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Klasse 13 Physik der Moderne: Von Feldern zu Quanten
Dieser Kurs vertieft das Verständnis fundamentaler physikalischer Konzepte der Sekundarstufe II mit Fokus auf Feldtheorie, Wellenoptik und Quantenphysik. Die Lernenden entwickeln mathematische Modelle für komplexe Phänomene und reflektieren die Grenzen der klassischen Physik.
01Elektrische und Magnetische Felder
Untersuchung der Eigenschaften und Wirkungen statischer und dynamischer Felder sowie deren mathematische Beschreibung.
Die Schülerinnen und Schüler analysieren die Wechselwirkung zwischen Punktladungen und wenden das Coulombsche Gesetz an.
Die Schülerinnen und Schüler visualisieren elektrische Felder und interpretieren Feldlinienbilder für verschiedene Ladungsverteilungen.
Die Schülerinnen und Schüler berechnen das elektrische Potential und die Spannung in homogenen und radialen Feldern.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen den Aufbau von Kondensatoren und berechnen deren Kapazität.
Die Schülerinnen und Schüler berechnen die im elektrischen Feld gespeicherte Energie und analysieren Lade- und Entladevorgänge.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen die Lorentzkraft auf bewegte Ladungen und stromdurchflossene Leiter in Magnetfeldern.
Die Schülerinnen und Schüler analysieren Flugbahnen in gekreuzten E- und B-Feldern (Wien-Filter, Massenspektrometer).
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen das Faradaysche Induktionsgesetz und die Lenzsche Regel in Theorie und Praxis.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen Einschaltvorgänge an Spulen und die Energiedichte im Feld.
Die Schülerinnen und Schüler analysieren das Verhalten von Widerstand, Spule und Kondensator in Wechselstromkreisen.
Die Schülerinnen und Schüler führen Elektrizität und Magnetismus zur klassischen Elektrodynamik zusammen.
02Schwingungen und Wellen
Mechanische und elektromagnetische Schwingungsvorgänge sowie die Ausbreitung von Wellen im Raum.
Die Schülerinnen und Schüler beschreiben mathematisch und energetisch mechanische Oszillatoren.
Die Schülerinnen und Schüler analysieren den Einfluss von Dämpfung auf Schwingungssysteme und deren Energieverlust.
Die Schülerinnen und Schüler analysieren den elektromagnetischen Schwingkreis und die Analogie zum mechanischen Pendel.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen Resonanzkurven und die Bedeutung der Eigenfrequenz.
Die Schülerinnen und Schüler erarbeiten die Grundlagen der Wellenkinematik: Wellenlänge, Frequenz und Phasengeschwindigkeit.
Die Schülerinnen und Schüler analysieren die Phänomene der Reflexion und Brechung an Grenzflächen.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen die Wellennatur des Lichts durch Doppelspalt- und Gitterversuche.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen die Entstehung stehender Wellen durch Überlagerung und deren Bedeutung in der Akustik.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen Eigenschaften transversaler Wellen und Anwendungen von Polarisationsfiltern.
03Quantenphysik
Einführung in die Quantennatur des Lichts und der Materie sowie der Welle-Teilchen-Dualismus.
Die Schülerinnen und Schüler analysieren die Schwarzkörperstrahlung und verstehen die Notwendigkeit der Energiequantisierung.
Die Schülerinnen und Schüler analysieren die Quantisierung von Licht und die Einsteinschen Lichtquantenhypothese.
Die Schülerinnen und Schüler weisen den Teilchencharakter elektromagnetischer Strahlung durch Streuung nach.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen die De-Broglie-Wellenlänge und die Welleneigenschaften von Materie.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen die Heisenbergsche Unschärferelation und ihre Implikationen für Messungen.
Die Schülerinnen und Schüler interpretieren Wahrscheinlichkeitswellen und den Kollaps der Wellenfunktion.
Die Schülerinnen und Schüler werden in die Wellenmechanik und die Quantisierung der Energie in gebundenen Systemen eingeführt.
Die Schülerinnen und Schüler diskutieren moderne Experimente (EPR-Paradoxon, Bellsche Ungleichung).
04Atom- und Kernphysik
Struktur der Atome, Kernzerfall und die energetische Nutzung von Kernprozessen.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen vom Bohrschen Modell zum Orbitalmodell und die Entstehung von Linienspektren.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen die Entstehung von Bremsstrahlung und charakteristischer Strahlung sowie Anwendungen in der Medizin.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen die Stochastik des Kernzerfalls, Halbwertszeit und Aktivität.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen Alpha-, Beta- und Gammastrahlung sowie ihre Wechselwirkung mit Materie.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen die Energetik des Atomkerns, Massendefekt und die Bindungsenergie pro Nukleon.
Die Schülerinnen und Schüler erhalten einen Einblick in die Welt der Quarks, Leptonen und Austauschbosonen.
05Relativitätstheorie
Grundlagen der speziellen Relativitätstheorie und ihre Auswirkungen auf Raum und Zeit.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen das Relativitätsprinzip und die Invarianz der Lichtgeschwindigkeit.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen die kinematischen Konsequenzen der Lorentz-Transformation.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen den Zusammenhang zwischen Masse und Energie sowie die relativistische Impulserhaltung.
Die Schülerinnen und Schüler erstellen eine geometrische Darstellung der Raumzeit und Weltlinien.
Die Schülerinnen und Schüler werden in das Äquivalenzprinzip und die Krümmung der Raumzeit durch Massen eingeführt.
06Thermodynamik und Statistische Physik
Hauptsätze der Thermodynamik und das Verhalten von Vielteilchensystemen.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen die mikroskopische Deutung von Druck und Temperatur.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen die Energieerhaltung und die Richtung physikalischer Prozesse.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik und die statistische Deutung der Entropie.
Die Schülerinnen und Schüler analysieren den Carnot-Prozess und realer Kreisprozesse.
07Astrophysik und Kosmologie
Physik der Gestirne, Galaxien und die Entwicklung des Universums.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen den Lebenszyklus von Sternen und das Hertzsprung-Russell-Diagramm.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen Methoden wie Parallaxe, Standardkerzen und Rotverschiebung.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen Beweise für den Big Bang und die kosmische Hintergrundstrahlung.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen die unbekannten Komponenten unseres Universums.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen die Physik extremer Gravitation und Singularitäten.
08Physik, Technik und Gesellschaft
Anwendungen moderner Physik und deren ethische sowie gesellschaftliche Implikationen.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen die Grundlagen der modernen Elektronik und Informationstechnologie.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen das Prinzip der stimulierten Emission und Anwendungen in Industrie und Medizin.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen die physikalischen Prinzipien moderner bildgebender Verfahren.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen die physikalischen Herausforderungen der nachhaltigen Energieversorgung.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen die Eigenschaften von Materialien auf der Nanoskala.
Die Schülerinnen und Schüler diskutieren historische Fallstudien (z.B. Manhattan-Projekt) und heutige Ethik.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen die Grundlagen und Perspektiven einer neuen Computer-Ära.
Die Schülerinnen und Schüler modellieren den Treibhauseffekt und die Strahlungsbilanz der Erde.