Im Leistungskurs setzen sich die Schüler vertieft mit physikalischen Inhalten und Methoden auseinander. Sie erarbeiten die wichtigsten Begriffe weiterer Gebiete der klassischen Physik, u.a. der Elektrodynamik und der Wellenoptik; damit können sie den Erkenntnissen der modernen Physik aufgeschlossen begegnen, Gemeinsamkeiten mit der klassischen Betrachtungsweise erkennen, aber auch die Notwendigkeit und Bedeutung neuer Vorstellungen und Gedanken einsehen. Analogiebetrachtungen und Modellbildungen spielen eine bedeutende Rolle; sie fördern in besonderem Maße die sprachliche Ausdrucksfähigkeit (->DS). Im Gegensatz zum Grundkurs treten quantitativ-mathematische Beschreibungen mit Methoden der Differential- und Integralrechnung (->M) stärker in den Vordergrund und fordern von den Schülern, auch mathematisch klar zu formulieren; der Vektorbegriff wird erweitert und vertieft.

Im Zentrum des Unterrichts steht das Experiment. Die Schüler sollen an Beispielen erfahren, welches Ziel man mit einzelnen Experimenten verfolgt, welche Schwierigkeiten auftreten können und mit welchen Mitteln man sie überwindet. Die Ergebnisse der Experimente münden in der Regel in eine Theorie, die nie Selbstzweck ist, sondern tieferen Einblick in das Verhalten der Natur gibt. Die Schüler sollen lernen, den Computer als nützliches Gerät zu verwenden, das in vielfältiger Weise zur Meßwerterfassung und Auswertung sowie zur Bearbeitung mathematischer Modelle benutzt werden kann. In Referaten sollen die Schüler lernen, aus bereitgestellter Literatur richtig auszuwählen, einen Vortrag sinnvoll zu gliedern und zu gestalten, in freier Rede vorzutragen (->DS) und ein Experiment überzeugend vorzuführen. Im experimentellen Praktikum sollen sich die Schüler selbst mit Sinn und Zweck von Experimenten auseinandersetzen und ihre Versuchsergebnisse beurteilen lernen.

Von den mit (*) gekennzeichneten Themenbereichen "3 Einführung in die spezielle Relativitätstheorie (*)" bzw. "4 Einführung in die Theorie der Wärme (*)" muß nur einer mit allen Inhalten behandelt werden; dieser gewählte Themenbereich wird in Jahrgangsstufe 12 begonnen und in Jahrgangsstufe 13 fortgeführt. Aus dem jeweils anderen Themenbereich werden nur die mit (**) gekennzeichneten Inhalte vermittelt.

Der Themenbereich "8 Experimentelles Praktikum" soll im Umfang von ca. 24 Std. gleichmäßig auf die Ausbildungsabschnitte 12/1, 12/2 und 13/1 verteilt werden. Jeder Schüler soll wenigstens sechs Versuche aus verschiedenen Themenbereichen bearbeiten.

1.1 Elektrisches Feld (ca. 44 Std.)

An Experimenten lernen die Schüler das elektrische Feld als Kraftfeld kennen. Ausgehend von der Messung der Kraftwirkung auf Probekörper verstehen sie die Notwendigkeit der Einführung einer Größe, der elektrischen Feldstärke, die das elektrische Feld quantitativ und in seiner Struktur beschreibt. Dabei erfahren sie wieder, wie nützlich die Verwendung des Energiebegriffs ist und in welchem tiefergehenden Zusammenhang die elektrische Spannung zu sehen ist. Aus der Tatsache, daß das elektrische Feld ein Energieträger ist, gewinnen die Schüler eine vertiefte Einsicht in die Natur eines Kraftfelds. Bei der Besprechung und Durchführung des historischen Versuchs von Millikan erfahren sie, daß Ladungen nur als ganzzahlige Vielfache einer Elementarladung auftreten können und daß die Messung einer fundamentalen Größe experimentelle Probleme aufwirft (->W). Die Behandlung der Bewegung geladener Teilchen in elektrischen Feldern läßt die Schüler erkennen, daß Bewegungen in gleich strukturierten Kraftfeldern gleichartig ablaufen.

