Sek-I

Mittelstufe (Gymnasium)

Inhaltsfeld Elektrischer Strom und Magnetismus

Inhaltliche Schwerpunkte

• Elektrostatik: elektrische Ladungen und Felder, Spannung

• elektrische Stromkreise: Elektronen-Atomrumpf-Modell, Ladungstransport und elektrischer Strom, elektrischer Widerstand, Reihen- und Parallelschaltung, Sicherheitsvorrichtungen

• elektrische Energie und Leistung

Umgang mit Fachwissen

Die Schüler:innen können…

• die Entstehung einer elektrischen Spannung durch den erforderlichen Energieaufwand bei der Ladungstrennung qualitativ erläutern (UF1, UF2),

• zwischen der Definition des elektrischen Widerstands und dem Ohm`schen Gesetz unterscheiden (UF1),

• die Beziehung von Spannung, Stromstärke und Widerstand in Reihen- und Parallelschaltungen mathematisch beschreiben und an konkreten Beispielen plausibel machen (UF1, UF4, E6),

Erkenntnisgewinnung

Die Schüler:innen können…

• Wechselwirkungen zwischen geladenen Körpern durch elektrische Felder beschreiben (E6, UF1, K4),

• elektrische Schaltungen sachgerecht entwerfen, in Schaltplänen darstellen und anhand von Schaltplänen aufbauen, (E4, K1),

• Spannungen und Stromstärken messen und elektrische Widerstände ermitteln (E2, E5),

• Versuche zu Einflussgrößen auf den elektrischen Widerstand unter Berücksichtigung des Prinzips der Variablenkontrolle planen und durchführen (E2, E4, E5, K1).

Bewertung

Die Schülerinnen und Schüler können

• Gefahren und Sicherheitsmaßnahmen beim Umgang mit elektrischem Strom und elektrischen Geräten beurteilen (B1, B2, B3, B4),

Beiträge zu den Basiskonzepten

Energie:

Elektrische Energie entsteht durch Trennung von Ladungen. Energie wird im Stromkreis übertragen, umgewandelt und entwertet. 

Wechselwirkung:

Elektrische Felder vermitteln Kräfte zwischen elektrischen Ladungen.

System:

Der elektrische Stromkreis ist in Bezug auf Ladungen ein geschlossenes System, energetisch jedoch ein offenes System. Die elektrische Spannung beschreibt ein Ungleichgewicht, das zu einem Fluss von Ladungsträgern führen kann.

Mittelstufe (Gesamtschule)

Inhaltsfeld Elektrizität und ihre Wirkungen

Inhaltliche Schwerpunkte

• Stromkreise und Schaltungen (Progressionsstufe 2: Gesetze des Stromkreises und elektrischer Widerstand)

• Wirkungen elektrischen Stroms

• Elektromagnete

• Spannung und Ladungstrennung

• Stromstärke

Umgang mit Fachwissen

Die Schülerinnen und Schüler können …

• notwendige Elemente eines elektrischen Stromkreises nennen. (UF1)

• verschiedene Materialien in die Gruppe der Leiter oder der Nichtleiter einordnen. (UF3)

• den Aufbau, die Eigenschaften und Anwendungen von Elektromagneten erläutern. (UF1)

• Aufbau und Funktionsweise einfacher elektrischer Geräte beschreiben und dabei die relevanten Stromwirkungen (Wärme, Licht, Magnetismus) und Energieumwandlungen benennen. (UF2, UF1)

• Eigenschaften von Ladungen und Kräfte zwischen Ladungen beschreiben sowie elektrische von magnetischen Feldern unterscheiden (Progressionsstufe 2). (UF1, UF2)

• die Spannung als Indikator für durch Ladungstrennung bereitgestellte elektrische Energie beschreiben (Progressionsstufe 2). (UF3)

• die Abhängigkeit des elektrischen Widerstands eines Leiters von dessen Eigenschaften erläutern (Länge, Querschnitt, Material, Temperatur) (Progressionsstufe 2). (UF1) 

• bei elektrischen Stromkreisen begründet Reihenschaltungen und Parallelschaltungen identifizieren und die Aufteilung von Strömen und Spannungen erläutern (Progressionsstufe 2). (UF3)

