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Phy­si­ka­li­sche La­bor­übun­gen

Vor­be­mer­kun­gen

 

Bil­dungs­plan­über­sicht

Schul­jahr Bil­dungs­plan­ein­hei­ten Zeit­rich­t-wert Ge­sam­t-stun­den
Ein­gangs­klas­se Ver­tie­fung – In­di­vi­dua­li­sier­tes Ler­nen – Pro­jekt­un­ter­richt (VIP) 20
1 Phy­sik und Sport
15 (12)
2 Ver­kehrs­phy­sik
15 (12)
3 Kli­ma­phy­sik
20 (16) 70 (40)
Zeit für Leis­tungs­fest­stel­lung 10
80 (40)
Jahr­gangs­stu­fen 1 und 2 Ver­tie­fung – In­di­vi­dua­li­sier­tes Ler­nen – Pro­jekt­un­ter­richt (VIP) 36
4* Ener­gie­ver­sorgung
15 (8)
5* Ver­kehr und Mo­bi­li­tät
15 (8)
6* Bio­phy­sik – Ner­ven­sys­tem
15 (8)
7* Me­di­zin und Phy­sik 1
15 (8)
8* Ver­mes­sung des Mi­kro- und Ma­kro­kos­mos
15 (8)
9* As­tro­phy­sik – Kos­mo­lo­gie
15 (8)
10* As­tro­phy­sik – Ster­ne
15 (8)
11* Phy­sik der Mu­sik­in­stru­men­te
15 (8)
12* Bio­phy­sik – Se­hen
15 (8)
13* Di­gi­ta­li­sie­rung und Phy­sik
15 (8)
14* Me­di­zin und Phy­sik 2
15 (8)
15* Ma­te­rie und Teil­chen
15 (8)
16* Phy­sik in All­tag und Tech­nik
15 (8) 126 (48)
Zeit für Leis­tungs­fest­stel­lung 18
144 (72**)
Die Zeit­richt­wer­te in Klam­mern ge­ben den An­teil der St­un­den in Grup­pen­tei­lung an.
* In den Jahr­gangs­stu­fen 1 und 2 sind sechs der BPE 4 – 16 zu un­ter­rich­ten.
** Über die in den BPE 4 – 16 zu­ge­ord­ne­ten 48 Tei­lungs­stun­den hin­aus kön­nen wei­te­re 24 Tei­lungs­stun­den im Rah­men von Pro­jek­ten im La­bor ein­ge­setzt wer­den.

Ein­gangs­klas­se

Ver­tie­fung – In­di­vi­dua­li­sier­tes Ler­nen – Pro­jekt­un­ter­richt (VIP)

20

Ver­tie­fung

In­di­vi­dua­li­sier­tes Ler­nen

Pro­jekt­un­ter­richt

z. B.
Übun­gen
An­wen­dun­gen
Wie­der­ho­lun­gen
z. B.
Selbst­or­ga­ni­sier­tes Ler­nen
Lern­ver­ein­ba­run­gen
Bin­nen­dif­fe­ren­zie­rung
z. B.
Teil­nah­me an Wett­be­wer­ben
Or­ga­ni­sa­ti­on von Aus­stel­lun­gen
Ex­kur­sio­nen in Be­trie­be
Die The­men­aus­wahl des Pro­jekt­un­ter­richts hat aus den nach­fol­gen­den Bil­dungs­plan­ein­hei­ten un­ter Be­ach­tung Fä­cher ver­bin­den­der As­pek­te zu er­fol­gen.

BPE 1

Phy­sik und Sport

15 (12)

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ver­bin­den alltäg­li­che Sach­ver­hal­te aus der Welt des Sports mit grund­le­gen­den Ler­ninhal­ten der Phy­sik. Sie er­fas­sen kom­ple­xe sport­li­che Ab­läu­fe und ent­wi­ckeln ge­eig­ne­te phy­si­ka­li­sche Mo­del­le.

BPE 1.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben und ana­ly­sie­ren Be­we­gun­gen beim Sport und füh­ren zu den The­men­be­rei­chen Ki­ne­ma­tik und Dy­na­mik phy­si­ka­li­sche Ex­pe­ri­men­te durch. Sie be­schrei­ben und deu­ten den Dreh­im­puls und des­sen Er­hal­tung.

Ge­schwin­dig­keit, Be­schleu­ni­gung, Kraft
Dreh­im­puls­er­hal­tung, Dreh­mo­ment
Ex­pe­ri­men­te, z. B. Fahr­bahn, Vi­deo­ana­ly­se, He­bel­ge­setz, Sal­tos, Pi­rou­et­ten

BPE 2

Ver­kehrs­phy­sik

15 (12)

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­ken­nen phy­si­ka­li­sche Ge­setz­mä­ßig­kei­ten im Ver­kehrs­ge­sche­hen und kön­nen da­durch si­cher­heits­re­le­van­te As­pek­te selbst be­ur­tei­len. Beim Ana­ly­sie­ren ver­schie­de­ner Vor­gän­ge üben die Schü­le­rin­nen und Schü­ler den Um­gang mit di­gi­ta­len Mess­werk­zeu­gen. Da­bei wen­den sie phy­si­ka­li­sche Grund­kon­zep­te aus der Me­cha­nik an.

BPE 2.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler füh­ren Si­mu­la­ti­ons­ex­pe­ri­men­te zu Auf­fahr­un­fäl­len durch. Sie ana­ly­sie­ren Auf­nah­men zum Brems­weg von Fahr­zeu­gen.
Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler über­prü­fen den Luft­wi­der­stand von ver­schie­de­nen geo­m­tri­schen Ob­jek­ten.

