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Was ist Physik?

  • Der Kern unserer modernen Kultur sind die Wissenschaften.
  • Der Kern der Wissenschaften sind die Naturwissenschaften.
  • Der Kern der Naturwissenschaften ist die Physik.

Carl Friedrich von Weizsäcker

 

Plasmalicht

 

Die räumliche und zeitliche Spannweite für die unsere heutige Physik Erklärungen zu liefern vermag, ist in der Tat erstaunlich: Von fast unendlich grossen kosmischen Dimensionen bis zu fast unendlich kleinen atomaren Dimensionen. Von der Entstehung unseres heutigen Universums vor etwa 13 Milliarden Jahren bis zu Prognosen in zeitlich ähnlicher Grössenordnung.

 

Die Physik dient uns heute in erster Linie zur Bewältigung des alltäglichen Lebens und ermöglicht erst all die Annehmlichkeiten, die vielen von uns meist selbstverständlich erscheinen. Ohne Physik gäbe es weder industrielle Revolution, Einblicke in das Erbgut, moderne medizinische Diagnostik, noch Fahrzeuge, Fernseher, Computer, Handy oder das Internet. Physik steckt im Weltall und im Atom, in den Stoffen und im Licht, im Leben und in der Technik.

 

Die Physik beschreibt aber nicht nur die unbelebte Natur, wie es oft zu lesen ist. Insbesondere die moderne Physik hat uns vor Augen geführt, dass wir mit unserer Alltagserfahrung, unserer Logik und auch mit den Konzepten der klassischen Physik die Welt im Kleinen nicht erklären können. Dort gelten andere Gesetze, als die, die wir aus unserer Erfahrungswelt kennen.

 

Die Quantentheorie rückt die Stellung des Menschen in ein neues Licht. Der Mensch ist nicht mehr Beobachter einer objektiven Realität, also einer Welt, die auch ohne ihn genauso aussehen würde. Der Mensch konstruiert mit seinen Sinnen und Messapparaten in seinem Bewusstsein das, was wir als Wirklichkeit erleben selbst.

Treffend kommt dieser Aspekt in einem Zitat von Niels Bor zum Ausdruck:

 

“It is wrong to think that the task of physics is to find out how nature is. Physics concerns what we can say about nature.”

 

Die moderne Physik führt uns an die Grenze unseres Vorstellungsvermögens und belebt dabei alte, tiefgreifende philosophische Fragen wie die Frage nach der Wirklichkeit und der Realität oder der Frage, was wir wissen können und letztlich auch der Frage, was der Mensch ist.

 

Die Beschäftigung mit Physik ist spannend. Die Erkenntnisse der Physik haben tiefgreifende philosophische Konsequenzen. Das Wissen über die Bedeutung dieser Erkenntnisse ist heute Bestandteil des Wissens eines gebildeten Menschen.

 

 

 

 

Lehrpersonen

  • Lars Fleig
  • Pal Molnar
  • Samuel Nüesch
  • Herbert Rubin
  • Yee Ling Willems-Ong

Assistenten

  • R. Lenzinger
  • E. Gahr

 

 

Räumlichkeiten

  • Im NW-Gebäude, Rämistrasse 54:
  • Unterricht: 343, 344
  • Praktikum: 302 - 304
  • Vorbereitung: 243, 244
  • Prüfungen: 218
  • Werkstatt: 301

 

 

Obgleich es interessant und zweckmässig ist, die physikalischen Gesetzte nur deswegen zu studieren, weil sie uns helfen, die Natur zu verstehen und zu nutzen, sollten wir hin und wieder verweilen und denken: „Was bedeuten sie wirklich?“ Die Bedeutung irgend einer Aussage ist ein Gegenstand, der seit undenklichen Zeiten Philosophen interessiert und beunruhigt hat, und die Bedeutung physikalischer Gesetzte ist noch interessanter, weil allgemein geglaubt wird, dass diese Gesetzte irgendeine Art echten Wissens repräsentieren. Die Bedeutung von Wissen ist ein tiefgründiges Problem in der Philosophie und es ist immer wichtig zu fragen:
„Was bedeutet das?“

