| Resumen |
Sachbereiche Themen, Gegenstände Seiten
Elektrisches Feld 7-40
Ladung und Strom Flieflende Ladung, Ladungsmessung 7-9
Elektrisches Feld Elektrisches Feld strukturiert den Raum,
Versuche zur elektrischen Feldst‰rke 10-13
Ursachen des Feldes Ladungsdichte, Coulomb-Gesetz, elektrische
Feldkonstante, Anwendungen, Fehlerbetrachtung 14-17
Spannung Spannung und Feldst‰rke 18-19
Potenzial; FeldEnergie
Energie bei Ladungstransport,
Potenzial im Radialfeld, Anwendungen 20-23
Ladungen im
elektrischen Feld
Braunsche Rˆhre,
Ablenkung von Elektronen in elektrischen Feldern 24-25
Kondensatoren Kapazit‰t Kondensatoren in Labor und Technik,
Schaltung und Entladung von Kondensatoren 26-29
Energie im Feld Kraft und Energie im elektrischen Feld 30-31
Elementarladung Millikan-Experiment samt Auswertung 32-33
Vertiefung,
Interessantes
Materie im E-Feld, Kondensator-Mikrophon,
Ionen-Kan‰le, EKG, EEG, Elektrische Staubfilter,
Laserdrucker, Blitz und Donner
34-37
Vertiefung,
Beispielaufgaben
Leitung in Fl¸ssigkeiten, Beispielaufgaben,
Berechnung von Feldlinienbildern 38-39
Das ist wichtig Zusammenfassung, Aufgaben 40
Magnetisches Feld,
Teilchen in Feldern 41-62
Bekanntes
aus der Mittelstufe Magnete und ihre Pole, Feldlinien 41-43
Kraft auf bewegte
Ladung, magnetische
Flussdichte
Kraft auf Strˆme, Hall-Spannung, Hall-Konstante,
Hall-Sonde, Spulenfeld 44-48
Interessantes,
Vertiefung
Hall-Sensoren, Elektronen in Metallen, Materie im BFeld,
Festplatten, Orientierung im B-Feld der Erde 49-53
Elektronen im B-Feld Elektronenmasse 54-55
Vertiefung,
Interessantes
Schraubenbahnen von Ladungen in Magnetfeldern,
magnetische Flasche, Polarlicht, magnetische Linse,
Elektronenmikroskop, Massenspektrometer, Zyklotron,
Beschleuniger
56-60
Das ist wichtig Zusammenfassung mit Aufgaben 61-62
Induktion 63-90
InduktionsExperimente
Magnetischer Fluss ?, Induktion durch Fluss- und
Fl‰chen‰nderung 63-65
Induktions-Gesetz Induktion durch elektrische Wirbelfelder und
Lorentzkraft 66-67
Induktion und Energie Lenzsches Gesetz 68-69
Vertiefung Wirbelstrˆme, Aufgaben 70-71
Selbstinduktion Verzˆgerte Strom‰nderung; Induktivit‰t 72-73
Vertiefung Messung und Modellierung 74-75
Energie des
Magnetfelds Energiedichte des Magnetfelds 76-77
Wechselspannung Erzeugung und Darstellung mit Zeigern 78-79
Widerst‰nde im Kreis,
Einf¸hrung rotierender
Zeiger
Leistung bei Wechselstrom, Effektivwert, Transformator,
Kapazitive und induktive Widerst‰nde ‰ndern
Klangfarbe
80-85
Exkurs: Drehstrom Drehstrom und Zeigerdiagramm 86-87
Das ist wichtig Zusammenfassung, Aufgaben 88
Klausur-Training Induktion 89-90
Schwingungen 91-112
Harmonische
Schwingung Sinus-Schwingung am Federpendel 91-93
Kreisbewegung,
Vergleich
Zeiger-Diagramm bei Schwingern; t-s-Gesetz,
Differenzialgleichung 94-95
Energie bei
Schwingung Energieformen beim Schwingen 96
horiz. Federschwinger D‰mpfung und Resonanz 97
Fadenpendel,
Interessantes Experimente und Formel, Beispiel Br¸ckenschwingung 98-99
Schwingkreis Vergleich mit mechanischem Schwinger 100-101
Thomson-Gleichung Differenzialgleichung 102-103
Erzwungene
Schwingungen Modellierung am Computer, Resonanz-Kurve 104-105
Selbsterregte
Schwingungen R¸ckkopplungs-Schaltungen, Meiflner-Schaltung 106-107
Deterministisches
Chaos Chaos bei nichtlinearen Vorg‰ngen 108-111
Das ist wichtig Zusammenfassung und Aufgaben 112
Mechanische
Wellen 113-149
Fortschreitende
Querwelle Was ist eine Welle? 113-115
Beschreibung von
Wellen Rotierende Zeiger 116-117
L‰ngswellen Wellen in der Natur; Erdbeben 118-119
Vertiefung,
Wellengleichung Messung der Wellengeschwindigkeit 1
Schallgeschwindigkeit,
Interessantes Messung in Medien, Das Ohr 138-139
Musikinstrumente Klangspektren 140-141
Fourier-Analyse,
