Technisches Gymnasium - Fachrichtung Physik

Fachtheoretische Unterrichtsfächer

Physik

Die Physik beschäftigt sich mit grundlegenden Erscheinungen und Gesetzen in unserer natürlichen Umwelt. Sie ermöglicht die Erklärung und die Voraussage vieler Erscheinungen in Natur und Technik.

Eine zentrale Rolle in der Physik nimmt neben der Theorie das Experiment ein. Experimente werden sowohl im Unterricht gezeigt, als auch im physikalischen Praktikum von den Schülern gemacht.

Vielfach hilft die Mathematik bei der Beschreibung physikalischer Phänomene. Die Physik am Berufskolleg wie am Gymnasium wird deutlich stärker formalisiert und "mathematisiert", wie es an der Realschule üblich ist. Die dazu notwendigen Grundlagen werden, falls sie noch nicht vorhanden sind, im Mathematikunterricht gelegt.

Eigentlich könnte man hier unheimlich viel über Physik schreiben, aber in der Physik ist es wie mit der Musik . man muss sie betreiben , um zu wissen was sie ist.

Auszug aus dem Lehrplan

Eingangsklasse

  • Grundbegriffe und Grundgrößen der Mechanik
  • Kinematik und Dynamik des Massepunktes
  • Kräfte und Drehmomente
  • Erhaltungssätze
  • Kreisbewegungen
  • Mechanik der Flüssigkeiten und Gase
  • Wärmelehre
  • Elektrisches und magnetisches Feld
  • Ladungsträger im Feld

Jahrgangsstufen 1 und 2

  • Strahlenoptik und optische Geräte
  • Schwingungen und Wellen
  • Licht als Wellenerscheinung
  • Technische Anwendungen der Wellenoptik
  • Quantenphysik des Lichts und des Elektrons
  • Quantenphysik der Atomhülle
  • Kernphysik

Elektrotechnik

Elektrotechnik als Teilgebiet der Physik wird als eigenes Unterrichtsfach ab der Jahrgangsstufe 1 unterrichtet. Die Noten der beiden Fächer Physik und Elektrotechnik werden als eine Note (Physikalische Technik) ausgewiesen.

Der Unterricht im Fach Elektrotechnik verknüpft die auf wissenschaftlicher Grundlage erarbeiteten Kenntnisse aus dem Bereich Physik mit der praktisch orientierten Betrachtungsweise eines technischen Bereichs.

Im Unterricht werden daher zum einen Grundlagen erworben und vertieft, zum anderen werden die Anwendungen dieser Grundlagen auf praktisch-technische Probleme erarbeitet. Die Lehrplaneinheiten sind in die zwei großen Bereiche Analogtechnik und Digitaltechnik untergliedert.

Auszug aus dem Lehrplan

Gleichstromtechnik, Grundlagen

  • Strom, Spannung, Widerstand
  • Ohmsches Gesetz
  • Leistung, Arbeit
  • Reihen-/Parallelschaltung und Anwendungen
  • Kondensator im Gleichstromkreis

Halbleitertechnik

  • Diode, Z-Diode, LED
  • Transistor als Schalter
  • Operationsverstärker und deren Grundschaltungen

Wechselstromtechnik

  • Widerstand, Kondensator und Spule im Wechselstromkreis
  • Hoch-/Tiefpass

Digitaltechnik

  • Grundgatter
  • Flipflop
  • Speicher

Mikrocontrollertechnik

  • Theoretische Grundlagen
  • Programmierung

Mathematik

Lehrplanübersicht

Eingangsklasse

  • Daten und ihre Aufbereitung

    Die Schülerinnen und Schüler lernen in dieser Einheit statistische Merkmale, ihre Verteilungen und deren Schaubilder und Maßzahlen an geeigneten Anwendungsbeispielen kennen. Sie erfahren unterschiedliche Möglichkeiten der Darstellung und Aufbereitung von Daten. Dadurch können sie ihre Kritikfähigkeit gegenüber Statistiken schulen und Präsentationen einüben.
  • Funktionen in Anwendungen und ihre Schaubilder, zugehörige Gleichungen

    Funktionen, ihre Schaubilder und die zugehörigen Gleichungen stehen im Mittelpunkt dieser Lehrplaneinheit. Die Schüler frischen Vorkenntnisse aus der Mittelstufe auf, werden darüber hinaus aber auch mit abstraktem Vorgehen vertraut gemacht. Die mathematischen Funktionen gründen sich zum großen Teil auf Anwendungsbezüge, z.B. aus Wirtschaft und Technik sowie aus Physik, Chemie und Biologie.
    Die Schüler lernen einfache Lösungsstrategien wie Faktorisierung, Substitution und Iteration und wenden grafische Methoden an.

Jahrgangsstufen 1 und 2

  • Lineare Algebra und Vektorgeometrie

    Es werden die Grundlagen der linearen Algebra, besonders die Lösungsverfahren für lineare Gleichungssysteme (LGS) behandelt. Diese sind in Naturwissenschaft und Technik unentbehrlich.
    Vektoren werden als geeignetes Hilfsmittel zur Behandlung der Geometrie im Anschauungsraum benutzt. Die Einführung des Skalarprodunkts ermöglicht die Bestimmung von Abständen und Winkeln sowie die Herstellung von Querverbindungen zur Physik.
  • Analysis (1.Teil)

    Mit Hilfe der Differential- und Integralrechnung gewinnen die Schülerinnen und Schüler vertiefte Kenntnisse über Funktionen und ihre Schaubilder. Das Konzept der Ableitung mit seiner Interpretation als Änderungsrate, als Tangentensteigung und als Mittel zur linearen Approximation von Funktionen wird jetzt an vielen Beispielen deutlich. Anwendungsprobleme, z.B. aus dem Bereich der Optimierung können angemessen beschrieben und gelöst werden.
  • Analysis (2.Teil)

    Neben der Begriffsbildung des bestimmten Integrals als unendliche Summe, als Änderungsrate mal Zeit und als Flächen- oder Rauminhalt wird den Schülerinnen und Schülern der Zusammenhang zwischen Ableitung und Integral deutlich. Sie lernen auch nicht-geometrische Anwendungsbeispiele der Integralrechnung aus Naturwissenschaft und Technik kennen.
  • Stochastik

    Die Schülerinnen und Schüler modellieren geeignete Erscheinungen des Alltagslebens als Zufallsexperimente. Zur Berechnung von Wahrscheinlichkeiten wenden sie einfache Hilfsmittel aus der Mengenlehre und aus der Kombinatorik an. Sie erkennen die Möglichkeit, zufallsbedingte Erscheinungen mit Hilfe von Zufallsvariablen zu beschreiben. Sie lernen, deren Kenngrößen zu berechnen und die erhaltenen Ergebnisse zu interpretieren.
  • Wahlgebiete

    In einem Projekt lernen die Schülerinnen und Schüler ein mathematisches Thema kennen und erweitern damit ihre Sichtweise über die verschiedenen Teilgebiete der reinen oder angewandten Mathematik.
    Projekte aus verschiedenen Bereichen, z.B.
    • Vektorräume
    • Geschichte der Mathematik
    • Modellierung
    • Computeralgebrasysteme
    • Differentialgleichungen
    • Gebrochen-rationale Funktionen
    • Logarithmusfunktion
    • Elemente der beurteilenden Statistik