Bemerkungen. 5. Die Konstanten zu Beginn eines Abschnittes sollten Sie mit einer Genauigkeit von 10% auswendig kennen.

(1)

1. Physik besteht nicht aus Formeln, sondern aus den Konzepten, die dahinter stecken. Es n¨utzt Ihnen also nichts, wenn Sie die Formeln auf diesem Blatt auswendig lernen ohne verstanden zu haben, was die zugrunde liegenden Sachverhalte sind.

2. Wie in jedem Fach braucht man auch in der Physik einen gewissen Grundstock an schnell abrufbarem Wissen, um sich auf einem vernünftigen Niveau über Probleme zu unterhalten. In diesem Sinne ist diese Zusammenstellung zu verstehen. Sie erhebt aber keinesfalls Anspruch auf Vollständigkeit¹. Insbesondere sollten Sie in der Lage sein, aus den Grundformeln weitere Formeln herzuleiten, die hier nicht aufgeführt sind.

3. Zu Beginn jedes Abschnitts finden Sie Begriffe, deren Bedeutung und Definition Sie kennen müssen, da sie für das Verständnis der Physik wesentlich sind.

4. Die Fertigkeiten beschreiben Vorg¨ange, die ¨uber das ”Rechnen” hinausgehen. Eine Fehlerrechnung kann bei jeder Frage quantitativen Frage verlangt werden.

5. Die Konstanten zu Beginn eines Abschnittes sollten Sie mit einer Genauigkeit von 10% auswendig kennen.

6. Machen Sie sich bei der Vorbereitung auch klar, was wichtige Anwendungen der jeweiligen physikalischen Gesetze sind.

7. BlaueEintr¨age sind nur f¨ur PAM-Klassen.

1Falls Sie Fehler entdecken oder Vorschl¨age haben, bitte ich Sie mich zu benachrichtigen.

(2)

A Mechanik

1 Kinematik

Themen gleichf¨ormige Bewegung: Zeit, Ort, Geschwindigkeit

gleichm¨assig beschleunigte Bewegung: Durchschnitts- und Momentangeschwindigkeit, Be- schleunigung

W¨urfe: freier Fall, vertikaler Wurf, zusammengesetzte Bewegun- gen, horizontaler Wurf

Kreisbewegung: Umlaufzeit und Frequenz, Bahn- und Winkelgeschwin- digkeit, Radialbeschleunigung

Fertigkeiten s(t)-,v(t)- unda(t)-Diagramme erstellen, interpretieren, ineinander umwandeln Konstanten Fallbeschleunigung auf Erde und Mond

Definitionen Geschwindigkeit v=^∆s_∆t

Beschleunigung a= ^∆v_∆t

Frequenz f = ⁿ_t

Umlaufzeit T =_f¹

Kreisfrequenz ω= ^2π_T = 2π·f (Winkel im Bogenmass) Gesetze Bahngeschwindigkeit v=ω·r

Radialbeschleunigung aR=^v_r² =ω²·r

2 Dynamik

Themen Tr¨agheit und Masse: Masse, Dichte

Impuls und Impulserhaltung: Impuls, abgeschlossenes System, Impulserhaltung Newton-Axiome: Tr¨agheits-, Aktions- und Wechselwirkungsprinzip, Kraft Dynamik der Kreisbewegung: Zentripetalkraft

Fertigkeiten Kr¨afte einzeichnen, addieren und zerlegen (graphisch und rechnerisch) Bewegungsgleichung aufstellen und l¨osen

Konstanten Dichten von Luft und Wasser

Definitionen Dichte ρ=^m_V

Impuls ~p=m·~v

Gesetze Aktionsprinzip F~res=^∆~_∆t^p =m·~a

Gewichtskraft F_G=m·g

Federkraft FF =−D·∆s

Reibungskraft F_R,G=µ_G·F_N (Gleitreibung)

(3)

3 Energetik

Themen Energie und Energieerhaltung: Lageenergie, kinetische Energie, Spannenergie einer Fe- der, Energieerhaltung,Gravitationsenergie

St¨osse: elastische und unelastische St¨osse Arbeit und Leistung: Arbeit, Leistung, Wirkungsgrad

