Behandelte Themen
Die Vorlesung "Schulphysik I/III" orientiert sich an den schulisch behandelten Themen der Elektrizitätslehre und folgt in ihrer Struktur dem LehrplanPLUS für die Realschule (Fächergruppe I) und für das Gymnasium. Einzelne Themen werden wiederholt aber aus unterschiedlicher didaktischer Perspektive behandelt.
Realschule: Physik 7 (I)
Ph7 Lernbereich 3: Magnetismus und Elektrizitätslehre (ca. 12 Std.)
- Magnete und magnetische Grunderscheinungen
- magnetische Influenz, temporärer und permanenter Magnetismus
- Elementarmagnete, Modellvorstellung zum Ferromagnetismus
- Magnetfelder (Stabmagnet, Hufeisenmagnet, …), Magnetfeld der Erde
Realschule: Physik 7 (I)
Ph7 Lernbereich 3: Magnetismus und Elektrizitätslehre (ca. 12 Std.)
- elektrische Stromkreise, Schaltsymbole, einfache elektrische Schaltungen aus dem Alltag
- Leiter und Isolatoren
- Wirkungen des elektrischen Stroms und deren Gefahren (auch für den menschlichen Körper)
Realschule: Physik 8 (I)
Ph8 Lernbereich 3: Elektrizitätslehre (ca. 15 Std.)
- Elektrostatik: Ladungsarten, Kontaktelektrizität, Ladungsverteilung auf geladenen Körpern, Ladungstrennung als Voraussetzung für eine Elektrizitätsquelle, Ladung und Elementarladung, Kern-Hülle-Modell
- elektrisches Feld, elektrische Influenz
- Anwendungen der Elektrostatik (z. B. Fotokopierer, Entstaubungsanlagen von Rauchgasen)
- Elektrodynamik: Modellvorstellung des elektrischen Stroms als gerichtete Bewegung geladener Teilchen im elektrischen Feld, Stromstärke als abgeleitete Größe, Stromstärkenmessung
- Gefahren des elektrischen Stroms für Lebewesen, Schutzvorrichtungen
Gymnasium: Physik 8
Ph8 Lernbereich 1: Elektrischer Strom (ca. 14 Std.)
- Modell des elektrischen Stromkreises, elektrische Stromstärke, Festlegung der Stromrichtung, elektrische Spannung als Antrieb für den elektrischen Strom, Gleich- und Wechselstrom
- Schülerexperiment: Messen elektrischer Größen und Erstellen der Kennlinien für einen Ohm‘schen und einen nicht-Ohm‘schen Widerstand
- elektrischer Widerstand, Leiter, Isolator, Kurzschluss
- einfache technische Anwendungen im Bereich der Haushaltsinstallation
- Schülerexperiment: Untersuchung von Stromstärken und Spannungen in Reihen- und Parallelschaltungen, Stromstärken und Spannungen in elektrischen Schaltungen mit maximal drei Widerständen
Gymnasium: Physik 9
Ph9 Lernbereich 1.2: Elektrische Energie (ca. 11 Std.)
- Präzisierung der Größen Ladung und Stromstärke, Elementarladung
- Präzisierung der Spannung als Potentialdifferenz mithilfe eines Modells des elektrischen Stromkreises und des Energiekonzepts
- Zusammenhang zwischen elektrischer Energie, Leistung, Spannung und Stromstärke
- Schülerexperiment: Betrachtungen zur elektrischen Leistung an einer Schaltung mit mehreren Widerständen
- Wirkungsgrad
Realschule: Physik 10 (I)
Ph10 Lernbereich 2: Elektrizitätslehre (ca. 29 Std.)
- unverzweigter und verzweigter Stromkreis
- Vorwiderstand, Innenwiderstand, Messbereichserweiterung
- elektromagnetische Induktion
- Induktion in Spulen: Induktionsgesetz (qualitativ)
- Regel von Lenz, Wirbelströme
- Wechselspannungsgeneratoren
- Systeme mit Transformatoren zur Übertragung elektrischer Energie über weite Strecken
Realschule: Physik 9 (I)
Ph9 Lernbereich 3: Elektrizitätslehre (ca. 38 Std.)
- Elektromagnetismus
- Kraftwirkung auf stromdurchflossene metallische Leiter im Magnetfeld, Lorentzkraft, UVW-Regel der linken Hand
- Drehspulinstrument
- Aufbau und Funktionsweise von Gleich- und Wechselstrommotoren
- elektrische Spannung als abgeleitete Größe, Spannungsmessung
- elektrische Energie, elektrische Arbeit und Leistung
- Kennlinien von Leitern, elektrischer Leitwert und Widerstand von Leitern
- Gesetz von Ohm
- Widerstandsgesetz, Abhängigkeit des elektrischen Widerstands von der Temperatur, Bauformen von technischen Widerständen
- Supraleitung
- Halbleiter, Heißleiter (NTC), Fotowiderstand (LDR), Halbleiterdiode, Leuchtdiode (LED), Solarzelle
Gymnasium: Physik 10
Ph10 Lernbereich 1: Elektromagnetismus (ca. 20 Std.)
- Einblick in den allgemeinen Feldbegriff
- magnetisches Feld: Feldlinienbilder von Permanentmagneten und stromdurchflossener Spule, Hinweis auf Ursache des Erdmagnetfeldes
- Kraft auf einen stromdurchflossenen Leiter im Magnetfeld, Lorentzkraft
- Schülerexperiment: Bau eines einfachen Elektromotors und Erklärung seiner Funktionsweise
- Erzeugung von Induktionsspannungen, Schülerexperiment: Untersuchung der Abhängigkeit der Induktionsspannung von verschiedenen Größen
- grundlegende Induktionsphänomene, Generator
- Transformator: Aufbau und Funktionsprinzip, Spannungs- und Stromstärkeübersetzung beim idealen Transformator
Gymnasium: Physik 10
Ph10 Lernbereich 5.1: Halbleiterbauelemente in Experimenten (ca. 10 Std.)
- Schülerexperimente: Aufnehmen der Kennlinie einer Diode, Transistor als Schalter und Verstärker, Bau und Untersuchung einer einfachen Schaltung
- einfache Modelle zu Halbleiter, Diode und Transistor