Synthese; Interessantes Klangsanalyse, Hausversuche zur Analyse 142-143
Doppler-Effekt,
Interessantes Experimente in der Astronomie, Mach-Kegel 144-145
Schallwellen in der
Medizin Ultraschall, Doppler-Sonographie 146-147
Das ist wichtig Zusammenfassung, Aufgaben 148-149
Elektromagnetische
Wellen 150-170
Hochfrequente
Schwingung,
Hertz-Dipol
Experimente 150-153
Elektromagnetische
Wellen im Raum Erkl‰rung stehender und sich ausbreitender Welle 154-155
WellenGeschwindigkeit
Experimente zum Dipolfeld 156-157
Wellen in Materie,
Vertiefung,
Anwendung
Experimente, Mikro-Zentimeterwelle, Radarmessung 158-159
Polarisation der Welle,
Vertiefung Gitter, Drehung der Ebene, Zirkular-Polarisation 160-161
Daten-‹bertragung
Amplituden- und Frequenzmodulation mit
Experimenten; Digitaler Mobilfunk, GSM-Experimente
mit Handy
162-165
Bandbreite der
Modulation Experimente 166-168
Klausur-Training Elektromagnetischen Wellen 169-170
Interferenz und
Beugung von Licht 171-224-
Interferenz im Raum Was bestimmt Amplitude und Phase? 172-173
Beschreibung
der Interferenz
Wellenl‰ngenmessung;
Beschreibung mit Sinuslinien und rotierenden Zeigern 174-175
Doppelspalt
Experimente mit Wasserwellen, Schall und Mikrowellen;
Wellenl‰ngenmessung bei Licht, Amplitude und
Intensit‰t, Historische Interferenzexperimente, Aufgaben
176-181
Optisches Gitter Scharfe Linien, Vergleich mit Doppelspalt;
Gitter-Spektren 182-185
Einzelspalt Herleitung mit Zeigerdarstellung,
Einzelspaltbeugung und Doppelspalt 186-189
CD als
Reflexionsgitter Information der CD; Lochkamera 190-191
Lichtgeschwindigkeit Messung von c; Folge f¸r Lichtbrechung 192-193
Huygens-Prinzip Huygen-Fresnel-Prinzip; Reflexion und Brechung 194-195
WellenoptikStrahlenoptik
Cornu-Spirale; Fermat-Prinzip; Schattenbildung;
Reflexionsgitter 196-197
Das ist wichtig Zusammenfassung, Aufgaben 198-199
Beugung und
optische Abbildung
Warum sehen wir im t‰glichen Leben keine
Interferenzstreifen? 200-201
Interferometer Michelson- und Mach-Zehnder-Interferometer;
Koh‰renzl‰nge 202-203
D¸nn-SchichtInterferometer
Schillernde Seifenblasen; Interferenz am Glimmerblatt 204-205
Polarisation von Licht,
Interessantes
Polfolien Polarisation bei Reflexion,
Wein: ein optisch aktiver Stoff 206-207
Doppelbrechung,
Interessantes Spannungsoptik, Fl¸ssigkristalle bei Laptops 208-209
Interessantes Himmelblau und Abendrot, Verg¸tung 210-211
Rˆntgen-Interferenz Welleneigenschaften von X-Strahlen 212-213
Bragg-Reflexion,
Interessantes Rˆntgenspektren, Grundlagenforschung, DNS-Struktur 214-215
Vertiefung Was ist Physik? 216-219
Das ist wichtig Elektromagnetisches Spektrum,
Zusammenfassung, Aufgaben
Strahlung
und Klima 225-238
Grundbegriffe
der Strahlung
Strahlungsleistung der Sonne,
Energieverteilung im Gl¸hlicht 225-227
Strahlungs-Gesetze
Wiensches Verschiebungsgesetz,
Fliefl-Gleichgewicht der Energie; Schwarzer Kˆrper;
Stefan-Boltzmann-Gesetz
228-229
Strahlende Kˆrper,
Projekt-Arbeit Graue Kˆrper; Aufgaben, Glasschmelze 230-231
Erde als
Strahlungsempf‰nger Absch‰tzungen der Erdtemperatur; Treibhaus-Effekt 232-233
Strahlungsbilanzen,
Interessantes
Modell zum Treibhauseffekt,
Vom Menschen erzeugter Treibhauseffekt 234-235
Klimawandel Mˆgliche Auswirkungen; Das Zwei-Grad-Ziel 236-237
Das ist wichtig Zusammenfassung, Aufgaben 238
Relativitätstheorie (Simulationen auf der CD) 240-262
Was heiflt Ñrelativì Relativit‰t der Lichtgeschwindigkeit;
EINSTEINs Lebensdaten und Postulate 240-243
Zeit-Dilatation,
L‰ngen-Kontraktion
Synchrone Lichtuhren, tí = 2 1-(v/c) ;
Myonen-Experimente, Zwillings-Paradoxon;
L‰ngenkontraktion
244-247
Masse ist auch relativ 2 m = m / 1-(v/c) o Massenzunahme folgt aus Zeitdilatation 248-249
Energie und Masse
W = m?c
2
; Wkin = (m ñ mo) c2
= ?m?c
2
,
Was hat Wkin = ?m c2
mit ½ m v2 zu tun?