Fertigkeiten Energieerhaltungssatz sauber aufstellen (auch mit nichtmechanischen Energieformen) Stossprobleme algebraisch korrekt mit Energie- und Impulserhaltungssatz l¨osen Konstanten

Definitionen Lageenergie Epot=m·g·h (Nullpunkt beliebig) kinetische Energie E_kin= ¹₂·m·v²

Spannenergie Espan=¹₂·D·(∆s)²

Arbeit W = F~ ·~s = F_s·s (F_s Kraftkomponent parallel zur Bewegungsrichtung)

Leistung P =_∆t^W =Fs·v

Wirkungsgrad η= _E^E^nutzbar

aufgewendet

Gesetze

4 Gravitation

Themen Keplergesetze: Planetenbahnen, Fl¨achensatz

Gravitation: Gravitationskraft,Gravitationsenergie, Fluchtgeschwin- digkeit

Fertigkeiten Planentenbahnen um eine Sonne zeichnen

Masse eines Himmelsk¨orpers aus der Umlaufzeit eines Satelliten berechnen Konstanten Gravitationskonstante

Masse und Radius von Erde, Mond und Sonne; Abst¨ande Erde-Sonne und Erde-Mond Definitionen

Gesetze Kepler 1 Planeten bewegen sich auf elliptischen Bahnen mit der Sonne im einen Brennpunkt

Kepler 2 (Flächensatz) Der Radiusstrahl von der Sonne zu einem Planeten über- streicht in gleichen Zeiten gleiche Flächen

Kepler 3 Die Quadrate der Umlaufzeiten von Planeten verhalten sich wie die Kuben der grossen Halbachsen. (T1:T2)²= (a₁:a₂)³

Gravitationskraft FG=G·^m¹_r^·m2 ²

Arbeit im Gravitationsfeld W1→2=G·m1·m2·(_r¹2 1

−_r¹2 2

)

(4)

5 Starrer K¨ orper

Themen Hebelgesetz: Drehmoment,Drehmomentengleichgewicht

Schweredruck und Gleichgewicht: Schwerpunkt; stabiles, instabiles und indifferentes Gleichgewicht

Fertigkeiten Gleichgewichtsbedingungen f¨ur einen starren K¨orper sauber aufschreiben Schwerpunkt aus Teilschwerpunkten bestimmen

Konstanten

Definitionen Drehmoment einer Kraft M~ =~r×F~ Gesetze Drehmomentengleichgewicht P

i

M~_i= 0

6 Hydrostatik

Themen Satz von Pascal: Druck, hydraulische Systeme Schweredruck in Fl¨ussigkeiten und Ga-

sen:

hydrostatisches Paradoxon, kommunizierende Gef¨asse

Auftrieb: Prinzip von Archimedes, Schwimmk¨orper

Fertigkeiten Funktionsweise eines Quecksilberbarometers erkl¨aren Eintauchtiefe eines schwimmenden K¨orpers bestimmen Konstanten Normdruck

Definitionen Druck p=^F_A

Gesetze Schweredruck in Fluiden ∆p=ρF l·g∆h

Auftrieb Der Auftrieb entspricht dem Gewicht der verdr¨angten Fl¨ussigkeit.

FA=ρF l·V ·g

(5)

B W¨ armelehre

7 Gase

Themen Gasgesetz: ideales Gas, Prozess vs. Zustand; Stoffffmenge, Molmas- se

kinetische Gastheorie: Teilchenmodell, Geschwindigkeitsverteilung Fertigkeiten Teilchenzahl in einer bestimmten Substanzmenge absch¨otzen

Zustandsdiagramme erstellen, interpretieren und ineinander umwandeln

Konstanten Molmassen wichtiger Elemente (Wasserstoff, Helium, Sauerstoff, Stickstoff, Kohlenstoff) Avogadrozahl

universelle Gaskonstante

Definitionen Molmasse M = ^m_n

Gesetze Gesetz von Avogadro N =n·NA

Zustandsgleichung f¨ur ideal Gase p·V =n·R·T =N·k·T

Mittlere kinetische Teilchenenergie E¯k =³₂k·T nur temperaturabh¨angig N¨aherung mittlere Teilchengeschwin-

digkeit

¯ v≈q

3·R·T M

8 Temperatur und W¨ arme

Themen Temperatur: thermisches Gleichgewicht, Celsius- und Kelvinskala L¨angen- und Volumenausdehnung: Ausdehnungskoeffizient,γ= 3α, Bimetall

