Physik – Überarbeitete Fassung vom 25.03.2022 (V2)
Hinweis zum Bildungsplan der Oberstufe an Gemeinschaftsschulen
Prozessbezogene Kompetenzen zurücksetzen
  • 2.1 Erkenntnisgewinnung
    • 2.1 Erkenntnisgewinnung
    • Phänomene und Experimente zielgerichtet beobachten und ihre Beobachtungen beschreiben
    • Hypothesen zu physikalischen Fragestellungen aufstellen
    • Experimente zur Überprüfung von Hypothesen planen (unter anderem vermutete Einflussgrößen getrennt variieren)
    • Experimente durchführen und auswerten, dazu gegebenenfalls Messwerte erfassen
    • Messwerte auch digital erfassen und auswerten (unter anderem Messwerterfassungssystem, Tabellenkalkulation)
    • mathematische Zusammenhänge zwischen physikalischen Größen herstellen, überprüfen und modellieren (auch mithilfe digitaler Werkzeuge)
    • aus proportionalen Zusammenhängen Gleichungen entwickeln
    • mathematische Umformungen zur Berechnung physikalischer Größen durchführen
    • zwischen realen Erfahrungen und konstruierten, idealisierten Modellvorstellungen unterscheiden (unter anderem Unterschied zwischen Beobachtung und Erklärung)
    • Analogien beschreiben und zur Lösung von Problemstellungen nutzen
    • mithilfe von Modellen Phänomene erklären und Hypothesen formulieren
    • Sachtexte mit physikalischem Bezug sinnentnehmend lesen
    • ihr physikalisches Wissen anwenden, um Problem- und Aufgabenstellungen zielgerichtet zu lösen
    • an außerschulischen Lernorten Erkenntnisse gewinnen beziehungsweise ihr Wissen anwenden
  • 2.2 Kommunikation
    • 2.2 Kommunikation
    • zwischen alltagssprachlicher und fachsprachlicher Beschreibung unterscheiden
    • funktionale Zusammenhänge zwischen physikalischen Größen verbal beschreiben („je-desto“-Aussagen) und physikalische Formeln erläutern (Ursache-Wirkungs-Aussagen, unbekannte Formeln)
    • sich über physikalische Erkenntnisse und deren Anwendungen unter Verwendung der Fachsprache und fachtypischer Darstellungen austauschen (unter anderem Unterscheidung von Größe und Einheit, Nutzung von Präfixen und Normdarstellung)
    • physikalische Vorgänge und technische Geräte beschreiben (zum Beispiel zeitliche Abläufe, kausale Zusammenhänge)
    • physikalische Experimente, Ergebnisse und Erkenntnisse – auch mithilfe digitaler Medien – dokumentieren (Skizzen, Beschreibungen, Tabellen, Diagramme und Formeln)
    • Sachinformationen und Messdaten aus einer Darstellungsform entnehmen und in andere Darstellungsformen überführen (Tabelle, Diagramm, Text, Formel)
    • in unterschiedlichen Quellen recherchieren, Erkenntnisse sinnvoll strukturieren, sachbezogen und adressatengerecht aufbereiten sowie unter Nutzung geeigneter Medien präsentieren
  • 2.3 Bewertung
    • 2.3 Bewertung
    • bei Experimenten relevante von nicht relevanten Einflussgrößen unterscheiden
    • Ergebnisse von Experimenten bewerten (Messfehler, Genauigkeit, Ausgleichsgerade, mehrfache Messung und Mittelwertbildung)
    • Hypothesen anhand der Ergebnisse von Experimenten beurteilen
    • Grenzen physikalischer Modelle an Beispielen erläutern
    • Informationen aus verschiedenen Quellen auf Relevanz prüfen
    • Darstellungen in den Medien anhand ihrer physikalischen Erkenntnisse kritisch betrachten (zum Beispiel Filme, Zeitungsartikel, pseudowissenschaftliche Aussagen)
    • Risiken und Sicherheitsmaßnahmen bei Experimenten und im Alltag mithilfe ihres physikalischen Wissens bewerten
    • Chancen und Risiken von Technologien mithilfe ihres physikalischen Wissens bewerten
    • Technologien auch unter sozialen, ökologischen und ökonomischen Aspekten diskutieren
    • im Bereich der nachhaltigen Entwicklung persönliche, lokale und globale Maßnahmen unterscheiden und mithilfe ihres physikalischen Wissens bewerten
    • historische Auswirkungen physikalischer Erkenntnisse beschreiben
    • Geschlechterstereotype bezüglich Interessen und Berufswahl im naturwissenschaftlich-technischen Bereich diskutieren

Operatoren

Anhänge zu Fachplänen

3.4.6 Quan­ten­phy­sik und Ma­te­rie

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­ken­nen, dass jeg­li­che klas­si­sche Mo­dell­vor­stel­lung zur voll­stän­di­gen und wi­der­spruchs­frei­en Be­schrei­bung des Ver­hal­tens von Quan­ten­ob­jek­ten wie Pho­to­nen und Elek­tro­nen ver­sa­gen. Ins­be­son­de­re stel­len sie fest, dass quan­ten­phy­si­ka­li­sche Er­kennt­nis­se und Ex­pe­ri­men­te ver­trau­te Kon­zep­te und Be­grif­fe (De­ter­mi­nis­mus, Kau­sa­li­tät, Bahn­be­griff) in Fra­ge stel­len. Sie be­schrei­ben das Ver­hal­ten von Quan­ten­ob­jek­ten un­ter an­de­rem mit­hil­fe von Wahr­schein­lich­keits­aus­sa­gen. Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ver­bin­den die Be­ob­ach­tung von Li­ni­en­spek­tren mit der Struk­tur der Atom­hül­le. Sie ver­wen­den den Pho­to­nen­be­griff zur Er­klä­rung von Emis­si­ons- und Ab­sorp­ti­ons­spek­tren von Ato­men.

