Basisplan Physik

Besonders stolz sind wir auf unsere Basislehrpläne. Sie beinhalten ALLE Themen aus allen Schularten und Klassenstufen in allen Bundesländern. Wir verbinden damit unsere Lernressourcen und die landes- und klassenspezifischen Lehrpläne sowie unsere Lernressourcen. Dadurch können wir für jeden Schultyp und jede Klasse die passenden Angebote liefern.

Basisplan Physik

Mechanik

Überblick über die klassische Mechanik: umfasst Kräfte und ihre Arten, Bewegung und Geschwindigkeit, einfache Maschinen, Druck und Auftrieb sowie die Newton'schen Gesetze als grundlegende Gesetzmäßigkeiten mechanischer Phänomene.

Kraft und ihre Arten

Behandelt Kraft als physikalische Grundgröße in ihren verschiedenen Erscheinungsformen: Schwer-, Gewichts-, Reib- und Federkraft einschließlich Messung und Einheit.

Begriff Kraft und Einheit Newton

Die Lernenden verstehen Kraft als physikalische Größe, die Bewegungsänderungen oder Verformungen bewirkt, kennen die Einheit Newton und können Kräfte mit einem Kraftmesser messen und ablesen.

Schwerkraft und Gewichtskraft

Die Lernenden unterscheiden Schwerkraft (Anziehung durch die Erde) und Gewichtskraft (W = m · g), kennen den Unterschied zwischen Masse und Gewicht und berechnen einfache Gewichtskräfte.

Reibungskraft: Haft-, Gleit- und Rollreibung

Die Lernenden kennen Haft-, Gleit- und Rollreibung als Arten der Reibungskraft, erklären ihre Entstehung und beurteilen, wann Reibung nützlich oder störend ist.

Federkraft und Kraftmessung

Die Lernenden kennen die Federkraft als proportional zur Dehnung (Hookesches Gesetz: F = D · x) und können mit einem Kraftmesser verschiedene Kräfte messen und vergleichen.

Bewegung und Geschwindigkeit

Behandelt die Beschreibung und Analyse von Bewegungen: Grundgrößen Ort, Weg und Zeit, Geschwindigkeitsberechnung sowie Unterscheidung gleichförmiger und beschleunigter Bewegungen einschließlich Kräftegleichgewicht.

Beschreiben von Bewegungen: Ort, Weg, Zeit

Die Lernenden beschreiben Bewegungen durch Ort, zurückgelegten Weg und Zeit und unterscheiden Weg (Streckenlänge) von der Ortsveränderung als Vektor.

Geschwindigkeit: v = s/t

Die Lernenden berechnen die Durchschnittsgeschwindigkeit mit v = s/t in m/s und km/h, wandeln Einheiten um und bewerten typische Geschwindigkeiten im Alltag.

Gleichförmige und beschleunigte Bewegung

Die Lernenden unterscheiden gleichförmige (konstante Geschwindigkeit) und beschleunigte Bewegung anhand von Zeit-Weg- und Zeit-Geschwindigkeit-Diagrammen.

Kräftegleichgewicht und Ruhelage

Die Lernenden erklären Ruhe und gleichförmige Bewegung als Folge des Kräftegleichgewichts und addieren Kräfte in einer Dimension grafisch und rechnerisch.

Einfache Maschinen

Behandelt mechanische Vorrichtungen zur Kraftumlenkung und -übersetzung: Hebel, Rolle, Flaschenzug, schiefe Ebene und Keil unter Anwendung der goldenen Regel der Mechanik.

Hebel: Hebelarten und Hebelgesetz

Die Lernenden kennen die drei Hebelarten (zweiseitig, einseitig, winkelig), wenden das Hebelgesetz F₁ · l₁ = F₂ · l₂ an und erkennen Hebel in Alltagsgegenständen (Schere, Zange, Wippe).

Rolle und Flaschenzug

Die Lernenden unterscheiden feste und lose Rolle sowie den Flaschenzug, berechnen die Kraftersparnis und verstehen das Prinzip der goldenen Regel der Mechanik (Kraft × Weg = konstant).

Schiefe Ebene und Keil

Die Lernenden erklären die schiefe Ebene als einfache Maschine, berechnen die benötigte Kraft und erkennen Anwendungen (Rampe, Schraube, Keil) in Technik und Alltag.

Druck und Auftrieb

Behandelt den Druckbegriff in festen, flüssigen und gasförmigen Medien: Flächendruck, Schweredruck, Auftrieb nach Archimedes sowie Luftdruck und seine technischen Anwendungen.

Druck: p = F/A und Einheit Pascal

Die Lernenden berechnen Druck als p = F/A in Pascal, erklären warum gleichgroße Kräfte bei kleinerer Fläche größeren Druck erzeugen und kennen Alltagsbeispiele (Schneeschuhe, Schneekette, Stöckelschuh).

Schweredruck in Flüssigkeiten

Die Lernenden beschreiben den Schweredruck in Flüssigkeiten (p = ρ · g · h), erklären seine Richtungsunabhängigkeit und kennen das Prinzip kommunizierender Röhren.

Auftrieb – Archimedisches Prinzip

Die Lernenden kennen das Archimedische Prinzip (Auftriebskraft = Gewicht der verdrängten Flüssigkeit) und erklären damit Schwimmen, Schweben und Sinken von Körpern.

