Inhalt Kursstufe

Einführung

• Was ist Physik?

Experimentell-induktives Vorgehen am Beispiel einer Schwingung

• Experimentelle Untersuchung einer Schaukel
• Messunsicherheit und Fehlerrechnung

Theoretisch-deduktives Vorgehen am Beispiel der Energie

Wiederholung und Vertiefung des Wissens aus Klasse 8-11.

• Das Konzept der Energie
• Praktikum: "Wärme": Messung von Entropie- und Energiemengen bei Wasser

• Aufgaben zum Konzept der Energie (Lösungen)

Verschiedene Methoden der Bewegungsuntersuchung

• Numerische Simulation eines Fadenpendels mit einer Tabellenkalkulation
• Bewegungsanalyse mit einem Stroboskop
• Bewegungsanalyse mit einem Video (VIANA)
• Bewegungsanalyse mit einem Video (Tracker)

Mechanik

Hier findet man eine kurze Wiederholung der Mittelstufe in Stichworten. Ausführlicher ist die Darstellung der 10. Klasse.

• Kinematik

Beschreiben von Bewegungen in einem gewählten Koordinatensystem.

• Aufgaben zur Kinematik (Bewegungslehre) (Lösungen)

• Dynamik

Bewegungszustände und deren Veränderungen (Newtonsche Axiome). Die Erhaltungsgrößen Impuls und Energie.

• Die Kraft
• Kraft und Impuls
• Kraft und Energie
• Aufgaben zu Kräften (Lösungen)
• Aufgaben zu Massenträgheit, Impuls und Kraft; qualitativ (Lösungen)
• Aufgaben zur Newtonschen Mechanik (Dynamik) (Lösungen)

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)

Überlagerung und Zerlegung von Schwingungen

• Überlagerung von harmonischen Schwingungen (Fouriersyntese)
• Zerlegung in harmonische Schwingungen (Fourieranalyse)

Energiezufuhr und Energie"verlust" von Schwingungen

• Energiezufuhr bei Schwingungen
• Lernzirkel: Schwingungen in Natur und Technik
• Gedämpfte Schwingungen

• 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
• Streuung und Reflektion
• Brechung
• Dopplereffekt
• 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)
  • Felderzeugung durch Magnetisierung (4st)
  • Lernzirkel: Schwere, Elektrische und Magnetische Wechselwirkung (Gravitation, Elektrostatik, Magnetostatik)

• Fern- und Nahwirkungstheorie oder "Was ist ein Feld?"
• Feldenergie (qualitativ)
• Felduntersuchung mit Probekörpern (Monopolen)
• Graphische Darstellung von Feldern
• Dipole im elektrischen und magnetischen Feld
• Die Feldstärke als gerichteter Ortsfaktor
• Material im magnetischen Feld (4st)
• Das Potential eines Feldes
  • Praktikum: Äquipotentialflächen messen
• Das Zentralfeld und die Abstandsgesetze (Gravitationsgesetz, Coulomb-Gesetz, magnetisches Coulomb-Gesetz)
• Ladung als Quellenstärke und der Fluss eines Feldes
• Feldenergie (quantitativ)

• Aufgaben zu den Grundlagen über Felder (Lösungen)

• Das Wichtigste über Felder (Zusammenfassung)

Das elektrische Feld

• Elektrostatik Grundlagen
• Wiederholung elektrischer Grundbegriffe
• Untersuchung des elektrischen Feldes mit Dipolen (Grieskörnchenversuche)
• Flächenladungsdichte, elektrische Feldkonstante und erste Maxwellsche Gleichung
• Geladene Teilchen in elektrischen Feldern
• Das Oszilloskop
• Der Kondensator
• Praktikum: Einen Kondensator laden und entladen
• Die Energie des elektrischen Feldes
• Materie im elektrischen Feld
• Messen der Elementarladung (Millikan-Versuch mit Öltröpfchen)

• Aufgaben zum elektrischen Feld (Lösungen)
• Zusammenfassung: Das elektrische Feld
• Links zur Elektrizitätslehre

Elektro-Magnetismus

• Magnetfelderzeugung durch elektrische Ströme
  • Praktikum: Magnetfelder durch elektrische Ströme