Auf­fahr­un­fall, Min­dest­ab­stand, Brems­vor­gän­ge im Stra­ßen­ver­kehr, Luft­wi­der­stand
Ex­pe­ri­men­te, z. B. Stoß­ver­su­che, Vi­deo­ana­ly­se zu Be­we­gungs­for­men, Rei­bungs­ver­such, cw-Wer­t-Mes­sung, Schei­ben­brem­sen, ABS

BPE 3

Kli­ma­phy­sik

20 (16)

Der Kli­ma­wan­del ist ei­ne glo­ba­le Her­aus­for­de­rung. Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ler­nen die phy­si­ka­li­schen Grund­la­gen der Kli­ma­phy­sik ken­nen. Mit­hil­fe ein­fa­cher phy­si­ka­li­scher Ge­set­ze soll ver­deut­licht wer­den, wel­che prin­zi­pi­el­le Be­deu­tung der na­tür­li­che Treib­haus­ef­fekt für das Le­ben auf der Er­de hat. Dar­über hin­aus soll den Schü­le­rin­nen und Schü­lern durch ein ein­fa­ches Kli­ma­mo­dell (En­er­gie-Bi­lan­z-Mo­dell) ver­deut­licht wer­den, wie sich ei­ne Er­hö­hung der Treib­haus­ga­se in der At­mo­sphä­re durch Ver­bren­nung fos­si­ler Brenn­stof­fe auf das Kli­ma der Er­de aus­wirken kann.

BPE 3.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben das Ver­hal­ten von Flüs­sig­kei­ten, Ga­sen und Fest­kör­pern bei Tem­pe­ra­tur­än­de­run­gen und er­klä­ren da­mit die Funk­ti­ons­wei­se von Ther­mo­me­tern. Mit­hil­fe des all­ge­mei­nen Gas­ge­set­zes be­schrei­ben die Schü­le­rin­nen und Schü­ler die Aus­wir­kun­gen ei­ner Tem­pe­ra­tur­än­de­rung auf den Druck und das Vo­lu­men ei­nes Ga­ses.

Tem­pe­ra­tur
Ska­len nach Cel­si­us, Fah­ren­heit und Kel­vin
Vo­lu­men­än­de­rung bei Fest­kör­pern, Flüs­sig­kei­ten und Ga­sen
nur qua­li­ta­tiv, Mee­res­spie­gel­an­stieg bei Er­wär­mung
All­ge­mei­nes Gas­ge­setz
adia­ba­ti­sche Pro­zes­se in der Na­tur – war­me See­luft und kal­te Berg­luft; das Wet­ter­phä­no­men Föhn

BPE 3.2

Sie stel­len den ers­ten Haupt­satz der Ther­mo­dy­na­mik als Er­wei­te­rung des En­er­gie­er­hal­tungs­sat­zes dar. Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben die Wär­me als Mög­lich­keit, die Ener­gie of­fe­ner Sys­te­me zu ver­än­dern. Sie be­schrei­ben die Aus­wir­kun­gen ther­mi­scher En­er­gie­zu­fuhr oder -ab­nah­me auch hin­sicht­lich der ak­tu­el­len Kli­ma­pro­ble­ma­tik.

Wär­me
Ers­ter Haupt­satz der Wär­me­leh­re
Ex­pe­ri­men­te, z. B. Wär­me­äqui­va­len­t-Grund­ge­rät
Ag­gre­gats­zu­stands­än­de­run­gen
En­er­gie­über­tra­gung

  • Wär­me­lei­tung
  • Kon­vek­ti­on
  • Wär­me­strah­lung
Ex­pe­ri­men­te, z. B. Mes­sung der So­lar­kon­stan­ten, Kon­ti­nen­tal­kli­ma und See­kli­ma
Wär­me­däm­mung
Treib­haus­ef­fekt (auch an­thro­po­gen), Strah­lungs­gleich­ge­wicht, Kli­ma­zo­nen, jah­res­zeit­li­che Tem­pe­ra­tur­schwan­kun­gen

Jahr­gangs­stu­fen 1 und 2

Ver­tie­fung – In­di­vi­dua­li­sier­tes Ler­nen – Pro­jekt­un­ter­richt (VIP)

36

Ver­tie­fung

In­di­vi­dua­li­sier­tes Ler­nen

Pro­jekt­un­ter­richt

z. B.
Übun­gen
An­wen­dun­gen
Wie­der­ho­lun­gen
z. B.
Selbst­or­ga­ni­sier­tes Ler­nen
Lern­ver­ein­ba­run­gen
Bin­nen­dif­fe­ren­zie­rung
z. B.
Ex­kur­sio­nen zu For­schungs­ein­rich­tun­gen
En­er­gie­spar­pro­jekt
Ex­kur­si­on Stern­war­te
Die The­men­aus­wahl des Pro­jekt­un­ter­richts hat aus den nach­fol­gen­den Bil­dungs­plan­ein­hei­ten un­ter Be­ach­tung Fä­cher ver­bin­den­der As­pek­te zu er­fol­gen.

BPE 4*

Ener­gie­ver­sorgung

15 (8)

Ener­gie und Ener­gie­ver­sorgung ha­ben in der heu­ti­gen Ge­sell­schaft ei­ne zen­tra­le Be­deu­tung, so­wohl für den Le­bens­stan­dard des Ein­zel­nen als auch für die mo­der­ne In­dus­trie­ge­sell­schaft. Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­wer­ben ein tech­ni­sches und phy­si­ka­li­sches Grund­ver­ständ­nis zur En­er­gie­ver­sor­gung.