Luftdruck und seine Wirkungen

Die Lernenden kennen den Luftdruck als Gewicht der Luftsäule (~101 325 Pa), erklären seine Messung mit dem Barometer und nennen Anwendungen (Saugheber, Vakuumpumpe, Saugnapf).

Newton'sche Gesetze

Behandelt die drei Newton'schen Gesetze als Grundpfeiler der klassischen Mechanik: Trägheit, Kraft-Masse-Beschleunigung-Zusammenhang und das Wechselwirkungsprinzip.

Trägheitsgesetz (1. Newton'sches Gesetz)

Die Lernenden kennen das Trägheitsgesetz: Ein Körper bleibt in Ruhe oder gleichförmiger Bewegung, wenn die Summe aller Kräfte null ist, und erklären Alltagsphänomene damit (Schleudern in der Kurve, Airbag).

Grundgesetz der Mechanik: F = m · a

Die Lernenden wenden das 2. Newton'sche Gesetz F = m · a an, berechnen Kraft, Masse oder Beschleunigung und erklären, warum schwerere Körper bei gleicher Kraft weniger stark beschleunigt werden.

Wechselwirkungsgesetz (3. Newton'sches Gesetz)

Die Lernenden kennen das Wechselwirkungsgesetz (Actio = Reactio): Kräfte treten stets paarweise entgegengesetzt auf, und wenden es auf Beispiele aus Alltag und Technik an (Rückstoßprinzip, Rakete, Rudern).

Wärmelehre

Überblick über die Wärmelehre: umfasst Temperaturmessung und -skalen, Wärme als Energieform, Aggregatzustände und Phasenübergänge, Wärmeausdehnung sowie die drei Arten der Wärmeübertragung (Leitung, Konvektion, Strahlung).

Temperatur messen und beschreiben

Behandelt die Grundlagen der Temperatur: Messmethoden und -geräte, Temperaturskalen sowie die Unterscheidung von Temperatur und Wärme als Energiegröße.

Temperatur – Messung und Einheiten (°C, K)

Die Lernenden messen Temperaturen mit Thermometern, kennen die Celsius- und Kelvinskala und berechnen Umrechnungen zwischen beiden Skalen mithilfe der Formel T(K) = T(°C) + 273,15.

Thermometer: Funktionsprinzip und Arten

Die Lernenden erklären das Funktionsprinzip von Flüssigkeits-, Bimetall- und Digitalthermometern und wählen das geeignete Gerät für einen gegebenen Messbereich und Anwendungsfall aus.

Wärme als Energieform

Die Lernenden unterscheiden Temperatur als Intensitätsgröße von Wärme als Energieform (Einheit Joule) und erläutern, dass Wärme spontan stets vom wärmeren zum kälteren Körper fließt.

Aggregatzustände und Übergänge

Behandelt die drei Aggregatzustände und ihre Phasenübergänge: makroskopische Eigenschaften, Teilchenmodell sowie Schmelzen, Erstarren, Verdampfen, Sieden, Kondensieren, Sublimation und Resublimation.

Fest, flüssig, gasförmig – Eigenschaften und Teilchenmodell

Die Lernenden beschreiben die makroskopischen Eigenschaften der drei Aggregatzustände (fest, flüssig, gasförmig) und erklären diese mithilfe des Teilchenmodells anhand von Teilchenabständen, Anziehungskräften und Bewegungsfreiheit.

Schmelzen und Erstarren

Die Lernenden beschreiben Schmelzen und Erstarren als Phasenübergänge bei konstantem Schmelzpunkt, lesen Zeit-Temperatur-Diagramme aus und kennen technische Anwendungen wie Latentwärmespeicher.

Verdampfen, Sieden und Kondensieren

Die Lernenden unterscheiden Verdampfen (an der Oberfläche bei beliebiger Temperatur) vom Sieden (im gesamten Volumen am Siedepunkt) und erklären Kondensation als Umkehrprozess anhand von Alltagsbeispielen wie Taubildung.

Sublimation und Resublimation

Die Lernenden beschreiben Sublimation (fest → gasförmig) und Resublimation (gasförmig → fest) als direkte Phasenübergänge ohne flüssige Phase und benennen Beispiele wie Trockeneis und Reifbildung.

Wärmeausdehnung

Behandelt die thermische Ausdehnung von Feststoffen, Flüssigkeiten und Gasen sowie die Anomalie des Wassers und zugehörige technische und ökologische Konsequenzen.

Wärmeausdehnung fester Stoffe

Die Lernenden beschreiben Längen- und Volumenausdehnung fester Stoffe bei Temperaturerhöhung und kennen technische Lösungen wie Dehnungsfugen bei Brücken und Gleisen sowie die Funktion des Bimetallstreifens.

Wärmeausdehnung von Flüssigkeiten und Anomalie des Wassers

Die Lernenden beschreiben die Volumenausdehnung von Flüssigkeiten bei Erwärmung, erklären die Anomalie des Wassers mit der maximalen Dichte bei 4 °C und erläutern ihre ökologische Bedeutung (Eis schwimmt, Seen frieren von oben zu).

