Auszug vom Berliner Rahmenplan:
Q1 Fields - gravitational field, electric field and magnetic field
- 3.2.1 Gravitationsfeld, elektrisches und magnetisches Feld
Gravitational Field - Gravitationsfeld
-
Gravitationsgesetz
$$F_G = G \cdot \frac{m_1 \cdot m_2}{r^2}$$und Gravitationsfeld Feldlinienbilder -
gravitational field strength Gravitationsfeldstärke
$$g = \frac{F}{m}$$ -
Bewegung von Körpern im Gravitationsfeld, Radialkraft
$$F_r = m \cdot \frac{v^2}{r}$$
Electric Field - Elektrisches Feld
-
Kräfte zwischen elektrisch geladenen Körpern, Feldlinienbilder
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elektrische Feldstärke
$$E = \frac{F}{Q}$$ -
Superposition von Feldern (qualitativ)
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Spannung
$$U = \frac{W_{el}}{Q}$$, Stromstärke$$I = \frac{\Delta Q}{\Delta t}$$ -
Kapazität eines Kondensators
$$C = \frac{Q}{U}$$ -
Feldstärke im Inneren eines Plattenkondensators
$$E = \frac{U}{d}$$ -
Abhängigkeit der Kapazität eines Plattenkondensators von der Fläche, vom Plattenabstand und vom Dielektrikum
$$C = \epsilon_0 \cdot \epsilon_r \cdot \frac{A}{d}$$ -
mathematische Beschreibung des zeitlichen Verlaufs der Stromstärke beim Auf- und Entladen von Kondensatoren
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Energie geladener Kondensatoren
$$E_{el} = \frac{1}{2}C \cdot U^2$$ -
Anwendungen von Kondensatoren in der Technik
Magnetic Field - Magnetfeld
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Feldlinienbilder von Permanentmagneten, geradem Leiter und Spule
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magnetische Flussdichte
$$B = \frac{F_L}{I \cdot l}$$ -
magnetische Flussdichte im Inneren einer langen Spule, Einfluss von Materie auf die Flussdichte
$$B = \mu_0 \cdot \mu_r \frac{N \cdot I}{l}$$ -
LORENTZkraft
$$F_L = Q \cdot \nu \cdot B$$ -
Gegenüberstellung der Feldeigenschaften von Gravitationsfeldern, elektrischen und magnetischen Feldern
Q2
- 3.2.2 Bewegung von geladenen Teilchen in Feldern Leifi
- 3.2.3 Elektromagnetische Induktion Leifi
- 3.2.4 Schwingungen Leifi
3.2.2 Motion of charged particles in fields
- mathematische Beschreibung der Bewegung geladener Teilchen im homogenen elektrischen Längsfeld
- qualitative Beschreibung der Teilchenbahn im homogenen elektrischen Querfeld
- Vakuumlichtgeschwindigkeit
$c_0$als Obergrenze für Geschwindigkeiten - MILLIKAN-Experiment (Schwebefall)
- Berechnung von Kreisbahnen von geladenen Teilchen im homogenen Magnetfeld
- Bestimmung der spezifischen Ladung des Elektrons
3.2.3 Electromagnetic Induction - Elektromagnetische Induktion
Law of Induction - Induktionsgesetz
- Möglichkeiten der Erzeugung von Induktionsspannungen
- Induktionsgesetz unter Verwendung des Differenzenquotienten
$$U_{ind}= - N \frac{\Delta\Phi}{\Delta t}$$ - Betrachtung der Spezialfälle konstanter Fläche und konstanter magnetischer Flussdichte beim Erzeugen von Induktionsspannungen
- Erzeugung von Wechselspannung (qualitativ)
Selbstinduktion
- qualitative Beschreibung der Verläufe von Spannung und Stromstärke bei Ein- und Ausschaltvorgängen von Spulen
- LENZsche Regel
- Spannung bei Selbstinduktion
$$U_{ind}= - L \frac{\Delta I}{\Delta t}$$ - Induktivität einer Spule
$$ L = \mu_0 \cdot \mu_r \cdot \frac{N^2 \cdot A}{l}$$ - Energie einer stromdurchflossenen Spule
