Die Schüler/-innen kennen die historische Entwicklung und wichtige Meilensteine der Physik. Sie wissen um die Formulierungsmöglichkeiten physikalischer Erkenntnisse (Modell, Theorie, Gesetz) und deren Gültigkeitsbereiche und können die Bereiche klassischen Physik und Quantenphysik unterscheiden. Die Vorgehensweise der Erkenntnisgewinnung in der Physik ist ihnen bekannt. Die Schüler/-innen wissen, dass ein Versuchsprotokoll beim Experimentieren notwendig ist und können ein einfach strukturiertes Versuchsprotokoll erstellen.

Die Schüler/-innen lernen die vier Basiskonzepte Energie, Struktur der Materie, Wechselwirkung und System kennen und werfen mit ihrer Hilfe neue Perspektiven auf bekannte Themen der verschiedenen physikalischen Teilgebiete. Sie erkennen Zusammenhänge und Ähnlichkeiten zwischen den einzelnen Teilgebieten. Am Beispiel der Schwingung, des Wärmetransports, der Kraftwirkung zwischen ferromagnetischen Stoffen und dem Sonnensystem verstehen sie die Leitideen hinter den Basiskonzepten und können sie anhand von Experimenten veranschaulichen. Sie knüpfen mit Hilfe der Basiskonzepte Verbindungen zu anderen Naturwissenschaften wie Chemie und Biologie.

Die Schüler/-innen lernen den Unterschied zwischen den drei physikalischen Größen Masse, Volumen und Dichte kennen. Sie festigen die Begriffe Formelzeichen, Einheit und Einheitenzeichen inklusive der Umrechnungen zwischen den Einheiten. Sie benutzen verschiedene Messinstrumente oder Messmethoden und wenden diese auf feste und flüssige Körper an.

Das Teilchenmodell als vereinfachte Vorstellung von Materie wird eingeführt. Die Schüler/-innen lernen die unterschiedliche Anordnung und Bewegungsgeschwindigkeit von Teilchen in festen, flüssigen und gasförmigen Körpern sowie das Verhalten der Teilchen bei Erwärmung und Abkühlung kennen. Sie verstehen, dass Körper durch Einsatz von Wärme oder Kälte ihren Aggregatzustand wechseln können.

Die Schülerinnen und Schüler lernen die historische Entwicklung der internationalen Einheitensysteme kennen. Sie wissen um den Aufbau und die Bedeutung der Basisgrößen, Basiseinheiten und der zugrundliegenden Naturkonstanten. Sie können Präfixe verwenden und wissen um ihre Bedeutung. Einheiten können sie ineinander umrechnen.

Die Schüler/-innen lernen anhand der Planung eines Marathonlaufs durch ihren Ort die physikalischen Größen Länge, Zeit und Geschwindigkeit kennen. Sie verstehen, was eine physikalische Größe ist und wie sich messen von schätzen unterscheidet. Formelzeichen, Einheiten, Einheitenzeichen und Messgeräte der drei physikalischen Größen können sie benennen. Sie kennen historische Längenmaße wie Spanne und Elle und wissen, wie Zeit früher durch den Vergleich mit sich wiederholenden Bewegungen gemessen wurde. Sie können mit physikalischen Größen rechnen und die Geschwindigkeit als abgeleitete Größe aus Länge und Zeit bestimmen.

An Alltagsthemen wie Verkehrszählungen, Luftmessungen und Geschwindigkeitsmessungen erlernen die Schüler/-innen die Methodik zum Erstellen und Auswerten von Diagrammen. Die Schüler/-innen lernen die verschiedenen Arten von Diagrammen kennen und wissen, welche Form für welche Art von Daten geeignet ist. Sie sind in der Lage, Werte und Häufigkeiten zu ermitteln, den funktionalen Zusammenhang zwischen physikalischen Größen zu erkennen und diesen grafisch darzustellen. Fremde Diagramme können sie miteinander vergleichen und interpretieren.

Die Schüler/-Innen lernen die Sicherheitsausstattung im Physikraum kennen. Sie verstehen die Verhaltensregeln im Physikraum. Die Gefahrstoffsymbole und ihre Bedeutung sind ihnen bekannt. Sie wissen, welche Schutzkleidung verwendet werden muss. Die Schüler/-innen kennen typische Gefahrenquellen in der Mechanik, Elektrotechnik und Thermodynamik und wissen, wie diese zu vermeiden sind.

Die Schüler/-innen lernen den Begriff der Energiewende kennen. Sie wissen, was Energieträger sind und können zwischen primären und sekundären sowie fossilen und erneuerbaren Energieträgern unterscheiden. Den Energiebedarf der Erde können sie mit den verschiedenen Energieressourcen vergleichen. Sie wissen um die Bedeutung der erneuerbaren Energien und wissen, dass die Energieressourcen der Sonnenstrahlung und die des Windes für Deutschland besonders relevant sind. Sie kennen den Aufbau und die Funktionsweise eines thermischen Sonnenkollektors, einer Solaranlage und einer Windkraftanlage.

Die Schüler/-innen lernen das Basiskonzept Energie kennen. Sie können die grundlegenden Wirkungen und Eigenschaften von Energie beschreiben und Beispiele für Energieübertragung und Energieumwandlung in Alltag und Technik benennen. Für die Speicherung von Energie in verschiedenen Energieformen kennen sie Beispiele. Sie ordnen der Energie die Einheit Joule zu, kennen alternative Einheiten für Energie und können typische Größenordnungen angeben.

Die Schüler/-innen kennen die mechanischen Energieformen und können Beispiele dafür benennen. Anhand von einfachen Experimenten erkennen sie die verschiedenen Einflussgrößen auf die Stärke von kinetischer, potenzieller und Spannenergie und können einfache Energieübertragungsketten beschreiben. Sie können mechanische, chemische, interne und Strahlungsenergie voneinander unterscheiden und wissen um die besondere Bedeutung der Strahlenenergie für das Leben auf der Erde.

Die Schüler/-innen können bei einem Bewegungsablauf die Umwandlung von einer Energieform in eine andere oder mehrere andere Energieformen beschreiben und als Energiekette darstellen. Sie begreifen den Zusammenhang zwischen nutzbarer und entwerteter Energie und stellen die Energieumwandlung in Form eines Energieflussdiagramms dar. Dabei unterscheiden sie zwischen Energiewandlern und Energiespeichern.

Die Schüler/-innen setzen sich mit dem Gesetz der Energieerhaltung auseinander. Sie verstehen, dass Energie weder entstehen noch vernichtet werden kann. Sie können die Energieerhalten anhand von Alltagssituationen beschreiben und die Verringerung des Wirkungsgrads mit der Umwandlung in thermische Energie erklären. Dabei nutzen sie grafische Formen wie Energiefluss- und Energiesäulendiagramm.

Die Schüler/-innen können die Speicherung von Energie als den zeitlichen Erhalt einer bestimmten Energiemenge erklären, die spontan genutzt werden kann. Sie wissen, dass die Nutzung der gespeicherten Energie in der Regel mit einer Umwandlung der Energieform einher geht. Sie können Beispiele für die Speicherung von Energie in Form von Lageenergie, Spannenergie und chemischer Energie angeben. Außerdem können sie Primär- und Sekundärbatterien als wichtige Energiespeicher erkennen und unterscheiden. Sie wissen, dass beide Batteriearten auf galvanischen Zellen beruhen. Den Aufbau und die Funktionsweise einer galvanischen Zelle können sie erklären. Zudem können sie die Spannungen verschiedener galvanischer Zellen messen und vergleichen. Zuletzt verstehen sie auch, wie man mit Hilfe einer Brennstoffzelle Energie aus erneuerbaren Energieträgern speichern und später spontan wieder nutzen kann.

Die Schüler/-innen können regenerative Energieanlagen von Energieanlagen unterscheiden, die fossile Energieträger nutzen. Sie kennen den Aufbau und die Funktionsweise einer Windkraftanlage, eines Wasserkraftwerks, einer Photovoltaikanlage und einer thermischen Solaranlage. Die Prozesse der Energieumwandlung in diesen regenerativen Energieanlagen können sie erklären. Den linearen Anstieg der Temperatur des durchfließenden Wärmeträgers eines Solarkollektors können sie durch Messungen ermitteln. Außerdem können sie den Wirkungsgrad eines Solarkollektors berechnen.

Die Schüler/-innen verstehen, dass man mechanische Probleme sehr elegant mit Hilfe des Energieerhaltungssatzes lösen kann. Sie können den energetischen Ansatz vom Kraftansatz unterscheiden. Die Grundproblematik beim Kraftansatz im Falle einer nicht konstanten Kraft haben sie verinnerlicht und kennen den energetischen Ansatz als hilfreiche Alternative. Sie können Gleichungen für die Gesamtenergie mit potenzieller und kinetischer Energie aufstellen. Außerdem können sie die Herleitung der Geschwindigkeit in Abhängigkeit der Höhendifferenz mit Hilfe des energetischen Ansatzes nachvollziehen. Damit können sie beispielsweise Geschwindigkeiten bei einer Kugelbahn oder einem Fadenpendel ausrechnen und sie experimentell überprüfen.

Die Schüler/-innen wissen, dass die potenzielle Energie eines angehobenen Körpers gleich dem Produkt seiner Gewichtskraft und der Höhe ist. Mit dem Energieerhaltungssatz verstehen sie, dass beim freien Fall die maximale potenzielle Energie gleich der kinetischen Energie auf Höhe des Nullniveaus sein muss. Mit Hilfe dieses Zusammenhangs können sie in einem Versuch zum freien Fall die kinetische Energie in Abhängigkeit der Geschwindigkeit untersuchen. Aus der graphischen Auswertung können sie den mathematischen Zusammenhang der beiden Größen ermitteln. Vertiefend verstehen sie auch, wie man ausgehend von den Bewegungsgesetzen der gleichmäßig beschleunigten Bewegung die Formel der kinetischen Energie herleiten kann. Damit können sie die kinetische Energie eines bewegten Körpers berechnen.