Wärmeausdehnung von Gasen

Die Lernenden beschreiben qualitativ die Volumenausdehnung von Gasen bei konstantem Druck (Gay-Lussac) und bei konstanter Temperatur (Boyle-Mariotte) und kennen technische Anwendungen wie den Heißluftballon.

Wärmeübertragung

Behandelt die drei Arten der Wärmeübertragung: Wärmeleitung durch Teilchenstöße, Konvektion durch Materialtransport sowie Wärmestrahlung als elektromagnetische Strahlung.

Wärmeleitung

Die Lernenden beschreiben Wärmeleitung als Energietransport durch Teilchenstöße ohne Materialbewegung, unterscheiden Wärmeleiter (Metalle) von Isolatoren und kennen Anwendungen wie Kochtöpfe und Wärmedämmung.

Konvektion (Wärmeströmung)

Die Lernenden beschreiben Konvektion als Wärmetransport durch Bewegung von Flüssigkeits- oder Gasteilchen und erklären Alltagsphänomene wie Heizungsströmung, Meeresströmungen und Thermik.

Wärmestrahlung

Die Lernenden beschreiben Wärmestrahlung als elektromagnetische Strahlung, die auch im Vakuum übertragen wird, und erläutern die Abhängigkeit von Temperatur und Oberflächenbeschaffenheit anhand von Beispielen wie Sonnenstrahlung und Thermosflasche.

Elektrizität und Magnetismus

Umfasst die grundlegenden Konzepte der Elektrizitätslehre und des Magnetismus: Aufbau und Analyse elektrischer Stromkreise, Schaltungstypen, Ohmsches Gesetz, elektrische Energie und Leistung sowie Magnetismus und elektromagnetische Induktion.

Einfacher Stromkreis

Behandelt den grundlegenden Aufbau eines elektrischen Stromkreises, seine Bauteile, deren Darstellung in Schaltplänen und die elektrischen Eigenschaften verschiedener Materialien.

Bauteile eines Stromkreises: Quelle, Leiter, Verbraucher

Die Lernenden kennen die Grundbauteile eines Stromkreises (Spannungsquelle, Leiter, Verbraucher, Schalter), bauen einfache Stromkreise auf und erklären die Notwendigkeit eines geschlossenen Stromkreises für den Ladungsfluss.

Schaltsymbole und Schaltpläne lesen

Die Lernenden ordnen normgerechte Schaltsymbole (IEC) den entsprechenden Bauteilen zu und können einfache Schaltpläne lesen, interpretieren sowie selbstständig zeichnen.

Leiter und Nichtleiter

Die Lernenden unterscheiden elektrische Leiter (z. B. Metalle mit freien Elektronen) von Nichtleitern (z. B. Kunststoff, Holz, Glas) und erklären die elektrische Leitfähigkeit mithilfe des Elektronengasmodells.

Schaltungen

Behandelt die Gesetzmäßigkeiten und Eigenschaften von Reihen- und Parallelschaltungen hinsichtlich Strom, Spannung und Widerstand sowie deren praktische Anwendungen.

Reihenschaltung – Strom, Spannung, Widerstand

Die Lernenden beschreiben die Eigenschaften der Reihenschaltung (konstante Stromstärke, additive Spannungen, additive Widerstände) und analysieren einfache Reihenschaltungen rechnerisch und experimentell.

Parallelschaltung – Strom, Spannung, Widerstand

Die Lernenden beschreiben die Eigenschaften der Parallelschaltung (gleiche Spannung an allen Zweigen, additive Ströme, Gesamtwiderstand kleiner als kleinster Einzelwiderstand) und analysieren entsprechende Schaltungen.

Anwendungen von Reihen- und Parallelschaltung

Die Lernenden erkennen Reihen- und Parallelschaltungen in Alltagsgeräten und -anwendungen (z. B. Lichterkette, Haushaltsgeräte, Autobeleuchtung) und beurteilen die Eignung der jeweiligen Schaltform für einen gegebenen Zweck.

Strom, Spannung, Widerstand

Behandelt die drei grundlegenden elektrischen Größen Spannung (U), Stromstärke (I) und Widerstand (R), ihre Definitionen, Einheiten, Messverfahren und den funktionalen Zusammenhang durch das Ohmsche Gesetz.

Elektrische Spannung U (Volt)

Die Lernenden verstehen elektrische Spannung als treibende Kraft des Ladungsflusses, messen sie korrekt mit dem Voltmeter (Parallelschaltung), kennen die Einheit Volt und ordnen typische Spannungswerte realen Quellen zu.

Elektrische Stromstärke I (Ampere)

Die Lernenden verstehen elektrische Stromstärke als Ladungsfluss pro Zeit (I = Q/t), messen sie korrekt mit dem Amperemeter (Reihenschaltung), kennen die Einheit Ampere und ordnen typische Stromstärken realen Anwendungen zu.

Elektrischer Widerstand R (Ohm)

Die Lernenden verstehen den elektrischen Widerstand als material- und geometrieabhängige Größe (R = ρ · l/A), kennen die Einheit Ohm und ordnen typische Widerstandswerte verschiedenen Materialien und Bauteilen zu.