Richard Feynman

 

Unsere Vorstellungen und Ziele

Physik erforscht mit experimentellen und theoretischen Methoden die messend erfassbaren und mathematisch beschreibbaren Erscheinungen und Vorgänge in der Natur. Der Physikunterricht soll diese Art der Auseinandersetzung des menschlichen Denkens mit der Natur sichtbar machen und zusammen mit den anderen Naturwissenschaften das Verständnis für die Natur, den Respekt vor ihr und die Freude an ihr fördern.
Die Schülerinnen und Schüler lernen grundlegende physikalische Gebiete und Phänomene kennen und werden befähigt, Zustände und Prozesse in Natur und Technik zu erfassen und sprachlich klar und folgerichtig in eigenen Worten zu beschreiben. Sie erkennen physikalische Zusammenhänge auch im Alltag und sind sich der wechselseitigen Beziehungen von naturwissenschaftlich-technischer Entwicklung, Gesellschaft und Umwelt bewusst.
Der Physikunterricht vermittelt exemplarisch Einblick in frühere und moderne Denkmethoden und deren Grenzen. Er zeigt, dass Physik nur einen Teil der Wirklichkeit beschreibt und dass sich physikalisches Verstehen dauernd entwickelt und wandelt. Er weist aber gleichzeitig physikalisches Denken als wesentlichen Bestandteil unserer Kultur aus und hilft beim Aufbau eines vielseitigen Weltbildes. Durch Einsicht in die Möglichkeiten und Grenzen, aber auch den Sinn des Machbaren können Wissenschaftsgläubigkeit oder Wissenschaftsfeindlichkeit verringert werden.

 

Grundlagenfach

 

Physik wird in der zweiten, vierten und fünften Klasse als Grundlagenfach unterrichtet.

 

IB-Fach

 

Die IB-Klassen werden von der zweiten bis zur fünften Klasse durchgehend mit zwei Wochenstunden in Physik unterrichtet.

Präferenz- Ergänzungsfach

In der sechsten Klasse kann Physik als Ergänzungs- oder Präferenzfach gewählt werden.

IB-Schüler bzw. -Schülerinnen können Physik nur als Ergänzungsfach wählen.

 

Stundentafeln

 

Grundlagenfach (nicht IB): 

Der erste Teil des Physikunterrichts umspannt die ersten beiden Semester der zweiten Klasse und das erste Semester der dritten Klasse.

Der zweite Teil beginnt nach einjähriger Pause im zweiten Semester der vierten Klasse und dauert bis zum Ende der 5. Klasse.

Physik kann in der sechsten Klasse als Präferenz- oder Ergänzungsfach gewählt werden.

Die Stundendotationen können der folgenden Tabelle entnommen werden:

2. Klasse

3. Klasse
4. Klasse
5. Klasse
6. Klasse EF/PF
1. Sem.
2. Sem.
1. Sem.
2. Sem.
1. Sem.
2. Sem
1. Sem.
2. Sem.
1. Sem.
2. Sem.
2
2
-
-
3
3
3*
3*
3
3

 

2' bedeutet z. B. zwei Stunden pro Woche wobei eine Lektion Praktikum in Halbklassen.

3* bedeutet zwei Lektionen pro Woche Normalunterricht und eine Doppelstunde Praktikum in Halbklassen alle zwei Wochen.

 

Grundlagenfach (IB Klassen):

Hier beginnt der Unterricht auch in der zweiten Klasse, wird aber ohne Unterbrechung bis Ende der fünften Klasse geführt. Physik in der sechsten Klasse kann hier nur als Ergänzungsfach gewählt werden, weil Biologie als Präferenzfach in englischer Sprache vorgegeben ist. Die Stundentafel sieht wie folgt aus:

2. Klasse

3. Klasse
4. Klasse
5. Klasse
6. Klasse EF
1. Sem.
2. Sem.
1. Sem.
2. Sem.
1. Sem.
2. Sem
1. Sem.
2. Sem.
1. Sem.
2. Sem.
2
2
2
2
2
2
2
2
3
3

 

Das Ergänzungs- und Präferenzfach findet statt, wenn es jeweils von mindestens 9 Schülerinnen bzw. Schülern gewählt wird.