Die Schüler/-innen beschreiben das Magnetfeld anhand der Eigenschaften der Magnetfeldlinien. Sie wenden ihr Wissen über das Magnetfeld auf das Erdmagnetfeld an und verstehen den Unterschied zwischen dem geografischen und magnetischen Nord- und Südpol. An der Deklination oder Missweisung und der Abschirmung des Magnetfeldes begründen sie die Schwierigkeiten bei der Orientierung mit einem Kompass.

Die Schüler/-innen verwenden das Modell der Elementarmagnete zur Erklärung des Unterschieds von magnetisierten und nicht magnetisierten Körpern. Aus der gleichen Orientierung der Elementarmagnete schließen die Schüler/-innen auf die Influenz und Remanenz. Sie kennen Verfahren zur Entmagnetisierung wie Erschütterung und Erhitzen und können den Vorgang der Entmagnetisierung mit Hilfe des Elementarmagnetenmodells erklären.

Die Schüler/-innen lernen die physikalischen Eigenschaften des Magneten im Bezug auf seine Kraftwirkung auf andere Stoffe kennen. Sie erkennen im Experiment, dass Magnete zwei Bereiche stärkster Anziehung besitzen und können die Kraftrichtung zweier Magnete anhand der Pole erläutern sowie die Polregel formulieren. Sie beschreiben die Kraftwirkung von Polen aufeinander und beobachten die Kraftveränderung kombinierter Magnete.

Die Schüler/-innen können die drei Newtonschen Axiome benennen. Sie wissen, was ein Axiom ist und sind in der Lage, die Aussagen der Newtonschen Axiome auf Sport- und Bewegungsabläufe zu übertragen. Sie wissen, dass man beim Aufstellen von Proportionalitäten zweier Größen die dritte Größe konstant halten muss. Darüber hinaus wiederholen sie die Schritte zum Bewerten eines Sachverhaltes.

Die Schüler/-innen lernen, wie man mit einem Kraftmesser die Gewichtskraft von Gegenständen misst. Sie verstehen, warum es Kraftmesser mit unterschiedlichen Messbereichen gibt. Sie üben den Umgang mit Wertetabellen und lernen Diagramme anzulegen. Sie erkennen das Verhältnis zwischen Masse und Kraft und lernen, die Gewichtskraft von Gegenständen auf Basis ihrer Masse auszurechnen.

Die Schüler/-innen lernen Kraft als unsichtbare Größe kennen, die sich nur anhand ihrer Wirkungen erfassen lässt. Die Wirkung von Kraft lässt Gegenstände schneller oder langsamer werden, ihre Bewegungsrichtung ändern oder sich verformen. Sie lernen den Angriffspunkt, die Richtung und den Betrag der Kraft mit Hilfe eines Kraftpfeils darzustellen. Anhand eines Experiments mit einer selbst gebauten Gummibandwaage lernen sie, die Gewichtskraft kleiner Gegenstände zu messen und die Werte in eine Wertetabelle einzutragen.

Die Schüler/-innen beobachten Versuche mit zwei unterschiedlich starken Schraubenfedern und erkennen, dass Kraft und Verlängerung der Schraubenfeder proportional zueinander sind (Hookesches Gesetz). Sie errechnen die Federkonstante von Schraubenfedern und erstellen ein Kraft-Verlängerungs-Diagramm von zwei verschiedenen Schraubenfedern sowie einem Gummiband. Sie verstehen, warum es Kraftmesser mit unterschiedlichen Messbereichen gibt.

Die Schüler/-innen können die Gravitation der Erde als Ursache und die Richtung der Gewichtskraft angeben. Sie lernen den Ortsfaktor als bestimmende Größe für die Berechnnung der Gewichtskraft kennen. Sie vergleichen die Erdanziehungskraft mit der Anziehungskraft auf dem Mond und verstehen den Unterschied zwischen schwerer Masse und der Gewichtskraft eines Körpers.

Anhand mehrerer Versuche begreifen die Schüler/-innen das Prinzip der Trägheit einer Masse und können Beispiele für das Trägheitsprinzip angeben. Sie verstehen Trägheit als Eigenschaft der Masse und verstehen, wovon die Trägheit abhängig ist.

Mit Hilfe einfacher Versuche lernen die Schüler/-innen die Wirkung mehrerer Kräfte kennen. Sie können die resultierende Kraft bei gleichgerichteten, entgegengesetzt gerichteten und unterschiedlich gerichteten Kräften bestimmen. Zur Darstellung der Wirkung mehrerer Kräfte nutzen sie das Kraftdreieck.

Die Schüler/-innen lernen, wo im Alltag überall Hebel eingesetzt werden und dass man mit Hebeln Kräfte verstärken kann. Sie können den zweiseitigen Hebel und den einseitigen Hebel als Kraftwandler beschreiben und Anwendungsbeispiele benennen. In einem Versuch lernen sie das Hebelgesetz kennen.

Die Schüler/-innen können die Unterschiede von festen und losen Rollen angeben. Sie beobachten einfache Versuche und können daraufhin das Wechselspiel aus Rollen und tragenden Seilen beim Flaschenzug beschreiben und die jeweils einzusetzende Kraft zum Heben eines Körpers sowie das Verhältnis aus Lastweg und Kraftweg berechnen.

Die Schüler/-innen verstehen, wie Spiegelbilder entstehen. Sie können die Eigenschaften eines Spiegelbildes aufzählen und das Spiegelbild konstruieren. Sie lernen, selbst Experimente mit Spiegeln durchzuführen und begreifen die Reflexion von Licht am Spiegel.

Die Schüler/-innen lernen Lichtquellen kennen und verstehen den Unterschied zwischen selbstleuchtenden und beleuchteten Körpern. Sie nutzen geeignete Modelle zur Beschreibung der Ausbreitung des Lichts und lernen die Fachbegriffe Lichtbündel, Lichtstrahl, Blende und Mattscheibe. Sie beobachten und beschreiben das Auftreffen von Licht auf durchsichtige und undurchsichtige Gegenstände. Anhand eines Versuchs verstehen sie, wie Bilder in einer Lochkamera entstehen.

Die Schüler/-innen können die Brechung des Lichts beschreiben und den Verlauf des Lichts beim Übergang von Luft in Wasser, Luft in Glas und umgekehrt vorhersagen. Sie verstehen die Ursache für die Brechung des Lichts und können den Zusammenhang zwischen Brechung und optischer Dichte eines Stoffes herstellen. Optische Phänomene werden mit Hilfe von physikalischem Wissen erklärt.

Die Schüler/-innen können eine Sammellinse beschreiben und ihren Brennpunkt sowie ihre Brennweite bestimmen. Sie begreifen die Bildentstehung bei einer Sammellinse und verstehen den Zusammenhang zwischen Gegenstandsweite und Bildgröße sowie den Zusammenhang zwischen Gegenstandsweite und Brennweite. Sie können erklären, wie die Abbildung von Gegenständen durch Augenlinse und Netzhaut passiert und können Kurz- und Weitsichtigkeit den passenden Brillengläsern und Kontaktlinsen zuordnen.

Mit Hilfe eines Spektrums zerlegen die Schüler/-innen weißes Licht in Spektralfarben. Sie können die Spektralfarben in der richtigen Reihenfolge nennen und ihre Eigenschaften beschreiben. Sie begreifen, wann ein Regenbogen entsteht. Anhand von Animationen und einfachen Experimenten verstehen sie, wie die Farben sowie die Krümmung des Regenbogens entstehen.

Die Schüler/-innen beschäftigen sich mit dem grundlegenden Prinzip der Schattenbildung. Sie können Schattenbildung und Schattenphänomene erläutern (Entstehung von Schatten, Schatten bei punktförmigen und ausgedehnten Lichtquellen). Dazu nutzen sie Modelle als vereinfachte Darstellungen von Wirklichkeit. Sie beobachten, lernen Hypothesen zu bilden und diese mit Hilfe von Versuchen zu überprüfen.

Die Schüler/-innen lernen, die Entstehung von Schatten im Weltraum zu beschreiben. Sie können die verschiedenen Mondphasen benennen und ihre Entstehung erklären. Sie können eine totale und partielle Mond- und Sonnenfinsternis nachstellen.

Anhand einfacher Experimente erfahren die Schüler/-innen den Unterschied zwischen lichtdurchlässigen und lichtundurchlässigen Körpern. Sie verstehen den Unterschied zwischen Absorption und Reflexion von Licht. Sie erkennen das Reflexionsgesetz und können Lot, Einfallswinkel und Reflexionswinkel benennen. Am Beispiel eines Periskops und eines Reflektors verstehen sie das Prinzip der mehrfachen Reflexion von Licht. Sie können die Gemeinsamkeiten und Unterschiede von Streuung und Reflexion erklären und können Beispiele für die Anwendung angeben.

Die Schüler/-innen erhalten einen Einblick in die additive und subtraktive Farbmischung anhand alltagsnaher Experimente. Sie verstehen wie verschiedene Farben wahrgenommen werden und warum sich alle Farbeindrücke aus den Grundfarben Rot, Grün und Blau zusammensetzen. Der RGB-Farbkreis und die Komplementärfarben werden eingeführt. Am Beispiel von optischen Aufhellern in Waschmitteln erkennen die Schüler/-innen, wie die Farbmischung auch im Alltag eingesetzt wird und wie optische Täuschungen mithilfe von Farbmischung entstehen.

