Dorn • Bader Physik Stoffverteiler

Dorn • Bader Physik
Gymnasium G8
Gesamtband Sek. II
mit CD-ROM
Erscheinungstermin: Frühjahr 2010
Bestell-Nr.: 978-3-507-10775-6
Stoffverteiler
In schwarzer Schrift sind obligatorische Themen der Bildungsstandards eines modernen,
schülernahen, didaktisch aufbereiteten Oberstufenunterrichts für Physik aufgelistet.
Die in blauer Schrift angeführten Themen weisen darüber hinaus auf Anregungen für
ergänzende Vertiefungen, Projekte, interessante Anwendungen, die vor allen selbständige
Schüleraktivitäten fördern sollen. Materialien dazu finden sich auch auf beiliegender CD.
Sachbereiche
Themen, Gegenstände
Elektrisches Feld
Seiten
7-40
Ladung und Strom
Fließende Ladung, Ladungsmessung
7-9
Elektrisches Feld
Elektrisches Feld strukturiert den Raum,
Versuche zur elektrischen Feldstärke
10-13
Ursachen des Feldes
Ladungsdichte, Coulomb-Gesetz, elektrische
Feldkonstante, Anwendungen, Fehlerbetrachtung
14-17
Spannung
Spannung und Feldstärke
18-19
Potenzial; FeldEnergie
Energie bei Ladungstransport,
Potenzial im Radialfeld, Anwendungen
20-23
Ladungen im
elektrischen Feld
Braunsche Röhre,
Ablenkung von Elektronen in elektrischen Feldern
24-25
Kondensatoren
Kapazität Kondensatoren in Labor und Technik,
Schaltung und Entladung von Kondensatoren
26-29
Energie im Feld
Kraft und Energie im elektrischen Feld
30-31
Elementarladung
Millikan-Experiment samt Auswertung
32-33
Vertiefung,
Interessantes
Materie im E-Feld, Kondensator-Mikrophon,
Ionen-Kanäle, EKG, EEG, Elektrische Staubfilter,
Laserdrucker, Blitz und Donner
34-37
Vertiefung,
Beispielaufgaben
Leitung in Flüssigkeiten, Beispielaufgaben,
Berechnung von Feldlinienbildern
38-39
Das ist wichtig
Zusammenfassung, Aufgaben
40
Magnetisches Feld,
Teilchen in Feldern
41-62
Bekanntes
aus der Mittelstufe
Magnete und ihre Pole, Feldlinien
41-43
Kraft auf bewegte
Ladung, magnetische
Flussdichte
Kraft auf Ströme, Hall-Spannung, Hall-Konstante,
Hall-Sonde, Spulenfeld
44-48
Interessantes,
Vertiefung
Hall-Sensoren, Elektronen in Metallen, Materie im BFeld, Festplatten, Orientierung im B-Feld der Erde
49-53
Elektronen im B-Feld
Elektronenmasse
54-55
Vertiefung,
Interessantes
Schraubenbahnen von Ladungen in Magnetfeldern,
magnetische Flasche, Polarlicht, magnetische Linse,
Elektronenmikroskop, Massenspektrometer, Zyklotron,
Beschleuniger
56-60
Das ist wichtig
Zusammenfassung mit Aufgaben
61-62
Induktion
63-90
InduktionsExperimente
Magnetischer Fluss Φ, Induktion durch Fluss- und
Flächenänderung
63-65
Induktions-Gesetz
Induktion durch elektrische Wirbelfelder und
Lorentzkraft
66-67
Induktion und Energie
Lenzsches Gesetz
68-69
Vertiefung
Wirbelströme, Aufgaben
70-71
Selbstinduktion
Verzögerte Stromänderung; Induktivität
72-73
Vertiefung
Messung und Modellierung
74-75
Energie des
Magnetfelds
Energiedichte des Magnetfelds
76-77
Wechselspannung