Die Praktika in Halbklassen werden nur in jenen Klassen durchgeführt, deren Bestand am Stichtag (1. Mai) mindestens 18 Schülerinnen und Schüler beträgt.

 

 

 

Themen und Ziele

Elektromagnetische Erscheinungen:

Elektromagnetische Erscheinungen bilden die Grundlage der Elektrotechnik und Elektronik und elektromagnetische Wellen sind die Grundlage der heutigen Kommunikationstechnik. Zur Veranschaulichung werden neben spannenden Experimenten auch Praktikumsversuche durchgeführt.

 

Grundzüge der Relativitätstheorie:

Relativität von Raum und Zeit. Der Gang einer Uhr und die Länge eines Massstabs sowie die Masse eines Körpers sind vom Bewegungszustand abhängig. Wie verändert sich der Lauf der Zeit und wie verändern sich Raum und Materie durch Bewegung? Weshalb kann die Lichtgeschwindigkeit nicht überschritten werden?

Worin liegt die Ursache dieser Phänomene und wo sind diese Effekte zu berücksichtigen? GPS und Fernsehen funktionieren nur unter Berücksichtigung der relativistischen Effekte.

Ist Gravitation eine Folge der Raumkrümmung? Wie entstehen schwarze Löcher und welche Eigenschaften haben sie? Wie sind Schwerkraft und Trägheit miteinander verknüpft? Weshalb steht die Zeit am Rand eines schwarzen Lochs still, was geschieht im Innern eines schwarzen Lochs?

 

Elemente der Quantentheorie:

Was ist Licht? Was sind Elektronen? Weshalb treten sie einmal als Welle und einmal als Teilchen in Erscheinung? Was bedeutet die Unschärferelation und was hat es mit Schrödingers Katze auf sich?
Die Quantenwelt zeigt aber noch viel merkwürdigere Eigenschaften: Quantenobjekte können unabhängig von Raum und Zeit miteinander verbunden bleiben. Ereignisse können sich von einem Ort ohne Zeitaufwand auf beliebig weit entfernte Orte auswirken und sogar die Vergangenheit beeinflussen. Diesen Effekt bezeichnet man als Verschränkung. Ein Quantenobjekt kann sich in mehreren Zuständen gleichzeitig befinden; dies nennt man Superposition. Superposition und Verschränkung sind Effekte jenseits unserer Alltagserfahrung und dennoch können sie in Quantencomputern zu Berechnungen führen, die mit unseren bisherigen Computern unmöglich sind. Wir werden einen Einblick in die Quanteninformatik geben und aufzeigen, was es mit Quantenbits, Quantenkryptografie und Quantenteleportation auf sich hat.

 

Teilchenphysik:

Mit der Entdeckung des Higgs-Teilchens wurde eine wichtige Lücke in der Theorie der Elementarteilchen geschlossen. Wir zeigen, was es mit diesem „Gottesteilchen“ auf sich hat, diskutieren das Standardmodell und fragen, ob man bei Elementarteilchen wirklich von Teilchen sprechen kann. Hierzu bieten wir Praktikumsversuche zur Radioaktivität an.

 

Studienvorbereitung:

Neben der Behandlung von aktuellen Forschungsthemen soll das Präferenzfach durch eine vertiefte mathematische Behandlung der physikalischen Grundkonzepte auch besser auf ein naturwissenschaftliches Studium vorbereiten. Dazu zählen wir folgende Studienrichtungen: Physik, Chemie, Biologie, Medizin, Pharmazie, Ingenieurwissenschaften, Informatik und Mathematik.

