DORN BADER PHYSIK. Schroedel. Gymnasium SEK II

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1 DORN BADER PHYSIK Gymnasium SEK II Schroedel

2 Inhaltsverzeichnis Elektrisches Feld 9 Ladung und Strom 10 Faradays Feldidee 11 Die elektrische Feldstärke 14 Vertiefung: Messungen zur elektrischen Feldstärke 15 Vertiefung: Unterschiede zur Gravitation 17 Vertiefung: Fehlerrechnung 19 Spannung und Energie 20 Elektrisches Potenzial 22 Potenzial 24 Vertiefung: Integralrechnung für das Potenzial Die braunsche Röhre 26 Vertiefung: Wie steht das Bild 27 Kondensatoren, Kapazität 28 Interessantes: Fahrradbeleuchtung im Stand 28 Vertiefung: Kondensatorladung berechnen 30 Energie elektrischer Felder 32 Vertiefung: Das Feld - etwas Reales; Feldkraft - aus Feldenergie berechnet 33 Bestimmung der Elementarladung 34 Vertiefung: Schwebende Tröpfchen in Luft 35 Technische Anwendungen 36 Interessantes: Isolatoren im E-Feld; Kondensator im Elektretmikrofon 36 Interessantes: Ionenkanäle in Nervenmembranen; EKG und EEG ' 37 Physik und Technik: Elektrostatische Staubfilter; Elektrostatische Kopierer und Laserdrucker; Elektrostatische Farbbeschichtung 38 Physik und Natur: Blitz und Donner 39 Leitungsvorgänge 40 Interessantes: Berechnung von Feldlinienbildern.. 41 Zusammenfassung/Aufgaben: Das ist wichtig Elektronen im Magnetfeld 56 Vertiefung: Geschwindigkeit der Elektronen 57 Vertiefung: Magnetische Flasche; Polarlicht und Strahlengürtel 58 Vertiefung: Magnetische Linse; Elektronenmikroskop 59 E- und B-Feld im Verbund 60 Interessantes: Ring- und Linearbeschleuniger Zusammenfassung/Aufgaben: Das ist wichtig Induktion 65 Ändern des magnetischen Flusses 66 Energieerhaltung und Lenzsches Gesetz 70 Wirbelströme 72 Interessantes: Wirbelströme 72 Selbstinduktion 74 Vertiefung: Messung der Selbstinduktion 76 Vertiefung: Ein Strom, der sein Ziel nie erreicht.. 76 Vertiefung: Stromstärkeverlauf mit Tabellenkalkulation 77 Energie des Magnetfeldes 78 Vertiefung: Eine Gleichung für die Energie des Magnetfeldes 79 Wechselspannung 80 Vertiefung: Der unbelastete Transformator 82 Wechselstromwiderstände 84 Drehstrom 88 Exkurs: Versorgung mit elektrischem Strom 88 Zusammenfassung/ Auf gaben: Das ist wichtig Klausurtraining 91 Magnetfeld und Teilchen in Feldern Magnetismus - Bekanntes aus der Mittelstufe Ein Maß für das Magnetfeld 46 Lorentzkraft und Halleffekt 48 Interessantes: Hallsensoren 50 Vertiefung: Leitfähigkeit von Metallen 51 Magnetfeld und Materie 52 Vertiefung: Spulen mit Materie; Ferromagnetische Stoffe und Hysteresis 52 Interessantes: Wie Festplatten Daten speichern Das Magnetfeld der Erde 54 Interessantes: Orientierung mit Magnetfeldern Schwingungen 93 Mechanische Schwingungen 94 Vertiefung: Warum reicht jds 2 für die Energiebilanz? 98 Das Fadenpendel 100 Elektromagnetische Schwingungen 102 Schwingungen und ihre Differenzialgleichung Selbsterregte Schwingungen 108 Deterministisches Chaos 110 Vertiefung: Phasendiagramm am Oszilloskop Interessantes: Chaos am Himmel? 113 Zusammenfassung/Aufgaben: Das ist wichtig Inhaltsverzeichnis

