PhysikErhöhtes Anforderungsniveau

Elektrizität

Elektrische und magnetische Felder, der Kondensator als Ladungsspeicher sowie die Induktion.

• ·Elektrische Felder: Beschreibung durch ihre Kraftwirkung auf geladene Probekörper, Feldlinienbilder für homogenes Feld, Feld einer Punktladung und eines Dipols, Einheit der Ladung, Definition der elektrischen Feldstärke
• ·Kondensator: Zusammenhang zwischen Feldstärke im Plattenkondensator und anliegender Spannung, Energiebilanz für einen geladenen Körper im elektrischen Feld, Auf- und Entladevorgang mithilfe einer Exponentialfunktion, Definition der Kapazität, Energie des elektrischen Feldes eines Plattenkondensators
• ·Magnetische Felder: Beschreibung durch ihre Wirkung auf Kompassnadeln, Kraft auf einen stromdurchflossenen Leiter im homogenen Magnetfeld, Definition der magnetischen Flussdichte, Bewegung freier Elektronen unter Einfluss der Lorentzkraft und im homogenen elektrischen Querfeld (Wien-Filter), Messung der magnetischen Flussdichte mit der Hallsonde
• ·Induktion: Erzeugung einer Induktionsspannung mithilfe des magnetischen Flusses, Zusammenhang zwischen Induktionsspannung und linearer zeitlicher Änderung des magnetischen Flusses, technische Anwendung der Induktion
• ·Zusätzlich im erhöhten Anforderungsniveau: Coulombsches Gesetz, physikalisches Prinzip zur Bestimmung der spezifischen Ladung von Elektronen mit dem Fadenstrahlrohr, Entstehung der Hallspannung, Induktionsgesetz in differenzieller Form für lineare und sinusförmige Verläufe, Spulen als Energiespeicher und Selbstinduktion

Schwingungen und Wellen

Mechanische und elektromagnetische Schwingungen, Wellenausbreitung und Interferenzphänomene.

• ·Harmonische Schwingungen: grafische Darstellung, Beschreibung mithilfe von Auslenkung, Amplitude, Periodendauer und Frequenz, Periodendauer eines Feder-Masse-Pendels
• ·Elektromagnetischer Schwingkreis: Aufbau, Energieumwandlungen in Analogie zum Feder-Masse-Pendel, thomsonsche Schwingungsgleichung
• ·Harmonische Wellen: Ausbreitung, Beschreibung mithilfe von Periodendauer, Ausbreitungsgeschwindigkeit, Wellenlänge, Frequenz, Amplitude und Phase, Reflexion, Brechung und Beugung, longitudinale und transversale Wellen, Polarisierbarkeit
• ·Interferenzphänomene: stehende Welle, Michelson-Interferometer, Doppelspalt und Gitter; Bestimmung der Wellenlänge von Ultraschall sowie von weißem und monochromatischem Licht
• ·Zusätzlich im erhöhten Anforderungsniveau: lineares Kraftgesetz als Bedingung für harmonische Schwingungen, Resonanzbedingung bei erzwungenen Schwingungen, Interferenz am Einzelspalt und Bragg-Reflexion, Bestimmung der Wellenlänge mit dem Michelson-Interferometer und von Röntgenstrahlung mit Bragg-Reflexion

Quantenobjekte

Interferenz und Welle-Teilchen-Dualismus von Quantenobjekten sowie der lichtelektrische Effekt.

• ·Doppelspaltexperiment zur Interferenz von Quantenobjekten mit Ruhemasse (z. B. kalte Neutronen, Fullerene), Bestimmung der Wellenlänge mit der de-Broglie-Gleichung, Elektronenbeugungsröhre und stochastische Deutung des Interferenzmusters
• ·Stochastische Deutung von Interferenzmustern bei Doppelspaltexperimenten mit einzelnen Photonen und Elektronen, Begriff der Komplementarität
• ·Experimentelle Bestimmung der planckschen Konstante h mit LEDs als Energiewandler, Deutung mithilfe des Photonenmodells, Proportionalität zwischen Energie des Photons und Frequenz
• ·Zusätzlich im erhöhten Anforderungsniveau: Mach-Zehnder-Interferometer mit einzelnen Quantenobjekten (Komplementarität und Nichtlokalität), delayed-choice-Experiment, Begriffe Zustand, Präparation und Superposition, Unbestimmtheitsrelation, äußerer lichtelektrischer Effekt mit der Vakuum-Fotozelle, Röntgenbremsspektrum

Atomhülle

Quantisierung der Elektronenenergie in der Atomhülle, Linienspektren und Energieniveauschemata.

• ·Quantisierung der Gesamtenergie von Elektronen in der Atomhülle mithilfe des Modells vom eindimensionalen Potenzialtopf, Aussagekraft und Grenzen dieses Modells
• ·Quantenhafte Emission anhand von Experimenten zu Linienspektren bei Licht, Franck-Hertz-Versuch, Erklärung durch diskrete Energieniveaus in der Atomhülle
• ·Zusammenhang zwischen Spektrallinien und Energieniveauschemata, Berechnung der Energieniveaus von Wasserstoff mit der Balmerformel, Orbitale des Wasserstoffatoms bis n = 2
• ·Zusätzlich im erhöhten Anforderungsniveau: Herleitung der Gleichung für die Gesamtenergie eines Elektrons im Potenzialtopfmodell unter Berücksichtigung der Unbestimmtheitsrelation, Linienspektren bei Röntgenstrahlung, Berechnung der Energieniveaus wasserstoffähnlicher Atome, dreidimensionaler Potenzialtopf und Pauliprinzip

Atomkern

Radioaktiver Zerfall, Nuklidkarte, Strahlungsarten und ihr Nachweis.

• ·Funktionsprinzip eines Geiger-Müller-Zählrohrs, Zerfallsgesetz, grafische Darstellung und Auswertung von Zerfallsvorgängen mit der Exponentialfunktion
• ·Zerfallsreihen anhand einer Nuklidkarte, kennzeichnende Größen eines Nuklids und emittierte Strahlungsart, grundlegende Eigenschaften von Alpha-, Beta- und Gammastrahlung
• ·Funktionsprinzip eines Halbleiterdetektors zur Energiemessung von Kernstrahlung, Interpretation eines Alpha-Spektrums anhand der zugehörigen Zerfallsreihe, Bedeutung der Bragg-Kurve in der Strahlentherapie
• ·Zusätzlich im erhöhten Anforderungsniveau: Modellierung eines radioaktiven Zerfalls mit dem Differenzenverfahren, Mutter-Tochter-Zerfall, Quantisierung der Gesamtenergie von Nukleonen im eindimensionalen Potenzialtopf