Physik - Inhalte
Physik (von physis, griechisch Natur) ist die Lehre von der unbelebten Natur und trotzdem ein sehr lebendiges Fach am Leibniz. Die Physik beschreibt die „Wirklichkeit“ und Phänomene mathematisch und versucht, Gesetze zu finden, die hinter diesen Phänomenen stecken.
Physik ist am Leibniz das Vergnügen, etwas herauszufinden. Wie Physiker*innen lernen die Schüler*innen messerscharf zu beobachten und Erklärungen zu finden.
Im Mittelpunkt des Physikunterrichts steht als wesentliches Merkmal das Experiment. Schüler*innen erlernen über die Begeisterung für physikalische Naturphänomene naturwissenschaftliche Sachverhalte, Denkweisen und Arbeitsweisen.
Die Schüler*innen des Leibniz sind im Physikunterricht von Anfang an selbst Handelnde. Sie haben bereits ein Bild von ihrer Welt und sie erweitern in der Unterstufe und in der Mittelstufe ihre Kompetenzen in naturwissenschaftlichen Denk- und Arbeitsweisen, indem sie allmählich die Macht naturwissenschaftlicher Konzepte als Basis unserer technisierten Welt erkennen. Durch die Darstellung der verschiedenen MINT – Möglichkeiten erahnen die Schüler*innen ihre eigene Zukunft im MINT – Bereich, die sie in der Oberstufe ausschärfen können.
Physik steht immer im kulturellen und historischen Zusammenhang, ist also Teil unserer menschlichen Kultur. Physik ist eine wesentliche Grundlage für das Verständnis und die Nutzung von Naturphänomenen. Physik ist eine Basis für unsere technischen Errungenschaften, ohne die unser modernes Leben nicht denkbar wäre.
So funktionieren zum Beispiel Handys mit GPS u.a. auf Grundlage der Quantenphysik und der Relativitätstheorie.
Unterrichtsbeispiele:
Sekundarstufe I
Physik in der Klasse 5
Im Physikunterricht in der 5. Klasse stehen verblüffende Experimente und ihre physikalischen Deutungen im Mittelpunkt. Es wird nicht gerechnet.
Die großen Themen in der 5. Klasse sind:
- Elektrizität im Alltag
Die Schüler*innen experimentieren mit einfachen Stromkreisen, untersuchen ihre Fahrradbeleuchtung was der elektrische Strom alles kann.
- Sonne – Temperatur – Jahreszeiten
Es wird erforscht, was sich mit der Temperatur alles verändert, wie sich verschiedene Temperaturen auf das Leben auswirken, z.B. im See und welche Rolle die Sonne für uns spielt.
- Sehen und Hören
Die Schüler*innen lernen, wie die Sicherheit im Straßenverkehr erhöht werden kann. Licht und Schatten gibt es auch im Weltall, so können auf der Erde Mond- und Sonnenfinsternisse beobachtet werden.
Physik in der Mittelstufe (8., 9. und 10. Klasse)
Im Physikunterricht in der 8. und 9. Klasse stehen faszinierende (Schüler*innen-) Experimente und ihre physikalischen
Deutungen im Mittelpunkt. Es können erste quantitative Vorhersagen getroffen werden.
Auch hier ist Physik das Vergnügen, etwas herauszufinden. Wie eine Physikerin oder ein Physiker fertigen die Schüler*innen Messreihen an und formulieren Gesetze.
Die großen Themen in der 8., 9. und 10. Klasse sind:
- Optik hilft dem Auge auf die Sprünge
Mikroskope, Teleskope, Spektroskope und viele andere Geräte sind mit dem Lichtstrahlenmodell erklärbar. Lichtleiter werden in der Medizin und Technik oft eingesetzt. Licht besteht aus allen Farben, die der Regenbogen zeigt.
- Elektrizität – messen, verstehen, anwenden
Elektrizität entsteht durch Reibung. Es wird erforscht, wer beim elektrischen Strom strömt. Und schließlich gibt es große Pumpen für kleine Elektronen und Regeln für Netzwerke.
- Werkzeuge und Maschinen erleichtern die Arbeit
Einfache Maschinen erleichtern die Arbeit, aber wenn die Kräfte kleiner sind, wird der Weg länger. Es werden Anwendungen in der Hydraulik, bei Tauchvorgängen in Natur und Technik und sportliche Aspekte untersucht.