BPE 4.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­nen­nen Grund­be­grif­fe der En­er­gie­ver­sor­gung. Sie er­klä­ren den Auf­bau und die Funk­ti­on ve­schie­de­ner Kraft­werks­typen und er­läu­tern Mög­lich­kei­ten der En­er­gie­über­tra­gung und En­er­gie­spei­che­rung. Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­ör­tern lo­ka­le und glo­ba­le Aus­wir­kun­gen des ge­sell­schaft­li­chen En­er­gie­ver­brauchs.

Ener­gie­ver­sorgung

  • Kraft­wer­ke
  • En­er­gie­über­tra­gung
  • En­er­gie­spei­che­rung
Ex­pe­ri­men­te zur En­er­gie- und Leis­tungs­mes­sung mit Wir­kungs­gra­den, Brenn­stoff­zel­le
Hoch­span­nungs­net­ze,
Hoch­span­nungs-Gleich­strom-Über­tra­gung
Fos­si­le und re­ge­ne­ra­ti­ve En­er­gie­trä­ger
En­er­gie­dich­te
Be­stim­mung von En­er­gie­ge­hal­ten ver­schie­de­ner En­er­gie­trä­ger
Ge­sell­schaft­li­che, wirt­schaft­li­che und öko­lo­gi­sche As­pek­te der Ener­gie­ver­sorgung
Smart Grid

BPE 5*

Ver­kehr und Mo­bi­li­tät

15 (8)

Ver­kehr und Mo­bi­li­tät sind gro­ße Her­aus­for­de­run­gen ei­ner mo­der­nen Ge­sell­schaft. Zu­neh­men­de Mo­bi­li­tät zwingt die Ge­sell­schaf­ten in den Be­rei­chen Um­welt­ver­schmut­zung, Lärm­be­läs­ti­gung, be­grenz­te Ver­füg­bar­keit fos­si­ler Ener­gie und er­höh­tes Si­cher­heits­be­dürf­nis nach neu­en Lö­sun­gen zu su­chen. Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler set­zen sich mit die­sen Tech­no­lo­gi­en und den da­hin­ter lie­gen­den phy­si­ka­li­schen Prin­zi­pi­en aus­ein­an­der und be­ur­tei­len un­ter­schied­li­che Lö­sungs­an­sät­ze.

BPE 5.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben die ein­zel­nen zur Mo­bi­li­tät ge­hö­ren­den Kom­po­nen­ten mo­der­ner Ver­kehrs­mit­tel. Sie er­klä­ren und be­wer­ten die Funk­ti­ons­wei­se die­ser Kom­po­nen­ten mit­hil­fe phy­si­ka­li­scher Prin­zi­pi­en.

Sen­so­ren
Ab­stands­sen­sor, Re­gen­sen­sor, Be­schleu­ni­gungs­sen­sor
An­trie­be
Elek­tri­sche An­trie­be, Was­ser­stoff­tech­no­lo­gie
En­er­gie­spei­che­rung
En­er­gie­rück­ge­win­nung
En­er­gie­trans­port
In­tel­li­gen­te Net­ze zur Nut­zung re­ge­ne­ra­ti­ver En­er­gi­en
Ex­pe­ri­men­te: Fahr­bahn­ver­su­che, Mess­prin­zi­pi­en der Sen­so­ren, Brenn­stoff­zel­len

BPE 6*

Bio­phy­sik – Ner­ven­sys­tem

15 (8)

Bio­phy­sik ist ein in­ter­dis­zi­pli­nä­res Wis­sen­schafts­gebiet, wel­ches die kom­ple­xen Vor­gän­ge bei Le­bens­pro­zes­sen und Le­bens­er­schei­nun­gen be­trach­tet. Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­ken­nen die Be­deu­tung phy­si­ka­li­scher Un­ter­su­chungs­me­tho­den und Ver­fah­ren, die Aus­sa­gen über phy­si­ka­li­sche Ei­gen­schaf­ten der Auf­nah­me und Wei­ter­lei­tung von In­for­ma­tio­nen im Ner­ven­sys­tem er­mög­li­chen. Da­bei wen­den die Schü­lerin­nen und Schü­ler Grund­kon­zep­te aus der Elek­tri­zi­täts­leh­re an.

BPE 6.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben den grund­le­gen­den Auf­bau von Ner­ven­zel­len. Sie füh­ren phy­si­ka­li­sche Ex­pe­ri­men­te zu den grund­le­gen­den elek­tri­schen Ei­gen­schaf­ten im Ner­ven­sys­tem durch. Im Zu­sam­men­hang mit der Er­re­gungs­lei­tung im Ner­ven­sys­tem in­ter­pre­tie­ren die Schü­le­rinn­nen und Schü­ler Mög­lich­kei­ten zur Ma­xi­mie­rung der Si­gnal­lei­tungs­ge­schwin­dig­keit.