Erkenntnisgewinnung

Die Schülerinnen und Schüler können …

• einfache elektrische Schaltungen (u. a. UND/ODER Schaltungen) zweckgerichtet planen und aufbauen. (E4)

• mit einem einfachen Analogmodell fließender Elektrizität Phänomene in Stromkreisen veranschaulichen. (E7)

• in einfachen elektrischen Schaltungen unter Verwendung des Stromkreiskonzepts Fehler identifizieren. (E3, E2, E9)

• Hypothesen zum Verhalten von Strömen und Spannungen in vorgegebenen Schaltungen formulieren, begründen und experimentell überprüfen. (E3, E5)

• Variablen identifizieren, von denen die Größe des Widerstands in einer einfachen elektrischen Schaltung abhängt (Progressionsstufe 2). (E4)

• Spannungen und Stromstärken unter sachgerechter Verwendung der Messgeräte bestimmen und die Messergebnisse unter Angabe der Einheiten aufzeichnen (Progressionsstufe 2). (E5)

• den Zusammenhang von Stromstärke, Spannung und Widerstand erläutern und beschreiben und diese Größen mit geeigneten Formeln berechnen (Progressionsstufe 2). (UF1, E8)

Kommunikation

Die Schülerinnen und Schüler können …

• Stromkreise durch Schaltsymbole und Schaltpläne darstellen und einfache Schaltungen nach Schaltplänen aufbauen. (K4)

• sachbezogen Erklärungen zur Funktion einfacher elektrischer Geräte erfragen. (K8)

• mit Hilfe von Funktions- und Sicherheitshinweisen in Gebrauchsanweisungen elektrische Geräte sachgerecht bedienen. (K6, B3)

• bei Versuchen in Kleingruppen Initiative und Verantwortung übernehmen, Aufgaben fair verteilen und diese im verabredeten Zeitrahmen sorgfältig erfüllen. (K9, E5)

• für eine Messreihe mit mehreren Messgrößen selbstständig eine geeignete Tabelle, auch mit Auswertungsspalten, anlegen (Progressionsstufe 2). (K4)

• mit Hilfe einfacher Analog- bzw. Funktionsmodelle die Begriffe Spannung, Stromstärke und Widerstand sowie ihren Zusammenhang anschaulich erläutern (Progressionsstufe 2). (K7)

Bewertung

Die Schülerinnen und Schüler können …

• Sicherheitsregeln für den Umgang mit Elektrizität begründen und diese einhalten. (B3)

Beiträge zu den Basiskonzepten

Struktur der Materie

einfaches Modell des elektrischen Stroms, Leiter und Nichtleiter

Energie

elektrische Energiequellen, Energieumwandlung

Elektrische Energie, Spannungserzeugung, Energieumwandlungen in Stromkreisen (Progressionsstufe 2)

Wechselwirkung

Kräfte zwischen Ladungen, elektrische Felder (Progressionsstufe 2)

Stromwirkungen

System

Stromkreis, Strom als Ladungsausgleich, Leiter und Isolator, Schaltung und Funktion einfacher Geräte

Stromstärke, Spannung, Widerstand, Reihenschaltung und Parallelschaltung (Progressionsstufe 2)

Mittelstufe (Realschule)

Inhaltsfeld Strom und Magnetismus (1); Stromkreise (5)

Inhaltliche Schwerpunkte

• Magnetismus

• Stromkreise und Schaltungen

• Elektrische Geräte und Stromwirkungen

• Elektrische Ladungen (Progressionsstufe 2)

• Elektrische Energie (Progressionsstufe 2)

• Gesetze des Stromkreises (Progressionsstufe 2)

Umgang mit Fachwissen

Die Schülerinnen und Schüler können …

• magnetisierbare Stoffe nennen und magnetische Felder als Ursache für Anziehung bzw. Abstoßung zwischen Magneten benennen. (UF3, UF1)

• den Aufbau, die Eigenschaften und Anwendungen von Elektromagneten erläutern. (UF1)