Erzeugung und Darstellung mit Zeigern
78-79
Widerstände im Kreis, Leistung bei Wechselstrom, Effektivwert, Transformator,
Einführung rotierender Kapazitive und induktive Widerstände ändern
Klangfarbe
Zeiger
80-85
Exkurs: Drehstrom
Drehstrom und Zeigerdiagramm
86-87
Das ist wichtig
Zusammenfassung, Aufgaben
Klausur-Training
Induktion
88
89-90
Schwingungen
91-112
Harmonische
Schwingung
Sinus-Schwingung am Federpendel
91-93
Kreisbewegung,
Vergleich
Zeiger-Diagramm bei Schwingern; t-s-Gesetz,
Differenzialgleichung
94-95
Energie bei
Schwingung
Energieformen beim Schwingen
96
horiz. Federschwinger
Dämpfung und Resonanz
97
Fadenpendel,
Interessantes
Experimente und Formel, Beispiel Brückenschwingung
Schwingkreis
Vergleich mit mechanischem Schwinger
100-101
Thomson-Gleichung
Differenzialgleichung
102-103
Erzwungene
Schwingungen
Modellierung am Computer, Resonanz-Kurve
104-105
Selbsterregte
Schwingungen
Rückkopplungs-Schaltungen, Meißner-Schaltung
106-107
Deterministisches
Chaos
Chaos bei nichtlinearen Vorgängen
108-111
Das ist wichtig
Zusammenfassung und Aufgaben
Mechanische
Wellen
98-99
112
113-149
Fortschreitende
Querwelle
Was ist eine Welle?
113-115
Beschreibung von
Wellen
Rotierende Zeiger
116-117
Längswellen
Wellen in der Natur; Erdbeben
118-119
Vertiefung,
Wellengleichung
Messung der Wellengeschwindigkeit
120-121
Überlagerung von
Schwingungen und
Wellen
Schwebungen, Interferenz gleichlaufender Wellen
122-125
Interessantes: Tsunami
Wasserwellen
126-127
Stehende Wellen
Erklärung mit Zeigern
128-129
Reflexion von Wellen
Beispiele mechanischer Wellen
130-131
Wellen im Vergleich
Fortschreitende und stehende Wellen, Beispiele
132-135
Eigenschwingungen
Resonanz
136-137
Schallgeschwindigkeit,
Messung in Medien, Das Ohr
Interessantes
138-139
Musikinstrumente
140-141
Klangspektren
Fourier-Analyse,
Klangsanalyse, Hausversuche zur Analyse
Synthese; Interessantes
142-143
Doppler-Effekt,
Interessantes
Experimente in der Astronomie, Mach-Kegel
144-145
Schallwellen in der
Medizin
Ultraschall, Doppler-Sonographie
146-147
Das ist wichtig
Zusammenfassung, Aufgaben
148-149
Elektromagnetische
Wellen
150-170
Hochfrequente
Schwingung,
Hertz-Dipol
Experimente
150-153
Elektromagnetische
Wellen im Raum
Erklärung stehender und sich ausbreitender Welle
154-155
WellenGeschwindigkeit
Experimente zum Dipolfeld
156-157
Wellen in Materie,
Vertiefung,
Anwendung
Experimente, Mikro-Zentimeterwelle, Radarmessung
158-159
Polarisation der Welle,
Vertiefung
Gitter, Drehung der Ebene, Zirkular-Polarisation
160-161
Daten-Übertragung
Amplituden- und Frequenzmodulation mit
Experimenten; Digitaler Mobilfunk, GSM-Experimente
mit Handy
162-165
Bandbreite der
Modulation
Experimente
166-168
Klausur-Training
Elektromagnetischen Wellen
169-170
Interferenz und
Beugung von Licht
171-224-
Interferenz im Raum
Was bestimmt Amplitude und Phase?