Ohmsches Gesetz: U = R · I

Die Lernenden kennen das Ohmsche Gesetz (U = R · I), berechnen damit die jeweils gesuchte Größe bei zwei gegebenen Werten und überprüfen den linearen Zusammenhang experimentell anhand von Spannungs-Strom-Kennlinien.

Elektrische Energie und Leistung

Behandelt die Berechnung elektrischer Leistung und Energie sowie deren praktische Bedeutung für den Energieverbrauch und die Kostenabschätzung im Alltag.

Elektrische Leistung: P = U · I

Die Lernenden berechnen die elektrische Leistung P = U · I in Watt, lesen Leistungsangaben von Geräten ab und vergleichen den Energieverbrauch unterschiedlicher elektrischer Verbraucher.

Elektrische Energie (Kilowattstunde)

Die Lernenden berechnen die verbrauchte elektrische Energie nach E = P · t in Kilowattstunden, erklären die Bedeutung der Einheit auf der Stromrechnung und verstehen die Funktion des Stromzählers.

Energiekosten und Energiesparen im Haushalt

Die Lernenden berechnen Stromkosten für Haushaltsgeräte, vergleichen energieeffiziente mit ineffizienten Geräten und entwickeln konkrete Maßnahmen zur Reduktion des Energieverbrauchs.

Magnetismus

Behandelt die Eigenschaften von Dauermagneten und Magnetfeldern, das Erdmagnetfeld, den Elektromagneten sowie das Grundprinzip der elektromagnetischen Induktion.

Dauermagnete: Pole, Feldlinien, Anziehung und Abstoßung

Die Lernenden beschreiben die Eigenschaften von Dauermagneten (Nord- und Südpol, gleichnamige Pole stoßen ab, ungleichnamige ziehen an), machen Magnetfelder mit Eisenfeilspänen sichtbar und zeichnen Feldlinien korrekt.

Magnetfeld der Erde und Kompass

Die Lernenden beschreiben das Erdmagnetfeld als Dipolfeld, erklären das Funktionsprinzip des Kompasses und unterscheiden geografischen von magnetischem Nordpol einschließlich der Deklination.

Elektromagnet – stromdurchflossene Spule

Die Lernenden bauen einen Elektromagneten (stromdurchflossene Spule mit Eisenkern), untersuchen Einflussfaktoren auf seine Stärke (Windungszahl, Stromstärke, Kernmaterial) und benennen technische Anwendungen wie Klingel, Hebekran und MRT.

Elektromagnetische Induktion (Grundprinzip)

Die Lernenden erklären das Grundprinzip der elektromagnetischen Induktion: Eine Relativbewegung zwischen Magnet und Leiterschleife induziert eine Spannung, und benennen Faktoren, die die Induktionsspannung beeinflussen (Geschwindigkeit, Windungszahl, Feldstärke).

Elektromotor und Generator

Behandelt die auf elektromagnetischen Prinzipien basierenden Energiewandler Elektromotor und Generator, ihre Funktionsweise sowie die Unterscheidung von Gleich- und Wechselstrom.

Elektromotor: Funktionsprinzip und Anwendungen

Die Lernenden erklären das Funktionsprinzip des Elektromotors (Kraft auf stromdurchflossenen Leiter im Magnetfeld, Lorentzkraft) und kennen bedeutende technische Anwendungen wie Elektrofahrzeuge, Waschmaschinen und Elektrowerkzeuge.

Generator und Wechselstrom

Die Lernenden erklären das Funktionsprinzip des Generators (rotierende Spule im Magnetfeld erzeugt Wechselspannung durch elektromagnetische Induktion) und unterscheiden Wechselstrom (50 Hz, 230 V Netzspannung) von Gleichstrom hinsichtlich Verlauf und Erzeugung.

Optik

Überblick über die geometrische und physikalische Optik: Lichtausbreitung, Reflexion an Spiegeln, Brechung an Grenzflächen, Abbildung durch Linsen sowie Aufbau und Funktion optischer Instrumente.

Licht und Sehen

Grundlagen des Sehens und der Lichtausbreitung: Lichtquellen, Lichtstrahlmodell, Schattenbildung und anatomisch-optischer Aufbau des Auges.

Lichtquellen und geradlinige Lichtausbreitung

Die Lernenden unterscheiden primäre Lichtquellen von beleuchteten Körpern, wenden das Lichtstrahlmodell an und erklären damit geradlinige Ausbreitung, reflektiertes Mondlicht und die geometrische Entstehung von Schatten.

Schatten, Halbschatten und Finsternisse

Die Lernenden konstruieren Kernschatten (Umbra) und Halbschatten (Penumbra) mithilfe von Lichtstrahlen und erklären Sonnen- sowie Mondfinsternisse anhand der räumlichen Geometrie von Sonne, Erde und Mond.

Das Auge: Aufbau und Sehvorgang

Die Lernenden beschreiben den anatomischen Aufbau des Auges (Hornhaut, Iris, Linse, Glaskörper, Netzhaut, Sehnerv), erklären den Sehvorgang als reelle Abbildung auf der Netzhaut und benennen Sehfehler wie Kurz- und Weitsichtigkeit sowie Astigmatismus.

Reflexion

Reflexion von Licht an ebenen und gekrümmten Spiegelflächen: Reflexionsgesetz, Bildkonstruktion sowie Eigenschaften und Anwendungen von Hohlspiegeln und Wölbspiegeln.

