PhysikErhöhtes Anforderungsniveau

Mechanik

Kinematik und Dynamik als Bindeglied zwischen Sekundarstufe I und II sowie Grundlage für Felder, Schwingungen, Wellen und Quantenphysik.

• ·Kinematik: Ort, Zeit, Durchschnitts- und Momentangeschwindigkeit, Beschleunigung, gleichförmige und gleichmäßig beschleunigte Bewegung, freier Fall, waagerechter Wurf, Energieerhaltung
• ·Dynamik: Masse, Kraft, Beschleunigung, Trägheitsprinzip, Reibungskraft, Impuls, Impulserhaltung

Elektrische und magnetische Felder

Beschreibung elektrischer und magnetischer Wechselwirkungen über das Feldkonzept, vom Coulomb'schen Gesetz über den Plattenkondensator bis zur Induktion.

• ·Das Feldkonzept zur Beschreibung von Wechselwirkungen: grundlegende Eigenschaften von Feldern am Beispiel des elektrischen, des Magnet- und des Gravitationsfeldes, elektrische Ladung, geladene Körper, Influenz, Kräfte zwischen Ladungen, elektrische Feldstärke, Feldlinien und Äquipotenziallinien (Radialfeld, Dipolfeld, homogenes Feld), Superposition und Abschirmung von elektrischen Feldern, Gravitationsgesetz, Coulomb'sches Gesetz
• ·Spannung und elektrische Feldstärke im Plattenkondensator; Eigenschaften des Plattenkondensators: Kapazität (auch in Abhängigkeit von geometrischen Daten und Dielektrizitätszahl), gespeicherte Ladungsmenge, gespeicherte Energie, Dielektrikum (Polarisation), Auf- und Entladevorgang eines Kondensators
• ·Körper in statischen Feldern: magnetische Flussdichte, magnetische Feldlinien (Superposition und Abschirmung), Magnetfeld einer langen stromdurchflossenen Spule, Ladungen in homogenen elektrischen Feldern, bewegte Ladungen im homogenen Magnetfeld (Lorentzkraft), potenzielle Energie einer Probeladung im homogenen elektrischen Feld, Energiebetrachtung beim Beschleunigen von geladenen Teilchen, Untersuchung von Kreisbewegungen (Bahn- und Winkelgeschwindigkeit, Zentripetalkraft), Kreisbewegungen von geladenen Teilchen in homogenen Magnetfeldern, Experimente zur Bestimmung von Eigenschaften des Elektrons (Millikanversuch, e/m-Bestimmung mit dem Fadenstrahlrohr), Anwendung elektrischer und magnetischer Felder (Linear- und Kreisbeschleuniger, Massenspektrometer)
• ·Veränderliche elektromagnetische Felder: Induktionsgesetz unter Verwendung der mittleren Änderungsrate des magnetischen Flusses (Differenzenquotient), Beispiele für technische Anwendungen der Induktion (Wirbelströme)
• ·Nur auf erhöhtem Anforderungsniveau: Spannung und elektrische Feldstärke in beliebigen elektrischen Feldern, Potenzial und Spannung als Potenzialdifferenz
• ·Nur auf erhöhtem Anforderungsniveau: Halleffekt
• ·Nur auf erhöhtem Anforderungsniveau: Kreisbewegungen in Gravitationsfeldern, Drehimpuls und Drehimpulserhaltung, Hallsonde
• ·Nur auf erhöhtem Anforderungsniveau: Magnetischer Fluss, Induktionsgesetz in differenzieller Form, Induktivität, Energie des Magnetfeldes einer stromdurchflossenen Spule, Selbstinduktion (Ein- und Ausschaltvorgänge), elektromagnetische Schwingungen mit kapazitiven, induktiven und ohmschen Widerständen (Schwingkreise)

Mechanische und elektromagnetische Schwingungen und Wellen

Charakteristische Größen und die Überlagerung von Schwingungen und Wellen, von der Interferenz bis zu Spektren.

• ·Mechanische und elektromagnetische Schwingungen: Schwingung, Schwingungsebene, Auslenkung, Amplitude, Frequenz, Periodendauer, charakteristische Größen elektromagnetischer Schwingungen und ihre Zusammenhänge (Frequenz, Periodendauer), Schwingungsgleichung
• ·Eigenschaften und Ausbreitung von Wellen: charakteristische Größen harmonischer Wellen und ihre Zusammenhänge (Wellenlänge, Frequenz, Ausbreitungsgeschwindigkeit), Erzeugung und Ausbreitung von Wellen (Huygens'sches Prinzip, Beugung, Brechung), Transversal- und Longitudinalwellen, Dopplereffekt (qualitativ), Polarisation
• ·Überlagerung von Wellen: Interferenzphänomene auch mit polychromatischem Licht, Superposition, Interferenz am Doppelspalt und am Gitter, stehende Wellen und ihre Wellenlängen
• ·Spektren: Farben, elektromagnetisches Spektrum, diskrete und kontinuierliche Spektren, Emissions- und Absorptionsspektren
• ·Nur auf erhöhtem Anforderungsniveau: lineares Kraftgesetz, gedämpfte Schwingungen, Resonanz bei erzwungenen Schwingungen, mechanische und elektromagnetische Schwingungen unter energetischen Gesichtspunkten, Wellengleichung
• ·Nur auf erhöhtem Anforderungsniveau: Interferenz am Einzelspalt mit monochromatischem Licht, Interferometer

Quantenphysik und Materie

Grundlegende Aspekte der Quantentheorie sowie quantenmechanische Atomvorstellungen.

• ·Quantenobjekte: grundlegende Aspekte der Quantentheorie (stochastische Vorhersagbarkeit, Interferenz und Superposition, Determiniertheit der Zufallsverteilung, Komplementarität von Weginformation und Interferenzfähigkeit), quantenphysikalisches Weltbild hinsichtlich der Begriffe Realität, Lokalität, Kausalität, Determinismus, Doppelspalt-Experimente und Simulationen mit Licht, einzelnen Photonen und Elektronen, Photoeffekt
• ·Eigenschaften von Quantenobjekten (Photonen, Elektronen): Energie, Masse, Impuls, Frequenz, Wellenlänge, de-Broglie-Wellenlänge
• ·Atomvorstellungen: quantenmechanisches Atommodell (qualitativ), Orbitale des Wasserstoffatoms, Emission und Absorption, Zusammenhang zwischen Linienspektrum und Energieniveauschema, Energieniveaus von Wasserstoff
• ·Nur auf erhöhtem Anforderungsniveau: stochastische Deutung mittels des Quadrats der quantenmechanischen Wellenfunktion (qualitativ), Delayed-Choice-Experiment
• ·Nur auf erhöhtem Anforderungsniveau: Röntgenbremsspektrum, Bragg-Reflexion, Ort-Impuls-Unbestimmtheit, Compton-Effekt, Koinzidenzmethode zum Nachweis einzelner Photonen
• ·Nur auf erhöhtem Anforderungsniveau: Energieniveaus wasserstoffähnlicher Atome, Modell des eindimensionalen Potenzialtopfes mit unendlich hohen Wänden, charakteristische Röntgenstrahlung, Ausblick auf Mehrelektronensysteme, Aufbau des Periodensystems, Pauli-Prinzip