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Klasse 12 Physik der Oberstufe: Von Feldern zu Quanten
Dieser Kurs vertieft das Verständnis fundamentaler physikalischer Konzepte durch die Untersuchung von Feldern, Wellenphänomenen und der modernen Quantenphysik. Die Schüler entwickeln fortgeschrittene Kompetenzen in der mathematischen Modellierung und experimentellen Validierung komplexer physikalischer Systeme.
01Elektrische Felder und Potentiale
Grundlagen der Elektrostatik, Feldstärken und die energetische Betrachtung im elektrischen Feld.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen die fundamentale Kraftwirkung zwischen Punktladungen und definieren die elektrische Ladung.
Die Schülerinnen und Schüler visualisieren und berechnen elektrische Felder in homogenen und inhomogenen Konfigurationen.
Die Schülerinnen und Schüler analysieren die Arbeit im elektrischen Feld und führen die Spannung als Potentialdifferenz ein.
Die Schülerinnen und Schüler analysieren die Flugbahnen von Elektronen in elektrischen Längs- und Querfeldern.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen die Speicherung von Ladung und Energie in elektrischen Bauelementen.
Die Schülerinnen und Schüler analysieren den Einfluss von Leitern und Isolatoren auf elektrische Felder (Influenz und Polarisation).
Die Schülerinnen und Schüler definieren elektrischen Strom und Widerstand und wenden das Ohmsche Gesetz an.
Die Schülerinnen und Schüler wenden die Kirchhoffschen Regeln zur Analyse komplexer Stromkreise an.
Die Schülerinnen und Schüler vergleichen die elektrischen Eigenschaften von Leitern, Halbleitern und Isolatoren.
02Magnetische Felder und Induktion
Magnetismus, Lorentzkraft und die Kopplung von Elektrizität und Magnetismus.
Die Schülerinnen und Schüler charakterisieren magnetische Felder durch die Flussdichte B und Feldlinienmodelle.
Die Schülerinnen und Schüler analysieren die Kraftwirkung auf bewegte Ladungen in magnetischen Feldern.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen technische Anwendungen der Lorentzkraft zur Teilchenanalyse und Beschleunigung.
Die Schülerinnen und Schüler erforschen die Erzeugung elektrischer Spannungen durch zeitlich veränderliche Magnetfelder.
Die Schülerinnen und Schüler begründen die Richtung des induzierten Stroms energetisch.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen Induktionserscheinungen im eigenen Stromkreis und die Eigenschaft der Induktivität.
Die Schülerinnen und Schüler analysieren die Spannungswandlung und Energieübertragung durch magnetische Kopplung.
Die Schülerinnen und Schüler erklären die Funktionsweise von Elektromotoren und Generatoren basierend auf elektromagnetischer Induktion.
03Schwingungen und Wellen
Mechanische und elektromagnetische Schwingungssysteme sowie Wellenausbreitung.
Die Schülerinnen und Schüler beschreiben periodische Vorgänge mathematisch und analysieren Rückstellkräfte.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen den Energieaustausch zwischen Kondensator und Spule (LC-Glied).
Die Schülerinnen und Schüler analysieren das Verhalten von Systemen unter Einfluss einer äußeren periodischen Kraft.
Die Schülerinnen und Schüler erklären die Entstehung und Ausbreitung von Wellen in Medien.
Die Schülerinnen und Schüler wenden das Superpositionsprinzip an und erklären die Entstehung von Interferenzmustern.
Die Schülerinnen und Schüler erklären Wellenphänomene durch Elementarwellen.
Die Schülerinnen und Schüler analysieren die Abstrahlung elektromagnetischer Energie und den Nachweis durch Heinrich Hertz.
Die Schülerinnen und Schüler ordnen verschiedene Arten elektromagnetischer Wellen nach Wellenlänge und Frequenz ein und diskutieren deren Anwendungen.
04Wellenoptik und Quantenphänomene
Licht als Welle und die Entdeckung der Quantennatur der Strahlung.
Die Schülerinnen und Schüler bestimmen die Wellenlänge des Lichts durch Beugungsexperimente.
