Schulinterner Lehrplan (Jahrgangsstufen 5 und 6)
I. Optik
Lichtsender (Lichtquellen) Lichtempfänger (Auge, Solarzelle, Fotopapier) Lichtausbreitung Streuung Licht als Übermittler von Informationen Schattenentstehung (Kern- und Halbschatten) Licht und Schatten im Weltraum
- Tag und Nacht (Länge und Richtung eines Schattens Sonnenuhr) - Mondphasen - Mond- und Sonnenfinsternis
Lochkamera
II. Wärmelehre
a) Ausdehnung von Flüssigkeiten
Wärmeempfinden des Menschen Flüssigkeitsthermometer Aufbau und Bestandteile des Thermometers Messen mit dem Thermometer (Diagramme zeichnen und lesen) Funktionsweise des Flüssigkeitsthermometer Ausdehnung verschiedener Flüssigkeiten Anwendungsbeispiele der Ausdehnung von Flüssigkeiten (Sprinkleranlage, Tankwagen) Thermometerskala nach Celsius (Fixpunkte und Einteilung der Skala) Anomalie des Wassers (Bedeutung für das Leben auf unserer Erde)
b) Ausdehnung von festen Körpern
Vergleich verschiedener Materialien Kräfte bei der Längenänderung Anwendung des Phänomens im Alltag (Verformung von Eisenbahnschienen, Räder aufschrumpfen, Erosion, Dehnungsfugen und Dehnungsschleifen in Rohren ...) Bimetall und Bimetallthermometer
c) Ausdehnung von gasförmigen Körpern
d) Vergleich der Ausdehnung bei festen, flüssigen und gasförmigen Körpern (Erklärung der Ausdehnung mit Hilfe des Teilchenmodells)
e) Wärme als Beispiel einer Energieform
- Wärmetransport vom wärmeren zum kälteren Körper
- Arten des Wärmetransports - Wärmeleitung
- Vergleich verschiedener Materialien - Anwendung von guten und schlechten Wärmeleitern
- Wärmemitführung (Konvektion) - Beispiele der Konvektion in Natur und Technik
(Heizung, Kühlkreislauf in Motoren, Heißluftballon, Luftströmungen (Wind))
- Wärmestrahlung - Absorption von Wärmestrahlung (helle und dunkle Körper)
- Vergleich der Wärmetransportarten
- Thermosgefäß als Beispiel der Wirkungsweise aller drei Wärmetransportarten
Bewegung der Himmelskörper in unserem Sonnensystem
III. Magnetismus
- Drehbar gelagerter Magnet Definition der Pole
- Polgesetz
- Magnetische Materialien
- Magnetisieren und Entmagnetisieren Erklärung durch Elementarmagnete
- Abschirmung magnetischer Kräfte
- Evtl. Vorstellen eines E-Magneten
IV. Elektrizitätslehre
1. Elektrische Verbraucher nach Einsatzmöglichkeiten unterscheiden (Licht, Wärme, Bewegung)
2. Elektrische Quellen kennen lernen (Batterie, Generator, Solarzelle)
3. Elektrischer Stromkreis Schaltzeichen und praktischer Aufbau Schaltungen mit Schaltern: - UND-Schaltung (Sicherheitsschaltung bei Schneidemaschine) - ODER-Schaltung (Klingelschaltung) - Blinkschaltung (Fußgängerampel) - Wechselschaltung Reihenschaltung von Verbrauchern (Weihnachtsbaumbeleuchtung) Parallelschaltung von Verbrauchern (Haushaltsstromkreis) Fahrradstromkreis
4. Leitende und nicht leitende Materialien Bedeutung von Leitern und Nichtleitern Gefahren des elektrischen Stroms (Der Mensch als Leiter)
5. Wirkungen des elektrischen Stroms Geräte, die Wärme erzeugen (Styroporschneider oder Schmelzsicherung) Geräte, die Licht erzeugen (Aufbau und vereinfachter Nachbau einer Glühlampe) Geräte, die Bewegung erzeugen (Demonstration eines Motors)
V. Akustik
1. Schall in Umwelt und Technik: Alltagsgeräusche , Lärm, Sprache, Töne, Musik Schall ist alles, was wir hören können. Bau einfacher Schallerzeuger
