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Home » Lehrplan (Pflicht-/Wahlpflichtfächer) » III Jahrgangsstufen-Lehrplan » Jahrgangsstufe 9 » Physik
9 Physik (2, NTG 2 + Profil)

Physik als Grundlage moderner Technik

In den vorangehenden Jahrgangsstufen haben die Schüler einen Überblick über die verschiedenen Bereiche der Physik erhalten, typische physikalische Arbeitsweisen eingeübt und mit der Energieerhaltung ein weitreichendes Prinzip kennengelernt. In Jahrgangsstufe 9 beschäftigen sie sich eingehend mit der Elektrik und begreifen in diesem Zusammenhang, welche bedeutende Rolle die Physik in der modernen Technik spielt. Dabei zeigt sich, wie wichtig solide physikalische Kenntnisse für viele moderne Berufe sind [ WRWSG-W 9.1, WR 9.1.3] und wie man mit ihrer Hilfe Funktionsprinzipien von Geräten versteht, die im Alltag benutzt werden.

In der Atomphysik erhalten die Jugendlichen einen ersten Einblick in den Aufbau der Materie, die Radioaktivität und die Möglichkeiten der Energiegewinnung durch Kernspaltung bzw. -fusion. Die Schüler erkennen dabei die Notwendigkeit, sich fundiertes und aktuelles Wissen anzueignen, um bei gesellschaftlich relevanten Themen einen eigenen Standpunkt zu finden und in Diskussionen fair vertreten zu können.

Geeignet ausgewählte Vertiefungen aus der Natur und der Technik helfen den Schülern, eine Beziehung zwischen physikalischen Erkenntnissen und ihrer eigenen Lebenswelt herzustellen und so die Relevanz des Erlernten zu erkennen. Durch die Mitwirkung bei Planung und Durchführung von Versuchen erweitern sie ihre experimentellen Fähigkeiten sowie ihre Kompetenzen in der Zusammenarbeit im Team, im Umgang mit Information und bei der Präsentation eigener Ergebnisse. Dies erreichen sie insbesondere auch im Rahmen eines etwa fünfstündigen Unterrichtsprojekts, in dem sie sich neben anderen Kompetenzen auch das Wissen aus einem der angegebenen Themenbereiche selbst aneignen.

Die Schüler des Naturwissenschaftlich-technologischen Gymnasiums haben im Profilbereich die Möglichkeit, sich mit weitergehenden Inhalten aus der Vorschlagsliste in Ph 9.4 vertraut zu machen und vertiefen damit ihre Kenntnisse und Fertigkeiten.

In der Jahrgangsstufe 9 erwerben die Schüler folgendes Grundwissen:

 

  • Sie verstehen technische Anwendungen, die auf der Lorentzkraft bzw. auf der Induktion basieren.
  • Sie kennen Modellvorstellungen vom Aufbau der Materie und können sie zur Erklärung von Naturphä­nomenen heran­ziehen. 
  • Sie können das Prinzip der Energieerhaltung in der Atom- und Kernphysik anwenden.
  • Sie kennen die Strahlenarten radioaktiver Stoffe, eine Nachweismethode und ihre jeweilige Wirkung auf Lebewesen.
  • Sie kennen die Grundlagen der Kern- bzw. Energietechnologie und können sich bei der Diskussion darüber ihrem Alter entsprechend kompetent beteiligen.
  • Sie können Bewegungsabläufe (auch aus dem eigenen Erfahrungsbereich) anhand von Bewegungsdiagrammen analysieren und in einfachen Fällen durch mathematische Funktionen beschreiben.
  • Sie haben ein vertieftes Verständnis für den Zusammenhang von Kraft, Masse und Beschleunigung.

Ph 9.1 Elektrik (ca. 18 Std.)

Der Feldbegriff eröffnet den Schülern eine Möglichkeit, Kraftwirkungen im Raum zu beschreiben. Bei der Einführung der Feldlinien lernen sie eine weitere Art der Modellbildung kennen. Die Jugendlichen verstehen die Funk­tionsprinzipien technischer Geräte, die auf der Kraftwirkung auf geladene Teilchen in elektrischen und ma­gnetischen Feldern beruhen. Mit der Induktion erschließt sich ihnen ein physikali­sches Phä­nomen, das beim Generator zur Erzeugung elektrischer Energie genutzt wird.

Ph 9.2 Atome (ca. 22 Std.)

Die Schüler gewinnen einen Einblick in den Aufbau der Atomhülle und des Atomkerns. Sie lernen, dass Atome Licht und Röntgenstrahlung nur in ganz bestimmten Portionen emittieren und absorbieren können. Dabei vollziehen sie auf einem elementaren Niveau nach, dass das Emissions- und Ab­sorptionsverhalten von Stoffen zu deren Identifikation genutzt werden kann.

Die Jugendlichen bekommen einen Überblick über die Strahlungsarten radioaktiver Kerne, über eine Nachweismethode der radioaktiven Strahlung und über Grundaussagen des Strahlenschutzes. Hierbei lernen sie auch die Auswirkung von Strahlung auf Lebewesen kennen.