• verschiedene Materialien als Leiter oder Nichtleiter einordnen. (UF3)

• notwendige Elemente eines elektrischen Stromkreises nennen und zwischen einfachen Reihen- und Parallelschaltungen unterscheiden. (UF1, UF2)

• Aufbau und Funktionsweise einfacher elektrischer Geräte beschreiben und dabei die relevanten Stromwirkungen (Wärme, Licht, Magnetismus) und Energieumwandlungen benennen. (UF2, UF1)

• einfache elektrostatische Phänomene mithilfe der Eigenschaften von positiven und negativen Ladungen erklären (Progressionsstufe 2). (UF2)

• Kräfte zwischen Ladungen beschreiben sowie elektrische von magnetischen Feldern unterscheiden (Progressionsstufe 2). (UF2, UF1)

• die Abhängigkeit des elektrischen Widerstands eines Leiters von dessen Eigenschaften erläutern (Länge, Querschnitt, Material, Temperatur) (Progressionsstufe 2). (UF1)

• bei elektrischen Stromkreisen begründet Reihenschaltungen und Parallelschaltungen identifizieren und die Aufteilung von Strömen und Spannungen erläutern (Progressionsstufe 2). (UF3)

• verschiedene Möglichkeiten der Spannungserzeugung in Natur und Technik mithilfe von Ladungstrennung beschreiben (Progressionsstufe 2). (UF1)

Erkenntnisgewinnung

Die Schülerinnen und Schüler können …

• Magnetfelder mit der Modellvorstellung von Feldlinien beschreiben und veranschaulichen. (E7) 

• Magnetismus mit dem Modell der Elementarmagnete erklären. (E8).

• einfache elektrische Schaltungen (u. a. UND/ODER Schaltungen) nach dem Stromkreiskonzept planen, aufbauen und auf Fehler überprüfen. (E5)

• Vorgänge in einem Stromkreis mithilfe einfacher Modelle erklären. (E8)

• Spannungs- und Stromstärkemessungen planen und unter sachgerechter Verwendung der Messgeräte durchführen (Progressionsstufe 2). (E5, E4)

• die Leistung sowie den Widerstand in elektrischen Stromkreisen aus den Werten für Spannung und Stromstärke bestimmen (Progressionsstufe 2). (E6)

• Messdaten zu Stromstärke und Spannung in Reihen- und Parallelschaltungen auswerten und Gesetzmäßigkeiten formulieren (Progressionsstufe 2). (E6)

• die Temperaturabhängigkeit von Widerständen mithilfe des Metallgittermodells vorhersagen und experimentell überprüfen (Progressionsstufe 2). (E8, E3)

• für Messungen und Berechnungen (u. a. bei Stromkreisen) Größengleichungen verwenden und die korrekten Maßeinheiten (z. B. Volt V bzw. Ampère A, mA) verwenden (Progressionsstufe 2). (E5)

Kommunikation

Die Schülerinnen und Schüler können …

• Stromkreise durch Schaltsymbole und Schaltpläne darstellen sowie einfache Schaltungen nach Schaltplänen aufbauen. (K2, K6)

• einfache Schaltpläne erläutern und die Funktionszusammenhänge in einer Schaltung begründen. (K7)

• mit Hilfe von Funktions- und Sicherheitshinweisen in Gebrauchsanweisungen elektrische Geräte sachgerecht bedienen. (K6, B3)

• bei Versuchen in Kleingruppen Initiative und Verantwortung übernehmen, Aufgaben fair verteilen und diese im verabredeten Zeitrahmen sorgfältig erfüllen. (K9, E5)

• für eine Messreihe mit mehreren Variablen (u. a. zu elektrischen Schaltungen) selbstständig eine geeignete Tabelle anlegen (Progressionsstufe 2). (K2)

Bewertung

Die Schülerinnen und Schüler können …

• Sicherheitsregeln für den Umgang mit Elektrizität begründen und zum Schutz der Gesundheit einhalten. (B3)

Beiträge zu den Basiskonzepten:

System

Stromkreis, Parallel- und Reihenschaltungen, Schaltung und Funktion einfacher Geräte