2. Entstehung von Schall: Bewegung als Ursache Schwingung als sehr schnelle Hin- und Herbewegung Schwingung elastischer Körper Schallentstehung in Umwelt und Technik Sichtbarmachung von Schallschwingungen (regelmäßige Schwingungen)
3. Laute und leise Töne: Amplitude als Weite der Schwingung
4. Hohe und tiefe Töne: Frequenz als Anzahl der Schwingungen je Sekunde
5. Hörbereiche
6. Schall kann man auffangen: Das Ohr als Schallempfänger Mikrophone
7. Übertragung von Schall - durch Luft - durch Metalle, Holz, Baustoffe etc. - durch Wasser
8. Ausbreitung von Schall Schallgeschwindigkeit (Blitz und Donner) Schall wird reflektiert (Echo)
9. Speichern von Schall Schallplatte, Magnetband, CD
10. Gefahren des Lärms
Lautstärkemessung Lärm und Gesundheit Lärmschutzvorschriften - Lärm und Lautstärke - Lärm vermeiden, Abstand halten - persönlicher Gehörschutz Lärmschutz In Wohnhäusern, am Arbeitsplatz
Schulinterner Lehrplan (Jahrgangsstufen 7 und 8)
I. Optik
a. Reflexion des Lichts
Reflexionsgesetz am ebenen Spiegel Bildentstehung am Spiegel Strahlenverlauf an gekrümmten Spiegeln Bilder an gekrümmten Spiegeln Anwendung von Spiegeln (Rasierspiegel, Überwachungsspiegel, Reflektor)
b. Brechung des Lichts
Brechungsphänomene i. Gegenstand im Wasser anvisieren und mit geradem Stab zu treffen versuchen
Brechungsgesetz: ii. Begriffe (Einfallslot, Einfallswinkel, Brechungswinkel, Ablenkungswinkel) einführen iii. Abhängigkeit des Brechungs- und Ablenkungswinkels von
iv. Einfallswinkel v. Stoffpaar vi. Lichtrichtung
Totalreflexion vii. Voraussetzungen für ihre Entstehung viii. Beispiele der Totalreflexion
c. Linsen
Strahlenverlauf an Linsen: i. Linse als Brennglas ii. Begriffe (Brennpunkt, Brennweite) iii. Hauptstrahlen (Brennpunktsstrahl, Achsenparalleler Strahl, Mittelpunktstrahl)
Bilder an Linsen: iv. Gegenstand mit Hilfe einer Linse auf einem Schirm abbilden (freies Experimentieren) v. Messen von Gegenstandsweite und Bildweite (Abhängigkeiten formulieren) vi. Bilder mit Hilfe der Hauptstrahlen konstruieren vii. Abhängigkeit der Bildgröße untersuchen
Anwendung von Linsen (optische Geräte): viii. Diaprojektor Aufbau analysieren ix. Fotoapparat Funktion der Teile erklären
Das Auge (evtl. fachübergreifend mit Biologie): Aufbau Akkomodation Fehlsichtigkeit
Je-desto-Sätze
im Vergleich zum Fotoapparat
II. Mechanik
a. Körper in Bewegung
Geschwindigkeit als physikalische Größe Ermitteln der Geschwindigkeit aus Weg und Zeit Weg-Zeit-Diagramme Durchschnittsgeschwindigkeit und Momentangeschwindigkeit Geschwindigkeiten in Natur und Technik Umrechnung m/s ←→ km/h
b. Kraft
Kraft als Ursache (Kraftwirkungen) Kraftmessung
- durch Vergleich ihrer Wirkungen (z.B. Armdrücken, Tauziehen, Gewichtheben) - durch Verformung einer Spiralfeder (evtl. Vergleich zum Gummiband) →Hookesches Gesetz
Notwendigkeit einer Krafteinheit zur Vergleichbarkeit von Kräften Aufbau eines Kraftmessers Abhängigkeit der Kraftwirkung von
- Betrag - Richtung →Kraft als vektorielle Größe (Darstellung als Pfeil) - Angriffspunkt
Kraft und Gegenkraft
c. Einfache Maschinen
Hebel Seil und Rollen Flaschenzug Schiefe Ebene
d. Arbeit
Arbeit = Kraft Weg Ermittlung der Arbeit beim Treppensteigen oder Seilklettern (→Sportunterricht) Goldene Regel der Mechanik
e. Leistung
Leistung = Arbeit : Zeit Ermittlung der Leistungen aus 4.