1.2 Magnetisches Feld (ca. 36 Std. )

Mit dem Magnetfeld lernen die Schüler ein weiteres Kraftfeld kennen, das aber andere Eigenschaften hat als das elektrische Feld. Anhand der Beobachtung, daß jeder elektrische Strom von einem Magnetfeld umgeben ist, vollziehen sie die historische Entwicklung nach, die aus den getrennten Teilgebieten Elektrizität und Magnetismus die vereinheitlichende Theorie des Elektromagnetismus entstehen ließ (->W). Ausgehend vom Phänomen "Kraft auf stromdurchflossene Leiter im Magnetfeld" sollen die Schüler die im Zusammenhang mit dem elektrischen Feld verstandene Einführung einer feldbeschreibenden Größe auf das Magnetfeld übertragen können. Am Induktionsgesetz erkennen sie, wie das Zusammenwirken von Experiment und Theorie zu neuen Erkenntnissen führt (->W). Die Schüler erfahren, daß auch das magnetische Feld ein Träger von Energie ist. Eine abschließende Zusammenfassung von elektrischen und magnetischen Erscheinungen schafft die Voraussetzungen für das Verständnis von elektromagnetischen Schwingungen und Wellen. Die Vielfalt von technischen Anwendungen, die unmittelbar auf der Kraftwirkung auf bewegte Ladungen beruhen oder aus dem Induktionsgesetz gefolgert werden können, macht den Schülern deutlich, daß die Physik wesentliche Grundlagen für technische Anwendungen in Alltag und Umwelt bereitstellt (->MT).

Der gesamte Abschnitt ist sehr anwendungsorientiert; zu jedem der angeführten Punkte sollen nach Möglichkeit technische Anwendungen besprochen werden (->MT). Bei den Lerninhalten "Induktion", "Effektiv- und Scheitelwerte" und "Selbstinduktion" bietet sich der Einsatz eines (Computer-) Speicheroszilloskops an. Die vielfältigen Möglichkeiten der Bahnbewegung geladener Teilchen in elektrischen und magnetischen Feldern lassen sich eindrucksvoll anhand von Computersimulationen demonstrieren.

2 Elektromagnetische Schwingungen und Wellen (ca. 54 Std.)

2.1 Elektromagnetische Schwingungen (ca. 18 Std.)

Die Schüler lernen durch Experimente die Vorgänge im elektromagnetischen Schwingkreis kennen und die Analogie zum mechanischen Oszillator verstehen. Durch die mathematische Ausschärfung der Erkenntnisse gewinnen sie ein tieferes Verständnis für die Vorgänge beim harmonischen Oszillator und für den Zusammenhang zwischen der Periodendauer und den übrigen Größen des Oszillators (->M). Als Hilfsmittel zur Erzeugung ungedämpfter elektromagnetischer Schwingungen lernen die Schüler das Rückkopplungsprinzip kennen, das sich auch auf nicht-elektrische Systeme übertragen läßt. In Analogie zu den entsprechenden mechanischen Erscheinungen beobachten sie das Phänomen der Resonanz bei erzwungenen Schwingungen und sollen diese Vorgänge qualitativ beschreiben (->DS) können.

2.2 Elektromagnetische Wellen (ca. 36 Std.)

3 Einführung in die spezielle Relativitätstheorie (*) (ca. 30 Std.)

5 Einführung in die Atomphysik (ca. 55 Std.)

Die historische Entwicklung der Modellvorstellung vom Atom (->C, G) bildet den "roten Faden" durch diesen Unterrichtsabschnitt. Dabei sollen jeweils die Leistungen des gerade betrachteten Modells erkannt werden, aber auch seine Unzulänglichkeiten, welche die Erarbeitung eines neuen besseren Modells notwendig gemacht haben. Die quantenhafte Emission und Absorption von Energie und die Anwendung der Unschärferelation machen den Schülern verständlich, daß erst durch die völlige Aufgabe von klassischen Vorstellungen ein Atommodell ermöglicht wurde, mit dem nach heutiger Ansicht die physikalische Wirklichkeit (->K12, Ev11, Eth12; ->W) adäquat beschrieben werden kann.

Die Schüler erhalten einen Einblick in die Kernenergietechnik (->CLk12). Auf der Grundlage der bisher erworbenen Kenntnisse über die Atomkerne soll in ihnen die Bereitschaft geweckt werden, sich bei Fragen zur Kernenergie ein eigenes, fachlich fundiertes Urteil zu bilden und es verantwortungsbewußt zu vertreten. Die Beschäftigung mit Fragestellungen, die mit modernen Großforschungsanlagen angegangen werden, soll den Schülern die Bedeutung und die Notwendigkeit einer zweckfreien Grundlagenforschung für die Gewinnung neuer Erkenntnisse bewußtmachen.