Reflexionsgesetz: Einfalls- und Ausfallswinkel

Die Lernenden formulieren das Reflexionsgesetz (Einfallswinkel gleich Ausfallswinkel, gemessen zur Flächennormalen), konstruieren Strahlengänge und unterscheiden reguläre (gerichtete) von diffuser (streuender) Reflexion.

Ebene Spiegel und virtuelles Bild

Die Lernenden konstruieren das virtuelle Bild am ebenen Spiegel mithilfe des Reflexionsgesetzes und beschreiben dessen Eigenschaften: virtuell, aufrecht, seitenvertauscht, gleich groß und symmetrisch zur Spiegelebene.

Wölb- und Hohlspiegel

Die Lernenden beschreiben den Brennpunkt und die sammelnde Wirkung des Hohlspiegels sowie die zerstreuende Wirkung und das vergrößerte Sichtfeld des Wölbspiegels und nennen technische Anwendungen wie Scheinwerfer und Rückspiegel.

Brechung und Linsen

Brechung von Licht an Grenzflächen, Snell'sches Brechungsgesetz, Totalreflexion sowie Abbildungseigenschaften von Sammel- und Zerstreuungslinsen.

Lichtbrechung: optisch dichtes und dünnes Medium

Die Lernenden erklären die Richtungsänderung von Licht beim Übergang zwischen optisch verschieden dichten Medien (Brechung zum Lot hin bei Eintritt in das dichtere Medium) und belegen dies mit Alltagsbeispielen wie dem gebrochen erscheinenden Löffel, der Fata Morgana und der Prismenzerlegung.

Brechungsgesetz und Totalreflexion

Die Lernenden wenden das Snell'sche Brechungsgesetz (n₁·sin α₁ = n₂·sin α₂) an, leiten die Bedingung für Totalreflexion aus dem Grenzwinkel ab und erläutern technische Anwendungen wie Glasfaserkabel, Diamantschliff und Retroreflektoren.

Konvexlinse (Sammellinse): Brennpunkt und Abbildung

Die Lernenden konstruieren Strahlengänge an der Sammellinse mit Mittelpunkt-, Brennpunkt- und Parallelstrahl, beschreiben die Abhängigkeit von reellem und virtuellem Bild von der Gegenstandsweite und definieren Brennweite sowie Brechkraft.

Konkavlinse (Zerstreuungslinse)

Die Lernenden beschreiben die zerstreuende Wirkung der Konkavlinse, erklären, dass sie stets ein virtuelles, aufrechtes und verkleinertes Bild erzeugt, und kennen Anwendungen wie Korrekturgläser für Kurzsichtige und Weitwinkelobjektive.

Optische Instrumente

Aufbau und Wirkungsweise optischer Instrumente auf Basis von Linsen und Spiegeln: Lupe, Mikroskop, Fernrohr und Teleskop.

Lupe und Mikroskop

Die Lernenden erklären die Lupe als Sammellinse, die ein virtuelles, vergrößertes Bild erzeugt, und das Mikroskop als zweistufige Abbildung (Objektiv erzeugt reelles Zwischenbild, Okular vergrößert dieses als Lupe) und schätzen die erreichbare Gesamtvergrößerung ab.

Fernrohr und Teleskop

Die Lernenden erklären das Funktionsprinzip von Linsenfernrohr (Kepler/Galilei) und Spiegelteleskop (Cassegrain, Newton) und begründen, warum eine große Öffnung die Lichtsammlung und das Auflösungsvermögen für schwache und weit entfernte Objekte verbessert.

Farbe und Licht

Physikalische Grundlagen der Farbwahrnehmung: Dispersion, Körperfarben, additive und subtraktive Farbmischung sowie unsichtbare Spektralbereiche des elektromagnetischen Spektrums.

Zerlegung von weißem Licht (Prisma und Regenbogen)

Die Lernenden erklären die wellenlängenabhängige Brechung (Dispersion) am Prisma, ordnen Spektralfarben ihren Wellenlängen zu und beschreiben die zweifache Brechung und Reflexion in Wassertropfen als Ursache des Regenbogens.

Körperfarben und Farbmischung

Die Lernenden erklären Körperfarben durch selektive Absorption und Reflexion, unterscheiden additive Farbmischung (RGB-Primärfarben des Lichts) von subtraktiver Farbmischung (CMY-Druckfarben) und beschreiben die Funktion der Zapfen in der Netzhaut beim Farbsehen.

Unsichtbares Licht: Infrarot und Ultraviolett

Die Lernenden beschreiben Infrarotstrahlung (längere Wellenlänge als sichtbares Licht, Wärmestrahlung, Fernbedienung, Wärmebildkamera) und UV-Strahlung (kürzere Wellenlänge, Sonnenbrand, Desinfektion, Fluoreszenz) als nicht sichtbare Bereiche des elektromagnetischen Spektrums.

Akustik

Umfasst die physikalischen Grundlagen von Schall als mechanische Schwingung, Schallausbreitung in Medien, charakteristische Schallgrößen wie Frequenz und Amplitude, Schallreflexion und Schallschutz sowie allgemeine Eigenschaften von Schwingungen und Wellen.

