Physik

Allgemeines

Das Fach Physik genießt am FKG einen hohen Stellenwert. Es wird in vier Fachräumen (einer davon im Kleinen Felix) unterrichtet. Eine Besonderheit ist die umfangreiche Sammlung, die zahlreiche Lehrer- und Schüler-Experimente ermöglicht (siehe auch „Schülerlabor"), was nicht nur dem Fachunterricht, mehreren Arbeitsgemeinschaften und dem Experimentierpraktikum in der mn-Klasse zugute kommt , sondern auch den Experimentalanforderungen des International Baccalaureate gerecht wird.
  
  Eingangsbereich                                    Fachraum                                       Schülerexperimente

Der Fachbereich ist stets bemüht, das hohe Niveau aufrecht zu erhalten bzw. weiter zu verbessern, u.a. durch interne oder externe Fortbildungen, regelmäßige gemeinsame Instandhaltungsaktionen, Kooperationen und Investitionen.

Besondere Aufgaben haben derzeit im Fachbereich Physik:

Herr Görlich (Sammlungsleitung)
Herr Karger (Fachobmann)
Frau Klode-Meise (Sammlungsleitung Kleiner Felix)
Herr Kraus (Fachleiter, d.h. Ausbilder für Lehramtskandidaten)

Stundenzahlen und Lehrwerke

Das Fach Physik wird am FKG von der Jgst. 5 bis zum Abitur unterrichtet. Die Wochenstunden betragen derzeit:

Jg. 5

Jg. 6

Jg. 7

Jg. 8

Jg. 9

Jg. 10

Q1

Q2

1

1

1

2

2

2

4

4

In den Jahrgängen 5 bis 7, in denen Physik nur eine Wochenstunde unterrichtet wird, gibt es eine „Epochalregelung“. Das bedeutet, dass der Unterricht in einem der beiden Halbjahre über zwei Stunden erteilt wird. Dabei ist zu beachten, dass, wenn Physik im 1. Halbjahr unterrichtet wurde, die Note auf das Versetzungszeugnis übertragen wird und versetzungsrelevant ist.
Ab der Jgst. 10 besteht die Option, an Stelle des Faches Physik andere Naturwissenschaften bzw. Informatik zu belegen. 
Ergänzend findet, aufsteigend ab dem Schuljahr 2012/2013, in den Jgst. 7 – 9 ein Wahlpflichtunterricht (WPU) statt, zu dem auch der Fachbereich Physik Angebote stellt. Die Inhalte des WPU sind unabhängig vom Curriculum (s. u.) und werden von der Fachschaft ausgearbeitet.

Es werden derzeit folgende Lehrwerke eingesetzt:

Jgst. 5/6:         Spektrum Physik 5/6 Niedersachsen, ISBN 978-3-507-86780-2
Jgst. 7/8:         Spektrum Physik 7/8 Niedersachsen, ISBN 978-3-507-86308-1
Jgst. 9/10:       Spektrum Physik 9/10 Niedersachsen, ISBN 978-3-507-86292-0
Sek. II / gA-Kurs: Dorn-Bader Oberstufe Niedersachsen, ISBN 978-3-507-10748-9
Sek. II / eA-Kurs:  Metzler Physik Oberstufe, ISBN 978-3-507-10710-6

Curriculum

Entsprechend der Vorgaben des Kerncurriculums Physik hat sich die Fachkonferenz darauf verständigt, die in der folgenden Tabelle notierten Inhalte zu unterrichten, wobei die Reihenfolge der Themen verbindlich, die Reihenfolge der Inhalte hingegen lediglich vorgeschlagen ist.
Ergänzend wird im schulinternen Kompetenzcurriculum festgelegt, welche methodischen Kompetenzen bei welchen Inhalten in den Fokus gestellt werden, d.h. besonders gefördert und gefordert werden.

 

Jgst.

