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
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.
Behandelt Kraft als physikalische Grundgröße in ihren verschiedenen Erscheinungsformen: Schwer-, Gewichts-, Reib- und Federkraft einschließlich Messung und Einheit.
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.
Die Lernenden unterscheiden Schwerkraft (Anziehung durch die Erde) und Gewichtskraft (W = m · g), kennen den Unterschied zwischen Masse und Gewicht und berechnen einfache Gewichtskräfte.
Die Lernenden kennen Haft-, Gleit- und Rollreibung als Arten der Reibungskraft, erklären ihre Entstehung und beurteilen, wann Reibung nützlich oder störend ist.
Die Lernenden kennen die Federkraft als proportional zur Dehnung (Hookesches Gesetz: F = D · x) und können mit einem Kraftmesser verschiedene Kräfte messen und vergleichen.
Behandelt die Beschreibung und Analyse von Bewegungen: Grundgrößen Ort, Weg und Zeit, Geschwindigkeitsberechnung sowie Unterscheidung gleichförmiger und beschleunigter Bewegungen einschließlich Kräftegleichgewicht.
Die Lernenden beschreiben Bewegungen durch Ort, zurückgelegten Weg und Zeit und unterscheiden Weg (Streckenlänge) von der Ortsveränderung als Vektor.
Die Lernenden berechnen die Durchschnittsgeschwindigkeit mit v = s/t in m/s und km/h, wandeln Einheiten um und bewerten typische Geschwindigkeiten im Alltag.
Die Lernenden unterscheiden gleichförmige (konstante Geschwindigkeit) und beschleunigte Bewegung anhand von Zeit-Weg- und Zeit-Geschwindigkeit-Diagrammen.
Die Lernenden erklären Ruhe und gleichförmige Bewegung als Folge des Kräftegleichgewichts und addieren Kräfte in einer Dimension grafisch und rechnerisch.
Behandelt mechanische Vorrichtungen zur Kraftumlenkung und -übersetzung: Hebel, Rolle, Flaschenzug, schiefe Ebene und Keil unter Anwendung der goldenen Regel der Mechanik.
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).
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).
Die Lernenden erklären die schiefe Ebene als einfache Maschine, berechnen die benötigte Kraft und erkennen Anwendungen (Rampe, Schraube, Keil) in Technik und Alltag.
Behandelt den Druckbegriff in festen, flüssigen und gasförmigen Medien: Flächendruck, Schweredruck, Auftrieb nach Archimedes sowie Luftdruck und seine technischen Anwendungen.
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).
Die Lernenden beschreiben den Schweredruck in Flüssigkeiten (p = ρ · g · h), erklären seine Richtungsunabhängigkeit und kennen das Prinzip kommunizierender Röhren.
Die Lernenden kennen das Archimedische Prinzip (Auftriebskraft = Gewicht der verdrängten Flüssigkeit) und erklären damit Schwimmen, Schweben und Sinken von Körpern.
Die Lernenden kennen den Luftdruck als Gewicht der Luftsäule (~101 325 Pa), erklären seine Messung mit dem Barometer und nennen Anwendungen (Saugheber, Vakuumpumpe, Saugnapf).
Behandelt die drei Newton'schen Gesetze als Grundpfeiler der klassischen Mechanik: Trägheit, Kraft-Masse-Beschleunigung-Zusammenhang und das Wechselwirkungsprinzip.
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).
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.
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).
Überblick über die Wärmelehre: umfasst Temperaturmessung und -skalen, Wärme als Energieform, Aggregatzustände und Phasenübergänge, Wärmeausdehnung sowie die drei Arten der Wärmeübertragung (Leitung, Konvektion, Strahlung).
Behandelt die Grundlagen der Temperatur: Messmethoden und -geräte, Temperaturskalen sowie die Unterscheidung von Temperatur und Wärme als Energiegröße.
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.
Die Lernenden erklären das Funktionsprinzip von Flüssigkeits-, Bimetall- und Digitalthermometern und wählen das geeignete Gerät für einen gegebenen Messbereich und Anwendungsfall aus.
Die Lernenden unterscheiden Temperatur als Intensitätsgröße von Wärme als Energieform (Einheit Joule) und erläutern, dass Wärme spontan stets vom wärmeren zum kälteren Körper fließt.
Behandelt die drei Aggregatzustände und ihre Phasenübergänge: makroskopische Eigenschaften, Teilchenmodell sowie Schmelzen, Erstarren, Verdampfen, Sieden, Kondensieren, Sublimation und Resublimation.