Schall und Ausbreitung

Behandelt die Entstehung von Schall durch mechanische Schwingungen, seine Ausbreitung in verschiedenen Medien und die quantitative Beschreibung mithilfe der Schallgeschwindigkeit.

Schall entsteht durch Schwingungen

Die Lernenden erklären Schall als mechanische Schwingung von Teilchen, benennen typische schallerzeugende Körper (Stimmgabel, Lautsprecher, Gitarrensaite) und weisen Schwingungen experimentell sichtbar nach (z. B. mit Pendel, Wasser oder Mehl).

Ausbreitung von Schall in verschiedenen Medien

Die Lernenden beschreiben die Ausbreitung von Schall in festen, flüssigen und gasförmigen Medien und begründen, warum Schall sich im Vakuum mangels Trägermedium nicht fortpflanzen kann.

Schallgeschwindigkeit und Entfernung berechnen

Die Lernenden kennen die Schallgeschwindigkeit in Luft (ca. 340 m/s) und wenden die Formel s = v · t zur Berechnung von Entfernungen an (z. B. Gewitterentfernung, Echolot, Ultraschalldiagnostik).

Schallgrößen

Behandelt die physikalischen Größen zur Beschreibung von Schall: Frequenz und Tonhöhe, Amplitude und Lautstärke sowie den Hörbereich des Menschen einschließlich Infraschall und Ultraschall.

Frequenz und Tonhöhe (Hertz)

Die Lernenden definieren Frequenz als Anzahl der Schwingungen pro Sekunde (Einheit: Hertz), beschreiben den Zusammenhang zwischen Frequenz und wahrgenommener Tonhöhe und messen Frequenzen mithilfe eines Oszilloskops.

Amplitude und Lautstärke (Dezibel)

Die Lernenden beschreiben die Amplitude als Maß für die Schwingungsstärke, kennen den Schallpegel in Dezibel (dB) als logarithmische Lautstärkeskala und ordnen typischen Geräuschquellen entsprechende Dezibelwerte zu.

Hörbereich des Menschen – Infraschall und Ultraschall

Die Lernenden kennen den menschlichen Hörbereich (ca. 20 Hz–20 kHz) und unterscheiden Infraschall (< 20 Hz, z. B. Erdbeben, Elefantenkommunikation) von Ultraschall (> 20 kHz, z. B. Fledermäuse, Echolot, medizinische Bildgebung).

Schallreflexion und Schallschutz

Behandelt das Phänomen der Schallreflexion (Echo, Nachhall) sowie gesundheitliche Auswirkungen von Lärm und Maßnahmen des technischen und persönlichen Schallschutzes.

Echo und Schallreflexion

Die Lernenden erklären Echo als Reflexion von Schall an harten Oberflächen (Mindestentfernung ca. 17 m für ein wahrnehmbares Echo) und grenzen Echo vom Nachhall in geschlossenen Räumen ab.

Lärm, Gesundheitsfolgen und Schallschutzmaßnahmen

Die Lernenden benennen gesundheitliche Folgen von Lärm (Hörschäden ab ca. 85 dB, Stress, Schlafstörungen) und beschreiben technische (z. B. Lärmschutzwände) sowie persönliche Schutzmaßnahmen (z. B. Gehörschutz).

Schwingungen und Wellen

Behandelt die grundlegenden Eigenschaften mechanischer Schwingungen und Wellen, einschließlich ihrer Kenngrößen, Wellentypen sowie der Phänomene Interferenz, stehende Wellen und Resonanz.

Kenngrößen einer Schwingung: Amplitude, Frequenz, Periode

Die Lernenden kennen die Kenngrößen einer harmonischen Schwingung (Amplitude A, Frequenz f, Periodendauer T = 1/f, Auslenkung) und lesen diese aus Zeit-Weg-Diagrammen ab.

Transversal- und Longitudinalwellen

Die Lernenden unterscheiden Transversalwellen (Schwingungsrichtung senkrecht zur Ausbreitung, z. B. Licht-, Seilwellen) von Longitudinalwellen (Schwingungsrichtung parallel zur Ausbreitung, z. B. Schallwellen) und wenden die Wellengleichung c = f · λ an.

Interferenz und Überlagerung von Wellen

Die Lernenden erklären Interferenz als Überlagerung von Wellen und unterscheiden konstruktive Interferenz (Verstärkung) von destruktiver Interferenz (Auslöschung); sie kennen technische Anwendungen wie Noise-Cancelling und Phänomene der Wellenoptik.

Stehende Wellen und Resonanz

Die Lernenden beschreiben stehende Wellen als Überlagerung zweier gegenläufiger Wellen gleicher Frequenz (mit Knoten und Bäuchen) und erklären Resonanz als verstärkte Anregung bei Eigenfrequenz anhand von Beispielen wie Musikinstrumenten, Brückenunglücken und der MRT.

Materie und Strahlung

Überblick über physikalische Eigenschaften von Materie sowie die Struktur der Materie auf atomarer Ebene, umfasst Stoffeigenschaften, Atommodelle, Kernphysik und Radioaktivität sowie Grundlagen der Halbleiterphysik und Elektronik.

Physikalische Stoffeigenschaften

Behandelt messbare physikalische Eigenschaften von Stoffen, darunter Dichte, elektrische Leitfähigkeit und magnetisches Verhalten.