3 Wellen 115 Fortschreitende Wellen 116 Zeitliche und räumliche Darstellung einer Welle 117 Physik und Natur: Längs- und Querwellen im Raum; Erdbebenwellen 121 Wellen in Gleichungen 122 Vertiefung: Mathematischer Durchblick 123 Zwei Schwingungen am selben Ort 124 Überlagerung gleichlaufender Wellen 126 Tsunami 128 Physik und Natur: Riesenwelle aus dem Nichts" Stehende Wellen 130 Reflexion mechanischer Wellen 132 Vertiefung: Schnelle und Dichte bei Längswellen Interessantes: Fortschreitende Welle; Stehende Welle 134 Eigenschwingung, Resonanz Interessantes: Resonanzkatastrophe 137 Schall in verschiedenen Medien 140 Interessantes: Schallwellenanpassung im Mittelohr 141 Musikinstrumente 142 Interessantes: Klangspektrum von Saiteninstrumenten Y 142 Musik - ein Klang in der Physik 144 Vertiefung: Fouriersynthese und Fourieranalyse Projekt: Klangspektren zu Hause ermitteln 145 Der Dopplereffekt 146 Interessantes: Dopplereffekt in der Astronomie Physik und Medizin: Schallwellen in der Medizin 148 Zusammenfassung/Aufgaben: Das ist wichtig Vom Schwingkreis zum strahlenden Dipol 152 Vertiefung: Der Schwingquarz 153 Interessantes: Faraday mit Weitblick 155 Elektromagnetische Wellen erobern den Raum Vertiefung: Mikrowellenherd; Mars-Express; Radar-Geschwindigkeitsmessung 160 Polarisation - Schwingungsebene und ihre Drehung 162 Vertiefung: Zirkularpolarisation 163 Elektromagnetische Wellen übertragen Daten Interessantes: Digitaler Mobilfunk 167 Information braucht Frequenzbereiche 168 Vertiefung: Amplitudenmodulation und Schwebung 169 Zusammenfassung/Aufgaben: Das ist wichtig Klausurtraining 171 Interferenzphänomene 173 Interferenz mit zwei Sendern 174 Interferenz beim Doppelspalt 178 Doppelspalt mit Licht 180 Historisches: Interferenz mit zwei Sendern 182 Gitter 184 Beugung am Einzelspalt 188 Projekt: Lambda-Zähler 190 Physik und Technik: Die CD als Datenspeicher Physik und Technik: Die Lochkamera genauer untersucht 193 Lichtgeschwindigkeit und Brechung 194 Interessantes: Geometrische Optik und Wellenoptik 196 Interessantes: Dreifachspalt mit Zeigern 200 Zusammenfassung/Aufgaben: Das ist wichtig Beugung und optische Abbildung 202 Interessantes: Grenzen für das Auflösungsvermögen 203 Interferenz Pur 204 Interferenz an dünnen Schichten 206 Polarisation des Lichtes 208 Interessantes: Optisch aktive Stoffe und Polarisationsfolien 209 Doppelbrechung und Spannungsoptik 210 Röntgenstrahlung 212 Interessantes: Von der Strukturforschung mit Röntgenstrahlen zur Entschlüsselung der DNS Interessantes: Streuung und Reflexion von Licht Interessantes: Was ist Physik 218 Das elektromagnetische Spektrum 222 Zusammenfassung/Aufgaben: Das ist wichtig Klausurtraining 225 Strahlungsphysik und Klima 227 Strahlung 228 Vertiefung: Fließgleichgewicht 231 Vertiefung: Absorptionsgrad und Emission 232 Physik im Alltag: Berührungsfreie Temperaturmessung 232 Tteibhauseffekt 234 Vertiefung: Was sind Treibhausgase? 235 Interessantes: Vom Menschen verursachter Treibhauseffekt 237 Vertiefung: Klimawandel durch den Menschen Zusammenfassung/Aufgaben: Das ist wichtig Inhaltsverzeichnis 5