W = m c2
in der Hochenergie-Physik
250-251
Reflexionen
Der Begriff der Zeit in der Speziellen Relativit‰tstheorie.
Sind Dilatation und Kontraktion real?
Was verlangt EINSTEIN von einer guten Theorie?
Geistesgeschichtliche Bedeutung, Geschichte des
Massebegriffs
252-253
Paradoxien,
Vertiefungen
Relativit‰t der Gleichzeitigkeit, Uhren-Paradoxie;
Additionstheorem, Lˆsung von EINSTEINs Jugendfrage,
Vergangenheit-Gegenwart-Zukunft,
Zeitreise in die Vergangenheit
254-257
Allgemeine
Relativit‰tstheorie
ƒquivalenzprinzip; Verzerrung von Zeit und Raum;
ART und Astronomie 258-261
Das ist wichtig Zusammenfassung; Aufgaben 262
Photon als Quant (Simulationen auf der CD) 263-277
Photoeffekt Verschiedene Experimente zu W = h f 264-265
Photon als
Energiequant Die unteilbaren Photonen sind z‰hlbar 266-267
Umkehrung
Photoeffekt Rˆntgenphotonen, Leuchtdioden, Medizin 268-269
Masse und Impuls Gravitationslinsen, Compton-Effekt 270-271
Photon als
Quantenobjekt
Nichtklassische Aussagen;
Wahrscheinlichkeitsamplitude ?, Superpositionsprinzip,
Dualismus, Knallertest, Komplementarit‰t
272-275
Modelle in der Physik Von der Realit‰t zum Symbol ñ was heiflt Ñverstehenì? 276
Das ist wichtig Zusammenfassung 277
Elektron als Quant (Simulationen auf der CD) 278-311
Elektronenbeugung DEBROGLIE-Wellenl‰nge, ÑMateriewellenì, Kann man
Welle sichtbar machen? Vergleich Photon-Elektron 278-281
Unbestimmtheitsrelation
Erl‰uterung an Spaltbeugung, Experiment,
Welcher-Weg-Frage 282-283
h im
Quantengeschehen
Lokalisierungsenergie im Mikrokosmos,
Was heiflt unbestimmt? 284-285
Erforschung
des Atoms Historisches: bohrsches Modell 286-287
Energie-Quantisierung Franck-Hertz; Resonanz-Fluoreszenz 288-289
Potenzialtopf Stehende ?-Welle,
Energiequantisierung im hohen Potenzial-Topf 290-291
Quantisierung sehen Farbstoff-Molek¸le, Spektren, Phosphoreszens 292-294
Das ist wichtig Zusammenfassung, Aufgaben 295
SchrˆdingerGleichung
Aufstellung; Lˆsung am Potenzialtopf 296-297
Wasserstoff-Atom
Eigenfunktionen und -werte, Niveau-Schema,
Schalenmodell mit ?-Funktionen,
Charakteristisches Rˆntgenspektrum
298-301
Quantenzahlen
als Vertiefung
Quantenzahlen, Periodensystem, Pauliprinzip,
Was zeigen Orbitalbilder? 302-303
Tunnel-Effekt,
Supraleitung
Durchtunneln einer Wand, Rastertunnel-Mikroskop,
Supraleiter und Koh‰renz 304-305
Verschr‰nkte Quantenzust‰nde,
Dekoh‰renz
Schrˆdinger-Katze, verschr‰nkte Photonen, Dekoh‰renz
bei Messung, Nichtlokalit‰t, Kopenhagener Deutung,
Kryptografie, Quanten-Computer
306-309
Das ist wichtig Zusammenfassung, Aufgaben 310-311
Festkörper / Laser (Simulationen auf CD) 312-324
Einf¸hrung
Energieb‰nder; wann leiten Festkˆrper?