Dichte: ρ = m/V und Dichtemessung

Die Lernenden berechnen die Dichte über ρ = m/V in den Einheiten g/cm³ und kg/m³, bestimmen Dichten experimentell durch Massenbestimmung und Wasserverdrängung und nutzen tabellarische Dichtewerte zur Stoffidentifikation.

Elektrische Leitfähigkeit: Leiter, Halbleiter, Isolatoren

Die Lernenden klassifizieren Stoffe als elektrische Leiter, Halbleiter oder Isolatoren anhand ihrer spezifischen Leitfähigkeit, erklären die Leitfähigkeit von Metallen durch frei bewegliche Elektronen sowie die Temperaturabhängigkeit von Halbleitern wie Silizium und Germanium und benennen typische Anwendungsbeispiele.

Magnetische Eigenschaften von Stoffen

Die Lernenden unterscheiden ferromagnetische (Eisen, Nickel, Cobalt), paramagnetische und diamagnetische Stoffe nach ihrem Verhalten im Magnetfeld und erklären den Ferromagnetismus mithilfe des Konzepts der Weiss'schen Bezirke.

Atomaufbau und Teilchenmodell

Behandelt die historische Entwicklung des Atommodells sowie den strukturellen Aufbau von Atomen aus Protonen, Neutronen und Elektronen einschließlich des Konzepts der Isotope.

Historische Atommodelle (Dalton bis Bohr)

Die Lernenden beschreiben die Entwicklung des Atommodells von Daltons unteilbarer Kugel über Thomsons Rosinenkuchenmodell und Rutherfords Kernatommodell bis zu Bohrs Schalenmodell und ordnen den jeweiligen Modellvorstellungen die zugrundeliegenden Experimente zu.

Atomaufbau: Proton, Neutron, Elektron

Die Lernenden beschreiben den Atomaufbau mit positiv geladenen Protonen und neutralen Neutronen im Kern sowie negativ geladenen Elektronen in der Hülle, verwenden Ordnungszahl und Massenzahl zur Charakterisierung von Atomsorten und entnehmen entsprechende Angaben dem Periodensystem.

Elemente und Isotope

Die Lernenden definieren Elemente über ihre eindeutige Protonenzahl, erklären Isotope als Atome gleicher Protonenzahl mit unterschiedlicher Neutronenzahl und berechnen relative Atommassen aus den Häufigkeiten natürlich vorkommender Isotope.

Radioaktivität und Kernphysik

Behandelt die Arten radioaktiver Strahlung, Gesetzmäßigkeiten des Kernzerfalls, Prozesse der Kernspaltung und Kernfusion sowie Strahlenschutz und Anwendungen der Kernphysik.

Arten der Radioaktivität: α-, β- und γ-Strahlung

Die Lernenden unterscheiden α-, β- und γ-Strahlung nach Art des emittierten Teilchens bzw. der Strahlung, elektrischer Ladung, Reichweite und Durchdringungsvermögen und ordnen ihnen die jeweiligen Kernumwandlungsprozesse zu.

Halbwertszeit und Zerfallsgesetz

Die Lernenden definieren die Halbwertszeit als die Zeit, in der die Hälfte der instabilen Atomkerne eines Nuklids zerfällt, lesen Zerfallskurven aus und wenden das Konzept auf Beispiele wie die Kohlenstoff-14-Datierung und den Einsatz kurzlebiger medizinischer Isotope an.

Kernspaltung und Kernfusion

Die Lernenden erklären Kernspaltung als Zerfall schwerer Kerne unter Neutronenbeschuss mit Freisetzung von Energie und weiteren Neutronen (Kettenreaktion) sowie Kernfusion als Vereinigung leichter Kerne zu einem schwereren Kern unter Energiefreisetzung und kennen die Fusion als Energiequelle der Sonne.

Strahlenschutz und Anwendungen der Kernphysik

Die Lernenden benennen die drei Grundprinzipien des Strahlenschutzes (Abstand, Abschirmung, Aufenthaltszeitminimierung) und nennen medizinische (PET, Szintigraphie, Strahlentherapie) sowie technische Anwendungsfelder der Kernphysik.

Halbleiter und Elektronik

Behandelt die physikalischen Grundlagen von Halbleitern, den p-n-Übergang sowie grundlegende elektronische Bauelemente wie Diode und Transistor einschließlich einfacher Logikschaltungen.

Halbleiter: Eigenleitung und Dotierung (n-Typ, p-Typ)

Die Lernenden erklären anhand des Bänderschemas den Unterschied zwischen Leitern, Halbleitern und Isolatoren, beschreiben die thermisch aktivierte Eigenleitung von Silizium und erläutern die gezielte Dotierung zu n-Typ-Halbleitern (Donatoren, freie Elektronen) und p-Typ-Halbleitern (Akzeptoren, Defektelektronen).

p-n-Übergang und Diode

Die Lernenden erklären die Entstehung der Raumladungszone und Diffusionsspannung am p-n-Übergang, beschreiben das Verhalten der Diode in Durchlass- und Sperrrichtung und kennen Anwendungen wie LED, Gleichrichterdiode und Solarzelle.