Felder in Spule und um Leiter

Elektro-Magnet und Elektro-Motor

Veraltet: Praktikum: Magnetfelder 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)
  • Untersuchung eines Elektromagneten
  • Der Halleffekt
  • Praktikum: Der Halleffekt bei Halbleitern

• Aufgaben zum magnetischen Feld (Lösungen)

• Das Induktionsgesetz und die magnetische Flussdichte
• Messen des magnetischen Flusses - das Fluxmeter
• Technische Anwendungen der Induktion bei Geräten
• Lernzirkel: Induktion
• Der Transformator
• Selbstinduktion
• Energieübertragung durch Induktion: Lenzsche Regel und Wirbelströme
• Die Spule
• Praktikum: Drahtlose Energieübertragung
• Die Maxwellschen Gleichungen

• Aufgaben zum Elektro-Magnetismus (Lösungen)

Elektromagnetische Schwingungen und Wellen

• Der elektrische Schwingkreis
• Energiezufuhr bei Schwingkreisen
• Der Tesla-Transformator
• Grundbegriffe und Beispiele zu elektromagnetischen Wellen
• 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
  • Lehramtspraktikum: Mikrowellen Erzeugung und Ausbreitung Elektromagnetischer Wellen (Physik Uni Heidelberg)
• Das elektromagnetische Spektrum

• Aufgaben zu elektromagnetischen Schwingungen und Wellen (Lösungen)

Licht

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

• Geschichte des Lichts
• Messung der Lichtgeschwindigkeit

Die Welleneigenschaften des Lichts

• Der Doppelspaltversuch mit Licht
• der Einfachspaltversuch
• Optische Gitter
• Interferenz an einer Seifenhaut (dünne Schicht)
• Berechnung von Intensitäten von Einfachspalt, Doppelspalt und Mehrfachspalt mit Zeigern
• Die Kohärenz von Licht
• Polarisation von Licht
• Brechung von Licht
• Das Auflösungsvermögen von optischen Geräten
• Der Laser
• Das Michelson Interferometer

• Praktikum: Messen mit Interferenz von Licht

• Aufgaben zum Licht als Welle (Lösungen)

• Links zum Thema Licht

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 Materie

• Materiewellen nach de Broglie

Welle-Teilchen-Dualismus

• Der Welle-Teilchen-Dualismus - Vorstufe zur Quantentheorie

Quantentheorie nach Schrödinger (Wellenfunktion) und Feynman (Pfadintegrale)

• Zustandsfunktion, Superpositionsprinzip und Wahrscheinlichkeitsinterpretation beim Doppelspalt (Zeigermodell)
• 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

Messungen in der Quantenmechanik

• Die Heisenbergsche Unschärferelation
• Verwendung von Wellenpaketen und Fouriertransformation

Etwas Philosophie und Geschichte

• Philosophie der Wahrscheinlichkeit
• Tabellarische Übersicht der Experimente der Atom- und Quantenphysik
• Atommodelle

• Links zur Quantentheorie

Atomphysik und die Schrödingergleichung

• Kurzer geschichticher Abriss der Atommodelle
• Lichtquellen und Spektrallinien
• Das Bohrsche Atommodell
• Eingesperrte Quanten; der Potentialtopf

• Heuristische Herleitung der eindimensionalen zeitunabhängigen Schrödingergleichung
• Heuristische Lösungen der eindimensionalen zeitunabhängigen Schrödingergleichung
• Numerisches Lösungsverfahren für die eindimensionale zeitunabhängige Schrödingergleichung
• Links zur Atomphysik

• Die Schrödingergleichung des Wasserstoffatoms (Orbitale)
• Das Hybrid-Orbital

• Der Franck-Hertz-Versuch

• Aufgaben zur Atomphysik und der Schrödingergleichung

Spezielle Relativitätstheorie

• Wechsel des Bezugssystems (Inertialsysteme)
• Die spezielle Relativitätstheorie

Chaostheorie

• Einführung in die Chaostheorie
• Das chaotische Drehpendel
• Das chaotische Magnetpendel
• Das chaotische Doppelpendel
• Diskrete dynamische Systeme