172-173
Beschreibung
der Interferenz
Wellenlängenmessung;
Beschreibung mit Sinuslinien und rotierenden Zeigern
174-175
Doppelspalt
Experimente mit Wasserwellen, Schall und Mikrowellen;
Wellenlängenmessung bei Licht, Amplitude und
Intensität, Historische Interferenzexperimente, Aufgaben
176-181
Optisches Gitter
Scharfe Linien, Vergleich mit Doppelspalt;
Gitter-Spektren
182-185
Einzelspalt
Herleitung mit Zeigerdarstellung,
Einzelspaltbeugung und Doppelspalt
186-189
CD als
Reflexionsgitter
Information der CD; Lochkamera
190-191
Lichtgeschwindigkeit
Messung von c; Folge für Lichtbrechung
192-193
Huygens-Prinzip
Huygen-Fresnel-Prinzip; Reflexion und Brechung
194-195
WellenoptikStrahlenoptik
Cornu-Spirale; Fermat-Prinzip; Schattenbildung;
Reflexionsgitter
196-197
Das ist wichtig
Zusammenfassung, Aufgaben
198-199
Beugung und
optische Abbildung
Warum sehen wir im täglichen Leben keine
Interferenzstreifen?
200-201
Interferometer
Michelson- und Mach-Zehnder-Interferometer;
Kohärenzlänge
202-203
Dünn-SchichtInterferometer
Schillernde Seifenblasen; Interferenz am Glimmerblatt
204-205
Polarisation von Licht,
Interessantes
Polfolien Polarisation bei Reflexion,
Wein: ein optisch aktiver Stoff
206-207
Doppelbrechung,
Interessantes
Spannungsoptik, Flüssigkristalle bei Laptops
208-209
Interessantes
Himmelblau und Abendrot, Vergütung
210-211
Röntgen-Interferenz
Welleneigenschaften von X-Strahlen
212-213
Bragg-Reflexion,
Interessantes
Röntgenspektren, Grundlagenforschung, DNS-Struktur
214-215
Vertiefung
Was ist Physik?
216-219
Das ist wichtig
Elektromagnetisches Spektrum,
Zusammenfassung, Aufgaben
220-222
Klausur-Training
Wellenoptik
223-224
Strahlung
und Klima
225-238
Grundbegriffe
der Strahlung
Strahlungsleistung der Sonne,
Energieverteilung im Glühlicht
225-227
Strahlungs-Gesetze
Wiensches Verschiebungsgesetz,
Fließ-Gleichgewicht der Energie; Schwarzer Körper;
Stefan-Boltzmann-Gesetz
228-229
Strahlende Körper,
Projekt-Arbeit
Graue Körper; Aufgaben, Glasschmelze
230-231
Erde als
Strahlungsempfänger
Abschätzungen der Erdtemperatur; Treibhaus-Effekt
232-233
Strahlungsbilanzen,
Interessantes
Modell zum Treibhauseffekt,
Vom Menschen erzeugter Treibhauseffekt
234-235
Klimawandel
Mögliche Auswirkungen; Das Zwei-Grad-Ziel
236-237
Das ist wichtig
Zusammenfassung, Aufgaben
Relativitätstheorie
(Simulationen auf der CD)
Was heißt „relativ“
Relativität der Lichtgeschwindigkeit;
EINSTEINs Lebensdaten und Postulate
240-243
Zeit-Dilatation,
Längen-Kontraktion
Synchrone Lichtuhren, t’ = 1-(v/c)2 ;
Myonen-Experimente, Zwillings-Paradoxon;
Längenkontraktion
244-247
Masse ist auch relativ
m = m o / 1-(v/c)2
Energie und Masse
W = m⋅c2; Wkin = (m – mo) c2 = Δm⋅c2,
Was hat Wkin = Δm c2 mit ½ m v2 zu tun?
W = m c2 in der Hochenergie-Physik
250-251
Reflexionen
Der Begriff der Zeit in der Speziellen Relativitätstheorie.
Sind Dilatation und Kontraktion real?
Was verlangt EINSTEIN von einer guten Theorie?