Transistor und einfache Logikschaltungen

Die Lernenden erklären den bipolaren Transistor als steuerbaren Schalter und Signalverstärker und beschreiben die Funktion grundlegender Logikgatter (NICHT, UND, ODER) als elementare Bausteine digitaler Schaltkreise anhand ihrer Wahrheitstabellen.

Energie und Umwelt

Überblick über physikalische Energieformen, Energieumwandlung und -erhaltung, Wirkungsgrad, konventionelle und erneuerbare Energiequellen sowie die physikalischen Grundlagen von Klimawandel und Nachhaltigkeit.

Energieformen und Energieumwandlung

Behandelt die verschiedenen Energieformen, den Energieerhaltungssatz sowie die quantitative Beschreibung von Energieumwandlungsprozessen durch den Wirkungsgrad.

Energieformen: kinetisch, potentiell, thermisch, elektrisch, chemisch, Licht

Die Lernenden kennen die wichtigsten Energieformen (kinetische, potentielle, elastische, thermische, elektrische, chemische und Strahlungsenergie) und können diese anhand von Alltagsbeispielen und Naturphänomenen identifizieren und unterscheiden.

Energieerhaltungssatz

Die Lernenden erklären den Energieerhaltungssatz – Energie kann weder erzeugt noch vernichtet, sondern nur umgewandelt oder übertragen werden – und wenden ihn an konkreten Beispielen wie Pendel, Wasserfall oder Motor an.

Wirkungsgrad η und Energieverluste

Die Lernenden berechnen den Wirkungsgrad η = Nutzenergie / zugeführte Energie als Dezimalzahl oder Prozentsatz und erläutern, dass die Differenz als thermische Energie dissipiert wird und keinen physikalischen Energieverlust darstellt.

Energiequellen

Behandelt konventionelle und erneuerbare Energiequellen – fossile Energieträger, Kernenergie, Solar-, Wind-, Wasser-, Biomasse- und Geothermieenergie – hinsichtlich Funktionsprinzip, Wirkungsgrad sowie ökologischer und technischer Bewertung.

Fossile Energieträger: Kohle, Erdöl, Erdgas

Die Lernenden beschreiben fossile Energieträger (Kohle, Erdöl, Erdgas) als über geologische Zeiträume gespeicherte Sonnenenergie, erklären ihre Entstehung und bewerten ihre Nutzung hinsichtlich Energiedichte und Verfügbarkeit einerseits sowie CO₂-Emissionen und Endlichkeit andererseits.

Kernenergie: Funktionsprinzip, Vor- und Nachteile

Die Lernenden beschreiben das Funktionsprinzip eines Kernkraftwerks (Kernspaltung → Wärme → Dampf → Turbine → Generator) und bewerten Kernenergie hinsichtlich CO₂-Armut und hoher Energiedichte sowie Endlagerproblematik, Unfallrisiko und Kosten.

Solarenergie: Solarthermie und Photovoltaik

Die Lernenden unterscheiden Solarthermie (Wärmegewinnung durch Absorption von Sonnenstrahlung) und Photovoltaik (Stromerzeugung mittels photoelektrischem Effekt in Halbleiterzellen) und kennen typische Wirkungsgrade sowie Anwendungsfelder beider Technologien.

Windenergie und Wasserkraft

Die Lernenden erklären das Funktionsprinzip von Windkraftanlagen (kinetische Windenergie → Rotor → Generator) und Wasserkraftwerken (potentielle Energie des Wassers → Turbine → Generator) einschließlich typischer Wirkungsgrade und relevanter Standortanforderungen.

Biomasse und Geothermie

Die Lernenden beschreiben Biomasse (in Pflanzen photosynthetisch gespeicherte chemische Energie, nutzbar durch Verbrennung oder Vergasung) und Geothermie (terrestrische Wärme aus radioaktivem Zerfall und Restwärme der Erdentstehung) als erneuerbare Energiequellen mit ihren jeweiligen Nutzungsformen.

Klima und Nachhaltigkeit

Behandelt die physikalischen Grundlagen des Treibhauseffekts, die Ursachen und Folgen des anthropogenen Klimawandels sowie Maßnahmen zur Energieeinsparung und nachhaltigem Ressourcenverbrauch.

Natürlicher und anthropogener Treibhauseffekt

Die Lernenden erklären den natürlichen Treibhauseffekt (Absorption von Infrarotstrahlung durch Treibhausgase wie CO₂, H₂O und CH₄) und beschreiben die anthropogene Verstärkung dieses Effekts durch industrielle Emissionen und Landnutzungsänderungen.

Klimawandel – Ursachen und Folgen

Die Lernenden beschreiben physikalisch messbare Folgen des Klimawandels (globaler Temperaturanstieg, Meeresspiegelanstieg, Extremwetterereignisse) und bewerten naturwissenschaftlich begründete Maßnahmen zur Reduktion von Treibhausgasemissionen.

Energiesparen und nachhaltiger Konsum

Die Lernenden erarbeiten konkrete technische und verhaltensbezogene Maßnahmen zur Senkung des Energieverbrauchs (z. B. Gebäudedämmung, effiziente Beleuchtung, Mobilität, Ernährung) und verstehen deren Bedeutung im Kontext globaler Klimaschutzziele.