Stromstärke, Spannung, Widerstand, Parallel- und Reihenschaltungen (Progressionsstufe 2)

Wechselwirkung

Kräfte und Felder zwischen Magneten, Stromwirkungen

Kräfte zwischen Ladungen, elektrisches Feld (Progressionsstufe 2)

Energie

Energietransport durch elektrischen Strom, Energieumwandlungen

Spannung, elektrische Energie, elektrische Leistung (Progressionsstufe 2

Struktur der Materie

magnetisierbare Stoffe, Leiter und Nichtleiter, einfaches Modell des elektrischen Stroms

Mittelstufe (Hauptschule)

Inhaltsfeld Geräte und Werkzeuge (3), Energienutzung (7)

Inhaltliche Schwerpunkte

• Geräte im Stromkreis

• Magnetismus

• Strom, Spannung, Widerstand (Progressionsstufe 2)

Umgang mit Fachwissen

Die Schülerinnen und Schüler können …

• Beispiele für magnetische Stoffe nennen und magnetische Anziehung und Abstoßung durch das Wirken eines Magnetfelds erklären. (UF3, UF1) 

• den Aufbau, die Eigenschaften und Anwendungen von Elektromagneten erläutern. (UF1)

• verschiedene Materialien als elektrische Leiter oder Nichtleiter identifizieren. (UF3)

• notwendige Elemente eines elektrischen Stromkreises nennen. (UF1)

• Energieformen und Energieumwandlungen in elektrischen Geräten mit Bezug auf Wirkungen des elektrischen Stroms (Licht, Magnetismus, Wärme) erläutern. (UF2)

• den Zusammenhang von Spannung, Stromstärke, und Widerstand für unterschiedliche Leiter beschreiben und Widerstände in einfachen Schaltungen berechnen (Progressionsstufe 2). (UF1)

Erkenntnisgewinnung

Die Schülerinnen und Schüler können …

• Magnetismus mit dem Modell der Elementarmagnete erklären. (E8)

• das Modell der Magnetfeldlinien zur Veranschaulichung einfacher Magnetfelder nutzen. (E7)

• einfache elektrische Schaltungen zweckgerichtet planen und aufbauen und dabei unter Verwendung des Stromkreiskonzepts Fehler identifizieren. (E3, E2, E9)

• den Energietransport in einem Stromkreis mit Hilfe einfacher Modelle erklären (u. a. Fahrradkettenmodell, Wassermodell). (E8)

• Spannungen und Stromstärken unter sachgerechter Verwendung der Messgeräte bestimmen und die Messergebnisse unter Angabe der Einheiten aufzeichnen (Progressionsstufe 2). (E5)

• bei elektrischen Versuchsaufbauten Fehlerquellen systematisch eingrenzen und finden (Progressionsstufe 2). (E5)

• Variablen identifizieren, von denen die Größe des Widerstands in einer einfachen elektrischen Schaltung abhängt (Progressionsstufe 2).  (E4)

Kommunikation

Die Schülerinnen und Schüler können …

• Messergebnisse (u. a. bei der Längen-, Volumen- oder Massenbestimmung) tabellarisch unter Angabe der Maßeinheiten darstellen. (K4)

• einfache Stromkreise durch Schaltsymbole und Schaltpläne darstellen und mit einfachen Schaltplänen Funktionszusammenhänge einer Schaltung erklären. (K4, K7)

• einfache unverzweigte und verzweigte Stromkreise nach Schaltplänen aufbauen. (K6)

• den Zusammenhang zwischen zwei gemessenen Größen (Typ B: selbstständig) in geeigneten Tabellen und Diagrammen darstellen (Progressionsstufe 2). (K4) 

Bewertung

Die Schülerinnen und Schüler können …

• Sicherheitsregeln für den Umgang mit Elektrizität zum Schutz der eigenen Gesundheit begründen und einhalten. (B3)

Beiträge zu den Basiskonzepten

System

Stromkreise, Strom als Ladungsausgleich

Elektrischer Strom, Spannung, Widerstand, Reihenschaltung, Parallelschaltung, Energiefluss bei Ungleichgewichten (Progressionsstufe 2)