 

Informationen zum EF und PF als PDF zum Download (192 kB)

 

 

Physik

 

Grundlagenfach  (GF)
Präferenzfach  (PF)
Ergänzungsfach  (EF)

 

Bildungsziel

Physik erforscht mit experimentellen und theoretischen Methoden die messend erfassbaren und mathematisch beschreibbaren Erscheinungen und Vorgänge in der Natur. Der Physikunterricht soll diese Art der Auseinandersetzung des menschlichen Denkens mit der Natur sichtbar machen und zusammen mit den anderen Naturwissenschaften das Verständnis für die Natur, den Respekt vor ihr und die Freude an ihr fördern.
Die Schülerinnen und Schüler lernen grundlegende physikalische Gebiete und Phänomene kennen und werden befähigt, Zustände und Prozesse in Natur und Technik zu erfassen und sprachlich klar und folgerichtig in eigenen Worten zu beschreiben. Sie erkennen physikalische Zusammenhänge auch im Alltag und sind sich der wechselseitigen Beziehungen von naturwissenschaftlich-technischer Entwicklung, Gesellschaft und Umwelt bewusst.
Der Physikunterricht vermittelt exemplarisch Einblick in frühere und moderne Denkmethoden und deren Grenzen. Er zeigt, dass Physik nur einen Teil der Wirklichkeit beschreibt und dass sich physikalisches Verstehen dauernd entwickelt und wandelt. Er weist aber gleichzeitig physikalisches Denken als wesentlichen Bestandteil unserer Kultur aus und hilft beim Aufbau eines vielseitigen Weltbildes. Durch Einsicht in die Möglichkeiten und Grenzen, aber auch den Sinn des Machbaren können Wissenschaftsgläubigkeit oder Wissenschaftsfeindlichkeit verringert werden.

 

Richtziele

Grundkenntnisse

  1. physikalische Grunderscheinungen und wichtige technische Anwendungen kennen, ihre Zusammenhänge verstehen sowie über die Begriffe verfügen, welche zu deren Beschreibung notwendig sind
  2. physikalische Arbeitsweisen kennen: Beobachtung, Beschreibung, Experiment, Simulation, Hypothese, Modell, Gesetz, Theorie

Grundfertigkeiten

  1. Naturabläufe und technische Vorgänge beobachten und mit eigenen Worten beschreiben; physikalische Zusammenhänge mathematisch, aber auch umgangssprachlich formulieren
  2. einfache Experimente planen, aufbauen, durchführen, auswerten und interpretieren
  3. physikalische Probleme erfassen, formulieren, analysieren und lösen

Grundhaltungen

  1. Neugierde, Interesse und Verständnis für Natur und Technik aufbringen
  2. das Bestreben haben, Verbindungen zu anderen Fächern zu erkennen
  3. die Folgen der Anwendungen naturwissenschaftlicher Erkenntnisse auf Natur, Wirtschaft und Gesellschaft in Betracht ziehen und verantwortlich handeln

 

 

Grobziele und Inhalte

Die angeführten Grobziele lassen sich im Unterricht durch die Behandlung verschiedener Lehrstoffe erreichen und später bei einem anderen Thema festigen. Die Grobziele für die unteren Stufen sind auch für die höheren Stufen gültig und werden dort lediglich ergänzt und erweitert. Die Reihenfolge der Stoffgebiete ist innerhalb der verschiedenen Stufen nicht zwingend.

 

8. Schuljahr:

 

 

 

  • physikalische Grössen, ihre Symbole und international gebräuchlichen Ein­heiten kennen und anwenden
  • Kenntnisse der Mathematik in der Physik anwenden

 

Geometrische Optik:

  • Reflexion, Brechung, Totalreflexion
  • Spiegel und Linsen
  • optische Geräte

Elektrizitätslehre:

  • einfacher Stromkreis: Stromstärke, Span­nung, Widerstand, Leistung

 

 

  • Umgangssprache und Fachsprache unterscheiden, Alltagsbegriffe in der Physik richtig verwenden
  • einfache Experimente und Messungen selber durchführen

 

Wärmelehre:

  • Temperatur, Wärmeausdehnung
  • Wärme und innere Energie

 

 