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler kön­nen
(1)

Ge­mein­sam­kei­ten und Un­ter­schie­de des Ver­hal­tens von klas­si­schen Wel­len, klas­si­schen Teil­chen und Quan­ten­ob­jek­ten am Dop­pel­spalt be­schrei­ben

(2)

er­läu­tern, wie für Quan­ten­ob­jek­te der De­ter­mi­nis­mus der klas­si­schen Phy­sik durch Wahr­schein­lich­keits­aus­sa­gen er­setzt wird

(3)

Ex­pe­ri­men­te zur In­ter­fe­renz ein­zel­ner Quan­ten­ob­jek­te an­hand von Wahr­schein­lich­keits­aus­sa­gen be­schrei­ben und den Aus­gang der Ex­pe­ri­men­te er­klä­ren

(4)

am Bei­spiel des Dop­pel­spalt­ex­pe­ri­men­tes be­schrei­ben, dass Quan­ten­ob­jek­te zwar stets Wel­len- und Teil­chen­ei­gen­schaf­ten auf­wei­sen, sich die­se aber nicht un­ab­hän­gig von­ein­an­der be­ob­ach­ten las­sen. Sie kön­nen dies an­hand der In­ter­fe­renz­fä­hig­keit und der Wel­cher-We­g-In­for­ma­ti­on bei ein­zel­nen Quan­ten­ob­jek­ten er­läu­tern (Kom­ple­men­ta­ri­tät)

(5)

den lich­t­e­lek­tri­schen Ef­fekt beschreiben und anhand der Einstein’schen Lichtquantenhypothese erklären (Hallwachs-Effekt, Einstein’sche Gleichung \( E_{\mathrm{\scriptscriptstyle{kin,max}}} = h \cdot f - E_{\mathrm{\scriptscriptstyle{A}}} \), Planck’sche Konstante \(h\))

(6)

er­läu­tern, wie sich Quan­ten­ob­jek­te an­hand ih­rer Ener­gie und an­hand ih­res Im­pul­ses be­schrei­ben las­sen
( \( E_{\mathrm{\scriptscriptstyle{Quant}}} = h \cdot f \), \( p = \frac{h}{\lambda} \), de Bro­g­lie-Wel­len­län­ge von Ma­te­rie­wel­len)

(7)

er­läu­tern, dass mess­ba­re Ei­gen­schaf­ten von Ob­jek­ten der klas­si­schen Phy­sik be­reits vor ih­rer Mes­sung re­al vor­lie­gen und dass der Wert der Mes­sung un­ab­hän­gig da­von ist, ob über­haupt ge­mes­sen wur­de. Sie kön­nen be­schrei­ben, dass die­se Aus­sa­ge für Quan­ten­ob­jek­te im All­ge­mei­nen nicht gilt (Rea­li­tät, zum Bei­spiel bei ver­schränk­ten Pho­to­nen)

(8)

er­läu­tern, dass räum­lich ge­trenn­te Ob­jek­te ei­nes zu­sam­men­ge­setz­ten Sys­tems aus Ob­jek­ten der Klas­si­schen Phy­sik al­le ih­re mess­ba­ren Ei­gen­schaf­ten un­ab­hän­gig von­ein­an­der be­sit­zen. Sie kön­nen be­schrei­ben, dass die­se Aus­sa­ge für Quan­ten­ob­jek­te im All­ge­mei­nen nicht gilt (Lo­ka­li­tät, zum Bei­spiel bei ver­schränk­ten Pho­to­nen)

(9)

Li­ni­en­spek­tren von Ato­men als Über­gän­ge zwi­schen dis­kre­ten En­er­gie­ni­veaus be­schrei­ben und in ei­nem En­er­gie­ni­veau­sche­ma ver­an­schau­li­chen (Ab­sorp­ti­on, Emis­si­on, Bohr’sche Frequenzbedingung \( f = \frac{\Delta E}{h} \), Energiewerte des Wasserstoffatoms)

(10)

kön­nen un­ter­schied­li­che ato­ma­re Mo­dell­vor­stel­lun­gen im Über­blick be­schrei­ben (Ru­t­her­for­d’sches Atom­mo­dell, Or­bi­ta­le des Was­ser­stoff­atoms)


Umsetzungshilfen
Hinweis
Die Beispielcurricula, Synopsen und Kompetenzraster sind bei den inhaltsbezogenen Kompetenzen des jeweiligen Faches zu finden.