Schließlich lernen sie, dass die universelle Äquivalenz von Masse und Energie die Grundlage für die Energiege­winnung durch Spaltung bzw. Fusion von Atomkernen ist. Sie erfahren, dass der Traum der Alchimie, Elemente in­einander umzuwandeln, durch Kernumwand­lungen zumindest für einzelne Atome verwirklicht werden kann.

Ph 9.3 Kinematik und Dynamik geradliniger Bewegungen (ca. 16 Std.)

Anknüpfend an Grundbegriffe aus der Jahrgangsstufe 7 lernen die Schüler, durch Deutung von Be­wegungs­diagram­men den zeitlichen Verlauf von Bewegungen zu analy­sieren. Bei der Behandlung von Bewegungen mit konstanter Geschwindigkeit bzw. mit konstanter Beschleunigung wird deutlich, dass sich idealisierte Vorgänge durch mathema­tische Funktio­nen [ M 9.2] beschreiben lassen und dass so genauere Vorhersagen möglich wer­den. An weiterführenden Bei­spielen zum Zu­sammen­hang zwischen Kraft, Masse und Be­schleu­nigung gewinnen die Jugendlichen ein tieferes Verständ­nis des Kraftbegriffs.

Ph 9.4 Profilbereich am NTG

Im Profilbereich vertiefen die Schüler des Naturwissenschaftlich-technologischen Gymnasiums anhand von Themen aus der unten aufgeführten Vorschlagsliste die in Ph 9.1 bis Ph 9.3 beschriebenen Inhalte. Die Auswahl der Themen orientiert sich an den Interessen der Schüler und bietet damit viele Anknüpfungspunkte an persönliche Erfahrungen. Ihre Kreativität wird bei vielfältigen experimentellen Untersuchungen gefordert; dabei wird ihnen die große Bedeutung des Experiments als Methode der Erkenntnisgewinnung bewusst. An unterschiedlichen Beispielen erfahren die Schüler die für die Technik charakteristische problemorientierte Vorgehensweise und können diese in einfacher Weise nachvollziehen.

Schülerzentrierte Unterrichtsformen, wie z. B. arbeitsteiliger Gruppenunterricht, Schülerexperimente oder Projektun­terricht, ermöglichen den Jugendlichen in hohem Maß, selbständig und selbstverantwortlich zu arbeiten. Das fördert nicht nur die Weiterentwicklung ihrer naturwissenschaftlichen Kompetenzen, sondern auch allge­meine Arbeitstechniken wie den Umgang mit Information, die Zusammenarbeit im Team und das Präsentieren der gewonnenen Ergebnisse.

Die angegebenen Inhalte sind als Anregungen zu verstehen.

Elektrotechnik

  • Energietechnik

    regionale und globale Energieversorgungssysteme, Hochspannungstechnik zur Energie­übertragung, Kraftwerkstechnik, Einsatz regenerativer Energiequellen, Kraft-Wärme-Kopplung, Auswirkungen auf die Umwelt, Nachhaltigkeit

  • Haushaltstechnik

    elektrischer Herd, Mikrowellenherd, Wirkungsgrad, Laser in CD-Playern, Detektoren für elektri­sche Lei­tun­gen, UV-Lampen, Schuko-System, Gefahren im Haushalt

  • Ausgewählte Versuche zur Elektrotechnik

    Alarmanlagen, Blinklicht, Elektromotor, Induktionstaschenlampe, Elektrisieranlage

Halbleiter und Mikroelektronik

  • einfaches Modell eines Halbleiters, Heißleiter, Photowiderstand, Diode, Solarzelle, Transistor als Schalter und Verstärker, Bau einfacher Schaltungen, z. B. Feuchtigkeitsmelder oder Blinklicht, Ätzen von Platinen [ CNTG 9.4, CNTG 9.6]
  • Grundschaltungen (Und-, Oder-, Nor-Schaltung), Simulation von Schaltungen mithilfe eines geeigneten Programms, Flip-Flop, Ampelschaltung, Addierwerk, Bau einer einfachen Schaltung

Neurobiologie [ B 9.1], Medizintechnik und weitere Anwendungen der Atom- und Kernphysik

  • photoelektrischer Pulsmesser, Ultraschall- und Röntgendiagnostik, Kernspin-Tomographie, Signalleitung und ‑verarbeitung bei Tieren, nuklearmedizinische Diagnostik, Strahlentherapie

  • analytische Methoden [ CNTG 9.1, CNTG 9.6]

    Bau eines einfachen Spektrometers, Nachweis von Stoffen, Spurenanalyse in der Kriminalis­tik

  • Computeranwendungen

    Computersimulationen zur Bewegung von geladenen Teil­chen in Feldern oder zum radioakti­ven Zerfall, Aufnahme von Messwerten und Auswertung von Experimenten

Transport und Verkehr

  • Videoanalyse und Messwerterfassung mit dem Computer
  • Abschätzungen bei Überholvorgängen, Steuerung und Regelung, Energiebetrachtungen, Auswirkungen auf die Umwelt, Sicherheit
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