Die Schüler/-innen erhalten einen Einblick in das Phänomen der Absorption im Zusammenhang mit der Entstehung von Körperfarben. Anhand grundlegender Überlegungen und Experimente lernen sie, wie die Farbwahrnehmung von Gegenständen durch die Reflexion, Streuung und Absorption von Licht entsteht. Sie verstehen den Unterschied der Lichtreflexion bei Körpern in Grund- und Mischfarben.

Die Schüler/-innen können die Bedeutung physikalischer Kenntnisse beurteilen und physikalische Erkenntnisse als Basis für die Bewertung eines Sachverhalts nutzen. Sie kennen hierzu eine mögliche Herangehensweise. Sie wiederholen den Strahlenverlauf an der Sammellinse, den Sehvorgang und den Farbeindruck bei beleuchteten Körpern. Sie überwinden die typischen Fehlvorstellungen zum „aktiven Auge“ und zum Auge als einzigen Sehapparat. Sie verstehen, warum ein methodisches Vorgehen beim Bewerten wichtig ist und wie es ihnen im Alltag nutzen kann.

Die Schüler/-innen kennen die Entdeckung der Röntgenstrahlung durch Wilhelm Conrad Röntgen. Sie sind sich der bahnbrechenden Bedeutung dieser Entdeckung für die Medizin bewusst. Die Schüler/-innen wissen, dass man Röntgenstrahlung mit einem Röntgengerät in einer Röntgenröhre erzeugen kann. Die Entstehung des Bildes eines durchleuchteten Objekts auf einem Leuchtschirm können sie erklären. Die Fluoreszenz des Leuchtschirms können sie von der Schwärzung eines Röntgenfilms bei der Röntgenfotografie unterscheiden. Sie können auch ein Röntgenbild mit der Röntgenfotografie erzeugen. Zudem können sie die Lage und die Länge eines verborgenen Objekts mit Hilfe der Röntgenstrahlung bestimmen.

Die Schüler/-innen lernen die Bildentstehung bei der Lupe kennen und können mit den Begriffen Gegenstandsweite, Bildweite, Brennpunkt, Bildgröße, Gegenstandsgröße verschiedene Effekte bei der Bildentstehung erläutern. Virtuelle Bilder können sie von reellen Bildern unterscheiden. Sie kennen die Linsengleichung und sind in der Lage, damit einfache Berechnungen nachzuvollziehen. Die Schüler/-innen wissen, wie man die Brennweite einer Sammellinse bestimmt, sie kennen die Begriffe aufrecht, umgekehrt, seitenrichtig und seitenverkehrt und können sie auf die Bildentstehung anwenden. Die historische Entwicklung, den Aufbau, den Strahlenverlauf und die Funktionsweise des Galileischen- und des Keplerschen Fernrohres sind ihnen bekannt und sie können Vor- und Nachteile benennen. Sie wissen, wie man die Vergrößerung und die Länge der Fernrohre bestimmt.

Die Schüler/-innen erkennen die Farbzerlegung von weißem Licht an einem Reflexions- und Transmissionsgitter als Folge der Beugung und Interferenz. Sie wissen, dass sich die Beugungs- und Interferenzerscheinungen nur mit dem Wellenmodell des Lichts erklären lassen. Anhand eines Doppelspaltversuchs mit monochromatischem Laserlicht können sie beschreiben, wie durch die Überlagerung der Elementarwellen ein Interferenzmuster entsteht. Sie können die Intensitätsmaxima mit ihrer jeweiligen Ordnung benennen. Sie wissen, dass als Bedingung für ein Maximum der Gangunterschied ein ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge sein muss. Mit Hilfe eines Dezimeterwellensenders, der eine elektromagnetische Welle in eine Lecher-Leitung einstrahlt, verstehen sie, dass Licht im weiteren Sinne aus schwingenden elektrischen und magnetischen Feldern besteht.

Die Schüler/-innen kennen das gesamte, elektromagnetische Spektrum. Sie können Radiowellen, Mikrowellen, Infrarotstrahlung und so weiter anhand der Wellenlänge in das Spektrum einordnen. Außerdem kennen sie typische Anwendungen und das natürliche Auftreten der einzelnen Strahlungen. Sie wissen, dass eine Strahlung umso energiereicher ist, je kurzwelliger sie ist. Zudem können sie den umgekehrt proportionalen Zusammenhang zwischen der Wellenlänge und der Frequenz einer elektromagnetischen Welle herleiten. Zuletzt kennen sie auch die Abstrahlcharakteristik eines λ/2-Dipols und wissen, dass beim Empfang auf die Polarisation der elektromagnetischen Welle geachtet werden muss.

Die Schüler/-innen wiederholen das Teilchen- und Wellenmodell des Lichts sowie Reflexion und Brechung und wenden die Kenntnisse anhand des Teilchenmodells auf die Fotografie an. Anhand des Wellenmodells übertragen sie ihr Wissen über Interferenz und Beugung auf die Fotografie. Die Schüler/innen erfahren anhand von Modellen, was Polarisation bedeutet. Sie kennen polarisiertes und unpolarisiertes Licht und dessen Eigenschaften. Sie wissen, was Polarisationsfilter sind, und kennen die Funktionsweise. Sie wissen, wozu diese beispielsweise in Sonnenbrillen oder Filter für die Fotografie verwendet werden.

Die Schüler/-innen lernen die Übertragung von Schall mithilfe des Sender-Träger-Empfänger-Modells zu beschreiben. Sie begreifen, wie Schall erzeugt wird und wie Schall sich ausbreitet. Dazu nutzen sie das Stoffteilchenmodell. Sie können die Voraussetzungen für die Übertragung von Schall sowie Beispiele für Schallquellen und Schallträger angeben.

Die Schüler/-innen beobachten Versuche mit verschiedenen Schallquellen. Sie begreifen, wovon die Lautstärke eines Tons abhängt, und können zu Tonhöhen und den Längen der schwingenden Materialien Abhängigkeiten formulieren. Sie können einen Zusammenhang zwischen der Anzahl der Schwingungen und der Frequenz herstellen. Am Oszilloskop beobachten und interpretieren sie Schwingungsbilder.

Die Schüler/-innen lernen das Oszilloskop als Messgerät für Schall kennen. Sie verfolgen, wie auf unterschiedliche Arten Schall erzeugt werden kann, und können Ton, Klang, Geräusch und Knall unterscheiden. Verschiedene Schwingungsbilder können von ihnen den unterschiedlichen Schallarten zugeordnet werden. Sie kennen den Hörbereich von Menschen und können ihn ins Verhältnis zu dem Frequenzbereich verschiedener Tierarten setzen. Dabei lernen sie Ultraschall von Infraschall zu unterscheiden.

Die Schüler/-innen lernen den Aufbau der einzelnen Bereiche des Ohrs kennen. Sie begreifen die physikalischen Aspekte des Hörvorgangs und können die Funktion von Trommelfell, Gehörknöchelchen und Gehörschnecke benennen. Die Auswirkungen von Schall auf den Menschen sind ihnen genauso bewusst wie die Bedeutung von Lärmschutz.

Die Schüler/-innen kennen die Voraussetzungen für die Übertragung von Schall. Sie können die Schallgeschwindigkeit messen und verstehen, warum sich Schall in gasförmigen, flüssigen und festen Stoffen unterschiedlich schnell ausbreitet. Sie lernen, wie Schall reflektiert wird und können Echo und Nachhall als Formen der Schallreflexion unterscheiden.

Die Schüler/-innen vergleichen die Eigenschaften von Licht und Schall. Sie beschäftigen sich mit Quellen, Empfängern und Medium genauso wie mit der Ausbreitung, der Licht- und Schallgeschwindigkeit, Reflexion und Absorption sowie mit den unterschiedlichen Wahrnehmungsbereichen für Licht und Schall. Sie nutzen den Vergleich unterschiedlicher Teilbereiche der Physik, um Gemeinsamkeiten und Besonderheiten von Licht und Schall herauszuarbeiten. Sie verstehen, wo im Alltag die Kenntnisse von Licht und Schall hilfreich sind.

Die Schüler/-innen wissen, dass sich Schall als Schallwelle ausbreitet. Sie können die Begriffe Schallwelle und akustische Welle gleichbedeutend verwenden. Sie verstehen, dass Schallwellen immer eine Schallquelle und ein Medium benötigen. Sie können das Phänomen einer stehenden Schallwelle anhand der kundtschen Röhre beobachten und erklären. Die Ausbreitung von Schall in Gasen und idealen Flüssigkeiten als Longitudinalwellen können sie mit Hilfe des Teilchenmodells verstehen. Zudem können sie die Frequenz eines Tons mit Hilfe eines Mikrofons messen und die Wellenlänge mit der kundtschen Röhre bestimmen. Aus beiden Messgrößen können sie die Schallgeschwindigkeit berechnen.

Die Schüler/-innen können die Alltagserfahrung, bei der sich die wahrgenommene Tonhöhe bei bewegten Schallquellen wie z.B. Rennwagen verändert, mit dem akustischen Doppler-Effekt erklären. Sie können mit einer Stimmgabel und einem Frequenzmessgerät nachweisen, dass sich die Frequenz bei Annäherung der Schallquelle erhöht und bei Entfernung verringert. Zudem können sie die Verstärkung des akustischen Doppler-Effekts durch eine Geschwindigkeitserhöhung der Schallquelle zeigen. Die mathematische Herleitung der Formel für die Frequenzverschiebung in diesem Fall können sie nachvollziehen. Sie wissen, dass man drei Fälle unterscheiden muss, die berücksichtigen, ob sich der Sender und/oder der Empfänger bewegt. Sie kennen die zugehörigen Formeln der drei Fälle.