Innere Energie: Arbeit und W¨arme bei Gasen

Wärmekraftmaschinen: Stirling-Prozess; Wärmekraftmaschine, Wärmepumpe und Kühlmaschine; idealer Wirkungsgrad

Phasenübergänge: Aggregatzustände und Aggregatzustandsänderungen;

Schmelz- und Verdampfungsw¨arme

spezifische Wärme: spezifische und molare Wärme von Gasen, Flüssigkeiten und festen Körpern; Mischkalorimetrie

Wärmetransport: Konvektion, Wärmeleitung, Wärmestrahlung Fertigkeiten Energieflussdiagramme für Wärmekraftmaschinen zeichnen und interpretieren

Wärmeaustausch bei Mischvorgängen korrekt formulieren (auch mit Aggregatzustandsände- rung)

Strahlungsintensit¨at bei verschiedenen Temperaturen als Funktion der Wellenl¨ange skizzieren

Konstanten spezifische W¨arme von Wasser

Spezifische Schmelz- und Verdampfungsw¨arme von Wasser Solarkonstante

(6)

Definitionen Heizwert H =_m^Q

spezifische W¨arme M = _m·∆T^∆Q

latente W¨arme Lf,v= ^Q_m^f,v schmelzen (f), verdampfen (v) Strahlungsintensit¨at J =^P_A

Gesetze L¨angenausdehnung (fester K¨orper) ∆l=α·l0·∆θ

Volumenausdehnung ∆V =γ·V0·∆θ

1. Hauptsatz der W¨armelehre ∆U =Q^%+W^% idealer Wirkungsgrad (Carnot) ηC = 1−^T_T^k

h

realer Wirkungsgrad η= _Q^W

auf = 1−_Q^Q^ab

auf

W¨armeleitgleichung _∆t^Q =−λ·A^∆T_d =−U·A·∆T Kirchhoff’sches Strahlungsgesetz J =·J_S

Gesetz von Stefan-Bolzmann JS =σT⁴ Wien’sches Verschieunbsgesetz λ_max·T =b

(7)

C Elektrizit¨ at und Magnetismus

9 Elektrostatik

Themen Grundph¨anomene: Elementarladung, Leiter und Isolatoren, Influenz

Coulombkraft: Kraft zwischen Punktladungen

elektrisches Feld: Feldlinienbilder, ¨Uberlagerung von Feldern, Felder von Punktladung und Plattenkondensator;Satz von Gauss Spannung: Arbeit im elektrischen Feld, Beschleunigung von gelade-

nen Teilchen, Plattenkondensator Erzeugung elektrischer Felder: Felder von Platten und Punktladungen

Kondensatoren: Plattenkondensator,Materie im elektrischen Feld, elektrische Feldenergie

Fertigkeiten Feldlinienbild einer Ladungsverteilung skizzieren, f¨ur Punktladungen Feldst¨arken bestimmen Geschwindigkeit eines Teilchens aus Beschleunigungsspannung berechnen (Einheit eV) Konstanten Elementarladung

elektrische Feldkonstante

Definitionen elektrische Feldst¨arke E~ = ^F^~_q

Spannung U12= ^W^1→2_q

Kapazit¨at C=^Q_U

Gesetze Coulombkraft zwischen zwei Punktla- dungen

FC=_4π¹

0 ·^Q¹_r^·Q2 ²

Spannung im homogenen Feld U =E·d Potential einer Punktladung ϕ(r) =_4π¹

0r

q r

Kapazit¨at eines Plattenkondensators C=₀_r^A_d

Energie im Feld eines Kondensators Welek=¹₂QU =¹₂CU²=¹₂^Q_C² Energiedichte im elektrischen Feld w_elek= ¹₂₀_rE²

10 Gleichstrom

Themen Stromst¨arke und Leistung: einfacher Stromkreis, Leistung des elektrischen Stroms Widerstand: Kennlinien nicht ohmscher Widerst¨ande, ohmsche

