Physik am GymP

„In der Physik werden Naturphänomene sowie Aufbau und Eigenschaften der Materie modellhaft beschrieben; ihre Forschungsinhalte reichen von den elementaren Bausteinen der Materie bis hin zum Aufbau des Universums. Physikalische Forschung ist durch das Wechselspiel von Theorie und Experiment gekennzeichnet, ihre Ergebnisse und Arbeitsmethoden sind wegweisend für andere Naturwissenschaften. Physikalische Erkenntnisse sind Kulturgut, beeinflussen entscheidend unser Weltbild und berühren damit auch philosophische, ethische und religiöse Fragestellungen. Als Grundlage technischer Entwicklungen in der Kommunikationstechnologie, Energieversorgung, Ökologie, Medizin und in vielen weiteren Fachgebieten prägen physikalische Erkenntnisse das Leben jedes Einzelnen, die Berufs- und Arbeitswelt sowie gesellschaftliche Strukturen. Für die aktive Teilhabe an politischen Meinungsbildungsprozessen z. B. im Bereich des Umweltschutzes und der Klimaveränderung ist ein physikalisches Grundverständnis unverzichtbar.“

(Auszug aus: Selbstverständnis des Faches Physik und sein Beitrag zur Bildung vgl. LehrplanPLUS – Gymnasium – Physik – Fachprofile (bayern.de))

Der Physikunterricht beginnt in der 7. Klasse, zunächst für ein Jahr noch im Rahmen des Faches Natur und Technik,  und erstreckt sich dann von der 8. Jahrgangsstufe an bis mindestens zur 11. Jahrgangsstufe. In der 12. und 13. Klasse kann Physik im grundlegenden oder vertieften Niveau belegt werden. Am Gymnasium Puchheim werden in der Oberstufe auch Seminare z. B. zur Biophysik, Medizinphysik oder Robotik angeboten. Details zum Lehrplan einzelner Jahrgangsstufen sind unter LehrplanPLUS – Gymnasium – Fachlehrpläne (bayern.de) zu finden.

An unserer Schule sind Schülerexperimente (v. a. von Mekruphy) seit vielen Jahren ein Schwerpunkt physikalischer Ausbildung. Sie helfen, physikalische Zusammenhänge greifbar zu machen. Ergänzend arbeiten wir zur Messwerterfassung bei Schülerexperimenten in den höheren Jahrgangsstufen häufig mit Klassensätzen von Sensoren (PASCO), die sich via Bluetooth mit z. B. iPads verbinden.

Darüber hinaus führen wir seit vielen Jahren für die gesamte 9. Jahrgangstufe einen Projekttag zum Klima durch, an dem wir von Oberstufenschülern betreute Schülerexperimente aus dem LMU-Klimakoffer mit Vorträgen der Atmosphärenphysikerin Dr. Sigrun Matthes vom Institut für Atmosphärenphysik vom DLR Oberpfaffenhofen verbinden. In den höheren Jahrgangsstufen profitieren unsere Schülerinnen und Schüler zudem von Besuchen von Schülerlaboren wie z. B. dem DLR_School_Lab in Oberpfaffenhofen oder dem PhotonLab am Max Planck Institut für Quantenoptik in Garching. Ferner geben wir ihnen in der Oberstufe Orientierung und wertvolle Einblicke in naturwissenschaftliche Berufe durch Exkursionen, bei denen z. B. medizinphysikalische Anwendungen der Kernphysik (Klinik und Poliklinik für Strahlentherapie und Radioonkologie am Klinikum Großhadern der LMU) oder der Laserphysik (Laboratory for Extreme Photonics/Centre for Advanced Laser Applications Garching) im Fokus stehen.

Florian Ebner (Fachschaftleitung Physik)

Messung der Schallgeschwindigkeit mit der App Phyphox

Messung der Schwingungsdauer eines Fadenpendels

Versuch zum Quantenradierer im PhotonLab Garching

Exkursion des W-Seminars Medizinphysik am 18.12.23 ans LEX Photonics (Laboratory for Extreme Photonics) und CALA (Centre for Advanced Laser Applications) in Garching

Als „inspirierend“ bezeichnete Miriam Detlefsen, eine Schülerin des W-Seminars Medizinphysik der derzeitigen Q12, die theoretischen Grundlagen und Führungen von Dr. Frank Fleischmann, als sie sich bei ihm am Ende eines beeindruckenden und sehr informativen Nachmittags im Namen des W-Seminars bedankte. Herrn Dr. Fleischmann gelang es, uns im Rahmen der Führungen so anschaulich, wie nur irgend möglich, einen Überblick über die Arbeit seiner und anderer Arbeitsgruppen am Lex Photonics und CALA zu geben.

Geschildert wurden unter anderem die eindrucksvollen Daten eines sich dort befindenden Lasers: So liefert der Atlas 3000 beispielsweise Laserpulse mit einer Dauer von 25 Femtosekunden und einer Peakleistung von 2,5 Petawatt und zählt damit zu den leistungsstärksten Lasern weltweit. Zum Vergleich: Moderne Windkraftwerke haben eine Leistung von wenigen Megawatt, also etwa ein Milliardstel eines derartigen kurzen Laserimpulses.

Aber auch mehrere biomedizinische Anwendungen, an denen im Zusammenhang mit moderner Lasertechnologie derzeit geforscht wird, wurden erläutert. Dazu zählen bildgebende Verfahren, die mithilfe von mit Lasern erzeugten Röntgenimpulsen weiches Gewebe besonders gut auflösen. Auch mithilfe von Laserimpulsen beschleunigte Teilchen ermöglichen Bestrahlungstherapien einer neuen Qualität, weil die Energie der Teilchen, mit denen bestrahlt wird, besonders gut der Lage des Tumors im Körper angepasst werden kann.

Besonders faszinierend waren für uns auch die Forschungen zur Untersuchung von Blutplasma mithilfe von mit Lasern durchgeführter Infrarotspektroskopie. Deren Messergebnisse können in Kombination mit maschinellem Lernen aus Krankheiten im Blut resultierende Veränderungen auf molekularer Basis nachweisen, die weit über ein konventionelles Blutbild hinausgehen. Vor allem in Zusammenhang mit speziellen, häufigeren Tumorarten und klassischen Zivilisationskrankheiten zeigt sich derzeit aufgrund der größeren Stichprobengrößen bereits eine vielversprechende Zuverlässigkeit.

Im Gedächtnis bleiben wird uns sicherlich auch der Besuch im Labor von Dr. Fleischmanns Arbeitsgruppe, in der er als Biologe für das Management der Blutplasmaproben verantwortlich ist: Ausgestattet mit Laserbrillen, Haarnetz und Überziehern für unsere Schuhe wurde uns das Herz des Labors gezeigt und erklärt.

Vielen herzlichen Dank, Herr Dr. Fleischmann, für diese intensiven Einblicke und diesen vielfältigen, bereichernden Nachmittag!

Florian Ebner (W-Seminar-Leiter)