- Radioaktivität und Kernenergie – Grundlagen, Anwendungen und Verantwortung
Radioaktivität und Kernenergie bergen Nutzen und Gefahren für die Menschheit. Es werden Strahlendiagnostik und Strahlentherapie sowie Kernkraftwerke und Fusionsreaktoren nicht nur unter physikalischen Aspekten genauer betrachtet.
- Effiziente Energienutzung: eine wichtige Zukunftsaufgabe der Physik
Der Strom für Zuhause hat einen weiten Weg hinter sich. Blockheizkraftwerken und Energiesparhäusern lenken den Blick auf effiziente Energienutzung. Der Preis, den wir für unsere Mobilität zahlen müssen, wird im Kontext von Verkehrssystemen und Energieumsatz analysiert.
Sekundarstufe II
Physik in der Einführungsphase (EF)
In der EF lernt man klassische Mechanik, also handfeste, kraftvolle Sachen. Physik heißt auch hier selber erleben, selber herausfinden, wie und nach welchen Gesetzmäßigkeiten die Dinge funktionieren.
Die großen handfesten Themen in der EF sind
- Teilnahme am Straßenverkehr
Bewegungen im Straßenverkehr wie Anfahren, Überholen und Bremsen werden genauer betrachtet. Diese alltäglich wiederkehrenden Bewegungen folgen physikalischen Gesetzen. Auch die Faustformel aus der Fahrschule ist auf physikalische Gesetze zurückzuführen.
- Physik und Sport
Wer den physikalischen Hintergrund von Flugbahnen der Bällen, Lauf- und Sprungbewegungen und Kreisbewegungen kennt, kann daraus Vorteile für sich nutzen.
- Gravitation und Raumfahrt
Die Bewegungen der Planeten folgen den Gesetzen der irdischen Physik. Durch Satelliten und Raumfahrt gelingt der Aufbruch ins Sonnensystem.
- Die Welt der Töne
Schall und das Empfinden von Musikeindrücken kann physikalisch beschrieben werden. Töne auf ihrem Weg durch Luft und mehr werden genauer beschrieben.
Physik in der Qualifikationsphase
In der Qualifikationsphase wird Physik am Leibniz in Grundkursen und Leistungskursen unterrichtet.
Während in der Einführungsphase im Wesentlichen die klassische Mechanik gelernt und gelehrt wird, die von der Physik als Basis physikalischen Denkens verstanden wird, vermittelt die Qualifikationsphase quantitative Einblicke in 5 Kontexten:
- Auf der Spur des Elektrons
- Bereitstellung und Wandlung elektrischer Energie
- Im Innern der Atome
- Elektrische Wellen oder Quantenobjekte
- Umdenken in Kinematik, Dynamik (und Elektrik) – Relativitätstheorie
Auf den Spuren berühmter Physiker*innen fragen wir – ein kleiner Ausschnitt der Fragen, die uns in der Qualifikationsphase antreiben:
- Woher wissen wir, dass es Elektronen, alle mit einer winzig kleinen Elementarladung ausgestattet, gibt? (Das (Nobel-)Experiment von Millikan lässt nur diesen Schluss zu – mit dem Nachbau des berühmten Experiments wird in der Q1 am Leibniz experimentiert.
- Wie funktionieren unsere Kraftwerke? Eigentlich drehen sich nur Leiterschleifen in Magnetfeldern.
- Wie stellen wir uns Elektronen und andere Elementarteilchen vor?
Dass Elektronen wirklich Welleneigenschaften haben, kann man an der Elektronenbeugungsröhre in der Q2 mit eigenen Augen sehen.
- Wenn es dem Licht zu eng wird, kann sich Licht so überlagern, dass Dunkelheit entsteht. Auch das ist mit eigenen Augen und den Schullasern gut sichtbar. Wie kann diese merkwürdige und rätselhafte Eigenschaft in einem Modell gedeutet werden?
- Was folgt aus Einsteins Postulat: Die Lichtgeschwindigkeit ist die obere Grenze für Geschwindigkeiten von Signalen oder Materie?
Die Lichtgeschwindigkeit bestimmen wir im Flur am Leibniz mit einem gepulsten Laser.