Die Lernenden beschreiben die makroskopischen Eigenschaften der drei Aggregatzustände (fest, flüssig, gasförmig) und erklären diese mithilfe des Teilchenmodells anhand von Teilchenabständen, Anziehungskräften und Bewegungsfreiheit.
Die Lernenden beschreiben Schmelzen und Erstarren als Phasenübergänge bei konstantem Schmelzpunkt, lesen Zeit-Temperatur-Diagramme aus und kennen technische Anwendungen wie Latentwärmespeicher.
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.
Die Lernenden beschreiben Sublimation (fest → gasförmig) und Resublimation (gasförmig → fest) als direkte Phasenübergänge ohne flüssige Phase und benennen Beispiele wie Trockeneis und Reifbildung.
Behandelt die thermische Ausdehnung von Feststoffen, Flüssigkeiten und Gasen sowie die Anomalie des Wassers und zugehörige technische und ökologische Konsequenzen.
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.
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).
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.
Behandelt die drei Arten der Wärmeübertragung: Wärmeleitung durch Teilchenstöße, Konvektion durch Materialtransport sowie Wärmestrahlung als elektromagnetische Strahlung.
Die Lernenden beschreiben Wärmeleitung als Energietransport durch Teilchenstöße ohne Materialbewegung, unterscheiden Wärmeleiter (Metalle) von Isolatoren und kennen Anwendungen wie Kochtöpfe und Wärmedämmung.
Die Lernenden beschreiben Konvektion als Wärmetransport durch Bewegung von Flüssigkeits- oder Gasteilchen und erklären Alltagsphänomene wie Heizungsströmung, Meeresströmungen und Thermik.
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.
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.
Behandelt den grundlegenden Aufbau eines elektrischen Stromkreises, seine Bauteile, deren Darstellung in Schaltplänen und die elektrischen Eigenschaften verschiedener Materialien.
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.
Die Lernenden ordnen normgerechte Schaltsymbole (IEC) den entsprechenden Bauteilen zu und können einfache Schaltpläne lesen, interpretieren sowie selbstständig zeichnen.
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.
Behandelt die Gesetzmäßigkeiten und Eigenschaften von Reihen- und Parallelschaltungen hinsichtlich Strom, Spannung und Widerstand sowie deren praktische Anwendungen.
Die Lernenden beschreiben die Eigenschaften der Reihenschaltung (konstante Stromstärke, additive Spannungen, additive Widerstände) und analysieren einfache Reihenschaltungen rechnerisch und experimentell.
Die Lernenden beschreiben die Eigenschaften der Parallelschaltung (gleiche Spannung an allen Zweigen, additive Ströme, Gesamtwiderstand kleiner als kleinster Einzelwiderstand) und analysieren entsprechende Schaltungen.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Behandelt die Berechnung elektrischer Leistung und Energie sowie deren praktische Bedeutung für den Energieverbrauch und die Kostenabschätzung im Alltag.
Die Lernenden berechnen die elektrische Leistung P = U · I in Watt, lesen Leistungsangaben von Geräten ab und vergleichen den Energieverbrauch unterschiedlicher elektrischer Verbraucher.
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.
Die Lernenden berechnen Stromkosten für Haushaltsgeräte, vergleichen energieeffiziente mit ineffizienten Geräten und entwickeln konkrete Maßnahmen zur Reduktion des Energieverbrauchs.
Behandelt die Eigenschaften von Dauermagneten und Magnetfeldern, das Erdmagnetfeld, den Elektromagneten sowie das Grundprinzip der elektromagnetischen Induktion.
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.
Die Lernenden beschreiben das Erdmagnetfeld als Dipolfeld, erklären das Funktionsprinzip des Kompasses und unterscheiden geografischen von magnetischem Nordpol einschließlich der Deklination.
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.
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).
Behandelt die auf elektromagnetischen Prinzipien basierenden Energiewandler Elektromotor und Generator, ihre Funktionsweise sowie die Unterscheidung von Gleich- und Wechselstrom.
Die Lernenden erklären das Funktionsprinzip des Elektromotors (Kraft auf stromdurchflossenen Leiter im Magnetfeld, Lorentzkraft) und kennen bedeutende technische Anwendungen wie Elektrofahrzeuge, Waschmaschinen und Elektrowerkzeuge.
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.
Überblick über die geometrische und physikalische Optik: Lichtausbreitung, Reflexion an Spiegeln, Brechung an Grenzflächen, Abbildung durch Linsen sowie Aufbau und Funktion optischer Instrumente.
Grundlagen des Sehens und der Lichtausbreitung: Lichtquellen, Lichtstrahlmodell, Schattenbildung und anatomisch-optischer Aufbau des Auges.