f. Energie
Fähigkeit, Arbeit verrichten zu können Energie als gespeicherte Arbeit Energieumwandlungsketten
- Sonne als Ursprung der Energie - Wärme als letzte Energieform aller Energieumwandlungsprozesse
Man spart Kraft oder Weg
III. Elektrizitätslehre
1. Elektrostatik
Phänomene der elektrischen Aufladung beobachten Nachweis elektrischer Ladungen (Glimmlampe, Elektroskop) Anziehende und abstoßende Kräfte als Folge der Ladung → zwei verschiedene Ladungsarten (positiv und negativ) – Polgesetz einfaches Atommodell (Kern-Hülle-Modell) zur Klärung der Aufladung Influenz (Kräfte wirken auch in größerer Entfernung) Anwendung in Natur und Technik (Gewitter, Entstaubungsanlage)
2. Elektrische Spannung
Ladungstrennung → Bestreben sich auszugleichen. Dieses Bestreben nennt man Spannung Spannungsquellen (Geräte, die Ladungen trennen) Messen und Maßeinheit der Spannung (Demonstration)
- Batterie, Akkumulator (Apfelbatterie als Schülerversuch, Bleiakku als Demonstration) - Thermoelement - Solarzelle als Demonstration - Generator
Spannungen messen (Schülerversuche) Gängige Spannungswerte in Alltag Spannungsbereiche (Kleinspannung, Niederspannung, Hochspannung) → Gefahren
3. Elektrischer Strom
Einfacher Stromkreis - Mit Lampe - Mit dünnem Konstantandraht - Mit Spule
Modellvorstellung des Stroms (Elektronenfluss) Einheit der Stromstärke Messen der Stromstärke Leitfähigkeit von festen, flüssigen und gasförmigen Stoffen (Bedeutung für Natur und Technik)
4. Elektrischer Widerstand
Spannung und Stromstärke im Stromkreis mit Lampe messen - Messwerte im Diagramm veranschaulichen - Widerstand als Spannung geteilt durch Stromstärke definieren
Spannung und Stromstärke im Stromkreis mit Konstantandraht messen - Messwerte im Diagramm veranschaulichen - Vergleich mit der Lampe ( R = U/I = konstant → Ohmsches Gesetz)
Berechnungen mit der Formel R = U/I Widerstände in der Technik
Reihenschaltung von Widerständen und Verbrauchern - Gesetze für Spannung, Stromstärke und Widerstand in praktischer Übung erarbeiten - Anwendungen:
- Weihnachtsbaumbeleuchtung - Vorwiderstand für eine Lampe - Messbereichserweiterung beim Voltmeter
Parallelschaltung von Widerständen und Verbrauchern - Gesetze für Spannung, Stromstärke und Widerstand in praktischer Übung erarbeiten - Anwendungen:
- Verbraucher im Haus - Messbereichserweiterung beim Ampèremeter
5. Elektrische Leistung und Energie
Strom erkennt man an seinen Wirkungen: Licht, Wärme, Magnetismus
Berechnen und durch Messung bestätigen
Berechnen und durch Messung bestätigen
Spannung und Stromstärke bei Verbrauchern mit bekannter Leistung ermitteln
(evtl. mit Wattmeter bestimmen) → Leistung = Spannung Stromstärke
Berechnung der Leistung
Verbraucher in Stromkreis mit Stromzähler o.ä. einbauen → Arbeit = Leistung Zeit
Die Energie zum Verrichten der Arbeit muss bezahlt werden:
Kosten für vorstellbare Arbeiten errechnen (evtl. Netzstrom und Batteriestrom gegenüberstellen)
Einsparmöglichkeiten (Heizgeräte als „Energiefresser“ herausstellen)
6. Elektromagnetismus
Oersted-Versuch
Magnetische Felder
- gestreckter Leiter - ringförmiger Leiter - Spule
Abhängigkeit der magnetischen Kraft einer Spule von
- Stromstärke - Windungszahl - Länge - Eisenkern
Aufbau eines Elektromagneten
Technische Anwendungen
- Relais - Klingel
Elektromotor
- Bestandteile: Rotor (Anker, Kommutator) Stator (Feldmagnet) - Verschiedene Ankerformen → Laufverhalten des Motors - E-Magnet als Feldmagnet - Betrieb mit Wechselstrom möglich - Theoretische unbegrenzte Leistung - Schaltungsarten: Hauptschlussmotor, Nebenschlussmotor
- Verwendung von E-Motoren
7. Elektromagnetische Induktion
Das Prinzip der elektromagnetischen Induktion
Änderung eines Magnetfeldes → Induktionsspannung an den Enden einer Spule (eines Leiters)
Abhängigkeit der Richtung der Induktionsspannung von
- Bewegungsrichtung - Polung des Feldmagneten - Wicklungssinn der Induktionsspule