Dotieren, Lˆchermodell, Halleffekt; p-n-‹bergang,
Dioden, Solarzellen, npn- und Feldeffekt-Transistor,
Daten¸bertragung mit Licht
312-319
Laserprinzip
Chaotisches Gl¸h- und geordnetes Laserlicht,
Helium-Neon-Laser, Laser-Typen, Anwendungen,
Laserk¸hlung
320-321
Selbstorganisation Laser, weitere Synergie-Effekte,
Selbstorganisation bei Gasentladungen 322-323
Das ist wichtig Zusammenfassung; Aufgaben 324
Klausur-Training Quantenphysik 325-326
Thermodynamik
und Entropie (Simulationen auf CD) 327-358
Planarbeit Physikalische Eigenschaften von Stoffen 328
Verhalten idealer Gase
Isotherme, isobare, isochore Prozesse,
thermodynamische Temperatur,
thermische Zustandsgleichung, Gaskonstante R
329-333
Modell f¸r Gase
Druck und Temperatur lassen sich aus der
Geschwindigkeit der Teilchenbewegung berechnen;
Messung von Teilchengeschwindigkeiten
334-335
Planarbeit Was wissen Sie ¸ber Energie? 336
Energie, Arbeit,
W‰rme Arbeit und W‰rme ¸bertragen Energie 336-337
Erster Hauptsatz ?U = W + Q , innere Energie eines idealen, einatomigen
Gases, W‰rmekapazit‰t idealer Gase 338-339
Entropie ñ was ist das? Reversible und irreversible Vorg‰nge; zweiter Hauptsatz 340-341
Entropie
beim idealen Gas Temperatur- und Volumen-Entropie 342-345
Energie und Entropie
bei Maschinen
Entropie begrenzt den Wirkungsgrad, entwertet Energie;
Stirling-Motor, W‰rmepumpe 346-349
Entropie in Chemie Standard-Entropie, Gibbs-Helmholtz-Gl. 350-351
Entropie teilt auf,
Boltzmann-Faktor
Osmose; Gleichverteilung bevorzugt;
Warum f‰llt Himmel nicht auf Kopf?, Ozonalarm,
Biologische Anwendungen
352-355
Entropie anschaulich Statistische Deutung, Informationsmafl 356-357
Das ist wichtig Zusammenfassung; Aufgaben 358
Kernphysik 359-406
Grundlagen Wiederholung Mittelstufe, Z‰hlstatistik 359-361
?-Strahlung,
Vertiefung
Nebelspuren, Energiespektren, Reichweite,
Halbleiter-Detektor, Impulshˆhenanalysator 362-363
?-Strahlung,
Vertiefung
Energie, Reichweite,
Relativistische Rechnung bei ?-Teilchen 364-365
?-Strahlung,
Vertiefung
Energie, Absorption in Materie;
Szintillationsz‰hler, Absorption u. Wahrscheinlichkeit 366-369
Paarbildung und
Zerstrahlung
Positron, Erhaltungss‰tze bei der Paarbildung und der
Zerstrahlung 370-371
Halbwertszeit Aktivit‰t, Aufgaben,
Zerfallswahrscheinlichkeit, Altersbestimmung 372-375
biologische Wirkung
ionisierender
Strahlung,
Dosisbegriffe
Ursache der Strahlensch‰den; Quantitative Beschreibung
der Strahlenexposition, Dosen 376-377
Nat¸rliche und
zivilisatorische
Strahlenexposition
Radon, interne und externe nat¸rliche
Strahlenexposition; Dosen bei medizinischen
Untersuchungen, Projektvorschlag
378-379
Strahlensch‰den ñ
Strahlenschutz
Deterministisches u. stochastisches Strahlenrisiko,
Aufgaben 380-381
Weitere mˆgliche
Strahlenexpositionen biologische und effektive Halbwertszeit, Aufgaben 382-383
Anwendung
radioaktiver Nuklide
Markierung mit radioaktiven Nukliden,
nuklearmedizinische Diagnostik und Therapie;
Sterile-Insekten-Technik
384-385
Der Atomkern Rutherfordscher Streuversuch; Kerndaten; Nuklid-Karte;
Bindungsenergie, Kern als Potenzialtopf 386-391
?-Zerfall Tunneleffekt 392-393
?-Zerfall Antineutrino, Elektroneneinfang,