Die Schülerinnen und Schüler weisen die Transversalwellennatur des Lichts nach.
Die Schülerinnen und Schüler analysieren die Hallwachs- und Lenard-Versuche zur Widerlegung der klassischen Wellentheorie.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen die Streuung von Photonen an Elektronen als Beweis für den Teilchencharakter.
Die Schülerinnen und Schüler synthetisieren die widersprüchlichen Modelle in der Quantenphysik.
Die Schülerinnen und Schüler übertragen den Dualismus auf massebehaftete Teilchen.
Die Schülerinnen und Schüler diskutieren die fundamentalen Grenzen der Messbarkeit in der Quantenwelt.
Die Schülerinnen und Schüler erhalten eine Einführung in die Konzepte der Quantenverschränkung und die experimentelle Überprüfung der Bell-Ungleichungen.
05Atomhülle und Spektroskopie
Struktur der Atome und die Wechselwirkung mit elektromagnetischer Strahlung.
Die Schülerinnen und Schüler analysieren die Entdeckung des Atomkerns und die Grenzen des Rosinenkuchenmodells.
Die Schülerinnen und Schüler führen stationäre Zustände und Quantenbedingungen ein.
Die Schülerinnen und Schüler analysieren Emissions- und Absorptionsspektren.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen den experimentellen Nachweis der Energiequantisierung in Atomen.
Die Schülerinnen und Schüler erhalten eine qualitative Einführung in das Orbitalmodell und die Schrödinger-Gleichung.
Die Schülerinnen und Schüler analysieren Entstehung, Eigenschaften und Anwendung kurzwelliger Strahlung.
Die Schülerinnen und Schüler verstehen das Prinzip der stimulierten Emission und die Eigenschaften von Laserlicht.
06Kernphysik und Radioaktivität
Aufbau des Atomkerns, Zerfallsprozesse und Kernenergie.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen Protonen, Neutronen und die starke Kernkraft.
Die Schülerinnen und Schüler analysieren Alpha-, Beta- und Gammastrahlung sowie ihre Eigenschaften.
Die Schülerinnen und Schüler beschreiben den Kernzerfall statistisch und die Halbwertszeit.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen die Äquivalenz von Masse und Energie im Atomkern.
Die Schülerinnen und Schüler analysieren die induzierte Spaltung schwerer Kerne und die Energiefreisetzung.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen die Verschmelzung leichter Kerne als Energiequelle der Sterne.
Die Schülerinnen und Schüler analysieren die Wechselwirkung ionisierender Strahlung mit lebendem Gewebe.
Die Schülerinnen und Schüler diskutieren die Nutzung radioaktiver Isotope in Medizin, Technik und Forschung.
07Spezielle Relativitätstheorie
Revision von Raum und Zeit bei hohen Geschwindigkeiten.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen die Suche nach dem Äther und die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit.
Die Schülerinnen und Schüler analysieren die Relativität der Zeit und das Phänomen der Zeitdehnung.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen die Verkürzung bewegter Objekte in Bewegungsrichtung.
Die Schülerinnen und Schüler analysieren die Änderung von Impuls und Energie bei hohen Geschwindigkeiten.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen die praktische Anwendung relativistischer Korrekturen in der Satellitennavigation.
08Astrophysik und Kosmologie
Anwendung der Physik auf das gesamte Universum.
Die Schülerinnen und Schüler lernen Methoden zur Messung astronomischer Distanzen (Parallaxe, Standardkerzen) kennen.
Die Schülerinnen und Schüler analysieren den Lebenszyklus von Sternen und das Hertzsprung-Russell-Diagramm.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen das Hubble-Gesetz und die Flucht der Galaxien.
Die Schülerinnen und Schüler analysieren Beweise für den heißen Ursprung des Kosmos.
Die Schülerinnen und Schüler diskutieren die ungelösten Rätsel der modernen Astrophysik.
Die Schülerinnen und Schüler reflektieren die Bedeutung physikalischer Erkenntnisse für die Gesellschaft.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen Methoden zur Entdeckung von Exoplaneten und diskutieren die Bedingungen für außerirdisches Leben.