Widerst¨ande, spezifischer Widerstand, Temperatu- rabh¨angigkeit

Widerstandsnetzwerke: Serie- und Parallelschaltung;reale Spannungsquelle (In- nenwiderstand), Messger¨ate

Aufladen und Entladen von Kondensa- toren:

Zeitkonstante und Halbwertszeit der Entladung Fertigkeiten Schaltschema zeichnen (mit Messger¨aten) und interpretieren

Gleichungssystem zu einem elektrischen Netzwerk aufstellen

(8)

Konstanten Frequenz und Effektivwert der Haushaltspannung Definitionen Stromst¨arke I=^∆Q_∆t

Widerstand R=^U_I

Gesetze Leistung des elektrischen Stroms P =U·I

Ohmsches Gesetz U ∝I nur für ohmsche Widerstände Widerstand von Drähten R=ρ· _A^l

Temperaturabh¨angigkeit ρ(T) =ρ0·(1 +α0·(T−T0)) Serieschaltung ohmscher Widerst¨ande R_Ersatz=R₁+R₂+...

Parallelschaltung ohmscher Wi- derst¨ande

RErsatz= (_R¹

1 +_R¹

2 +...)⁻¹

11 Magnetismus

Themen Ferromagnetismus: Permanentmagnet

Magnetfelder: Erdmagnetismus, Feldlinienbilder, Kraft auf strom- durchflossene Leiter

Lorentzkraft: Bewegung geladener Teilchen im (homogenen) Feld (Massenspektrometer,Zyklotron)

Erzeugung von Magnetfeldern: Feld von: langem, geradem Leiter, Kreisstrom, d¨unner Spule, Helmholtzspulen

Induktion: magnetischer Fluss, Induktionsgesetz, Lenz’sche Regel, Wirbelstr¨ome

Selbstinduktion: Selbstinduktion, Einschalt-/Ausschaltstrom, magnetische Feldenergie

Fertigkeiten Feldlinienbilder von Magneten skizzieren

graphisch ableiten und integrieren (Induktionsspannung und magnetischer Fluss) Funktionsweise eines Generators und Motors erkl¨aren

Konstanten Erdmagnetfeld in Z¨urich (Horizontalkomponente und Inklination) magnetische Feldkonstante

Definitionen magnetische Feldst¨arke F~ =l·~I×B~ Richtung Rechte-Hand-Regel magnetischer Fluss Φ =B·A⊥=B·A·cosα

Gesetze Lorentzkraft F~_L=q·~v×B~ Richtung Rechte-Hand-Regel Magnetfeld um geraden Leiter B= ^µ_2π⁰ ·^I_r

Magnetfeld in langer, d¨unner Spule B=µ₀·^N_l^·I induzierte Spannung in bewegtem Lei-

terst¨uck

Uind=v·B·l

induzierte Spannung bei Rotation U_ind=N·A·ω·B·sin(ωt) selbstinduzierte Spannung Uind=−L·I(t)˙

Induktivität einer dünnen Spule L= ^µ⁰^µ^r_l^N²Â

Ausschaltstrom I(t) =I0e^−t/τ

Zeitkonstante τ= ^L_R

Energie im Magnetfeld einer Spule Wmag= ¹₂LI² Energiedichte im Magnetfeld w_mag=_2µ¹

0µrB²

(9)

12 * Elektrotechnik (Wechselspannung)

Themen Wechselstromkreis: Impedanz und Phasenverschiebung, Wirkleistung Transformator:

elektrische Energie¨ubertragung:

Fertigkeiten Amplitude, Frequenz, Phasenverschiebung anhand eines Diagramm bestimmen Energie¨ubertragung vom Kraftwerk bis zur Steckdose beschreiben

Konstanten Frequenz und Effektivwert der Haushaltspannung

Definitionen harmonische Wechselspannung u(t) = ˆu·cos(ω·t+ϕ₀) Effektivwerte von Spannung und Strom Ueff=U = ^√^U^ˆ