Zel­lu­lä­re Grund­la­gen von Ner­ven­zel­len

  • Zell­mem­bran
  • Mem­bran­po­ten­zi­al
  • Ru­he­po­ten­zi­al, Ak­ti­ons­po­ten­zi­al
Ex­pe­ri­men­te, z. B. Elek­tro­sta­tik­ex­pe­ri­men­te, Oh­m'sches Ge­setz, spe­zi­fi­scher Wi­der­stand, Po­ten­zi­al­wan­ne
Am­pli­tu­den- und Fre­quenz­mo­du­la­ti­on
Si­gnal­lei­tungs­ge­schwin­dig­keit

BPE 7*

Me­di­zin und Phy­sik 1

15 (8)

In der me­di­zi­ni­schen Dia­gnos­tik und The­ra­pie wird mo­der­ne Tech­nik auf Grund­la­ge phy­si­ka­li­scher Kon­zep­te und Me­tho­den ein­ge­setzt. Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­ken­nen die Be­deu­tung spe­zi­el­ler Un­ter­su­chungs­me­tho­den und Ver­fah­ren, die Aus­sa­gen über struk­tu­rel­le und bio­elek­tri­sche Ei­gen­schaf­ten des Or­ga­nis­mus er­mög­li­chen. Bei bild­ge­ben­den und neu­ro­na­len Dia­gno­se­ver­fah­ren wenden sie Grund­kon­zep­te aus der Wel­len­leh­re, Elek­tri­zi­täts­leh­re und Atom­phy­sik an.

BPE 7.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben und er­läu­tern die phy­si­ka­li­schen Wech­sel­wir­kun­gen von elek­tri­schen und ma­gne­ti­schen Fel­dern mit bio­lo­gi­schem Ge­we­be. Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ver­glei­chen und be­ur­tei­len den Nut­zen und die Ge­fah­ren.

Elek­tri­sche Fel­der in Dia­gno­se und The­ra­pie

  • EKG
  • EEG
  • De­fri­bril­la­tor
Ex­pe­ri­men­te zu Elek­tro­sta­tik, Oh­m‘sches Ge­setz, Dau­er­ma­gne­tis­mus, Elek­tro­ma­gne­tis­mus, Hys­te­re­se
Ma­gnet­re­so­nan­z-To­mo­gra­fie

  • Prin­zip
  • An­wen­dung

BPE 8*

Ver­mes­sung des Mi­kro- und Ma­kro­kos­mos

15 (8)

Im Mi­kro- und Ma­kro­kos­mos sind be­son­de­re Mess­me­tho­den er­for­der­lich. Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­fah­ren im ma­kro­sko­pi­schen Be­reich die Grö­ßen­ord­nun­gen für Entfer­nun­gen und Mas­sen. Im Mi­kro­kos­mos ver­glei­chen die Schü­le­rin­nen und Schü­ler Ab­mes­sun­gen und Mas­sen von Ato­men und Ele­men­tar­teil­chen.

BPE 8.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ver­glei­chen un­ter­schied­li­che Mess­tech­ni­ken für Ent­fer­nun­gen und Mas­sen im Mi­kro- und Ma­kro­kos­mos. Sie wer­ten Mess­da­ten aus und be­stim­men bzw. be­rech­nen dar­aus Grö­ßen­ord­nun­gen der un­ter­such­ten Struk­tu­ren.

Ent­fer­nun­gen und Mas­sen

  • im Son­nen­sys­tem
  • au­ßer­halb des Son­nen­sys­tems
Ge­schich­te des Mes­sens, Licht­jahr, Par­sec
Kep­ler'sche Ge­set­ze, Tri­an­gu­la­ti­on, Fix­stern­par­al­la­xe, Cep­hei­den-Me­tho­de, Rot­ver­schie­bung
Ex­pe­ri­men­te: Be­stim­mung der Gra­vi­ta­ti­ons­kon­stan­ten, Tri­an­gu­la­ti­ons­mes­sun­gen, Dopp­ler­ef­fekt
Ab­mes­sun­gen und Mas­sen

  • Ato­me
  • Ele­men­tar­teil­chen
Ex­pe­ri­men­te: Öl­fleck-Ex­pe­ri­ment, e/m-Be­stim­mung, Mas­sen­spek­tro­me­ter, kos­mi­sche Strah­lung, Ne­bel­kam­mer

BPE 9*

As­tro­phy­sik – Kos­mo­lo­gie

15 (8)

Der Auf­bau und die Ent­ste­hung des Welt­alls, der Welt au­ßer­halb un­se­rer ge­wohn­ten All­tags­welt, hat die Men­schen stets zu Fra­gen ver­an­lasst, die sich heu­te mit den Mo­del­len der Phy­sik be­ant­wor­ten las­sen. As­tro­no­mi­sche Fra­gen und Raum­fahrt­the­men be­we­gen vie­le Schü­le­rin­nen und Schü­ler. Die Grund­prin­zi­pi­en der Me­cha­nik und Wär­me­leh­re, aber auch der Wel­len­leh­re und Quan­ten­phy­sik las­sen sich von Schü­le­rin­nen und Schü­lern zur Er­klä­rung der Ei­gen­schaf­ten des Welt­alls und sei­ner Ob­jek­te und so­gar der Entwick­lung des Welt­alls ver­wen­den.

BPE 9.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben den hier­ar­chi­schen Auf­bau des Welt­alls und struk­tu­rie­ren die Grö­ßen­ver­hält­nis­se. Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­grün­den da­bei as­tro­phy­si­ka­li­sche Sach­ver­hal­te an­hand von Mess­ergeb­nis­sen. Mit­hil­fe em­pi­ri­scher Da­ten dis­ku­tie­ren sie die Ent­wick­lung des Welt­alls.