Die Schüler/-innen verstehen den Antischall als das Spiegelbild eines Schallsignals. Sie wissen, dass sich Schall und Antischall gegenseitig auslöschen. Sie verstehen, dass dafür die destruktive Interferenz der beiden Schallsignale verantwortlich ist. Sie können mit einem Musikprogramm einen Antischall zu einem Ton erzeugen, indem sie einen identischen Ton generieren und ihn um 180° phasenverschieben. Außerdem können sie einen Antischall zu einem Geräusch durch Duplizierung und Phasenumkehr produzieren. Die Phasenumkehr verstehen sie als Schlüsselelement der „Active Noise Cancelling“ Technologie.

Die Schüler/-innen lernen die Abhängigkeit des Widerstands eines Leiters von seiner Länge, seinem Querschnitt und seinem Material kennen. Sie können sich den proportionalen Zusammenhang zwischen Widerstand und Länge des Leiters aus einer Messreihe mit anschließender graphischer Auswertung erarbeiten. Auf ähnliche Weise können sie auch den umgekehrt proportionalen Zusammenhang zwischen Widerstand und Querschnittsfläche des Leiters aus einer Messreihe ableiten. Daraus können sie das Widerstandsgesetz ermitteln und den spezifischen Widerstand als Proportionalitätsfaktor benennen.

Die Schülerinnen und Schüler lernen die elektrische Leistung im Zusammenhang von elektronischen Geräten im Haushalt kennen. Sie verstehen, dass diese Geräte eine bestimmte elektrische Leistung benötigen, um ihre Funktion zu erfüllen. Die Formel der elektrischen Leistung als Produkt aus Spannung und Stromstärke können sich die Schüler/-innen durch Versuche und Messungen erarbeiten. Aus dieser Formel und des allgemeinen Zusammenhangs zwischen Leistung und Energie können sie sich auch eine Formel für die elektrische Energie herleiten und den Verbrauch von elektronischen Geräten im Haushalt berechnen.

Die Schülerinnen und Schüler werden mit der Knoten- und Maschenregel vertraut gemacht und wissen, dass diese beiden Grundregeln auch als Kirchhoffsche Regeln bezeichnet werden. Sie verstehen die Knotenregel anhand der Elektronenbewegung an Knotenpunkten und können die Knotenregel durch Strommessungen überprüfen. Die Maschenregel verstehen die Schülerinnen und Schüler ausgehend von der Definition einer Masche in einem elektrischen Stromkreis. Sie können die Maschenregel durch Spannungsmessungen überprüfen.

Anhand einfacher Experimente lernen die Schüler/-innen das grundlegende Prinzip der elektrischen Ladungen kennen und können nachvollziehen, was bei der Reibung zweier Körper passiert. Sie begreifen physikalische Modelle als vereinfachte Veranschaulichung von Wirklichkeit und lernen, mit Hilfe von Modellen naturwissenschaftliche Phänomene zu erläutern. Anhand eines Elektroskops verstehen sie, wie man elektrische Ladung messen kann.

Die Schüler/-innen beschäftigen sich mit dem Nachweis von positiver und negativer Ladung mittels einer Glimmlampe. Über einfache Experimente lernen sie den Ladungsausgleich kennen und können diesen mit Hilfe einer Glimmlampe und einem Elektroskop nachweisen. Sie beschäftigen sich mit dem Modell des elektrischen Feldes und lernen, das elektrische Feld durch Feldlinien zu veranschaulichen.

Die Schüler/-innen lernen den Oerstedt-Versuch sowie den Faraday-Versuch kennen und können beide Versuche historisch einordnen. Sie können die Umwandlung zwischen elektrischer und mechanischer Energie anhand vom Zusammenhang von Bewegung, Magnetfeld und Strom erklären. Sie kennen die Linke-Faust-Regel für einen stromdurchflossenen Leiter sowie das Induktionsprinzip. Anhand der Drei-Finger-Regel der linken Hand können die Schüler/-innen die Richtung der Lorentzkraft bestimmen. Sie kennen den Aufbau, die Anwendung und die Wirkungsweise eines Generators.

Die Schüler/-innen wiederholen den Aufbau und die Wirkungsweise von Generatoren, speziell vom Dynamo, den Oerstedt- Versuch und das Induktionsgesetz. Sie vertiefen den Begriff der Hypothesenbildung und lernen eine Strategie zur theoretischen Bewertung einer Hypothese. Der Aufbau und die Arbeitsweise des Elektromotors sind ihnen vertraut. Sie kennen Rotor, Stator und Kommutator. Die Schüler/-innen lernen die physikalische Größe der elektrischen Leistung grundsätzlich kennen. Sie kennen den Begriff Energiewandler, Wirkungsgrad sowie typische Wirkungsgrade und können einfache Berechnungen nachvollziehen.

Die Schüler/-innen können die Ladungstrennung innerhalb eines Körpers durch Influenz erklären. Sie verstehen den Funkenschlag als Ladungsausgleich bei stark unterschiedlichen Ladungen und reproduzieren diesen mit einfachen Experimenten. Sie können den Aufbau und die Wirkung einer Influenzmaschine erläutern. Die Entstehung von Gewittern und Blitzen kann von den Schüler/-innen nachvollzogen werden und sie kennen die Verhaltensregeln bei Gewittern.

Die Schüler/-innen verstehen, was elektrischer Strom ist und auf welchem Prinzip elektrischer Strom basiert. Sie kennen die Bauteile eines einfachen Stromkreises und können einen Stromkreis bauen. Mit Hilfe eines Schaltplans und Schaltzeichen sind sie in der Lage, einen Stromkreis einfach und übersichtlich darzustellen. Sie können ungewollte und gewollte Unterbrechungen eines Stromkreises unterscheiden und begreifen die Funktion von Schaltern.

Die Schüler/-innen lernen, mit Hilfe von elektrischen Geräten, Energiequellen und Schaltern einfache Reihen- und Parallelschaltungen (Haushaltsschaltungen) aufzubauen. Sie können Reihen- und Parallelschaltungen unterscheiden und die Vor- und Nachteile benennen. Anhand von Anwendungsbeispielen aus dem Alltag verstehen sie, wie über UND-, ODER- sowie Wechselschaltungen die Stromwege gelenkt werden können.

Die Schüler/-innen können die Wirkungen des elektrischen Stroms benennen und dafür jeweils Beispiele angeben. Sie können beschreiben, wie elektrischer Strom zum Galvanisieren genutzt wird. Anhand von Experimenten sind sie in der Lage, die Wärme- und Lichtwirkung des elektrischen Stroms nachzuvollziehen. Sie können die magnetische Wirkung von elektrischem Strom demonstrieren und den Aufbau eines Elektromagneten beschreiben.

Die Schüler/-innen können die elektrische Stromstärke beschreiben. Sie kennen die Einheiten der elektrischen Stromstärke und wissen, wie man die Stromstärke mit einem Vielfachmessgerät misst. Sie können die Stromstärke in einer Reihenschaltung messen und verstehen, wieso die Stromstärke an jeder Stelle im Stromkreis gleich ist. Sie sind in der Lage, die Stromstärke in einer Parallelschaltung zu messen. Sie können erklären, warum die Gesamtstromstärke in einer Parallelschaltung gleich der Summe der Teilstromstärken ist.

Die Schüler/-innen verstehen die elektrische Spannung als Antrieb eines Stromkreises und damit als Ursache für den elektrischen Strom. Sie können die Einheit der elektrischen Spannung angeben und Beispiele für Energiequellen mit unterschiedlicher Spannung nennen. Sie sind in der Lage, die elektrische Spannung mit einem Multimeter zu bestimmen. Sie verstehen, wie sich die Spannung in einer Reihen- und in einer Parallelschaltung verteilt. Mit Hilfe des Wassermodells können sich die Schüler/-innen die Vorgänge in einem elektrischen Stromkreis besser erklären. Sie begreifen die Höhen- und Ladungsdifferenz als Maß für den Antrieb des elektrischen Stroms.

Die Schüler/-innen verstehen, dass alle Leiter einen elektrischen Widerstand besitzen, der den elektrischen Strom hemmt. Sie können Formel- und Einheitenzeichen des elektrischen Widerstands angeben und wissen, wie man den elektrischen Widerstand berechnet. Anhand von Experimenten erkennen sie, dass der Widerstandswert eines Kaltleiters von verschiedenen Faktoren abhängig ist. Die Schüler/-innen erstellen Wertetabellen, interpretieren die Messwerte, stellen sie grafisch dar und überprüfen ihre Hypothesen durch mathematische Berechnungen. Sie kennen das Ohmsche Gesetz und bilden Kennlinien für verschiedene Leiter.

Die Schüler/-innen können die elektrische Leitfähigkeit von Stoffen untersuchen und Beispiele für Leiter und Nicht-Leiter benennen. Sie sind in der Lage, Festkörper und Flüssigkeiten nach ihrer Leitfähigkeit zu ordnen und können beschreiben, welchen Einfluss die freien Ladungsträger in einem Stoff auf die Leitfähigkeit des Stoffes haben. Sie kennen nützliche Anwendungen rund um die Leitfähigkeit von verschiedenen Stoffen. Die Gefahr beim Umgang mit elektrischen Geräten ist ihnen bewusst und sie können begründen, wo und warum Strom dem menschlichen Körper schaden kann.

Die Schüler/-innen können durch Induktion eine Wechselspannung erzeugen. Sie wissen, dass eine Wechselspannung durch einen periodischen Wechsel der Polarität charakterisiert ist. Sie können eine Wechselspannung dadurch von einer Gleichspannung unterscheiden. Die Amplitude, Periodendauer und Frequenz einer Wechselspannung sind ihnen als wesentliche Merkmale bekannt. Sie wissen, dass es neben der Sinusspannung auch andere Formen der Wechselspannung gibt. Mit einem Funktionsgenerator können sie eine Dreieckspannung und eine Rechteckspannung erzeugen. Sie kennen Anwendungen der verschiedenen Wechselspannungssignale in der Technik.

