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)