Über­blick über as­tro­no­mi­sche Ob­jek­te

  • Grö­ßen
  • Ent­fer­nun­gen
  • Mas­sen
Ex­pe­ri­men­te, z. B. Strah­len­op­tik, op­ti­sche Bre­chung, Beu­gung am Git­ter, Tri­an­gu­la­ti­on, Spek­tral­ana­ly­se, Ver­su­che mit Mi­kro­wel­len, Wär­me­strah­lung, akus­ti­scher Dopp­ler­ef­fekt, Gas­ge­set­ze
Aus­deh­nung des Kos­mos

  • Kos­mo­lo­gi­sche Rot­ver­schie­bung
  • Kos­mi­sche Hin­ter­grund­strah­lung

BPE 10*

As­tro­phy­sik – Ster­ne

15 (8)

Der An­blick des Ster­nen­him­mels hat die Men­schen stets zu Fra­gen ver­an­lasst, die sich heu­te mit mo­der­nen Me­tho­den der Phy­sik be­ant­wor­ten las­sen. Prin­zi­pi­en und Ge­set­ze aus der Me­cha­nik und Wär­me­leh­re, aber auch der Wel­len­leh­re und Quan­ten­phy­sik las­sen sich von Schü­le­rin­nen und Schü­lern zur Er­klä­rung der Ei­gen­schaf­ten und Ent­ste­hung von Ster­nen ver­wen­den.

BPE 10.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­nen­nen die zen­tra­len Ei­gen­schaf­ten von Ster­nen. Sie be­schrei­ben die we­sent­li­chen Ent­wick­lungs­pha­sen von Ster­nen. Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­grün­den da­bei as­tro­phy­si­ka­li­sche Zu­sam­men­hän­ge an­hand der Er­geb­nis­se von Ex­pe­ri­men­ten und an­hand em­pi­ri­scher Da­ten.

Ent­fer­nungs­be­stim­mung von Ster­nen
Ex­pe­ri­men­te, z. B. Tri­an­gu­la­ti­on, akus­ti­scher Dopp­ler­ef­fekt, Strah­len­op­tik, Spek­tral­ana­ly­se, Beu­gung am Git­ter, Di­la­to­me­ter, Wär­me­ka­pa­zi­tät, Wär­me­strah­lung
Zu­stands­grö­ßen von Ster­nen

  • Grö­ße
  • Mas­se
  • Tem­pe­ra­tur

Stern­ent­wick­lung, Haupt­rei­hen­sta­di­um
Hertz­sprun­g-Rus­sel­l-Dia­gramm

BPE 11*

Phy­sik der Mu­sik­in­stru­men­te

15 (8)

Die Funk­ti­ons­wei­se al­ler Mu­sik­in­stru­men­te ba­siert auf phy­si­ka­li­schen Prin­zi­pi­en. Ex­em­pla­risch wer­den ei­ni­ge für die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­son­ders in­ter­es­san­te Mu­sik­in­stru­men­te un­ter­sucht. Da­bei ver­ste­hen sie die prin­zi­pi­el­len Funk­ti­ons­wei­sen und er­ken­nen we­sent­li­che Un­ter­schie­de und Ge­mein­sam­kei­ten von Blas‑, Sai­ten- und Schlag­in­stru­men­ten.

BPE 11.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben und er­läu­tern die Ton- und Klan­gent­ste­hung un­ter­schied­li­cher Mu­sik­in­stru­men­te. Sie be­stim­men die je­wei­li­gen Grund- und Ober­schwin­gun­gen der In­stru­men­te und über­prü­fen die­se ex­pe­ri­men­tell. Sie ver­glei­chen Klang­spek­tren ver­schie­de­ner Mu­sik­in­stru­men­te.

To­n­ent­ste­hung
Klan­gent­ste­hung
Ste­hen­de Wel­le, Grund- und Ober­schwin­gun­gen
Sing­stim­me
Klang­spek­tren

  • Blas­in­stru­men­te
Or­gel­pfei­fen, Blas­in­stru­men­te
Ex­pe­ri­ment: Kund­t'sches Rohr
  • Sai­ten­in­stru­men­te
Streich- und Zupf­in­stru­men­te, Kla­vier
Ex­pe­ri­ment: Wel­len­ma­schi­ne, Mo­no­ch­ord, Ton­lei­ter des Py­tha­go­ras
  • Schlag­in­stru­men­te
Pau­ken, Trom­mel
Ex­pe­ri­ment: Chlad­ni­sche Klang­fi­gu­ren
Elek­tro­ma­gne­ti­sche Ton­ab­neh­mer
E-Gi­tar­re, E-Gei­ge
Ex­pe­ri­ment: In­duk­ti­on, Schwing­kreis

BPE 12*

Bio­phy­sik – Se­hen

15 (8)

Bio­phy­sik ist ein in­ter­dis­zi­pli­nä­res Wis­sen­schafts­ge­biet der Bio­lo­gie und der Phy­sik, wel­ches die kom­ple­xen Vor­gän­ge bei Le­bens­pro­zes­sen und -er­schei­nun­gen be­trach­tet. Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­ken­nen die Be­deu­tung phy­si­ka­li­scher Un­ter­su­chungs­me­tho­den und Ver­fah­ren, die Aus­sa­gen über strukturel­le und phy­si­ka­li­sche Ei­gen­schaf­ten durch Auf­nah­me von op­ti­schen In­for­ma­tio­nen er­mög­li­chen. Da­bei wen­den die Schü­le­rin­nen und Schü­ler Grund­kon­zep­te aus der Strah­len- und Wel­lenop­tik an.