Die Schüler/-innen kennen den Aufbau und die Funktionsweise eines Transformators. Sie wissen, dass die Eingangswechselspannung ein magnetisches Feld mit wechselnder Polung in der Primärspule erzeugt und eine Ausgangswechselspannung in der Sekundärspule induziert. Ihnen ist bewusst, dass die Übertragung der elektrischen Energie mit Hilfe eines ferromagnetischen Eisenkerns erhöht werden kann. Die Abhängigkeit der Strom- und Spannungsübertragung von den Windungszahlen der Primär- und Sekundärspule können sie sich durch Messungen erarbeiten. Zudem wissen sie, dass Transformatoren in Netzteile und Ladegeräte verbaut werden, um die Netzspannung in eine Kleinspannung zu transformieren. Anhand einer offenen, elektrischen Zahnbürste können sie die Zusammenhänge praktisch nachvollziehen.

Die Schüler/-innen können die Halbleiter zu den Heißleitern zuordnen. Sie wissen, dass Heißleiter bei hohen Temperaturen den elektrischen Strom besser leiten als bei niedrigen Temperaturen. In einem Versuch mit einem NTC-Widerstand können sie nachvollziehen, dass durch diese Eigenschaft Einschaltvorgänge verzögert werden können. Von den Heißleitern können sie die Kaltleiter unterscheiden, die bei niedrigen Temperaturen eine bessere Leitfähigkeit besitzen. Aus der experimentellen Untersuchung der temperaturabhängigen Entwicklung des ohmschen Widerstands eines Halbleiters können sie einen exponentiellen Zusammenhang graphisch ermitteln. Sie verstehen, dass man die Leitfähigkeit von Halbleitern bei tiefen Temperaturen durch eine Dotierung deutlich erhöhen kann. Die n-Dotierung können sie von der p-Dotierung unterscheiden und beide Dotierungen auf atomarer Ebene erklären.

Die Schüler/-innen kennen das elektrische Verhalten einer Diode bei einer Schaltung in Durchlass- und Sperrrichtung. Sie wissen, dass eine Diode aus einer n-dotierten und einer p-dotierten Halbleiterschicht besteht. Die Funktionsweise einer Diode können sie mit Hilfe der Raumladungszone in der Grenzschicht erklären. Außerdem können sie eine Strom-Spannungs-Kennlinie einer Diode experimentell gewinnen. Die Schwellenspannung als eine der wichtigsten Kenngrößen einer Diode können sie daraus graphisch ermitteln. Zudem wissen sie, dass zwei entgegengesetzt geschaltete Dioden Teil eines Transistors sind. Sie verstehen den Aufbau und die Funktionsweise eines npn-Transistors. Den Transistor-Effekt können sie nutzen, um einen Transistor als elektronischen Schalter zu verwenden.

Die Schüler/-innen sind mit dem physikalischen Phänomen des Auftriebs in Flüssigkeiten vertraut. Sie verstehen, warum manche Körper in Wasser zu Boden sinken und andere auf der Oberfläche schwimmen. Ihnen ist bewusst, dass das Volumen eines in Wasser getauchten Körpers Einfluss auf den Auftrieb hat. Ebenso verstehen sie, dass der Auftrieb von der Eintauchtiefe des Körpers abhängt. Die Schüler/-innen können die Auftriebskraft experimentell bestimmen und anhand der Messergebnisse den proportionalen Zusammenhang zwischen der Auftriebskraft und dem eingetauchten Volumen erschließen. Anhand der Formel der Auftriebskraft verstehen sie den proportionalen Zusammenhang zwischen der Auftriebskraft und der Dichte der Flüssigkeit.

Die Schüler/-innen erhalten eine Einführung in das Thema mechanische Arbeit und Energie. Sie verstehen, was Arbeit im physikalischen Sinn bedeutet und wie diese mit der Energie zusammenhängt. Mittels anschaulicher Experimente sind sie in der Lage, den Bezug zu Alltagsphänomenen herzustellen, in denen Arbeit verrichtet wird. Die Schüler/-innen kennen verschiedene Arten der Arbeit und die dazu zugehörigen mathematischen Definitionen.

Die Schüler/-innen erlangen einen vertieften Einblick in die Energie als physikalische Größe. Sie lernen das Phänomen der Energieumwandlung anhand alltagsnaher, mechanischer Experimente kennen und können anschließend mechanische Energieformen unterscheiden. Die Lageenergie wird mathematisch definiert. Sie verstehen einen der wichtigsten Gesetzmäßigkeiten in der Physik, den Energieerhaltungssatz.

Die Schüler/-innen erlangen einen vertieften Einblick in die Arbeit und Energie als physikalische Größen. Sie verstehen die goldene Regel der Mechanik, die sich aus der Definition der Arbeit als Produkt aus Kraft und Weg ergibt. Anhand alltagsnaher Experimente begreifen sie, wie man dank der goldenen Regel der Mechanik Kraft sparen kann, und können dieses Wissen bei einer Fahrradgangschaltung anwenden.

Die Schüler/-innen haben ein vertieftes Verständnis vom Phänomen der Reibung. Sie können die verschiedenen Arten der Reibung anhand grundlegender Versuche unterscheiden. Sie verstehen, wovon die Haft-, Roll- und Gleitreibung abhängt und in welchem Zusammenhang sie stehen. Den Schülerinnen und Schülern ist die Bedeutsamkeit des Rades bewusst. Außerdem haben sie einen vertieften Einblick in das allgegenwärtige Phänomen der Luftreibung und können die Faktoren benennen, von denen der Luftwiderstandsbeiwert abhängt.

Die Schüler/-innen kennen die physikalische Bedeutung der Leistung. Sie verstehen den Zusammenhang der Leistung zur Arbeit und Zeit. Die mathematische Definition der Leistung ist den Schülerinnen und Schülern bekannt. Sie verstehen, warum höhere Geschwindigkeiten von Fahrzeugen durch mehr Leistung erreicht werden können. Anhand von Kraft-, Weg- und Zeitmessungen können die Schülern/-innen die Leistung experimentell bestimmen.

Die Schüler/-innen verstehen die Wirkungsweise des Druckes anhand von Verformungen. Sie kennen den Zusammenhang des Druckes zur Kraft und Fläche. Die mathematische Definition des Druckes ist den Schülerinnen und Schülern bekannt. Sie verstehen, warum Gegenstände durch eine hohe Kraftwirkung und eine kleine Kontaktfläche stark verformt werden können. Anhand von Gewichts- und Längenmessungen können die Schüler/-innen den Auflagedruck von Alltagsgegenständen experimentell bestimmen.

Die Schüler/-innen kennen das Phänomen des Schweredrucks in Flüssigkeiten. Anhand von Freihandversuchen mit Löchern in Wasserflaschen verstehen sie, wie der Schweredruck mit zunehmender Tiefe steigt. Sie können den Schweredruck in Flüssigkeiten mit Hilfe einer Drucksonde und einem Drucksensor messen. Den proportionalen Zusammenhang zwischen Eintauchtiefe und Schweredruck können sie aus den Messergebnissen ableiten. Die vertiefende Herleitung dieses Zusammenhangs verstehen sie ausgehend von ihrem Basiswissen des Drucks als Quotient von Kraft und Fläche. Anhand der hergeleiteten Formel für den Schweredruck können sie den proportionalen Zusammenhang zwischen Schweredruck und Dichte der Flüssigkeit ablesen.

Die Schüler/-innen lernen die Funktionsweise eines Feder-Schwere-Pendels kennen. Sie verstehen die Schwingungsbewegung als das Resultat des Zusammenspiels der konstanten Gewichtskraft des Pendelkörpers und der Federkraft, die sich nach dem hookeschen Gesetz permanent mit der momentanen Auslenkung verändert. Grundlegende Begriffe der Schwingungslehre wie mechanische Schwingung, volle Schwingung, Schwingungsdauer (Periode) und Amplitude haben die Schüler/-innen im Kontext des Feder-Schwere-Pendels kennengelernt. Zudem können sie die Unabhängigkeit der Schwingungsdauer von der Amplitude experimentell nachweisen.

Die Schüler/-innen verstehen wie mechanische Wellen durch Kopplung und Anregung einzelner Oszillatoren entstehen. Sie wissen, dass sich eine Welle im Gegensatz zu einer einzelnen Schwingung räumlich ausbreitet. Anhand einer Wellenmaschine können sie charakteristische Größen wie die Amplitude, Schwingungsdauer und Wellenlänge ermitteln. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Welle können sie aus der Wellenlänge und Schwingungsdauer berechnen. Zudem können sie Transversalwellen von Longitudinalwellen unterscheiden. Das Phänomen stehender Wellen verstehen sie mit Hilfe der Reflexion und Interferenz. Sie können eine stehende Welle mit einer Wellenmaschine und einem Seil nachbilden.

Die Schüler/-innen können das Zusammenwirken von Kräften am Beispiel der schiefen Ebene erklären. Sie verstehen, dass die Hangabtriebskraft und Normalkraft aus der Gewichtskraft des Körpers auf der schiefen Ebene resultieren. Sie können diese beiden Teilkräfte durch eine Kräftezerlegung geometrisch bestimmen und Formeln dafür herleiten. Die hergeleiteten Formeln können sie durch Kraftmessungen mit einem Messwagen auf der schiefen Ebene überprüfen. Sie erkennen diesen Weg der Erkenntnisgewinnung von der Theorie zur experimentellen Überprüfung als Deduktion und können die Deduktion von der Induktion unterscheiden.