Geistesgeschichtliche Bedeutung, Geschichte des
Massebegriffs
252-253
Paradoxien,
Vertiefungen
Relativität der Gleichzeitigkeit, Uhren-Paradoxie;
Additionstheorem, Lösung von EINSTEINs Jugendfrage,
Vergangenheit-Gegenwart-Zukunft,
Zeitreise in die Vergangenheit
254-257
Allgemeine
Relativitätstheorie
Äquivalenzprinzip; Verzerrung von Zeit und Raum;
ART und Astronomie
258-261
Das ist wichtig
Zusammenfassung; Aufgaben
Massenzunahme folgt aus Zeitdilatation
238
240-262
248-249
262
Photon als Quant
(Simulationen auf der CD)
Photoeffekt
Verschiedene Experimente zu W = h f
264-265
Photon als
Energiequant
Die unteilbaren Photonen sind zählbar
266-267
Umkehrung
Photoeffekt
Röntgenphotonen, Leuchtdioden, Medizin
268-269
Masse und Impuls
Gravitationslinsen, Compton-Effekt
270-271
Photon als
Quantenobjekt
Nichtklassische Aussagen;
Wahrscheinlichkeitsamplitude Ψ, Superpositionsprinzip,
Dualismus, Knallertest, Komplementarität
272-275
Modelle in der Physik
Von der Realität zum Symbol – was heißt „verstehen“?
276
Das ist wichtig
Zusammenfassung
277
Elektron als Quant
(Simulationen auf der CD)
Elektronenbeugung
DEBROGLIE-Wellenlänge, „Materiewellen“, Kann man
Welle sichtbar machen? Vergleich Photon-Elektron
278-281
Unbestimmtheitsrelation
Erläuterung an Spaltbeugung, Experiment,
Welcher-Weg-Frage
282-283
h im
Quantengeschehen
Lokalisierungsenergie im Mikrokosmos,
Was heißt unbestimmt?
284-285
Erforschung
des Atoms
Historisches: bohrsches Modell
286-287
Energie-Quantisierung
Franck-Hertz; Resonanz-Fluoreszenz
288-289
Potenzialtopf
Stehende Ψ-Welle,
Energiequantisierung im hohen Potenzial-Topf
290-291
Quantisierung sehen
Farbstoff-Moleküle, Spektren, Phosphoreszens
292-294
Das ist wichtig
Zusammenfassung, Aufgaben
SchrödingerGleichung
Aufstellung; Lösung am Potenzialtopf
296-297
Wasserstoff-Atom
Eigenfunktionen und -werte, Niveau-Schema,
Schalenmodell mit Ψ-Funktionen,
Charakteristisches Röntgenspektrum
298-301
Quantenzahlen
als Vertiefung
Quantenzahlen, Periodensystem, Pauliprinzip,
Was zeigen Orbitalbilder?
302-303
Tunnel-Effekt,
Supraleitung
Durchtunneln einer Wand, Rastertunnel-Mikroskop,
Supraleiter und Kohärenz
304-305
263-277
278-311
295
Schrödinger-Katze, verschränkte Photonen, Dekohärenz
Verschränkte Quantenbei Messung, Nichtlokalität, Kopenhagener Deutung,
zustände, Dekohärenz
Kryptografie, Quanten-Computer
306-309
Das ist wichtig
310-311
Zusammenfassung, Aufgaben
Festkörper / Laser
(Simulationen auf CD)
Einführung
Energiebänder; wann leiten Festkörper?
Dotieren, Löchermodell, Halleffekt; p-n-Übergang,
Dioden, Solarzellen, npn- und Feldeffekt-Transistor,
Datenübertragung mit Licht
312-319
Laserprinzip
Chaotisches Glüh- und geordnetes Laserlicht,
Helium-Neon-Laser, Laser-Typen, Anwendungen,
Laserkühlung
320-321
Selbstorganisation
Laser, weitere Synergie-Effekte,
Selbstorganisation bei Gasentladungen
322-323
Das ist wichtig
Zusammenfassung; Aufgaben
Klausur-Training
Quantenphysik
Thermodynamik
und Entropie
(Simulationen auf CD)
Planarbeit
Physikalische Eigenschaften von Stoffen
Verhalten idealer Gase
Isotherme, isobare, isochore Prozesse,
thermodynamische Temperatur,
thermische Zustandsgleichung, Gaskonstante R
329-333
Modell für Gase
Druck und Temperatur lassen sich aus der
Geschwindigkeit der Teilchenbewegung berechnen;
Messung von Teilchengeschwindigkeiten
334-335
Planarbeit
Was wissen Sie über Energie?