BPE 12.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben den grund­le­gen­den Auf­bau des men­sch­li­chen Au­ges. Zu den grund­le­gen­den Be­din­gun­gen der Strah­len­op­tik füh­ren sie phy­si­ka­li­sche Ex­pe­ri­men­te durch, sie deu­ten die Lin­sen­glei­chung als Be­din­gung für schar­fes Se­hen. Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­klä­ren das Far­ben­se­hen mit­hil­fe der spek­tra­len Emp­find­lich­keit des Au­ges.

Auf­bau des men­sch­li­chen Au­ges
Ex­pe­ri­men­te, z. B. op­ti­sche Bank, Bre­chungs­ge­setz
Lin­sen­feh­ler
Kon­struk­ti­on von Strah­len­ver­läu­fen

  • Lin­sen­glei­chung
  • Ak­kom­mo­da­ti­on

Far­ben­se­hen, spek­tra­le Emp­find­lich­keit
Ex­pe­ri­men­te, z. B. ad­di­ti­ve und sub­trak­ti­ve Farb­mi­schung, Spek­tral­ana­ly­se

BPE 13*

Di­gi­ta­li­sie­rung und Phy­sik

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Die Di­gi­ta­li­sie­rung ist ei­ne be­son­de­re Her­aus­for­de­rung für mo­der­ne Ge­sell­schaf­ten. Der Um­gang mit im­mer grö­ße­ren Da­ten­men­gen be­ein­flusst zu­neh­mend den All­tag. Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler set­zen sich mit der Di­gi­ta­li­sie­rung und den da­hin­ter lie­gen­den phy­si­ka­li­schen Prin­zi­pi­en aus­ein­an­der und be­ur­tei­len die Ri­si­ken und Chan­cen der Di­gi­ta­li­sie­rung.

BPE 13.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben die ein­zel­nen Kom­po­nen­ten der Di­gi­ta­li­sie­rung. Sie be­schrei­ben das Funk­ti­ons­prin­zip ein­zel­ner Kom­po­nen­ten und be­wer­ten die Vor- und Nach­tei­le un­ter­schied­li­cher Tech­no­lo­gi­en.

Da­ten­er­fas­sung
Sen­so­ren, Mess­tech­nik, di­gi­ta­le Mess­sys­te­me
Si­gnal­ver­ar­bei­tung
Di­gi­ta­li­sie­rung ana­lo­ger Grö­ßen
Da­ten­trans­port
Da­ten­trans­port über Ka­bel, Glas­fa­ser, Mo­bil­funk, Sa­tel­lit
Da­ten­über­tra­gungs­ra­te, Netz­aus­bau, Si­gnaldämp­fung
Ex­pe­ri­men­te mit elek­tro­ma­gne­ti­schen Wel­len
Da­ten­spei­che­rung
un­ter­schied­li­che Spei­cher­me­di­en
Da­ten­schutz

BPE 14*

Me­di­zin und Phy­sik 2

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In der me­di­zi­ni­schen Dia­gnos­tik und The­ra­pie wird mo­der­ne Tech­nik auf Grund­la­ge phy­si­ka­li­scher Kon­zep­te und Me­tho­den ein­ge­setzt. Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­ken­nen die Be­deu­tung spe­zi­el­ler Un­ter­su­chungs­me­tho­den und Ver­fah­ren, die Aus­sa­gen über struk­tu­rel­le Ei­gen­schaf­ten des Or­ga­nis­mus er­mög­li­chen. Bei bild­ge­ben­den Dia­gno­se­ver­fah­ren wen­den sie Grund­kon­zep­te aus der Wel­len­leh­re, Atom- und Kernphysik an.

BPE 14.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben und er­läu­tern die phy­si­ka­li­schen Wech­sel­wir­kun­gen von io­ni­sie­ren­der Strah­lung und Schall mit bio­lo­gi­schem Ge­we­be. Sie ver­glei­chen und be­ur­tei­len den Nut­zen und die Ge­fah­ren der Me­tho­den beim Ein­satz in Dia­gnos­tik und The­ra­pie.

So­no­gra­fie
Ex­pe­ri­men­te mit Ul­tra­schall: Aus­brei­tung, Ab­sorp­ti­on, Re­fle­xi­on
  • Prin­zi­pi­en
  • An­wen­dun­gen

Io­ni­sie­ren­de Strah­lung in Dia­gno­se und The­ra­pie
Rönt­gen­röh­re, Com­pu­ter­to­mo­gra­fie, Sz­in­ti­gra­fie, Ra­dio­nu­kli­de
Ex­pe­ri­men­te zur na­tür­li­chen Ra­dio­ak­ti­vi­tät

BPE 15*

Ma­te­rie und Teil­chen

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Die mo­der­ne Teil­chen­phy­sik ana­ly­siert den Auf­bau der Ma­te­rie und er­wei­tert da­mit das Welt­bild der Schü­le­rin­nen und Schü­ler. Die grund­le­gen­den Kennt­nis­se der Quan­ten­phy­sik wer­den über­prüft und durch Streu­ex­pe­ri­men­te er­wei­tert. Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­hal­ten über das Stan­dard­mo­dell Ein­bli­cke in die Grund­la­gen­for­schung der Teil­chen­phy­sik. Der Be­such ei­nes Kern­for­schungs­in­sti­tuts dient den Ver­an­schau­li­chun­gen.