Die Schüler/-innen können verschiedene Meinungen zur Ausbreitung mechanischer Wellen bewerten. Sie kennen die mathematischen Zusammenhänge zwischen Wellenlänge, Schwingungsdauer, Frequenz und Ausbreitungsgeschwindigkeit. Sie können die zurückgelegte Strecke und die verstrichene Zeit einer Phase einer Welle, die mit einer Wellenmaschine erzeugt wurde, messen. Aus den Messergebnissen können sie die Ausbreitungsgeschwindigkeit berechnen. Sie können aus verschiedenen Anregungsfrequenzen ermitteln, dass die Ausbreitungsgeschwindigkeit innerhalb eines bestimmten Mediums konstant ist. Sie verstehen, dass erst der Übergang in ein anderes Medium zur Veränderung der Ausbreitungsgeschwindigkeit führt.

Die Schüler/-innen sind mit den verschiedenen Ausbreitungsformen mechanischer Wellen vertraut. Anhand von Wasserwellen verstehen sie den Unterschied zwischen Kreiswellen und geraden Wellen. Die Form der Wellenfronten können sie benennen. Sie kennen das Phänomen der Beugung und können es mit dem Huygens-Prinzip erklären. Den Begriff der Elementarwelle können sie richtig einordnen. Die im Zusammenhang der Beugung auftretenden Interferenzerscheinungen können sie mit Hilfe konstruktiver und destruktiver Interferenz erklären.

Die Schüler/-innen kennen das charakteristische Merkmal einer gedämpften Schwingung. Sie wissen, dass bei einer gedämpften Schwingung im Gegensatz zu einer ungedämpften Schwingung die Amplitude mit der Zeit abklingt. Die Kurve, die das Abklingen der Amplitude beschreibt, können sie als Einhüllende oder Abklingkurve benennen und graphisch darstellen. Die Schüler/-innen wissen zudem, dass die Abklingkonstante auch als Abklingkoeffizient oder Dämpfungskonstante bezeichnet wird und ein Maß für die Stärke der Dämpfung ist. Die Dichte und die Viskosität des umgebenden Mediums eines schwingenden Systems erkennen sie als maßgebliche Faktoren, die die Stärke der Dämpfung beeinflussen. Außerdem verstehen sie, wie ein Stoßdämpfer in einem Fahrzeug funktioniert.

Die Schüler/-innen können eine erzwungene Schwingung von einer freien Schwingung unterscheiden. Sie wissen, dass ein Oszillator bei einer freien, ungedämpften Schwingung mit seiner Eigenfrequenz schwingt. Von der Eigenfrequenz können sie die Erregerfrequenz einer äußeren Krafteinwirkung unterscheiden. Ihnen ist bewusst, dass es zur Resonanz kommt, wenn die Erregerfrequenz mit einer Resonanzfrequenz übereinstimmt. Sie verstehen, dass stehende Wellen auch Resonanzfälle darstellen. Sie können mit einem elastischen Seil die Grundschwingung und die ersten Oberschwingungen erzeugen. Sie kennen die allgemeinen Resonanzbedingungen und können daraus Resonanzfrequenzen berechnen. Außerdem ist ihnen die potentielle Gefahr einer übermäßigen Schwingungsamplitude im Resonanzfall bekannt, die zu einer Resonanzkatastrophe führen kann.

Die Schüler/-innen können alltägliche Phänomene der Oberflächenspannung von Wasser mit Hilfe von anziehenden Kohäsionskräften zwischen den Molekülen der Flüssigkeit erklären. Sie wissen, dass die Oberflächenspannung danach strebt die Oberfläche zu minimieren. Mit dieser Grundregel können sie auch erklären, warum Flüssigkeitstropfen kugelförmig sind. Die Abweichungen der Kugelgestalt beim Kontakt mit festen Körpern können sie mit den anziehenden Adhäsionskräften zwischen den Teilchen der Flüssigkeit und des Festkörpers erklären. Anhand von Versuchen mit verschiedenen Flüssigkeiten und Festkörpern können sie zeigen, dass die Stärke der Kohäsions- und Adhäsionskräfte stoffabhängig ist. Vertiefend können sie auch die Oberflächenspannung einer Flüssigkeit mit Hilfe der Abreißmethode bestimmen.

Die Schüler/-innen wiederholen die Bewegungsarten der geradlinig gleichförmigen und geradlinig gleichmäßig beschleunigten Bewegung. Sie erkennen den freien Fall als Sonderform der geradlinig gleichmäßig beschleunigten Bewegung. Sie kennen die konstante Beschleunigung beim freien Fall und können diese als Erdbeschleunigung mit Formelzeichen und Einheit benennen. Der deduktive Weg der experimentellen Erkenntnisgewinnung ist den Schülerinnen und Schülern bekannt, und sie können den Ablauf nachvollziehen.

Die Schüler/-innen können physikalische Größen einer geradlinig gleichförmigen Bewegung nennen und kennen deren Formelzeichen und Einheiten. Sie sind in der Lage, die Entwicklung der Bewegungsdiagramme aus gemessenen Punkten nachzuvollziehen und kennen deren typischen Verlauf. Anhand mathematischer Grundkenntnisse entwickeln sie die Bewegungsgleichungen und können diese benennen. Sie wiederholen, was eine geradlinig gleichförmige Bewegung ist und können Beispiele begründet angeben.

Die Schüler/-innen setzen sich mit den physikalischen Größen einer geradlinigen, gleichmäßig beschleunigten Bewegung auseinander. Sie verstehen die Entwicklung der Bewegungsdiagramme, können sie aus Experimenten zu gleichmäßig beschleunigten Bewegungen nachvollziehen. Sie begreifen deren typischen Verlauf. Sie wissen, wie man anhand mathematischer Grundkenntnisse die Bewegungsgleichungen entwickelt und können diese benennen. Dabei erhalten sie einen grundlegenden Einblick in die Verwendung der Formeln.

Die Schüler/-innen kennen die Phänomene, die bei der gleichförmigen Kreisbewegung auftreten. Sie verstehen, dass die Bahngeschwindigkeit vom Bahnradius abhängt, die Winkelgeschwindigkeit jedoch für die gesamte, rotierende Anordnung gleich ist. Die Wirkungsweise der Zentrifugalkraft als nach außen gerichtete Scheinkraft haben sie verinnerlicht. Sie können sich ihre mathematische Definition aus Messungen mit einem rotierenden Dreharm erarbeiten. Die Zentripetalkraft als entgegengesetzte, physikalisch reale Kraft erkennen sie als notwendige Kraft, um einen Körper auf einer Kreisbahn zu halten.

Die Schüler/-innen lernen die Erfahrungsgröße Wucht und Schwung als physikalische Größe Impuls kennen. Sie kennen die Definition, die Formel und die Einheit des Impulses und können entsprechende Proportionalität formulieren. Anhand von Alltagsbeispielen können sie den Impuls typischer Impulsgrößen abschätzen und miteinander vergleichen. Dazu rechnen sie Masse und Geschwindigkeit in die entsprechenden Größen um. Sie kennen die Eigenschaften des Impulses, wissen, dass der Impuls eine gerichtete Größe ist, und können die Wege des Impulses beispielhaft erläutern.

Die Schüler/-innen verstehen, dass der Impuls nicht entsteht, sondern immer übertragen wird. Sie begreifen, dass bei einer Verlangsamung oder Richtungsänderung Impuls immer an einen anderen Körper übertragen wird. Den Unterschied zur physikalischen Größe Energie können sie erklären. Anhand eines Experiments können sie den Impuls als Erhaltungsgröße nachweisen und den Impulserhaltungssatz beschreiben. Sie berechnen die Impulse zweier Körper vor und nach einer Wechselwirkung und wissen, was der Impulserhaltungssatz aussagt.

Die Schüler/-innen wiederholen ihre Kenntnisse zum Impuls, zur Bewegungsenergie und zu den Erhaltungssätzen. Sie wissen, was ein Stoß ist und können elastische und unelastische Stöße unterscheiden. Typische Beispiele für elastische und unelastische Stöße sind ihnen bekannt. Die Schüler/-innen kennen eine Vorgehensweise, um typische Sonderfälle experimentell zu unterscheiden, und wissen, dass man zwischen zentralen und nicht zentralen Stößen unterscheiden muss. Die aus den Erhaltungssätzen resultierenden Bilanzgleichungen für elastische und unelastische Stöße können sie nachvollziehen. Sie wissen, dass diese Gleichungen die Basis für Berechnungen und Vorhersagen von Stoßresultaten sind.

Die Schüler/-innen können die gleichförmige Bewegung und die gleichmäßig beschleunigte Bewegung mit Hilfe der resultierenden Kraft unterscheiden. Sie verstehen, dass der Ort eines Körpers auf seiner Bahnkurve von der Zeit abhängt. Für den Fall der gleichmäßig beschleunigten Bewegung kennen sie ein allgemeines Schema zur richtigen Anwendung des Weg-Zeit-Gesetzes und des Geschwindigkeits-Zeit-Gesetzes. Sie können daraus Weg-Zeit-Diagramme und Geschwindigkeits-Zeit-Diagramme anfertigen. Anhand eines Experiments zum freien Fall können sie das gelernte Schema überprüfen.

Die Schüler/-innen wiederholen die Gesetzmäßigkeiten der geradlinig gleichförmigen Bewegung und des freien Falls. Sie wissen, was ein waagerechter Wurf ist, können ihn beschreiben und sind in der Lage, die Wurfparabel des waagerechten Wurfes zu entwickeln. Anhand der Bewegungsgleichungen können sie bestimmte physikalische Größen beim waagerechten Wurf berechnen. Beispiele für den waagerechten Wurf sind ihnen vertraut. Die Schüler/-innen kennen die vier Schritte zum Problemlösen nach George Pólya und können diese auf ein konkretes Alltagsproblem anwenden.