  • Alltagsphänomene beobachten, mit eigenen Worten beschreiben und physikalische Gesetzmässigkeiten darin erkennen
  • die Bedeutung der Energie im täglichen Leben kennen und entsprechend handeln

 

Mechanik:

  • Länge, Zeit, Geschwindigkeit, Masse, Dichte, Kraft
  • einfache Maschinen
  • Arbeit, Energie, Leistung

Praktikum:

  • Versuche zur Veranschaulichung des behandelten Stoffes

 

 


9./10. Schuljahr:

 

 

 

  • physikalische Arbeitsmethoden kennen und korrekt anwenden
  • einfache Experimente und Messungen planen und selber durchführen

 

Mechanik:

  • Kinematik
  • Newtonsche Gesetze
  • Energie- und Impulserhaltung
  • Würfe, Kreisbewegung
  • Gravitation
  • Statik von Flüssigkeiten und Gasen

 

 

  • Kenntnisse aus andern Fächern mit physikalischen Kenntnissen ergänzen und kombinieren

 

Wärmelehre:

  • Wärmekapazität, Schmelzen und Ver­dampfen
  • Gasgesetze
  • Kältetechnik, Wärmepumpen und Wärmekraftmaschinen

Praktikum:

  • Versuche zur Veranschaulichung des behandelten Stoffes

 

11. Schuljahr:

 

 

 

  • Messungen auf verschiedene Arten auswerten, Fehlerabschätzungen vornehmen und Folgerungen ziehen
  • physikalische Gesetzmässigkeiten in technischen Geräten des Alltags erkennen und deren grundsätzliche Funktion erklären können
  • physikalische Probleme erfassen, formulieren, analysieren und mit verschiedenen Hilfsmitteln bearbeiten; geeignetes Informationsmaterial angemessen nutzen und einsetzen
  • die Folgen der Anwendung naturwissenschaftlicher Erkenntnisse auf Natur und Gesellschaft erkennen, beurteilen und in die eigene Handlungsweise einbeziehen

 

Schwingungen und Wellen:

  • harmonische Schwingungen
  • Wellenausbreitung
  • Interferenz- und Beugungserscheinungen

 

Elektrizität:

  • Stromkreise
  • elektrisches und magnetisches Feld
  • elektromagnetische Erscheinungen
  • Wechselstrom

 

Elemente der modernen Physik

 

Praktikum:

  • Versuche aus verschiedenen Themenbereichen

 

 

12. Schuljahr, Präferenzfach und Ergänzungsfach:

 

 

 

 

  • Fachbegriffe exakt und korrekt verwenden
  • physikalische Arbeitsmethoden diffe­renziert anwenden
  • Experimente und Messungen planen, aufbauen, durchführen, auswerten und interpretieren
  • beobachtete Erscheinungen und Abläufe auf das Wesentliche reduzieren können und ein Abstraktionsvermögen entwickeln
  • Modelle entwickeln, auf konkrete Situationen anwenden und Folgerungen ziehen

 

Neben dem obligatorischen Teil wird mindestens ein Thema aus dem Wahlthemenbereich behandelt.

Obligatorischer Teil:

  • Ergänzungen und Vertiefungen zu elektromagnetischen Erscheinungen
  • Elektromagnetische Wellen
  • Relativitätstheorie
  • Elemente der Quantenphysik
  • Radioaktivität
  • Praktische Versuche zu behandelten Themen


  • geeignetes Informationsmaterial be­schaffen, sichten und zielgerichtet einsetzen
  • Anwendungen der Infinitesimalrechnung in der Physik kennen lernen
  • Grundkenntnisse erwerben, die den Einstieg in das Studium eines naturwissenschaftlichen Faches erleichtern

 

Wahlthemen:

  • Ergänzungen und Vertiefungen zur Mechanik
  • Ergänzungen und Vertiefungen zur Wärmelehre
  • Kernenergie
  • Halbleiterelektronik
  • Astronomie und Kosmologie
  • Elementarteilchen und Wechselwirkung

 

 

Aktivitäten und Exkursionen:

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