BPE 15.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler wen­den die Er­geb­nis­se der Ex­pe­ri­men­te zur Ana­ly­se von Stof­fen an und in­ter­pre­tie­ren die­se. Durch die Be­stim­mung der An­re­gungs­en­er­gi­en und der zu­ge­hö­ri­gen Haupt­quan­ten­zah­len be­nen­nen die Schü­le­rin­nen und Schü­ler Ord­nungs­prin­zi­pi­en im Pe­ri­oden­sys­tem der Ele­men­te. Sie er­mit­teln die Netz­ebe­nen­ab­stän­de von Kris­tal­len.

Be­stim­mung von An­re­gungs­en­er­gi­en z. B. durch Spek­tral­ana­ly­se
Ex­pe­ri­men­te, z. B. Franck-Hert­z-Ver­such
Ga­s­ent­la­dungs­röh­ren H, Ne, Hg, Xe, usw.
Kris­tall­un­ter­su­chun­gen, Be­stim­mung von Netz­ebe­nen­ab­stän­den
Brag­g-Re­fle­xi­on,
Dop­pel­bre­chung
Stan­dard­mo­dell
Be­such ei­nes Kern­for­schungs­in­sti­tuts, Ele­men­tar­teil­chen­phy­sik

BPE 16*

Phy­sik in All­tag und Tech­nik

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Phy­si­ka­li­sche Prin­zi­pi­en fin­den An­wen­dung in al­len uns um­ge­ben­den tech­ni­schen Ge­rät­schaf­ten. Ex­em­pla­risch wer­den ei­ni­ge für die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­son­ders in­ter­es­san­te, tech­ni­sche Ge­rä­te un­ter­sucht und sie ver­ste­hen de­ren prin­zi­pi­el­len Funk­ti­ons­wei­sen.

BPE 16.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben das Funk­ti­ons­prin­zip tech­ni­scher Ge­rä­te aus ih­rem All­tag. Sie er­läu­tern die zu­grun­de­lie­gen­den phy­si­ka­li­schen Sach­ver­hal­te. Durch Ver­gleich mit Ge­rä­ten, wel­che auf an­de­ren phy­si­ka­li­schen Prin­zi­pi­en be­ru­hen, be­wer­ten die Schü­le­rin­nen und Schü­ler die All­tags­ge­gen­stän­de.

Phy­si­ka­li­sche Prin­zi­pi­en in Ge­rä­ten des All­tags

Mi­kro­phon, Laut­spre­cher
Mi­kro­wel­len­herd, In­duk­ti­ons­herd, Koch­plat­te
Ach­ter­bahn, Ka­rus­sell
Na­vi­ga­ti­ons­ge­rä­te, GPS
Bild­schir­me, Touch­screens

Ope­ra­to­ren­lis­te

In den Ziel­for­mu­lie­run­gen der Bil­dungs­plan­ein­hei­ten wer­den Ope­ra­to­ren (= hand­lungs­lei­ten­de Ver­ben) ver­wen­det. Die­se Ziel­for­mu­lie­run­gen (Stan­dards) le­gen fest, wel­che An­for­de­run­gen die Schü­le­rin­nen und Schü­ler in der Re­gel er­fül­len. Zu­sam­men mit der Zu­ord­nung zu ei­nem der drei An­for­de­rungs­be­rei­che (AFB) die­nen Ope­ra­to­ren ei­ner Prä­zi­sie­rung. Dies si­chert das Er­rei­chen des vor­ge­se­he­nen Ni­veaus und die an­ge­mes­se­ne In­ter­pre­ta­ti­on der Stan­dards.