Im experimentellen Praktikum können die Schüler bei der Bearbeitung und Lösung physikalischer Aufgabenstellungen ihr Wissen und ihre experimentellen Fähigkeiten unmittelbar festigen und erweitern. Sie lernen durch eigenes Tun beim Beobachten, Messen, Darstellen und Formulieren von Ergebnissen die wichtigsten Arbeitsmethoden der Physik vertieft kennen, z.B. das Erfassen und Verarbeiten von Meßwerten, die Verwendung von Logarithmenpapier (-> M10). Dabei soll die Einstellung, Geräte und Materialien verantwortungsbewußt zu handhaben, gestärkt werden.

Die gemeinsame Arbeit bei der Planung, Durchführung und Auswertung von Experimenten vermittelt den Schülern die Fähigkeit zur Teamarbeit, wie sie heute in Wissenschaft und Berufsleben gefordert wird. Die Nützlichkeit des Computers bei der Meßwerterfassung oder beim Berechnen physikalischer Modelle mit fertiger Software zeigt sich den Schülern besonders deutlich, wenn sie selbständig mit diesem Gerät umgehen und damit vertraut werden. Die Beschäftigung mit populärwissenschaftlichen Artikeln, mit Nachdrucken historischer Originalarbeiten oder auch mit fremdsprachigen Aufsätzen (-> mFS) zeigt den Schülern, wie in Wissenschaft und Beruf mit Fachliteratur (->W) gearbeitet wird.

Die folgenden Praktikumsthemen haben Vorschlagscharakter. Je nach Ausstattung der Schule können auch andere Themen bearbeitet werden. Die Praktika können in arbeitsteiligen oder bei entsprechender Geräteausstattung auch in arbeitsgleichen Gruppen durchgeführt werden. Jeder Schüler soll insgesamt wenigstens sechs Versuche aus verschiedenen Gebieten bearbeiten.

Themen zu 1.1:

- Aufnahme der Entladungskurve eines Kondensators und Bestimmung der abgeflossenen Ladung (z.B. mit einem Computer-Meßwerterfassungssystem)
- Aufnahme von Äquipotentiallinien im elektrolytischen Trog
- Bestimmung der elektrischen Feldkonstante
- Bestimmung der Elementarladung im Millikan-Versuch, Auswertung mit einem Rechnerprogramm.

Themen zu 1.2:

- Bestimmung der spezifischen Ladung von Elektronen im Fadenstrahlrohr
- Bestimmung magnetischer Felder mit der Hall-Sonde
- Bestimmung der Ladungsträgerdichte in einem Halbleiter
- Messung von Spannungsstößen mit einem Meßwerterfassungssystem
- Aufnahme von Ein- und Ausschaltvorgängen an Spulen und Kondensatoren
- Simulation der Bewegung geladener Teilchen in elektrischen und magnetischen Feldern (z.B. Geschwindigkeitsfilter, Rutherford-Streuung) mit dem Computer

Themen zu 2.1:

- Bestimmung von Wechselstromwiderständen, evtl. auch Parallel- und Serienresonanz
- Aufbau und Erprobung von Meißner- oder Dreipunkt-Schaltung
- Versuche mit gekoppelten Oszillatoren
- harmonische bzw. gedämpfte Schwingung: Realexperimente und Simulationen

Themen zu 2.2:

- Aufbau eines einfachen MW-Empfängers
- Experimente mit dem Dezimeterwellen-Sender
- Modulation und Demodulation elektromagnetischer Wellen
- Beugungs- und Interferenzversuche mit Wasser-, Schall-, Mikrowellen und mit Licht
- Versuche zur Polarisation von Licht (->C, B: Saccharimeter)
- Messung der Lichtgeschwindigkeit

Themen zu 3.1:

- Dopplereffekt mit Schall- und Mikrowellen

Themen zu 4.1:

- Abschätzung der Molekülgröße und der Avogadro-Konstante mit dem Ölfleckversuch
- Versuche mit dem Heißluftmotor
- Versuche mit einem Modellgas

Themen zu 5:

- Experimente zum lichtelektrischen Effekt, Bestimmung von h und der Austrittsarbeit
- Bestimmung der Wellenlänge von Elektronen mit der Elektronenbeugungsröhre

Themen zu 6:

- Bestimmung der Wellenlängen von Spektrallinien der Balmerserie
- Umkehr der Natrium-D-Linie
- Aufnahme der Kennlinie beim Franck-Hertz-Versuch und Auswertung
- Betrachtung verschiedener Zustände des Elektrons in einer Simulation des quantenmechanischen Atommodells des Wasserstoffatoms