4 Relativitätstheorie 241 Warum ist die Relativitätstheorie nötig? 241 Vertiefung: Hängt c von der Lichtquelle ab? 245 Zeit und Länge sind relativ 246 Vertiefung: Querstrecken bleiben Unverkürzt Masse und Energie 250 Vertiefung: Impuls und Massenzunahme 251 Vertiefung: Was hat Arne 2 mit\mv 2 zu tun? Vertiefung: W = mc 2 in der Hochenergie Physik Philosophisches: Raum, Zeit, Masse und Felder Paradoxien der SRT aufgelöst 256 Interessantes: Du bist kürzer als ich" - Nein du!" 256 Vertiefung: Relativität der Gleichzeitigkeit 257 Vertiefung: Gegenwart und Zukunft 259 Allgemeine Relativitätstheorie 260 Zusammenfassung/Aufgaben: Das ist wichtig....' 264 Die Schrödinger-Gleichung 298 Vertiefung: Programm für den Potenzialtopf 298 Wasserstoff-Atom 300 Vertiefung: Das Coulomb-Potenzial 300 Vertiefung: Programm zum H-Atom 300 Vertiefung: Quantenzahlen, Periodensystem der Elemente 304 l\innel-effekt und Supraleitung 306 Vertiefung: Supraleitung bei tiefen Temperaturen Vertiefung: Verschränkte Zustände und Dekohärenz 308 Vertiefung: Anwendung der Quantenverschränkung 310 Zusammenfassung/Aufgaben: Das ist wichtig Einführung in die Festkörperphysik 314 Laser, Selbstorganisation, Gasentladung 322 Zusammenfassung/Aufgaben: Das ist wichtig Klausurtraining 327 Quanten, Atome, Festkörper 265 Fotoeffekt (lichtelektrischer Effekt) 266 Photonen sind unteilbare Energiequanten 268 Umkehrung des Fotoeffekts; Röntgenstrahlung Masse und Impuls der Photonen; Compton-Effekt : 272 Das Photon als Quantenobjekt 274 Interessantes: Modelle in der Physik 278 Zusammenfassung/Aufgaben: Das ist wichtig Elektronenbeugung und De Broglie-Wellenlänge 280 Vertiefung: Elektronenabstände im Elektronenstrahl 281 Interessantes: Eine Sensation - auch Bälle interferieren 281 Vertiefung: Vergleich Photon - Elektron 283 Die Unbestimmtheitsrelation 284 Die Planckkonstante bestimmt das Geschehen Philosophisches: Was heißt unbestimmt? 286 Interessantes: Die Erforschung des Atoms, bohrsches Atommodell 288 Die Energie im Atom ist quantisiert, Franck-Hertz-Experiment 290 Der hohe, lineare Potenzialtopf 292 Wo zeigt sich die Quantisierung der Energie? Zusammenfassung/Aufgaben: Das ist wichtig Thermodynamik und Entropie 329 Planarbeit: Vorwissen Gase 330 Gase 331 Vertiefung: Eine Gleichung für p, V, T 334 Vertiefung: Reale Gase 335 Kinetische Theorie der Gase 336 Vertiefung: Teilchenmodell 336 Vertiefung: Teilchengeschwindigkeiten messen Energie - Arbeit - Wärme 338 Planarbeit: Was wissen wir über Energie? 338 Erster Hauptsatz 340 Vertiefung: Spezifische und molare Wärmekapazität 341 Entropie - was ist das? 342 Entropie beim idealen Gas 344 Entropie bei Wärmekraftmaschinen 348 Entropie in Physik und Chemie 352 Vertiefung: Die Gibbs-Helmholtz-Gleichung 353 Vertiefung: Entropie - Meisterin im Aufteilen Vertiefung: Der Boltzmann-Faktor regiert die Natur 356 Vertiefung: Entropie - statistisch und informationstheoretisch 358 Zusammenfassung/Aufgaben: Das ist wichtig Inhaltsverzeichnis