An­for­de­rungs­be­rei­che
An­for­de­rungs­be­reich I um­fasst das Wie­der­ge­ben von Sach­ver­hal­ten und Kennt­nis­sen im ge­lern­ten Zu­sam­men­hang so­wie das An­wen­den und Be­schrei­ben ge­üb­ter Ar­beits­tech­ni­ken und Ver­fah­ren.
An­for­de­rungs­be­reich II um­fasst das selbst­stän­di­ge Aus­wäh­len, An­ord­nen, Ver­ar­bei­ten, Er­klä­ren und Dar­stel­len be­kann­ter Sach­ver­hal­te un­ter vor­ge­ge­be­nen Ge­sichts­punk­ten in ei­nem durch Übung be­kann­ten Zu­sam­men­hang und das selbst­stän­di­ge Über­tra­gen und An­wen­den des Ge­lern­ten auf ver­gleich­ba­re neue Zu­sam­men­hän­ge und Sach­ver­hal­te.
An­for­de­rungs­be­reich III um­fasst das Ver­ar­bei­ten kom­ple­xer Sach­ver­hal­te mit dem Ziel, zu selbst­stän­di­gen Lö­sun­gen, Ge­stal­tun­gen oder Deu­tun­gen, Fol­ge­run­gen, Ver­all­ge­mei­ne­run­gen, Be­grün­dun­gen und Wer­tun­gen zu ge­lan­gen. Da­bei wäh­len die Schü­le­rin­nen und Schü­ler selbst­stän­dig ge­eig­ne­te Ar­beits­tech­ni­ken und Ver­fah­ren zur Be­wäl­ti­gung der Auf­ga­be, wen­den sie auf ei­ne neue Pro­blem­stel­lung an und re­flek­tie­ren das ei­ge­ne Vor­ge­hen.
Ope­ra­tor Er­läu­te­rung Zu­ord­nung
AFB
ab­lei­ten
auf der Grund­la­ge von Er­kennt­nis­sen oder Da­ten sach­ge­rech­te Schlüs­se zie­hen
II
ab­schät­zen
durch be­grün­de­te Über­le­gun­gen Grö­ßen­wer­te an­ge­ben
II
ana­ly­sie­ren
wich­ti­ge Be­stand­tei­le, Ei­gen­schaf­ten oder Zu­sam­men­hän­ge auf ei­ne be­stimm­te Fra­ge­stel­lung hin her­aus­ar­bei­ten
II, III
auf­stel­len, for­mu­lie­ren
che­mi­sche For­meln, Glei­chun­gen, Re­ak­ti­ons­glei­chun­gen (Wort- oder For­mel­glei­chun­gen) oder Re­ak­ti­ons­me­cha­nis­men ent­wi­ckeln
I, II
Hy­po­the­sen auf­stel­len
ei­ne Ver­mu­tung über ei­nen un­be­kann­ten Sach­ver­halt for­mu­lie­ren, die fach­lich fun­diert be­grün­det wird
II, III
an­ge­ben, nen­nen
For­meln, Re­geln, Sach­ver­hal­te, Be­grif­fe oder Da­ten oh­ne Er­läu­te­rung auf­zäh­len bzw. wie­der­ge­ben
I
aus­wer­ten
Be­ob­ach­tun­gen, Da­ten, Ein­zel­er­geb­nis­se oder In­for­ma­tio­nen in ei­nen Zu­sam­men­hang stel­len und dar­aus Schluss­fol­ge­run­gen zie­hen
II, III
be­grün­den
Grün­de oder Ar­gu­men­te für ei­ne Vor­ge­hens­wei­se oder ei­nen Sach­ver­halt nach­voll­zieh­bar dar­stel­len
II
be­rech­nen
Die Be­rech­nung ist aus­ge­hend von ei­nem An­satz dar­zu­stel­len.
I, II
be­schrei­ben
Be­ob­ach­tun­gen, Struk­tu­ren, Sach­ver­hal­te, Me­tho­den, Ver­fah­ren oder Zu­sam­men­hän­ge struk­tu­riert und un­ter Ver­wen­dung der Fach­spra­che for­mu­lie­ren
I, II
be­ur­tei­len
Das zu fäl­len­de Sa­chur­teil ist mit­hil­fe fach­li­cher Kri­te­ri­en zu be­grün­den.
II, III
be­wer­ten
Das zu fäl­len­de Wert­ur­teil ist un­ter Be­rück­sich­ti­gung ge­sell­schaft­li­cher Wer­te und Nor­men zu be­grün­den.
II, III
dar­stel­len
Struk­tu­ren, Sach­ver­hal­te oder Zu­sam­men­hän­ge struk­tu­riert und un­ter Ver­wen­dung der Fach­spra­che for­mu­lie­ren, auch mit­hil­fe von Zeich­nun­gen und Ta­bel­len
I, II
deu­ten, in­ter­pre­tie­ren
na­tur­wis­sen­schaft­li­che Er­geb­nis­se, Be­schrei­bun­gen und An­nah­men vor dem Hin­ter­grund ei­ner Fra­ge­stel­lung oder Hy­po­the­se in ei­nen nach­voll­zieh­ba­ren Zu­sam­men­hang brin­gen
II, III
dis­ku­tie­ren
Ar­gu­men­te zu ei­ner Aus­sa­ge oder The­se ein­an­der ge­gen­über­stel­len und ab­wä­gen
II, III
er­klä­ren
ei­nen Sach­ver­halt nach­voll­zieh­bar und ver­ständ­lich ma­chen, in­dem man ihn auf Re­geln und Ge­setz­mä­ßig­kei­ten zu­rück­führt
II
er­läu­tern
ei­nen Sach­ver­halt ver­an­schau­li­chend dar­stel­len und durch zu­sätz­li­che In­for­ma­tio­nen ver­ständ­lich ma­chen
II, III
er­mit­teln
ein Er­geb­nis oder ei­nen Zu­sam­men­hang rech­ne­risch, gra­fisch oder ex­pe­ri­men­tell be­stim­men
II
her­lei­ten
mit­hil­fe be­kann­ter Ge­setz­mä­ßig­kei­ten ei­nen Zu­sam­men­hang zwi­schen che­mi­schen bzw. phy­si­ka­li­schen Grö­ßen her­stel­len
II, III
ord­nen
Be­grif­fe oder Ge­gen­stän­de auf der Grund­la­ge be­stimm­ter Merk­ma­le sys­te­ma­tisch ein­tei­len
I, II
pla­nen
zu ei­nem vor­ge­ge­be­nen Pro­blem (auch ex­pe­ri­men­tel­le) Lö­sungs­we­ge ent­wi­ckeln und do­ku­men­tie­ren
II
skiz­zie­ren
Sach­ver­hal­te, Pro­zes­se, Struk­tu­ren oder Er­geb­nis­se über­sicht­lich gra­fisch dar­stel­len
II
un­ter­su­chen
Sach­ver­hal­te oder Phä­no­me­ne mit­hil­fe fach­spe­zi­fi­scher Ar­beits­wei­sen er­schlie­ßen
II
ver­glei­chen
Ge­mein­sam­kei­ten und Un­ter­schie­de kri­te­ri­en­ge­lei­tet her­aus­ar­bei­ten
II
zeich­nen
Ob­jek­te gra­fisch ex­akt dar­stel­len
I, II
vgl. Bil­dungs­stan­dards in den Na­tur­wis­sen­schaf­ten für die All­ge­mei­ne Hoch­schul­rei­fe der KMK i. d. F. vom 18.06.2020

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