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.
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.
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 von Licht an ebenen und gekrümmten Spiegelflächen: Reflexionsgesetz, Bildkonstruktion sowie Eigenschaften und Anwendungen von Hohlspiegeln und Wölbspiegeln.
Die Lernenden formulieren das Reflexionsgesetz (Einfallswinkel gleich Ausfallswinkel, gemessen zur Flächennormalen), konstruieren Strahlengänge und unterscheiden reguläre (gerichtete) von diffuser (streuender) Reflexion.
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.
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 von Licht an Grenzflächen, Snell'sches Brechungsgesetz, Totalreflexion sowie Abbildungseigenschaften von Sammel- und Zerstreuungslinsen.
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.
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.
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.
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.
Aufbau und Wirkungsweise optischer Instrumente auf Basis von Linsen und Spiegeln: Lupe, Mikroskop, Fernrohr und Teleskop.
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.
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.
Physikalische Grundlagen der Farbwahrnehmung: Dispersion, Körperfarben, additive und subtraktive Farbmischung sowie unsichtbare Spektralbereiche des elektromagnetischen Spektrums.
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.
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.
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.
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.
Behandelt die Entstehung von Schall durch mechanische Schwingungen, seine Ausbreitung in verschiedenen Medien und die quantitative Beschreibung mithilfe der Schallgeschwindigkeit.
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).
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.
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).
Behandelt die physikalischen Größen zur Beschreibung von Schall: Frequenz und Tonhöhe, Amplitude und Lautstärke sowie den Hörbereich des Menschen einschließlich Infraschall und Ultraschall.
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.
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.
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).
Behandelt das Phänomen der Schallreflexion (Echo, Nachhall) sowie gesundheitliche Auswirkungen von Lärm und Maßnahmen des technischen und persönlichen Schallschutzes.
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.
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).
Behandelt die grundlegenden Eigenschaften mechanischer Schwingungen und Wellen, einschließlich ihrer Kenngrößen, Wellentypen sowie der Phänomene Interferenz, stehende Wellen und Resonanz.
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.
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.
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.
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.
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.
Behandelt messbare physikalische Eigenschaften von Stoffen, darunter Dichte, elektrische Leitfähigkeit und magnetisches Verhalten.
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.
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.
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.
Behandelt die historische Entwicklung des Atommodells sowie den strukturellen Aufbau von Atomen aus Protonen, Neutronen und Elektronen einschließlich des Konzepts der Isotope.
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.
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.
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.
Behandelt die Arten radioaktiver Strahlung, Gesetzmäßigkeiten des Kernzerfalls, Prozesse der Kernspaltung und Kernfusion sowie Strahlenschutz und Anwendungen der Kernphysik.
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.
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.
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.
Die Lernenden benennen die drei Grundprinzipien des Strahlenschutzes (Abstand, Abschirmung, Aufenthaltszeitminimierung) und nennen medizinische (PET, Szintigraphie, Strahlentherapie) sowie technische Anwendungsfelder der Kernphysik.
Behandelt die physikalischen Grundlagen von Halbleitern, den p-n-Übergang sowie grundlegende elektronische Bauelemente wie Diode und Transistor einschließlich einfacher Logikschaltungen.
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).
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.
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.
Überblick über physikalische Energieformen, Energieumwandlung und -erhaltung, Wirkungsgrad, konventionelle und erneuerbare Energiequellen sowie die physikalischen Grundlagen von Klimawandel und Nachhaltigkeit.
Behandelt die verschiedenen Energieformen, den Energieerhaltungssatz sowie die quantitative Beschreibung von Energieumwandlungsprozessen durch den Wirkungsgrad.
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.
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.
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.
Behandelt konventionelle und erneuerbare Energiequellen – fossile Energieträger, Kernenergie, Solar-, Wind-, Wasser-, Biomasse- und Geothermieenergie – hinsichtlich Funktionsprinzip, Wirkungsgrad sowie ökologischer und technischer Bewertung.
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.
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.
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.
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.
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.
Behandelt die physikalischen Grundlagen des Treibhauseffekts, die Ursachen und Folgen des anthropogenen Klimawandels sowie Maßnahmen zur Energieeinsparung und nachhaltigem Ressourcenverbrauch.
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.
Die Lernenden beschreiben physikalisch messbare Folgen des Klimawandels (globaler Temperaturanstieg, Meeresspiegelanstieg, Extremwetterereignisse) und bewerten naturwissenschaftlich begründete Maßnahmen zur Reduktion von Treibhausgasemissionen.
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.