Die Schüler/-innen wiederholen die Gesetzmäßigkeiten der geradlinig gleichförmigen Bewegung und des freien Falls. Sie wissen, was ein schräger Wurf ist, können ihn beschreiben und sind in der Lage, die Wurfparabel des schrägen Wurfes zu entwickeln. Anhand der Kenntnisse der Überlagerung der Bewegungen können sie bestimmte Positionen, Weiten und Höhen des Wurfgegenstandes grafisch ermitteln. Sie kennen die Funktionsvorschrift für die Wurfparabel des schrägen Wurfes und können ihre Entwicklung in groben Zügen nachvollziehen. Die Schüler/-innen wissen, dass ein Objekt unter 45 Grad abgeschossen werden muss, um zu einer bestimmten Anfangsgeschwindigkeit die maximale Weite zu erreichen. Sie erkennen, dass der schräge Wurf unter Nichtberücksichtigung des Luftwiederstandes nur vom Winkel, der Anfangshöhe und der Anfangsgeschwindigkeit abhängt. Beispiele für den schrägen Wurf sind ihnen vertraut.

Die Schüler/-innen können den Aufbau und die Funktionsweise eines Elektromotors beschreiben. Sie können den Elektromotor von Verbrennungsmotoren abgrenzen. Die Arbeitsweise eines Ottomotors im Viertaktverfahren können sie erklären. Sie wissen, dass Dieselmotoren im Gegensatz zu Ottomotoren Selbstzünder sind. Ihnen ist bewusst, dass die Erweiterung von einem Zylinder zu vier Zylindern beim Viertakter zu einer höheren Laufruhe des Motors führt. Außerdem können sie mit einer Brennstoffzelle und einem Solarmodul Wasserstoff erzeugen. Anhand eines Brennstoffzellenautos verstehen sie, dass man mit Wasserstoff ein Fahrzeug mit Elektromotor antreiben kann. Sie erkennen das Brennstoffzellenauto und das Elektroauto als nachhaltige Alternativen zu Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren.

Die Schüler/-innen können den Unterschied zwischen Temperatur und Wärme benennen. Gleichzeitig ist ihnen der Zusammenhang zwischen diesen beiden physikalischen Größen bewusst. Sie verstehen, dass die Zufuhr oder Abfuhr von Wärme eine Temperaturänderung bewirkt. Zudem wissen sie, dass die Stärke der Temperaturänderung von der Wärmekapazität des Körpers abhängt. Die Schüler/-innen können die Abhängigkeit der Wärmekapazität vom Stoff und der Masse des Körpers experimentell ermitteln. Den proportionalen Zusammenhang zwischen zugeführter Wärme und Temperaturerhöhung können sie aus Messergebnissen ableiten. Darauf aufbauend verstehen sie auch die Grundgleichung der Wärmelehre. Die besondere Bedeutung des Wassers als thermisches Speichermedium ist ihnen bewusst.

Die Schüler/-innen wiederholen die Kenntnisse zum Wärmetransport. Sie lernen die Bedeutung des Luftdrucks zur Vorhersage des Wetters kennen und verstehen die Funktionsweise eines Barometers. Die Schüler/-innen wissen, wie Jahreszeiten entstehen und können diese anhand eines Modells mit dem Stand von Sonne und Erde erläutern. Mit Hilfe des Modells können sie die verschiedenen Klimazonen begründen. Sie kennen fünf Klimazonen und wissen, wie der Wärmetransport zwischen ihnen verläuft.

Die Schüler/-innen lernen, was Temperatur ist. Sie lernen verschiedenen Temperaturmessgeräte und verschiedene Skalen kennen und wissen, wie ein Flüssigkeitsthermometer aufgebaut ist. Die drei gängigsten Skalen können sie historisch einschätzen und wissen um ihre Unterschiede und Einsatzgebiete.

Die Schüler/-innen können die Begriffe Temperatur und Wärme unterscheiden. Sie kennen eine einfache Definition der Wärme. Sie wissen, dass es stoffungebundene und stoffgebundene Wärmetransportarten gibt. Sie kennen den Unterschied zwischen Wärmestrahlung, Wärmeleitung und Wärmeströmung und kennen deren Charakteristika. Sie können Beispiele benennen.

Die Schüler/-innen wiederholen die Kenntnisse zum Wärmetransport und zum Teilchenmodell. Sie wenden diese auf Wetter- und Klimaerscheinungen an. Sie kennen den Unterschied zwischen Wetter und Klima. Sie wissen, wie Klima entsteht und kennen den Einfluss von Sonne, Atmosphäre und Wasser. Darüber hinaus kennen die Schüler/-innen die wichtigsten Schritte zur Vorbereitung eines Referats.

Die Schüler/-innen verstehen die Zusammenhänge zwischen der Temperatur, dem Volumen und dem Druck von Gasen. Sie können das Gesetz von Gay-Lussac aus einem Experiment ableiten, bei dem Luft bei konstantem Druck erwärmt wird. Auf ähnliche Weise können sie das Gesetz von Amontons aus einem Versuch folgern, bei dem Luft bei konstantem Volumen erwärmt wird. Aus beiden Gesetzmäßigkeiten können sie den allgemeineren proportionalen Zusammenhang zwischen der Temperatur und dem Produkt aus Volumen und Druck schlussfolgern. Die Voraussetzung einer konstanten Teilchenanzahl des Gases ist ihnen bewusst. Sie verstehen daher, dass Experimente in abgeschlossenen Gefäßen durchzuführen sind, bei denen kein Gas entweichen kann.

Die Schüler/-innen kennen das charakteristische Merkmal von Wärmekraftmaschinen. Sie wissen, dass alle Wärmekraftmaschinen Wärme in mechanische Energie (Arbeit) umwandeln. Sie verstehen wie eine Weihnachtspyramide als eine einfache Form einer Wärmekraftmaschine funktioniert. Sie können anhand dieses Beispiels den praktischen Nutzen der Wärmeströmung und des Prinzips von „Actio und Reactio“ nachvollziehen, erklären und einen Transfer zu ähnlich funktionierenden Wärmekraftmaschinen wie einer Dampf- oder Gasturbine leisten. Ausgehend von Experimenten mit einem Heißluftmotor können sie verschiedene Arten von Wärmekraftmaschinen unterscheiden. Das Grundprinzip von sich abwechselnd ausdehnenden und wieder zusammenziehenden Gasen, die Kolben hin und her verschieben, haben sie verinnerlicht. Sie wissen, wie man mit Wärmekraftmaschinen mittels eines Generators Strom erzeugen kann.

Die Schüler/-innen können das Prinzip der Wärmedämmung anhand einer Thermosflasche erklären. Sie wissen, dass für eine gute Wärmedämmung alle drei Arten des Wärmetransports – Wärmeleitung, Wärmeströmung und Wärmestrahlung – reduziert werden müssen. Sie können ein Modell einer Thermosflasche mit einem Erlenmeyerkolben, einem Becherglas und einer reflektierenden Aluminiumfolie nachbilden. Außerdem können sie die Wassertemperatur im Erlenmeyerkolben in Abhängigkeit der Zeit messen und eine Ausgleichsgerade durch ihre Messpunkte legen. Das Prinzip der Kühlung verstehen sie am Beispiel von Kühlakkus und einem Kompressorkühlschrank. Sie wissen, dass bei der Kühlung einem Gegenstand oder Raum Wärme entzogen wird.

Die Schüler/-innen wissen, dass jeder Körper Wärmestrahlung aussendet. Einen idealisierten Körper, der elektromagnetische Strahlung jeglicher Wellenlänge vollständig absorbiert, erkennen sie als schwarzen Körper. Sie wissen, dass die Strahlungsleistung als Maß für die Stärke der Wärmestrahlung verwendet wird. Die flächenbezogene Strahlungsleistung können sie mit dem Begriff 'spezifische Ausstrahlung' benennen. Aus den Messergebnissen eines Versuchs zur 'Schwarzkörperstrahlung' eines brünierten Messingzylinders können sie das Stefan-Boltzmann-Gesetz ableiten. Der Wert der Stefan-Boltzmann-Konstante ist ihnen bekannt. Mit einem Leslie-Würfel können sie zudem zeigen, dass die spezifische Ausstrahlung nicht nur von der Temperatur, sondern auch von der Oberflächenbeschaffenheit abhängt. Mit Hilfe des Emissionsgrades können sie schwarze, graue, weiße und bunte Körper unterscheiden.

Die Schüler/-innen kennen die Wirkung des Treibhauseffekts, der zu einer Erhöhung der Temperatur führt. Sie wissen, dass das Dach eines Treibhauses aus einem lichtdurchlässigen Material besteht, das die infrarote Wärmestrahlung stark absorbiert. Sie können die erhöhte Absorption und Erwärmung innerhalb eines Treibhauses mit der thermischen Gegenstrahlung begründen. Ihr Wissen zum Treibhauseffekt können die Schüler/-innen auf unsere Erde mit ihrer Atmosphäre übertragen. Die Treibhausgaskonzentration und die resultierende atmosphärische Gegenstrahlung können sie als entscheidende Faktoren des Treibhauseffekts benennen. Mit Hilfe des Stefan-Boltzmann-Gesetzes können sie die Erdmitteltemperatur mit und ohne Atmosphäre berechnen. Dabei kennen sie auch die Bedeutung der Solarkonstanten und der sphärischen Albedo. Zudem können sie eine Energiebilanz der Erde aufstellen. Zuletzt können sie zwischen dem natürlichen und anthropogenen Treibhauseffekt unterscheiden.

Die Schüler/-innen kennen die wichtigsten Himmelskörper unseres Sonnensystems bestehend aus der Sonne und den acht Planeten. Sie verstehen die unterschiedlichen Umlaufzeiten der Planeten als Folge verschiedener Umlaufbahnen und Geschwindigkeiten. Die Abhängigkeit der Geschwindigkeit eines Planeten vom Abstand zur Sonne ist den Schülern und Schülerinnen bekannt. Die Monde der acht Planeten und die Asteroiden, die sich überwiegend im Asteroidengürtel bewegen, wurden den Schülerinnen und Schülern als weitere Bestandteile unseres Sonnensystems vermittelt.

