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Klasse 11 Physik der Oberstufe: Von der Mechanik zur Quantenwelt
Dieser Kurs vermittelt ein tiefgreifendes Verständnis physikalischer Prinzipien durch mathematische Modellierung und experimentelle Validierung. Die Lernenden untersuchen komplexe Systeme von der klassischen Dynamik bis hin zu den Grundlagen der modernen Quantenphysik.
01Klassische Mechanik: Kinematik und Dynamik
Detaillierte Analyse von Bewegungsabläufen und deren Ursachen unter Anwendung der Newtonschen Axiome.
Die Schülerinnen und Schüler analysieren und beschreiben gleichförmige und gleichmäßig beschleunigte Bewegungen mithilfe von Diagrammen und mathematischen Gleichungen.
Die Schülerinnen und Schüler leiten die Bewegungsgleichungen für die gleichmäßig beschleunigte Bewegung her und wenden sie auf Problemstellungen an.
Die Schülerinnen und Schüler wenden Vektoraddition und -zerlegung an, um Bewegungen in zwei Dimensionen zu analysieren und resultierende Geschwindigkeiten zu bestimmen.
Die Schülerinnen und Schüler analysieren Wurfbewegungen als Überlagerung unabhängiger Bewegungen und modellieren deren Bahnen.
Die Schülerinnen und Schüler definieren Kraft und wenden die Newtonschen Axiome an, um die Ursachen von Bewegungsänderungen zu verstehen.
Die Schülerinnen und Schüler wenden Newtons zweites Gesetz an, um die Beziehung zwischen Kraft, Masse und Beschleunigung zu quantifizieren und zu berechnen.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen Haft-, Gleit- und Rollreibung und deren Auswirkungen auf Bewegungen in der Praxis.
Die Schülerinnen und Schüler analysieren die Dynamik von Rotationen und krummlinigen Bahnen und berechnen die Zentripetalkraft.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen Planetenbewegungen und das universelle Gravitationsgesetz nach Newton und Kepler.
Die Schülerinnen und Schüler analysieren den Einfluss von Luftwiderstand auf Fallbewegungen und modellieren diese.
02Energie, Impuls und Erhaltungssätze
Zentrale Konzepte der Physik zur Beschreibung von Systemzuständen und deren zeitlicher Entwicklung.
Die Schülerinnen und Schüler definieren mechanische Arbeit, identifizieren verschiedene Energieformen und berechnen die Leistung.
Die Schülerinnen und Schüler wenden den Energieerhaltungssatz an, um die Konstanz der Gesamtenergie in abgeschlossenen Systemen zu analysieren.
Die Schülerinnen und Schüler analysieren die zeitliche Rate der Energieumwandlung und bewerten die Effizienz von Maschinen.
Die Schülerinnen und Schüler definieren den Impuls als Maß für den Bewegungszustand und analysieren den Zusammenhang mit dem Kraftstoß.
Die Schülerinnen und Schüler wenden den Impulserhaltungssatz auf Systeme ohne äußere Kräfte an und berechnen die Geschwindigkeiten nach Kollisionen.
Die Schülerinnen und Schüler analysieren Kollisionen von Körpern unter Berücksichtigung der Erhaltungssätze für Energie und Impuls.
Die Schülerinnen und Schüler wenden das Impulserhaltungsprinzip auf Raketen und andere Antriebe an.
03Elektrische Felder
Eigenschaften und Wirkungen statischer elektrischer Felder.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen die Grundlagen der Elektrostatik und die Kraftwirkung zwischen elektrischen Ladungen.
Die Schülerinnen und Schüler visualisieren und messen elektrische Felder und definieren die elektrische Feldstärke.
Die Schülerinnen und Schüler betrachten elektrische Felder energetisch und definieren Potential und Spannung.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen die Speicherung von Ladung und Energie in elektrischen Feldern mithilfe des Plattenkondensators.
Die Schülerinnen und Schüler analysieren die Bahnen von Elektronen und anderen geladenen Teilchen in homogenen elektrischen Feldern.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen den Millikan-Versuch zur Bestimmung der Elementarladung und dessen historische Bedeutung.
04Magnetische Felder und Induktion
Zusammenhang zwischen Elektrizität und Magnetismus sowie technische Anwendungen.
Die Schülerinnen und Schüler charakterisieren magnetische Felder durch die Flussdichte B und visualisieren sie mit Feldlinien.