$$ E_{mag}= \frac{1}{2}\cdot L \cdot I^2 $$
3.2.4 Oscillations - Schwingungen
mechanical oscillations
- Beschreibung der Schwingung eines mechanischen Oszillators
- Kenngrößen einer Schwingung, Zusammenhang zwischen Frequenz und Periodendauer
- Energieumwandlungen an einem mechanischen Oszillator
- Dämpfung einer Schwingung
- Periodendauer eines Federpendels
$$T = 2 \pi \sqrt{\frac{m}{D}}$$ - Gleichung für die zeitabhängige Auslenkung bei harmonischen Schwingungen
$$ y(t) = y_{max}\cdot\sin{(\omega \cdot t)}$$ - erzwungene Schwingung und Resonanz
electromagnetic oscillations
- Entstehung elektromagnetischer Schwingungen in einem Schwingkreis
- zeitliche Verläufe von Spannung und Stromstärke in einem Schwingkreis
- THOMSONsche Schwingungsgleichung
$$ f = \frac{1}{2\pi\sqrt{L \cdot C}}$$ - Energieumwandlungen im Schwing- kreis
- Dämpfung im Schwingkreis (qualitativ)
- Vergleich von mechanischen und elektromagnetischen Schwingungen unter dem Aspekt der Energieumwandlungen
Q3
Waves - Wellen
mechanical - Mechanische Wellen
- Definition des Begriffs
- Energieübertragung durch Wellen
- charakteristische Größen zur Beschreibung einer Welle
- Zusammenhang zwischen Ausbreitungsgeschwindigkeit, Wellenlänge und
Frequenz
$c = \lambda \cdot f$ - Wellenphänomene: Reflexion, Brechung, Beugung, Interferenz
- stehende Wellen, Wellenlängenbestimmung mittels einer durch Reflexion erzeugten stehenden Welle
electromagnetic - Elektromagnetische Wellen
- Entstehung elektromagnetischer Wellen am HERTZschen Dipol
- Ausbreitung elektromagnetischer Wellen, Ausbreitungsgeschwindigkeit
- Wellenphänomene: Reflexion, Brechung, Beugung, Interferenz
- Polarisation von Transversalwellen
optics - Wellenoptik
- Interferenz von monochromatischem Licht am Doppelspalt und Gitter
- Bedingungen für konstruktive und destruktive Interferenz an Doppelspalt und Gitter:
$$\Delta s = k \cdot \lambda$$ $$\sin{\alpha_k}= \frac{k \cdot \lambda}{b}$$
$$\Delta s = (2k+1) \cdot \frac{\lambda}{2}$$ $$\sin{\alpha_k}= \frac{(2k+1) \cdot \lambda}{2 \cdot b}$$
- Farbzerlegung von weißem Licht an einem Gitter
- elektromagnetisches Spektrum, Überblick über die verschiedenen Frequenzbereiche
3.2.6 Quantenobjekte
- äußerer lichtelektrischer Effekt, Widerspruch zum Wellenmodell
- EINSTEINsche Deutung im Photonenmodell des Lichts:
$$E_{Ph} = h \cdot f = E_{kin} + W_A$$
- Impuls von klassischen Teilchen und Photonen:
$$p=m \cdot \nu$$ $$p_{Ph}= \frac{h \cdot f}{c}$$
- Hypothese von DE BROGLIE
$$\lambda = \frac{h}{p}$$
- Elektronenbeugung (qualitativ)
- TAYLOR-Experiment: stochastische Vorhersagbarkeit der Häufigkeitsverteilung (qualitativ)
- Komplementarität von Weginformation und Interferenzfähigkeit
Q4
3.2.7 Atoms - Atome
- Linienspektrum des atomaren Wasserstoffs, Serienformel:
$$ f = f_R \cdot \left( \frac{1}{n^2} - \frac{1}{m^2} \right)$$
- Emission und Absorption von Photo- nen als Energieabgabe und Anregung von Atomen
- Energiewerte für das Wasserstoffatom
$$E_n = - 13,6 eV \cdot \frac{1}{n^2}$$
- Zusammenhang zwischen Energieniveauschema und Linienspektrum
- Orbitale des Wasserstoffatoms als Veranschaulichung der Nachweiswahrscheinlichkeiten für das Elektron
- Optische Spektralanalyse unterschiedlicher atomarer Gase