5 Kernphysik 361 Grundlagen 362 a-strahlung 364 Vertiefung: Halbleiterdetektor und Impulshöhenanalysator 365 ^-Strahlung 366 Vertiefung: Mit /S-Teilchen muss man relativistisch rechnen 367 y-strahlung 368 Vertiefung: Der Szintillationszähler 369 Vertiefung: Absorption und Wahrscheinlichkeit Paarbildung und Zerstrahlung 372 Vertiefung: Ruhemasse des Photons 372 Interessantes: Die Entdeckung des Positrons 373 Halbwertszeit 374 Vertiefung: Radioaktiver Zerfall und Wahrscheinlichkeit 375 Interessantes: Aktivität verrät das Alter 376 Biologische Wirkung ionisierender Strahlung Exkurs: Strahlenbiologie 378 Natürliche und zivilisatorische Strahlenexposition 380 Projekt: Radon 381 Strahlenschäden - Strahlenschutz 382 Exkurs: Beobachtungen bei kleinen Dosen 383 Weitere Strahlenexpositionen *. 384 Exkurs: Dosisbegriffe und Dosismessgrößen 384 Physik und Medizin: Anwendung radioaktiver Nuklide 386 Der Atomkern 388 Interessantes: Radius des Atomkerns. 389 Interessantes: Streuung als klassischer Versuch Interessantes: Das Pauliprinzip ist schuld! 393 «-Zerfall 394 Vertiefung: Halbwertszeit der a-strahler 394 ^-Zerfall, Zerfallsreihen 396 Interessantes: Erklärung des /3-Zerfalls 396 Kernreaktionen, Neutronen 398 Vertiefung: Nachweis von Neutronen 398 Kernenergie 400 Exkurs: Eigenschaften der Kernspaltung 400 Vertiefung: Die ungezähmte Kettenreaktion 401 Interessantes: Produkte, die im Reaktor entstehen 402 Interessantes: Der Reaktorunfall in Tschernobyl Interessantes: Fixsterne als Fusionsreaktoren Wissenschaft und Verantwortung 405 Zusammenfassung/Aufgaben: Das ist wichtig Klausurtraining." 407 Weiterführende Themen 409 Teilchenphysik 410 Vertiefung: Abschätzung der Farbkraft 413 Nanotechnologie 416 Physik und Medizin 424 Sonnenphysik 428 Vertiefung: Abschätzen der Gravitationsenergie Praktikum: Fraunhoferlinien selbst beobachten Vertiefung: Abschätzen des mittleren Drucks in der Sonne 431 Vertiefung: Energietransport in der Sonne 433 Physik der Fixsterne 434 Historisches: Helligkeitenvon Sternen 435 Interessantes: Sternentwicklung 438 Entfernungsmessung 440 Kosmologie 442 Wie entstehen Naturgesetze? 446 Mechanik & Mathematik 451 Kausale Beziehungen - Differenzial und Integralrechnung 452 Newton-Gesetz und Anfangsbedingungen bestimmen die Bahn 454 Nicht konstante Kraft - schrittweise Berechnung 456 Wenn das Wenigerwerden langsamer wird 458 Lineares Kraftgesetz - sinusförmiges Bewegungsgesetz 460 Wellengleichung 462 Gleichförmig auf der Kreisbahn 464 Vertiefung: Beschleunigung ohne Energieübertragung 465 Radialfeld und potenzielle Energie 466 Energieerhaltung - Impulserhaltung 468 Vertiefung: Gesamtenergie auf einer Umlaufbahn Vertiefung: Newton-Gesetze mit Impuls 469 Anhang 471 Tabellarium 472 Stichwortverzeichnis 476 Spektraltafel 485 Nuklidkarte 486