2 undIeff=I=^√^I^ˆ

2

Ueff= q1

T ·RT

0 U(t)²dt Allgemein

Impedanz Z= ^U_I^eff

eff =^U^ˆ_ˆ

I Einheit Ohm

Gesetze Phasen- und Zeitverschiebung ^∆ϕ_2π = ^∆t_T

Wirkleistung P =U·I·cos(∆ϕ) Einheit Watt

mit ∆ϕ: Winkel der Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung

Scheinleistung S=U·I Einheit VA

Blindleistung Q=U·I·sin(∆ϕ) Einheit var

Leistungsfaktor cos(∆ϕ)

ohmscher Widerstand Z_R=R, ∆ϕ= 0

kapazitiver Widerstand ZC= _ω·C¹ , ∆ϕ=−π/2 induktiver Widerstand Z_L=ω·L, ∆ϕ= +π/2

Serie RCL Z=q

R²+ (ωL−_ωC¹ )²

Parallel RCL ¹_z =

q 1

R² + (_ωL¹ −ωC)² Resonanzfrequenz (unged¨ampft) f = ¹

2π√ LC

unbelasteter Transformator ^U_U²

1 =ⁿ_n²

1

Ubersetzungverh¨¨ altnis belasteter Transformator ^I_I¹

2 =ⁿ_n²

1

(10)

D Schwingungen und Wellen

13 Schwingungen

Themen harmonische Schwingung: Kinematik, Dynamik und Energetik

Bei einer harmonischen Schwingung liegt ein lineares Kraftgesetz vor.

Dämpfung und Resonanz Energieverlust durch Dämpfung, Hüllkurve, erzwungene Schwingung

Uberlagerung von Schwingungen¨ Schwebung

gekoppelte Schwingungen Kopplungsarten, Eigenschwingungen Fertigkeiten charakteristische Gleichung erkennen und daraus Periodendauer bestimmen

Diagramme f¨ur Auslenkung, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Energie Konstanten

Definitionen charakteristische Differentialgleichung y(t) =˙ −ω²·y(t) Gesetze Bewegungsgleichung y(t) = ˆy·sin (ωt)

Geschwindigkeit v(t) =ω·yˆ

| {z }

ˆ v

cos (ωt)

Beschleunigung a(t) =−ω²·yˆ

| {z }

ˆ a

sin (ωt)

Periodendauer T =^2π_ω = 2πf

Gesamtenergie ¹₂·m·v²+¹₂·D·y²=¹₂·mˆy²·ω² proportional zu ˆy² Periodendauer eines Federpendels T = 2π·pm

D

Periodendauer eines Fadenpendels T ≈2π·q

l

g f¨ur kleine Amplituden Periodendauer eines elekt. Schwingkrei-

ses

T = 2π·√

L·C f¨ur kleine Amplituden ged¨ampfte Schwingung y(t) = ˆy(t)·sin (ωt)

exponentielle Dämpfung y(t) = ˆˆ y0·e^−δ·t Halbwertszeit bei exp. Hüllkurve T_1/2=τ·ln 2 Zeitkonstante für gedämpften elek.

Schwingkreis

τ= 2_R^L Schwebungsfrequenz fS =|f1−f2|

14 Wellen und Akustik

Themen Wellen: St¨orung, Tr¨agermedium, Kopplung; Longitudinal- und Transversalwellen (Beispiele)

(11)

Tonhöhe: Frequenz und Frequenzverhältnisse,Stimmungen Lautstärke: Schallintensität und Schallpegel; Dezibel- und Phonska-

la

Instrumente: Stehende Wellen; Saiteninstrumente und Pfeifen; Klang- spektrum

Dopplereffekt: bewegte Quelle und/oder Beobachter, Frequenzverschie- bung bei Reflexion an bewegtem Objekt

Fertigkeiten Wechsel zwischen Orts- und Zeitbild,

Typische Wellenph¨anomene erkennen (Bsp an Wasserwellenwanne) Uberlagerung einlaufender und reflektierter Welle¨

stehende Wellen auf Saiten und in d¨unnen Pfeifen skizzieren Addition von Schallpegeln, Leistungen/Intensit¨aten, Intervallen Konstanten Schallgeschwindigkeit in Luft

wichtigste Intervalle (Oktave)

H¨orschwelle und H¨orbereich des menschlichen Ohrs

Definitionen charakteristische Gleichungen y(x, t) =f(x−v·t) harmonische Welle y(x, t) = ˆy·cos(ωt−k·x)