Die Schüler/-innen können verschiedene Himmelskörper wie die Erde, die Sonne und den Mond benennen. Zudem können sie die einzelnen Himmelskörper einordnen und verstehen, warum etwa die Sonne ein Stern und die Erde ein Planet ist. Die Schüler/-innen können auch Asteroiden von Planeten unterscheiden. Sie verstehen, wie Meteoriten aus Zusammenstößen von Asteroiden entstehen und Krater auf dem Mond hinterlassen können. Den Schülerinnen und Schülern ist die Erdatmosphäre als Schutzhülle gegen Meteoriteneinschläge bekannt. Die Ursache von Sternschnuppen und die fachsprachliche Bezeichnung „Meteore“ wurden ihnen vermittelt. Außerdem ist den Schülerinnen und Schülern das Konzept der Sternbilder vertraut, und sie können mit Hilfe von Apps verschiedene Sternbilder am Nachthimmel erkennen und benennen.

Die Schüler/-innen verstehen, wie sich die Vorstellungen unserer Welt im Laufe der Zeit gewandelt haben. Ihnen ist das geozentrische Weltbild nach Aristoteles bekannt. Sie erkennen, warum dieses Weltbild zu Widersprüchen mit (Planeten-)Beobachtungen führte. Die Erweiterungen des geozentrischen Weltbilds nach Claudius Ptolemäus haben sie verinnerlicht. Die große Wende, die durch Nikolaus Kopernikus eingeleitet wurde, können sie zeitlich einordnen. Sie verstehen den Wandel zum heliozentrischen Weltbild. Die entscheidenden Neuerungen dieses Weltbilds durch Johannes Kepler und ihre Bedeutung für die heutige Zeit sind ihnen bewusst.

Die Schüler/-innen verstehen, dass wir beim Anblick der Sonne und des Sternenhimmels immer in die Vergangenheit sehen. Sie können dieses Phänomen mit der endlichen Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichts erklären. Sie wissen, dass sich das Licht gemäß dem Weg-Zeit-Gesetz der gleichförmigen Bewegung ausbreitet. Die Lichtgeschwindigkeit kennen sie als Naturkonstante. Ihnen ist allerdings bewusst, dass sich das Licht in Materie grundsätzlich langsamer ausbreitet als im Vakuum. Sie können die Lichtgeschwindigkeit in der Luft experimentell mit einem Laser-Bewegungssensor und einem Reflektor bestimmen. Außerdem können sie die Laufzeit des Lichts von der Sonne bis zur Erde bestimmen und die Entfernung von Sternen in Lichtjahren angeben.

Die Schüler/-innen verstehen, dass die Gewichtskraft aus der Gravitationskraft folgt, die die Anziehung zweier Massen beschreibt. Sie können folgern, dass die Gravitationskraft proportional zur Masse des Probekörpers sein muss. Mit dem Wechselwirkungsprinzip können sie herleiten, dass die Gravitationskraft auch proportional zur Masse ist, die den Probekörper anzieht. Mit Hilfe der unterschiedlichen Ortsfaktoren auf der Erde und den Planetenbewegungen um die Sonne können sie auch begründen, warum die Gravitationskraft proportional zu Eins durch den Abstand der Massenmittelpunkte zum Quadrat ist. Aus allen Proportionalitäten können sie das explizite Gravitationsgesetz ableiten und die Gravitationskonstante angeben.

Die Schüler/-innen können mit der Gärtnerkonstruktion eine Ellipse anfertigen. Sie können die Brennpunkte, den Mittelpunkt, die Symmetrieachsen und die Halbachsen angeben. Sie wissen, dass sich, gemäß dem 1. Keplerschen Gesetz, alle Planeten auf Ellipsenbahnen bewegen, in deren einem Brennpunkt die Sonne steht. Ihnen ist bewusst, dass sich die Planeten im Perihel am schnellsten und im Aphel am langsamsten bewegen. Mit dem 2. Keplerschen Gesetz können sie erklären, dass ein Fahrstrahl in gleichen Zeiten gleich große Flächen überstreicht. Zuletzt können sie mit dem 3. Keplerschen Gesetz angeben, dass sich die Quadrate der Umlaufzeiten zweier Planeten wie die dritten Potenzen der großen Halbachsen verhalten.

Die Schüler/-innen beschreiben Kernaussagen verschiedener historischer Atommodelle und beurteilen daran die Grenzen der Gültigkeit von naturwissenschaftlichen Modellvorstellungen. Sie beschreiben den Atombau nach dem Rutherfordschen Kern-Hülle-Modell, um Größenverhältnisse zwischen Atom und Atomkern zu veranschaulichen und bestimmen mithilfe des Periodensystems die Anzahl der Elementarteilchen von ausgewählten chemischen Elementen. Der Atombegriff nach Demokrit, das Kugelmodell nach John Dalton und das Kern-Hülle-Modell nach Ernest Rutherford sowie die Begriffe Elementarteilchen (Proton, Neutron, Elektron), Ordnungszahl und Massenzahl sind ihnen vertraut.

Die Schüler/-innen können radioaktive Strahlung mit einem Geiger-Müller-Zählrohr messen und nachweisen. Sie wissen, dass die Zählrate der Anzahl von Impulsen radioaktiver Strahlung pro Zeit entspricht. Sie verstehen, warum die Zählrate mit dem Abstand zur Strahlungsquelle abnimmt und können dieses Phänomen mit der Divergenz der Strahlen erklären. Die Spuren von Alphastrahlung, die in einer Wilsonkammer auftreten, können sie mit der Ionisation der Gasteilchen und der Tröpfchenbildung erklären. Sie können Betastrahlung durch die Ablenkung der Strahlen in einem Magnetfeld nachweisen. Anhand von Modellvorstellungen der Kernzerfälle radioaktiver Stoffe können sie auch die Bestandteile und die Entstehung von Alpha-, Beta- und Gammastrahlung erklären. Außerdem können sie einen Teil der Zerfallskette von Radium-226 benennen.

Die Schüler/-innen sind sich der Gefahr von radioaktiver Strahlung bewusst. Sie wissen, dass die Aktivität eines radioaktiven Stoffes eine wichtige physikalische Größe ist, um die potenzielle Gefahr zu bewerten. Sie kennen Maßnahmen zum Strahlenschutz, insbesondere die Distanzierung zur radioaktiven Quelle und die Abschirmung der radioaktiven Strahlen. Sie wissen, dass sich die drei Strahlungsarten – Alpha-, Beta- und Gammastrahlung – sehr unterschiedlich bei der Absorption verhalten. Ihnen ist bewusst, dass die Gammastrahlung im Gegensatz zur Alpha- und Betastrahlung nicht vollständig absorbiert werden kann. Sie können den exponentiellen Abfall der Zählrate in Abhängigkeit der Dicke des Absorbers experimentell ermitteln.

Die Schüler/-innen wissen, dass ein Kern durch den Beschuss mit einem relativ langsamen Neutron gespalten werden kann. Sie können die Spaltprodukte eines Uran-235-Kerns benennen. Außerdem können sie die freiwerdende Energie mit Hilfe der Bindungsenergien und des Energieerhaltungssatzes berechnen. Den Zusammenhalt der Kerne und die Entstehung der Bindungsenergie können sie mit der starken Kernkraft erklären. Sie können eine kontrollierte von einer unkontrollierten Kettenreaktion unterscheiden. Zudem können sie die Kernfusion eines Deuterium-Kerns mit einem Tritium-Kern erklären. Sie wissen, dass bei der Kernfusion von solch leichten Kernen ebenfalls Energie frei wird.

Die Schüler/-innen wissen, dass sich die Beugungs- und Interferenzerscheinungen von Licht an einem Doppelspalt nur mit dem Wellencharakter des Lichts erklären lassen. Andererseits ist ihnen bewusst, dass die Herleitung des Planckschen Strahlungsgesetzes und die Deutung des Photoeffekts Anfang des 20. Jahrhunderts die Einführung von Lichtquanten erforderten. Die Schüler/-innen können daraus schließen, dass das Licht auch einen Teilchencharakter besitzt. Den Wellen- und Teilchencharakter des Lichts können sie mit dem Begriff des Welle-Teilchen-Dualismus zusammenfassen. Außerdem wissen sie, dass jedem einzelnen Quantenobjekt eine Welle zugeschrieben werden muss, die als Wahrscheinlichkeitsverteilung für eine Ortsmessung zu interpretieren ist. Zuletzt sind sie auch mit dem Phänomen der Quantenverschränkung vertraut und können diesen Effekt anhand zweier verschränkter Photonen nachvollziehen.

Die Schüler/-innen sind mit der klassischen Geschwindigkeitsaddition, die sie aus ihrem Alltag kennen, vertraut. Sie wissen jedoch, dass die klassische Geschwindigkeitsaddition bei hohen Geschwindigkeiten, insbesondere bei bewegten Lichtquellen, an ihre Grenzen stößt. Ihnen ist außerdem bewusst, dass der Ausgang des Michelson-Morley-Experiments nahegelegt hat, dass es keinen Lichtäther gibt. Sie kennen die Einsteinschen Postulate und wissen, dass Albert Einstein darauf seine spezielle Relativitätstheorie begründete. Die auf der Lorentz-Transformation beruhende relativistische Geschwindigkeitsaddition können sie nutzen, um beispielsweise zu zeigen, dass die Lichtgeschwindigkeit in allen Inertialsystemen gleich ist. Zuletzt verstehen sie auch, dass bewegte Uhren langsamer gehen und können dieses Phänomen mit der Zeitdilatation begründen.