Wechselwirkung

magnetische Kräfte und Magnetfelder

Energie

Wirkungen des elektrischen Stroms, Energieumwandlung

Struktur der Materie

Leiter und Nichtleiter, magnetische Stoffe

SEK-II

Oberstufe (Gymnasium/Gesamtschule):
Grundkurs:

Inhaltsfeld Elektrodynamik und Energieübertragung 

Inhaltliche Schwerpunkte:

• Elektrodynamik: magnetischer Fluss, elektromagnetische Induktion, Induktionsgesetz;

Sachkompetenz

Die Schülerinnen und Schüler…

• führen Induktionserscheinungen bei einer Leiterschleife auf die zeitliche Änderung der magnetischen Flussdichte oder die zeitliche Änderung der durchsetzten Fläche zurück (S1, S2, K4),

• beschreiben das Induktionsgesetz mit der mittleren Änderungsrate und in differentieller Form des magnetischen Flusses (S7),

• untersuchen die gezielte Veränderung elektrischer Spannungen und Stromstärken durch Transformatoren mithilfe angeleiteter Experimente als Beispiel für die technische Anwendung der Induktion (S1, S4, E6, K8),

• erklären am physikalischen Modellexperiment zu Freileitungen technologische Prinzipien der Bereitstellung und Weiterleitung von elektrischer Energie (S1, S3, K8),

Erkenntnisgewinnungskompetenz

Die Schülerinnen und Schüler 

• interpretieren die mit einem Oszilloskop bzw. Messwerterfassungssystem aufgenommenen Daten bei elektromagnetischen Induktions- und Schwingungsversuchen unter Rückbezug auf die experimentellen Parameter (E6, E7, K9),

• modellieren mathematisch das Entstehen von Induktionsspannungen für die beiden Spezialfälle einer zeitlich konstanten Fläche und einer zeitlich konstanten magnetischen Flussdichte (E4, E6, K7),

• erklären das Entstehen von sinusförmigen Wechselspannungen in Generatoren mithilfe des Induktionsgesetzes (E6, E10, K3, K4),

• stellen Hypothesen zum Verhalten des Rings beim Thomson’schen Ringversuch bei Zunahme und Abnahme des magnetischen Flusses im Ring auf und erklären diese mithilfe des Induktionsgesetzes (E2, E9, S3, K4, K8),

Leistungskurs:

Inhaltliche Schwerpunkte:

Inhaltsfeld Ladungen, Felder und Induktion

• Elektrische Ladungen und Felder: Ladungen, elektrische Felder, elektrische

• magnetische Felder, magnetische Flussdichte

• Bewegungen in Feldern: geladene Teilchen in elektrischen Längs- und Querfeldern

• Elektromagnetische Induktion: magnetischer Fluss, Induktionsgesetz, Induktivität

Sachkompetenz 

Die Schülerinnen und Schüler…

• erklären grundlegende elektrostatische Phänomene mithilfe der Eigenschaften elektrischer Ladungen (S1),

• stellen elektrische Feldlinienbilder von homogenen, Radial- und Dipolfeldern sowie magnetische Feldlinienbilder von homogenen und Dipolfeldern dar (S1, K6),

• beschreiben Eigenschaften und Wirkungen homogener elektrischer und magnetischer Felder (S2, S3, E6),

• nutzen das Induktionsgesetz unter Verwendung des magnetischen Flusses (S2, S3, S7),

• erklären Verzögerungen bei Einschaltvorgängen sowie das Auftreten von Spannungsstößen bei Ausschaltvorgängen mit der Kenngröße Induktivität einer Spule anhand der Selbstinduktion (S1, S7, E6),

Erkenntnisgewinnungskompetenz

Die Schülerinnen und Schüler 

• modellieren mathematisch Bahnformen geladener Teilchen in homogenen elektrischen und magnetischen Längs- und Querfeldern sowie in orthogonal gekreuzten Feldern (E1, E2, E4, S7),

• konzipieren Experimente zur Bestimmung der Abhängigkeit der magnetischen Flussdichte einer langgestreckten stromdurchflossenen Spule von ihren Einflussgrößen (E2, E5),