Inhalt Kurs 2018

• Der Nobelpreis für Physik 2016
• Physik-Nobelpreis 2017
• Physik im Advent

Einführung

• Was ist Physik?

Mechanische Schwingungen

Kinder beim Schaukeln

Mind map zu Schwingungen. (freeplane-Datei)

• Grundbegriffe und Beispiele von Schwingungen

Hier werden anhand von wichtigen Beispielen die zentralen Begriffe einer Schwingung erläutert.

Experimentelle Untersuchung einer Schwingung

• Experimentelle Untersuchung einer Schaukel
  • Praktikum: Untersuchung eines Fadenpendels
  • Praktikum: Untersuchung einer schwingenden Stange (physikalisches Pendel)
  • Praktikum: Untersuchung einer Schaukel
• Untersuchung einer harmonischen Federschwingung

Kinematik einer harmonischen Schwingung

• Beschreibung einer harmonischen Schwingung mit der Zeigerdarstellung
• Die Bewegungsgesetze einer harmonischen Schwingung

Dynamik einer harmonischen Schwingung

• Energie und Impuls einer mechanischen Schwingung
• Beschreibung einer harmonischen Schwingung mit einer Differentialgleichung
• Praktikum: Untersuchung von Schwingungen mit der Differentialgleichung
  • Untersuchung von Schwingungen mit der Differentialgleichung

• Woran man eine harmonische Schwingung erkennt (Vier gleichwertige Kriterien)

Energiezufuhr und Energie"verlust" von Schwingungen

• Energiezufuhr bei Schwingungen
• Lernzirkel: Schwingungen in Natur und Technik (Haben wir nicht gemacht, es gibt aber interessante Links und Videos.)

• Gedämpfte Schwingungen (Kommt später mit der GFS von Felix und Dennis)

Überlagerung und Zerlegung von Schwingungen

• Überlagerung von harmonischen Schwingungen (Fouriersyntese)

• Aufgaben zu Schwingungen (Lösungen)

• Links zu mechanischen Schwingungen

Mechanische Wellen

Mind map zu Wellen. (freeplane-Datei)

• Grundbegriffe und Beispiele zu mechanischen Wellen
• Die Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Welle
• Energietransport einer Welle (Intensität)
• Zeigermodell und Wellengleichung
• Interferenz
• Beugung an Öffnungen und Hindernissen
• Das Huygenssche Prinzip
• Brechung
• Eigenschwingungen von ausgedehnten Gegenständen ("Stehende Wellen")
  • Praktikum: Bau einer Panflöte aus Reagenzgläsern

• Aufgaben zu Wellen (Lösungen)
• Links zu Wellen

Grundlagen elektrischer, magnetischer und schwerer Felder

Mind map zu Feldern. (freeplane-Datei)

• Schwere, Elektrische und Magnetische Wechselwirkung (Gravitation, Elektrostatik, Magnetostatik)
• Lernzirkel: Schwere, Elektrische und Magnetische Wechselwirkung (Gravitation, Elektrostatik, Magnetostatik)
• Fern- und Nahwirkungstheorie
• Feldenergie (qualitativ)
• Felduntersuchung mit Probekörpern (Monopolen)
• Graphische Darstellung von Feldern
• Dipole im elektrischen und magnetischen Feld
• Die Feldstärke als gerichteter Ortsfaktor
• Ladung als Quellenstärke und der Fluß eines Feldes
• Das Potential eines Feldes
  • Praktikum: Äquipotentialflächen messen

• Aufgaben zu den Grundlagen über Felder (Lösungen)

Spezielles zum elektrischen Feld

• Der Kondensator
• Praktikum: Einen Kondensator laden und entladen
• Die Energie des elektrischen Feldes
• Geladene Teilchen in elektrischen Feldern
• Das Oszilloskop

• Aufgaben zum elektrischen Feld (Lösungen)

• Zusammenfassung: Das elektrische Feld
• Links zur Elektrizitätslehre

Elektro-Magnetismus

• Magnetfelderzeugung durch elektrische Ströme
• Die magnetische Feldstärke
• Praktikum: Messung der magnetischen Ladung und der magnetischen Polarisation eines Stabmagneten
• Kraftwirkung auf elektrische Ströme im Magnetfeld - die Lorentzkraft
  • Ladungen im magnetischen Feld (Lorentzkraft)
  • Der Halleffekt
• Das Induktionsgesetz und die magnetische Flussdichte
• Energieübertragung durch Induktion: Lenzsche Regel und Wirbelströme
• Der Transformator
• Selbstinduktion
• Die Spule

• Aufgaben zum Elektro-Magnetismus (Lösungen)

Elektromagnetische Schwingungen und Wellen

• Der elektrische Schwingkreis

• Grundbegriffe und Beispiele zu elektromagnetischen Wellen
• Das elektromagnetische Spektrum

• Versuche mit Mikrowellen
  • Absorption von elektromagnetischen Wellen (Mikrowellen)
  • Reflexion von elektromagnetischen Wellen (Mikrowellen)
  • Beugung und Interferenz von elektromagnetischen Wellen (Mikrowellen)
  • Brechung von elektromagnetischen Wellen (Mikrowellen)
  • Ausbreitungsgeschwindigkeit der elektromagnetischen Welle in Medien
  • Polarisation einer elektromagnetischen Welle
• Versuche mit dem Mikrowellenherd

• Aufgaben zu elektromagnetischen Schwingungen und Wellen (Lösungen)

Licht

Mind map zum Licht. (freeplane-Datei) vergrößern Mind map zum Licht. (freeplane-Datei)

Die Welleneigenschaften des Lichts

• Der Doppelspaltversuch mit Licht
• Optische Gitter
• Der Einfachspaltversuch
• Praktikum: Messen mit Interferenz von Licht
• Berechnung von Intensitäten von Einfachspalt, Doppelspalt und Mehrfachspalt mit Zeigern
• Polarisation von Licht
• Das Michelson Interferometer
• Die Kohärenz von Licht
• Interferenz an einer Seifenhaut (dünne Schicht)

• Aufgaben zum Licht als Welle (Lösungen)

Grundlagen der Quantentheorie

Licht als Teilchen

• Der Photoeffekt
• Umkehrung des Photoeffekts in einer Leuchtdiode (LED)
• Masse & Impuls von Photonen - Der Compton-Effekt

• Aufgaben zum Licht als Teilchen (Lösungen)

Welleneigenschaften von Teilchen

• Materiewellen nach de Broglie

Quantentheorie nach Schrödinger (Wellenfunktion) und Feynman (Pfadintegrale)

• Der Doppelspaltversuch mit Wellen und Teilchen
• Ein-Teilchen-Experimente
• Zustandsfunktion, Superpositionsprinzip und Wahrscheinlichkeitsinterpretation beim Doppelspalt (Zeigermodell)

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• Der Quantenradierer
• Reflektion von Lichtquanten an einem Spiegel
• Quantentheoretische Untersuchung der geradlinigen Lichtausbreitung
• Ein Vergleich von klassischer Physik mit Quantenphysik
• Philosophie Fragen und Interpretationen der Quantentheorie
• Der Knaller Test