Energie, Arbeit,
Wärme
Arbeit und Wärme übertragen Energie
336-337
Erster Hauptsatz
ΔU = W + Q , innere Energie eines idealen, einatomigen
Gases, Wärmekapazität idealer Gase
338-339
Entropie – was ist das?
Reversible und irreversible Vorgänge; zweiter Hauptsatz
340-341
Entropie
beim idealen Gas
Temperatur- und Volumen-Entropie
342-345
Energie und Entropie
bei Maschinen
Entropie begrenzt den Wirkungsgrad, entwertet Energie;
Stirling-Motor, Wärmepumpe
346-349
Entropie in Chemie
Standard-Entropie, Gibbs-Helmholtz-Gl.
350-351
Entropie teilt auf,
Boltzmann-Faktor
Osmose; Gleichverteilung bevorzugt;
Warum fällt Himmel nicht auf Kopf?, Ozonalarm,
Biologische Anwendungen
352-355
Entropie anschaulich
Statistische Deutung, Informationsmaß
356-357
Das ist wichtig
Zusammenfassung; Aufgaben
312-324
324
325-326
327-358
328
336
358
Kernphysik
359-406
Grundlagen
Wiederholung Mittelstufe, Zählstatistik
359-361
α-Strahlung,
Vertiefung
Nebelspuren, Energiespektren, Reichweite,
Halbleiter-Detektor, Impulshöhenanalysator
362-363
β-Strahlung,
Vertiefung
Energie, Reichweite,
Relativistische Rechnung bei β-Teilchen
364-365
γ-Strahlung,
Vertiefung
Energie, Absorption in Materie;
Szintillationszähler, Absorption u. Wahrscheinlichkeit
366-369
Paarbildung und
Zerstrahlung
Positron, Erhaltungssätze bei der Paarbildung und der
Zerstrahlung
370-371
Halbwertszeit
Aktivität, Aufgaben,
Zerfallswahrscheinlichkeit, Altersbestimmung
372-375
biologische Wirkung
ionisierender
Strahlung,
Dosisbegriffe
Ursache der Strahlenschäden; Quantitative Beschreibung
der Strahlenexposition, Dosen
376-377
Natürliche und
zivilisatorische
Strahlenexposition
Radon, interne und externe natürliche
Strahlenexposition; Dosen bei medizinischen
Untersuchungen, Projektvorschlag
378-379
Strahlenschäden –
Strahlenschutz
Deterministisches u. stochastisches Strahlenrisiko,
Aufgaben
380-381
Weitere mögliche
Strahlenexpositionen
biologische und effektive Halbwertszeit, Aufgaben
382-383
Anwendung
radioaktiver Nuklide
Markierung mit radioaktiven Nukliden,
nuklearmedizinische Diagnostik und Therapie;
Sterile-Insekten-Technik
384-385
Der Atomkern
Rutherfordscher Streuversuch; Kerndaten; Nuklid-Karte;
Bindungsenergie, Kern als Potenzialtopf
386-391
α-Zerfall
Tunneleffekt
392-393
β-Zerfall
Antineutrino, Elektroneneinfang,
β-Zerfall im Potentialtopfmodell; Zerfallsreihen
394-395
Kernreaktionen;
Neutronen
Künstliche Umwandlungen, Neutronenstrahlung,
Q-Wert einer Kernreaktion
396-397
Kernenergie
Kernspaltung, Kettenreaktion, Atombombe, Kernreaktor,
Kernkraftwerke, Entsorgung, Sicherheit, Plutonium,
Tschernobyl, Fusion
308-402
Wissenschaft und
Verantwortung
Verantwortung für wissenschaftliche Arbeit und
politische Entscheidung
403
Das ist wichtig
Zusammenfassung
404
Klausur-Training
Kernphysik
405-406
Elementarteilchen
408-413
Teilchenphysik
und Quarks
Suche nach dem immer Kleineren, Quarks, Antiquarks,
Baryonen, Mesonen.