Schallintensit¨at J =^P_A

Schallpegel L= 10·log_J^J

0 doppelte Schallintensit¨at →+3 dB

Gesetze Wellenzahl k= ^2π_λ

Ausbreitungsgeschwindigkeit v=λ·f Schallgeschwindigkeit in Gasen v_S =q

κ·R·T M

Schallgeschwindigkeit in Fl¨ussigkeiten vS =q

1 χ·ρ

Schallgeschwindigkeit in Saite (Trans- versal)

v_S =q_σ

ρ =q

F m^∗

schwingende Saite (n-ter Oberton) fn = (n+ 1)·f0= (n+ 1)·^v_2·l^S Knoten an den Enden offene Pfeife (n-ter Oberton) f_n = (n+ 1)·f₀= (n+ 1)·^v_2·l^S Knoten an den Enden gedackte Pfeife (n-ter Oberton) fn = (2n+ 1)·f0= (2n+ 1)·^v_4·l^S Schwingungsb¨auche

an den Enden Dopplereffekt f =f₀·^v_v^S^±v^B

S∓vQ Vorzeichen für Zähler und Nennen separat überlegen

(12)

15 Strahlenoptik

Themen Reflexion und Brechung: Reflexion und Brechung, Totalreflexion

Linsen Abbildung mit Linsen, Dioptrie

Lichtgeschwindigkeit Ausbreitungsgeschwindigkeit im Vakuum und in Medien Fertigkeiten Verlauf eines Lichtstrahls durch einen K¨orper zeichnen

Abbildung mit Linsen konstruieren Konstanten Brechzahl von Luft, Glas, Wasser

kritischer Winkel f¨ur Totalreflexion in Glas

Definitionen Brechzahl n= ^c_c^vakuum

Medium

Gesetze Reflexionsgesetz α=α⁰

Brechungsgesetz n₁·sinα₁=n₂·sinα₂ Totalfeflexion (kritischer Winkel) sinαk =ⁿ_n²

1 nur f¨urn1> n2

Abbildungsgleichung (f¨ur d¨unne Lin- sen)

1

f =¹_g +¹_b Vorzeichenkonvention beachten Lateralvergr¨osserung ^B_G = ^b_g

16 Wellenoptik

Themen Elektromagnetische Wellen: elektromagnetisches Spektrum

Polarisation Polarisationsfilter, Polarisiertes Licht nach Reflexion

Wellenoptik Prinzip von Huygens, Beugung

Fertigkeiten Uberblick ¨¨ uber das elektromagnetische Spektrum (mit Wellenl¨angenbereich) Beispiel von Wellenoptik in der Natur / Technik

Elementarwellen (Huygensprinzip)

Lage der Interferenzmaxima und minima graphisch finden (Gangunterschied) Mit Laserstrahl und Gitter Wellenl¨ange oder Gitterkonstante bestimmen Konstanten Lichtgeschwindigkeit im Vakuum

Definitionen

Gesetze Bedingung f¨ur konstruktive Interferenz ∆s=|s2−s1|=mλ m= 0, ±1, ±2, ...

Beugung am Gitter / Doppelspalt sin(α_m) =m^λ_d Maxima Beugung am Einzelspalt sin(αk) =k^λ_s Minima

Auflösungsvermögen ^∆y_∆x≈ ^λ_d ≈â_e Bsp Auge und Lichtmikroskop

Lichtmikroskop ∆y= ^f_d ·λ≈λ

Ausbreitungsgeschwindigkeit im Vaku- um

c₀ Ausbreitungsgeschwindigkeit im Medi- um

c=^c_n⁰

(13)

17 em-Wellen

Themen Elektromagnetische Wellen: Entstehung und Ausbreitung, elektromagnetisches Spektrum

Fertigkeiten Uberblick ¨¨ uber das elektromagnetische Spektrum (mit Wellenl¨angenbereich) Konstanten Lichtgeschwindigkeit im Vakuum