Thema

Inhalte

Kompetenzen

5.1

Magnetismus

Magnetwirkung inkl. Alltags-erfahrungen, Nord- und Südpol, Magnetfeld der Erde, Kompass, Elementarmagnetemodell

Grundlagen des Experimentierens, Modellierung (Elementar-magnete), Protokollieren, …

5.2

E-Lehre I

(Stromkreise)

einfache Stromkreise und Schaltbilder, Leiter und Isolatoren, Spannungsquellen, Gefahren der Elektrizität, Elektromagnete

Sicherheitsfragen,

Stromkreissymbolik

Dokumentation von Experimenten

6

Optik

Sender-Empfänger-Modell, Ausbreitung von Licht, Schatten, Reflexion / Spiegel, Brechung, Lochabbildung, Linsen-abbildung, weißes Licht und Farbmischungen

Modellieren (Lichtstrahlen) Protokollieren, Experimentieren, einfache Mathematisierung („Je-desto“), Sicherheit durch Sichtbarkeit (Verkehr)

7

Energie

(Einführung)

Energieformen, Energiebegriff,

Energieumwandlungsketten, Energieerhaltung qualitativ (Kontomodell), Temperatur und innere Energie, Energiestrom vom warmen zum kalten Körper, Energieentwertung, Energiesparmaßnahmen

Begriffsbildung / Ausschärfung der Alltags-sprache,

Mathematisieren / Modellbildung: Kontomodell

8.1

Mechanik I

(Bewegung, Masse, Kraft)

t-s- und t-v-Diagramme für geradlinige Bewegungen, Bewegungsgleichungen, Trägheit und Schwere der Masse, Kräfte, Kraftpfeile, Masse und Gewichts-kraft, Hooke´sches Gesetz, Kraft und Gegenkraft, Arbeit und Energie

Begriffsbildung

mathematisieren: Graphen und Proportionalitäten,

Kräftebilanzen,

idealisieren: Reibungsfreiheit

Sicherheit: Verkehrsphysik

8.2

E-Lehre II

Stromkreise als Energietransport-system, Elektronenstrom in Metallen, Spannungsbegriff, Knoten- und Maschenregel, elektr. Widerstand, Ohm´sches Gesetz, Elektronen- und Energiestrom, Gleich- und Wechselstrom

Begriffsbildung (elektr. Strom, Energiestrom, Spannung), sachgerechtes Experimentieren, Modellieren (Stromkreis-modelle), Bedeutung elektr. Energieübertragung, mathematisieren: Ohm´sches Gesetz

9.1

Halbleiter

Leitungsverhalten von Halbleitern, Modelle, pn-Übergang, Kennlinie der LED, Vorgänge in LEDen und Solarzellen

Modellieren (Stromkreis-modelle, vertiefend), Experimentieren (Kennlinien), Mathemati-sieren (u.a. Graphen) und Bewerten (z.B. von LEDen)

9.2

Energie II

(Quanti-fizierung)

mechanische und thermische Energieübertragung, Quantifizierung der Energie, Wärmekapazität, Energiestromstärke = Leistung P, Phasenübergänge und innere Energie

mathematisieren: quantitative Energiebilanzen

9.3

Atom- und Kernphysik

Kern-Hülle-Modell, Stabilität von Kernen, ionisierende Strahlung (a, b, g), ein Nachweisgerät (z.B. Geiger-Müller-Zählrohr), natürliche und künstliche Strahlungsquellen, Schutzmaßnahmen, Energie- und Äquivalentdosis, Halbwertszeit