408-409
Starke
Wechselwirkung
Feldquanten, Feynman-Diagramme, Gluonen,
Farbladungen, Farbkräfte, Gluonenband
410-411
Schwache
Wechselwirkung
β-Zerfall und Neutrinos
412
Überblick
Tabellen zu den elementaren Bausteinen und den vier
Wechselwirkungen. Ist die Teilchenphysik am Ziel?
413
Nanotechnologie
414-421
Untersuchungsmethoden
Elektronen- und Rastertunnel-Mikroskop
414-415
Manipulation
an Atomen
Rasterkraft-Mikroskop
416-417
Materialien und
Effekte
Fullerene, Nanoröhrchen, flüssige Magnete, Lotus-Effekt
418-419
Biologische und
medizinische Aspekte
Biophysik, Kletterkünstler,
Chancen und Risiken der Nanotechnologie
420-421
Physik und Medizin
422-425
Tomographie
Prinzip, Röntgen-, Ultraschall-, Positronen-EmissionsTomographie
Kernspin-Tomograph
Kernspins reagieren auf Resonanz
424
Interessantes
Laser in der Medizin, Strahlentherapie,
UV und Sonnenbrand
425
Astrophysik
und Kosmologie
422-423
426-443
Sonnen-Physik
Sonne als Energielieferant, Oberflächentemperatur,
Sonneninneres, Energietransport
426-431
Fixstern-Physik
Helligkeit und Farbe, Hertzsprung-Russel-Diagramm,
Masse-Leuchtkraft-Beziehung, Sternentwicklung, Sonne
als weißer Zweig, Neutronensterne und Schwarze Löcher
432-437
Entfernungsmessung
Sternparallaxe, Cepheiden-Methode, Supernova vom
Typ Ia, Tully-Fisher
438-439
Kosmologie: Aufbau,
Geometrie, mögliche
Entwicklung des
Universums
Großräumige Strukturen, Alter und Größe des
Universums, Hintergrund-Strahlung, Rotverschiebung,
Expansion; kosmologische Inflation, Dunkle Materie,
Dunkle Energie
440-443
Wie entstehen
Naturgesetze?
religiöse Motive, Experiment als Frage an die Natur,
Erfahrung ↔ Hypothesen ↔ Nachdenken,
klassische Physik ↔ Quantenphysik,
Zeitströmungen in der Physik
444-448
Mechanik
und Mathematik
(Simulationen auf der CD)
Differential- und
Integralrechnung in
der Mechanik
Weg, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Funktion,
Ableitungsfunktion, Stammfunktion, Anfangswerte
449-451
Wurfbahn
Bewegung in der Ebene, Newton-Gesetz beim Wurf
452-453
Veränderliche Kraft
Modellierung mit Differenzengleichungen
454-455
Differenzialgleichung,
Lösung am Computer
radioaktiver Zerfall, Kondensatorentladung, BarometerFormel, harmonische Schwingung
456-459
Wellen mit
Randbedingungen
Eigenschwingungen, Eigenwerte
460-461
Kreisbewegung
Bewegungen mit Zentralkraft: Masse auf Kreisbahn,
Lorentzkraft
462-463
Zentralkraft
Gravitationskraft und ihr Potenzial
464-465
Energie und Impuls
Bilanzstrategie statt Kausalstrategie
466-467
Anhang
Tabellen,
Abbildungen,
Stichwortverzeichnis
449-467
468-480