aus Zerfallskurven oder mittels Berechnungen die Halbwertszeit radioaktiver Isotope und nutzen sie zur Identifizierung von Isotopen sowie zur Beantwortung anwendungsbezogener Fragestellungen.
• kategorisieren Argumente in wertenden Kommentaren zu kernphysikalischen Themen in unterschiedlichen Medien (z. B. Zeitungen, Foren, Werbeflyer, Filmen) oder in Diskussionen und prüfen sie auf ihre fachliche Korrektheit. Sie reflektieren über die Interessenlage der Urheber und verfassen eine Stellungnahme.
• formulieren auf der Grundlage ihrer Kenntnisse eine eigene Bewertung zu einem Thema aus dem Bereich Radioaktivität (z. B. medizinische Anwendung und biologische Strahlenwirkung) und beziehen außerfachliche Aspekte mit ein.

5. Profilbereich am NTG

5.1. Halbleiterbauelemente in Experimenten

Die Schülerinnen und Schüler ...

• untersuchen selbständig experimentell grundlegende Eigenschaften von Diode und Transistor; insbesondere interpretieren sie die aufgenommene Kennlinie einer Diode. Für eine vorgegebene Anwendung bauen sie eine einfache elektrische Schaltung aus Halbleiterbauelementen und untersuchen diese selbständig.
• nutzen einfache Modelle, um grundlegende Eigenschaften von Halbleitern, Diode und Transistor zu erklären.

5.2. Vertiefung prozessbezogener Kompetenzen anhand ausgewählter weiterer Inhalte

Die Schülerinnen und Schüler ...

• entwickeln physikalische Fragestellungen anknüpfend an ihnen bekannte Alltagssituationen. Um diese zu beantworten, verwenden sie experimentelle Methoden oder andere fachtypische Arbeitsweisen (z. B. Computermodellierung, Mathematisierung); ggf. setzen sie hierbei den Computer als Hilfsmittel zur Erfassung und Verarbeitung von Messwerten ein. Sie vergleichen experimentelle Ergebnisse mit theoretischen Vorhersagen, erklären Abweichungen und reflektieren Möglichkeiten, die experimentelle Untersuchung zu optimieren.
• dokumentieren selbständig experimentelle Untersuchungen sowie durch andere fachtypische Arbeitsweisen (z.B. Computermodellierung, Mathematisierung, Quellenarbeit oder Diskussion) gewonnene Ergebnisse. Hierbei legen sie Art und Struktur der Dokumentation nach fachlichen Gesichtspunkten selbständig fest; insbesondere wählen sie die Darstellungsformen sach- und adressatengerecht aus.
• präsentieren Arbeitsergebnisse sach- und adressatengerecht in mündlichen Beiträgen, Referaten oder anhand von Dokumentationen, tauschen sich in Diskussionen über Arbeitsergebnisse aus und reflektieren hierbei den eigenen Erkenntnisweg. Sie verwenden fachsprachlich korrekte Formulierungen.
• reflektieren Möglichkeiten und Grenzen der physikalischen Erkenntnisgewinnung (z.B. experimentelle Methoden, Mathematisierung, Computermodellierung), Auswirkungen physikalischer Erkenntnisse in historischen und gesellschaftlichen Zusammenhängen sowie Deutungen physikalischer Theorien. Hierbei beziehen sie bereits erworbene Fachkenntnisse sowie selbständig gewonnene Arbeitsergebnisse ein.