Abhängigkeit des Betrages der Induktionsspannung von
- Geschwindigkeit - Stärke des Feldmagneten - Wicklungszahl der Induktionsspule
Lenzsche Regel
Selbstinduktion
Wirbelströme
Generator (Umkehrung des E-Motors)
Wechselspannungsgenerator
Gleichspannungsgenerator
Dynamoelektrisches Prinzip (Ermöglichung des modernen Elektrizitätszeitalters)
Der Transformator
- Ermittlung der Transformatorgesetze - Berechnungen am Transformator - Hochspannungs- und Hochstromtransformator (Demonstrationsversuche) - Energieversorgungssystem →Elektrisches Hochspannungsverbundnetz
(Versuch zu Leistungsverlusten)
Schulinterner Lehrplan (Jahrgangsstufen 9 und 10)
I. Elektrizitätslehre
a. Magnetische Wirkung des elektr. Stroms
Die stromdurchflossene Spule Der Eisenkern in einer Spule (Wirkungen) Vergleich Elektromagnet und Dauermagnet
b. Magnetische Werkstoffe
Hartmagnetische und weichmagnetische Werkstoffe
c. Feldlinien
Richtung der Feldlinien ermitteln
Linke – Hand – Regel
Anwendungsbeispiele von Elektromagneten
d. Induktion
Elektrische Energie durch Induktion
Induktionsspannung (Spannungsform)
Magnetstärke und Windungszahl (Wirkung)
Generator (Funktion)
Induktion und Lenzsche Regel
e. Der Transformator
Feldspule / Induktionsspule Begriffsklärung
Funktion des Transformators
Eingangsspannung / Ausgangsspannung / Windungszahlen
Formel
Unbelasteter und belasteter Transformator
Transformatoren im Wechselstromkreis
II. Informationstechnik
a. Daten
Begriffsklärung
Signalwandlung mit Sensoren
Elektrische Sensoren
b. Signalausgabe
Begriffsklärung / einfache Beispiele
c. Signale übertragen
In der Vergangenheit und heute
Informationsübertragung per Telefon und Funk
Sender-Übertragung-Empfänger
d. Datenumwandlung
Dezimalzahlen – Dualzahlen
7 Segmentanzeige
Analog – digital – binär
Bild aus Pixeln
Umwandlung Bilddaten in Dualzahlen
Das Relais
Kondensator als Speicher
III. Temperaturmessung
a. Thermometer
Temperaturmessung mit Thermometern
Thermometertypen
Minimum-Maximum-Thermometer
Bimetallthermometer
Temperaturmessfarben
Flüssigkristallthermometer
b. Innere Wärme
Teilchenmodell
Innere Energie
Energieerhaltungssatz
c. Teilchenbewegung in Gasen
Druck
Druck und absolute Temperatur
d. Spezifische Wärmekapazität
Zugeführte Energie und Temperaturerhöhung
Berechnung von Mischtemperaturen
Schmelzwärme
Verdampfungswärme
Siedetemperatur und Druck
e. Kühlschrank und Wärmepumpe
Funktion des Kühlschrankes
Funktion der Wärmepumpe
f. Energieumwandlung
Energiearten
Wirkungsgrade
Energiebedarf und Energieversorgung
Energieumwandlung in Kraftwerken
IV. Gleichförmige und ungleichförmige Bewegung
a. Geschwindigkeit
Einheit der Geschwindigkeit
Formel
Diagramme Weg / Zeit
Momentangeschwindigkeit
Durchschnittsgeschwindigkeit
Geschwindigkeitsmessung
b. Beschleunigung
Geschwindigkeitsänderung
Das Geschindikeit-Zeit-Gesetz
Das Weg-Zeit Gesetz
Diagramme
c. Der freie Fall
Fallbeschleunigung
V. Kraft und Bewegung
a. Antriebskräfte – Bewegungswiderstände - Trägheit
Kraft und Wirkung
Kräfte zerlegen
Grundgleichung der Mechanik
Bewegungsenergie
b. Kreisbewegung
Zentralkraft
c. Reibung
Gleitreibungskraft
Haftreibungskraft
Anpresskraft
Reibungszahlen
Bremsen
VI. Radioaktivität
a. Nachweis und Eigenschaften
Fotomethode
Spinthariskop
Nebelkammer
Funkenstrecke
Geigerzähler
b. Entstehung radioaktiver Strahlung
Atommodell
Umwandlungsprozess
Strahlungsarten
Halbwertzeit
c. Gefahren und Nutzen
Wirkung auf den Menschen
Becquerel, Gray, Siewert
VII. Energie aus Atomkraftwerken
a. Kernspaltung
Kettenreaktion / kontrollierte Kettenreaktion
Der Reaktor
Regelstäbe
b. Aufbau eines Kernkraftwerks
Reaktor
Wärmetauscher
Turbine
Generator
Kondensator
c. Umwelt
Sicherheitsvorkehrungen
Radioaktiver Abfall
Zwischenlager
Endlager
Wiederaufbereitung
d. Die Katastrophe von Tschernobyl
Theoretische Betrachtung
Spielfilm
Dokumentation (Video)