?-Zerfall im Potentialtopfmodell; Zerfallsreihen 394-395
Kernreaktionen;
Neutronen
K¸nstliche Umwandlungen, Neutronenstrahlung,
Q-Wert einer Kernreaktion 396-397
Kernenergie
Kernspaltung, Kettenreaktion, Atombombe, Kernreaktor,
Kernkraftwerke, Entsorgung, Sicherheit, Plutonium,
Tschernobyl, Fusion
308-402
Wissenschaft und
Verantwortung
Verantwortung f¸r wissenschaftliche Arbeit und
politische Entscheidung 403
Das ist wichtig Zusammenfassung 404
Klausur-Training Kernphysik 405-406
Elementarteilchen 408-413
Teilchenphysik
und Quarks
Suche nach dem immer Kleineren, Quarks, Antiquarks,
Baryonen, Mesonen. 408-409
Starke
Wechselwirkung
Feldquanten, Feynman-Diagramme, Gluonen,
Farbladungen, Farbkr‰fte, Gluonenband 410-411
Schwache
Wechselwirkung ?-Zerfall und Neutrinos 412
‹berblick Tabellen zu den elementaren Bausteinen und den vier
Wechselwirkungen. Ist die Teilchenphysik am Ziel? 413
Nanotechnologie 414-421
Untersuchungsmethoden
Elektronen- und Rastertunnel-Mikroskop 414-415
Manipulation
an Atomen Rasterkraft-Mikroskop 416-417
Materialien und
Effekte Fullerene, Nanorˆhrchen, fl¸ssige Magnete, Lotus-Effekt 418-419
Biologische und
medizinische Aspekte
Biophysik, Kletterk¸nstler,
Chancen und Risiken der Nanotechnologie 420-421
Physik und Medizin 422-425
Tomographie Prinzip, Rˆntgen-, Ultraschall-, Positronen-EmissionsTomographie
422-423
Kernspin-Tomograph Kernspins reagieren auf Resonanz 424
Interessantes Laser in der Medizin, Strahlentherapie,
UV und Sonnenbrand 425
Astrophysik
und Kosmologie 426-443
Sonnen-Physik Sonne als Energielieferant, Oberfl‰chentemperatur,
Sonneninneres, Energietransport 426-431
Fixstern-Physik
Helligkeit und Farbe, Hertzsprung-Russel-Diagramm,
Masse-Leuchtkraft-Beziehung, Sternentwicklung, Sonne
als weifler Zweig, Neutronensterne und Schwarze Lˆcher
432-437
Entfernungsmessung Sternparallaxe, Cepheiden-Methode, Supernova vom
Typ Ia, Tully-Fisher 438-439
Kosmologie: Aufbau,
Geometrie, mˆgliche
Entwicklung des
Universums
Groflr‰umige Strukturen, Alter und Grˆfle des
Universums, Hintergrund-Strahlung, Rotverschiebung,
Expansion; kosmologische Inflation, Dunkle Materie,
Dunkle Energie
440-443
Wie entstehen
Naturgesetze?
religiˆse Motive, Experiment als Frage an die Natur,
Erfahrung ? Hypothesen ? Nachdenken,
klassische Physik ? Quantenphysik,
Zeitstrˆmungen in der Physik
444-448
Mechanik
und Mathematik (Simulationen auf der CD) 449-467
Differential- und
Integralrechnung in
der Mechanik
Weg, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Funktion,
Ableitungsfunktion, Stammfunktion, Anfangswerte 449-451
Wurfbahn Bewegung in der Ebene, Newton-Gesetz beim Wurf 452-453
Ver‰nderliche Kraft Modellierung mit Differenzengleichungen 454-455
Differenzialgleichung,
Lˆsung am Computer
radioaktiver Zerfall, Kondensatorentladung, BarometerFormel,
harmonische Schwingung 456-459
Wellen mit
Randbedingungen Eigenschwingungen, Eigenwerte 460-461
Kreisbewegung Bewegungen mit Zentralkraft: Masse auf Kreisbahn,
Lorentzkraft 462-463
Zentralkraft Gravitationskraft und ihr Potenzial 464-465
Energie und Impuls Bilanzstrategie statt Kausalstrategie 466-467
Anhang 468-480 |