Die Schülerinnen und Schüler analysieren die Kraftwirkung magnetischer Felder auf bewegte Ladungen und wenden die Drei-Finger-Regel an.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen die Kraftwirkung auf stromdurchflossene Leiter in Magnetfeldern und deren Anwendungen in Motoren.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen Anwendungen der Lorentzkraft in der Analytik und Teilchenphysik.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen das Induktionsgesetz nach Faraday und die Ursachen induzierter Spannungen.
Die Schülerinnen und Schüler analysieren die Richtung des induzierten Stroms und deren physikalische Ursache im Kontext der Energieerhaltung.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen das Verhalten von Spulen beim Ein- und Ausschalten von Stromkreisen und das Phänomen der Selbstinduktion.
Die Schülerinnen und Schüler analysieren die Funktionsweise von Transformatoren zur Spannungswandlung und Energieübertragung.
05Schwingungen und Wellen
Periodische Vorgänge in Mechanik und Elektrodynamik.
Die Schülerinnen und Schüler analysieren lineare Rückstellkräfte und beschreiben harmonische Schwingungen mathematisch mit Sinusfunktionen.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen die Energieumwandlung zwischen potentieller und kinetischer Energie bei Schwingungen.
Die Schülerinnen und Schüler vergleichen gedämpfte und ungedämpfte Schwingungen und analysieren die Ursachen der Dämpfung.
Die Schülerinnen und Schüler analysieren das Zusammenspiel von Spule und Kondensator in einem elektrischen Schwingkreis.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen Systeme unter dem Einfluss einer äußeren periodischen Kraft und das Phänomen der Resonanz.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen die Entstehung und Ausbreitung von Wellen von einem Oszillator zur fortschreitenden Welle.
Die Schülerinnen und Schüler analysieren die Überlagerung von Wellen und wenden das Huygenssche Prinzip an.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen die Frequenzverschiebung von Wellen bei relativer Bewegung von Sender und Empfänger.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen Licht als elektromagnetische Welle und die Rolle des Hertzschen Dipols.
06Wellenoptik und Quanteneffekte
Licht als Welle und die Entdeckung der Photonen.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen den klassischen Nachweis der Wellennatur des Lichts durch Beugung am Doppelspalt.
Die Schülerinnen und Schüler analysieren Lichtspektren durch Beugungsgitter und deren Anwendungen.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen Einsteins Lichtquantenhypothese und den Teilchencharakter des Lichts.
Die Schülerinnen und Schüler erarbeiten das Konzept des Photons als Energiepaket und dessen Implikationen.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen den Wellencharakter von Elektronen und massiven Teilchen nach De Broglie.
Die Schülerinnen und Schüler erarbeiten die fundamentalen Grenzen der Messbarkeit in der Quantenwelt.
07Atom- und Kernphysik
Aufbau der Materie und Prozesse im Atomkern.
Die Schülerinnen und Schüler analysieren die Emission und Absorption von Licht in der Atomhülle und deren Zusammenhang mit Energieniveaus.
Die Schülerinnen und Schüler vergleichen die Atommodelle von Rutherford und Bohr und deren experimentelle Grundlagen.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen die Stochastik des Kernzerfalls und die verschiedenen Arten radioaktiver Strahlung.
Die Schülerinnen und Schüler analysieren die Energiegewinnung aus Bindungsenergie durch Kernspaltung und Kernfusion.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen die Wechselwirkung ionisierender Strahlung mit Materie und deren biologische Auswirkungen.
Die Schülerinnen und Schüler erhalten einen Einblick in Quarks, Leptonen und Austauschbosonen des Standardmodells.
08Spezielle Relativitätstheorie
Einsteins Revolution von Raum und Zeit bei hohen Geschwindigkeiten.
Die Schülerinnen und Schüler erarbeiten die Postulate Einsteins zur Konstanz der Lichtgeschwindigkeit und zum Relativitätsprinzip.
Die Schülerinnen und Schüler analysieren die Veränderung von Zeitintervallen und Längen in bewegten Systemen.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen den Zusammenhang zwischen Masse und Energie und die relativistische Dynamik.
Die Schülerinnen und Schüler analysieren die technische Notwendigkeit relativistischer Korrekturen für das Global Positioning System (GPS).
Die Schülerinnen und Schüler reflektieren ethische Aspekte physikalischer Forschung und deren gesellschaftliche Auswirkungen.