Modellieren (Atommodelle),

Sicherheit bewerten (Schutzmaßnahmen, Vorteile & Gefahren der Kernenergie), Textrecherche und Aufbereitung von Wissen,

mathematisieren: exponentielle Abnahme

10.1

Mechanik II

Wdhl. geradlinige Bewegung,

gleichmäßig beschleunigte Bewegung inkl. Bestimmen der Beschleunigung, freier Fall, waage-rechter Wurf, F = m a (Hauptsatz der Mechanik), Krafteinheit, gleichförmige Kreisbewegung, Zentralkraft, kinetische Energie, Energieerhaltungssatz

mathematisieren: Superposition in 2 Dimensionen

mathematisieren: Kräfte- und Energiebilanzen

mathematisieren: Parameter der Kreisbewegung

Sicherheit bewerten

10.2

Energie-übertragung in Kreis-prozessen

Gasdruck p, Verhalten idealer Gase (Gesetze von Boyle-Mariotte und Gay-Lussac), Kelvinskala, Stirlingmotor und -kreisprozess

mathematisieren: mehr-parametrige Proportionali-täten, mathematisieren: quantitative Energiebilanzen

Jgst.

Thema

Inhalte

Q1.1

Wdhl. Mechanik

(optional!)

gleichförmige und gleichmäßig beschleunigte Bewegung, horizontaler Wurf, Hauptsatz der Mechanik, Energieerhaltung, Kreisbewegung inkl. Zentralkraft, Gravitation / Kraftfeld, Feldbegriffe beim Gravitationsfeld

Q1.1

elektrische Felder

elektrische Ladung und elektrischer Stromfluss, elektrische Fernkräfte und elektrische Felder, elektrische Feldstärke, Definition der Spannung, Elektronenbahn im homogenen elektrischen Feld, Kondensatorauf- und entladung

Q1.1

magnetische Felder

Wiederholung von Sek.-I-Inhalten, Lorentzkraft, magnetische Feldstärke, Messmethoden magnetischer Felder (Leiterschaukel, Halleffekt), Elektronenbahn im homogenen magnetischen Feld, Massenspektrometer

Q1.1 / Q1.2

magnetische Induktion

Begriffsklärung. Induktion durch Leiterbewegung oder durch zeitliche Änderung der magnetischen Feldstärke, Wechselpannung, Funktionsweise des Mikrofons

Q1.2

Schwingungen und Wellen, Interferenzen

Begriffe rund um Schwingungen, harmonische Schwingung / Feder und Pendel, Zeigerdiagramme, Wellen, Überlagerung mehrerer Wellen (mechanisch, Schall und elektromagnetisch; zunächst ein-, später mehrdimensional), Interferenzen, Huygens´sches Prinzip, Doppelspalt und Gitterinterferenz

Q2.1

Quanten-objekte

Fotoeffekt, Entdeckung der Quantennatur von Licht, Eigenschaften von Photonen, Elektronen als Quantenobjekte, deBroglie-Formel, Mehr-Wege-Experimente, Einsperren von Quantenobjekten

Q2.1

Atomhülle

Franck-Hertz-Versuch, Atomhülle, Spektrallinien und Zuordnung zu Energieschemata, Röntgenstrahlung (Entstehung und Analyse mit Braggscher Drehkristallmethode,), Helium-Neon-Laser

Q2.2

Atomkerne

Atomkernaufbau, Nuklidkarte, radioaktive Strahlungsarten, Geiger-Müller-Zählrohr, Halbleiterdetektor, exponentielle Abklingraten, Zerfallsreihen, Energiespektren inkl. Messmethoden

 

Das Schülerlabor / Schülerexperimentierplätze

Alle Physikfachräume im Hauptgebäude sind nach einem in Niedersachsen außergewöhnlichen und erfolgreichen Konzept eingerichtet worden:
Jedem Schülerarbeitsplatz ist ein Schrank mit Experimentiermaterialien zugeordnet. Alle Schülerexperimentierschränke sind identisch mit allen Materialien, die für die verschiedenen möglichen Schülerexperimente nötig sind, ausgerüstet. Als Folge können die Schüler/innen zu verschiedenen Themen die Materialien in „ihrem“ Schrank finden und sind umgekehrt für die Instandhaltung mit verantwortlich. D.h. sie achten ebenso wie die Lehrer darauf, dass die Geräte auch wieder dort eingeräumt werden, wo sie entnommen wurden, und dass defekte Geräte gemeldet werden, so dass sie repariert werden können.  