Definitionen

Gesetze Dipolfrequenz f = _2·l^c Dipoll¨angel Ausbreitungsgeschwindigkeit im Vaku-

um

c₀= ^√¹

0·µ0

Ausbreitungsgeschwindigkeit im Medi- um

c=^c_n⁰ = ^√ ¹

0·r·µ0·µr

Feldvektoren E~ =B~ ×~c

Poyntingvektor S~ = _µ¹

0

E~ ×B~ Intensit¨at harmonische Welle I=hSi= _2·c·µ^E⁰²

0 = ^c·⁰₂^·E⁰²

Abstandsgesetz I=_4π·r^P₂ Intensit¨at Punktquelle

(14)

E Moderne Physik

18 Spezielle Relativit¨ atstheorie

Themen Postulate der SRT: Experiment von Michelson-Morley, Relativit¨atsprinzip und absolute Lichtgeschwindigkeit

Kinematik: Gleichzeitigkeit, Zeitdilatation (Lichtuhr), L¨angenkontraktion

Dynamik: relativistische Energie, ¨Aquivalenz von Energie und Masse, kinetische Energie, Massendefekt

Fertigkeiten Geschwindigkeit eines Teilchens aus der Beschleunigungsspannung berechnen, bei Kernspal- tung oder Kernfusion freigesetzte Energie berechnen

Konstanten Umrechnungsfaktor u - MeV

Definitionen einheitenlose Geschwindigkeit β= ^v_c

Lorentzfaktor γ=√ ¹

1−β² nicht-relativistisch heisst:γ−11 Gesetze Zeitdilatation t=γ·t0

L¨angenkontraktion l=^l_γ⁰ nur entlang Bewegungsrichtung Aquivalenz von Energie und Masse¨ E0=m0·c² Ruheenergie

relativistische Energie E=E0+Ekin+...=γ·E0

relativistische Masse m= √ ^m⁰

1−(^v_c)²

relativistischer Impuls p=γ·m₀·v

Energie-Impuls-Beziehung E²= (E0)²+ (p·c)²

Massendefekt ∆m=m_X−Z·m_p−(N−Z)·m_n Dopplereffekt f¨ur Licht f =f0·q

c±v c∓v

19 Quantenphysik

Themen Photoeffekt: Austrittsarbeit, Photon

Dualismus Teilchen – Welle de Broglie-Beziehung, Elektronenbeugung

Atomphysik: Energieniveaus,Serienformel

Fertigkeiten

Konstanten Planck’sches Wirkungsquantum Ionisationsenergie von Wasserstoff Definitionen

Gesetze Photonenenergie E=h·f = ^hc_λ Photoelektrische Gleichung h·f =WA+Wkin

W

(15)

de Broglie-Wellenl¨ange λ_B= ^√ ^h

2qmU

Heisenberg’sche Unbestimmtheitsrela- tion

∆x·∆p≈h

∆E·∆t≈h

∆f ·∆t≈1 Energieniveau Wasserstoff En=−₈^m2^e^e⁴

0h² ·_n¹2

Serienformel fm,n=₈^m2^e^e⁴

0h³ ·(_m¹2 −_n¹2)

20 Kernphysik

Themen radioaktiver Zerfall: α-, β- und γ-Zerfall, Tochterkerne; Zerfallsgesetz und Halbwertszeit

Fertigkeiten Tochterkerne beimα- undβ-Zerfall bestimmen Halbwertszeit aus Zerfallkurve ablesen

Konstanten Definitionen

Halbwertszeit T_1/2=^{ln 2}_λ

Halbwertsdicke d_1/2=^{ln 2}_µ

Gesetze Zerfallgesetz N(t) =N0·e^−λ·t=N0·2^−t/T^1/2

Aktivit¨at A=−^dN_dt =λ·N Einheit: Bequerel = 1/s

Absorptionsgesetz I=I0·e^−µ·d Dicked

21 Teilchenphysik

Themen Teilchenzoo: Leptonen, Quarks, Hadronen...

Erhaltungsgr¨osse elektrische Ladung, Impuls, Energie, Leptonenzahl, Ba- ryonenzahl, Spin, Strangeness, Charm, Topness, Bot- tomness...

Beschleunigerphysik

Fertigkeiten Bestimmen, ob einen Zerfall theoretisch m¨oglich ist.

Konstanten Definitionen Gesetze