Die Schülerexperimentärplätze sind entsprechend den Jahrgangsstufen eingerichtet:

Raum P234 – Schwerpunkt für Inhalte der Jgst. 7/8
Raum P232 – Schwerpunkt für Inhalte der Jgst. 9/10
Raum P231 – Schwerpunkt für Inhalte der Q1 und Q2
(Der Raum P233 enthält die Sammlung.)

  
Schülerexperimentierplätze in den verschiedenen Fachräumen

Kooperationen

Der Fachbereich Physik sorgt durch Kooperationen mit anderen Institutionen für weitere Ergänzungen und Verbesserungen des Unterrichtsangebots. 
Insbesondere werden folgende Kooperationen gepflegt:  

1. zum Max-Planck-Institut für Strömungsphysik / DLR-School-Lab

Durch Besuche des School-Lab mit Klassen, Arbeitsgemeinschaften oder ausgewählten Schülergruppen, ebenso wie durch Lehrerfortbildungen, haben wir engen Kontakt zum unmittelbar benachbarten DLR-School-Lab, wo die Schüler/innen, betreut von Studenten und Doktoranden, Grundlagen und tiefere Kenntnisse rund um Luft- und Raumfahrt, sowie Energietechnik erhalten. Schwerpunkt der Besuche mit Schülern ist das eigene Experimentieren in Kleingruppen von ca. 4 – 5 Personen.  Über Lehrerabordnungen wird die Zusammenarbeit weiter vertieft und gestärkt.

2. zur Firma „Phywe“

Der Hersteller naturwissenschaftlicher Experimentiergegenstände und –einrichtungen für Schule, die Firma „Phywe“, hat ebenfalls ihren Sitz in Göttingen. Anfang 2013 ist es uns gelungen, eine intensivere Kooperation aufzubauen, bei denen uns die Phywe modernste Messgeräte auch in größerer Stückzahl zur Verfügung stellt und wir jeweils ausführlich unsere Erfahrungen im Unterricht zurückmelden. Dies ist für die Firma wiederum sehr wertvoll, weil sie zur Weiterentwicklung der Produkte Rückmeldungen aus den Schulen benötigt.

3. zur Hochschule für Angewandte Wissenschaft und Kunst (HAWK)

Auch die HAWK besuchen wir regelmäßig mit Schülergruppen, wo sie in verschiedenen Instituten Erfahrungen z.B. mit Plasmaphysik, Laserphysik, Elektrotechnik oder Ingenieursproblemen machen können. Auch erhalten sie so Einblick z.B. in die Möglichkeiten eines praxisorientierten Ingenieursstudiums in Göttingen.

4. zum Netzwerk Teilchenwelt

Seit 3 Jahren organisieren Kollegen der Fachschaft den Workshop „Masterclass“ des Netzwerkes Teilchenwelt (siehe www.teilchenwelt.de). Prof. Quadt von der Universität Göttingen hält dabei mit seinem Team einen Workshop von rund 4-6 Stunden Dauer in einem unserer Computerräume ab, in der die Grundlagen der Teilchenphysik und die Funktionsweise modernster Teilchendetektoren erörtert werden. Highlight ist das Auswerten aktueller Messdaten vom Atlas-Detektor des CERN, die per Internet abgerufen werden.
Das Netzwerk Teilchenwelt bietet Lehrer/innen wie Schüler/innen an, bei eigenem Engagement für die Teilchenphysik (Masterclassteilnahme und eine zusätzliche Leistung) an voll finanzierten mehrtägigen Workshops an CERN selbst teilzunehmen. Zu unserer Freude konnten so bereits Lehrer wie Schüler unserer Schule das Institut in der Schweiz bzw. Frankreich besuchen.

  
DLR School Lab                                        HAWK