Q12-Phase: Felder, Schwingungen und Wellen

Q12-Phase: Felder, Schwingungen und Wellen | T. Pawletko | Heinrich-von-Gagern-Gymnasium | Datum:

Das Schuljahr 2023/2024

Felder, Schwingungen und Wellen sind die zentralen Konzepte der Klassischen Physik. In der Elektrizitätslehre werden die in der Mittelstufe gewonnenen Erkenntnisse vertieft, systematisiert und in einen allgemeineren Zusammenhang gebracht. Die Untersuchung der Bewegung von Ladungsträgern in Feldern bietet die Möglichkeit, moderne Forschungsbereiche der Physik zu verstehen. Die mathematische Beschreibung von Schwingungen und Wellen wird zuerst in der Mechanik erarbeitet und anschließend zur Erklärung der faszinierenden Phänomene der Elektrizitätslehre und der Optik genutzt. LeifiPhysik

1. Organisation

Pro Halbjahr werden zwei Klausuren geschrieben.

Tafelskript

Das PDF mit der Tafelmitschrift kann hier heruntergeladen werden.

Rechtliches

  1. KCGO Physik (Neuste Fassung von 2016)
  2. Matrix – Kompetenzbereiche, Bildungsstandards und Themenfelder

Das Abiturerlass LA2025

Laut dem Abiturerlass für das Landesabitur 2025 werden sich die Prüfungsaufgaben im schriftlichen Abitur im grundlegenden und im erhöhten Niveau (Grundkurs und Leistungskurs) schwerpunktmäßig auf die nachfolgend aufgeführten Themenfelder und Konkretisierungen des KCGO beziehen.

Grundlagen

Diese Themenfelder aus E1/E2 bilden die Grundlage für die Q-Phase.

E1/E2 Mechanik
  • E.1 Bewegungen und ihre Beschreibung
  • E.2 Newton’sche Axiome und Erhaltungssätze
  • E.3 Waagerechter Wurf und Kreisbewegung
  • E.4 Weitere Bewegungen , E.5 Gravitation, E.6 Entropie , E.7 Kreisel

Schriftliches Abitur

Diese Inhalte aus Q1, Q2 und Q3 werden Thema des schriftlichen Abiturs und der Klausuren der jeweiligen Halbjahre.

Q1 Elektrisches und magnetisches Feld
  • Q1.1 Elektrisches Feld
  • Q1.2 Magnetisches Feld
  • Q1.3 Induktion
  • Q1.4 Bewegung von Ladungen in Feldern in technischen Anwendungen
Q2 Schwingungen und Wellen
  • Q2.1 Schwingungen
  • Q2.2 Wellen
  • Q2.3 Wellen an Grenzflächen
  • Q2.4 Dopplereffekt, Schwebung
Q3 Quanten- und Atomphysik
  • Q3.1 Eigenschaften von Quantenobjekten
  • Q3.2 Atommodelle
  • Q3.3 Röntgenstrahlung
  • Q3.4 Mikroskopische Stoßprozesse
  • Q3.5 Kernphysik

Mündliches Abitur

Themenfelder aus Q4 können dann nur noch im mündlichen Abitur abgefragt werden und bilden natürich den Inhalt der letzten Klausur in Q4.

Q4 Physik der Moderne

Zwei Themenfelder müssen von der Lehrkraft gewählt werden

  • Q4.1 Kernphysik
  • Q4.2 Spezielle Relativitätstheorie
  • Q4.3 Festkörperphysik
  • Q4.4 Chaostheorie
  • Q4.5 Astrophysik

Elektrisches Feld

2. Elektrisch geladene Körper

Für dies Einheit brauchen Sie:

  1. Demonstrationsexperimente zur Elektrostatik
  2. Cornelsen S. 100
  3. Metzler S. 186

A. Beobachten Sie folgende Demonstrations-Experimente.

  • D1 Ladungstrennung
  • D2 Influenz
  • D3 Polarisation

B. Recherchieren Sie im Buch und bereiten Sie mündlich folgende Erklärungen vor.

  1. Erklären Sie, was man als Ladungsträger bezeichnet. Was wissen wir über die Ladungsträger?
  2. Beschreiben Sie das Phänomen der Influenz.
  3. Erklären Sie, wann man von einer Polarisation spricht.

3. Elektrische Ladung und Stromstärke

Für dies Einheit brauchen Sie:

  1. Cornelsen S. 101

A. Recherchieren Sie im Buch und bereiten Sie mündlich folgende Erklärungen vor.

  1. Wie ist die Stromstärke als Grundgröße definiert?
  2. Wie kann man die Ladung messen, in dem man die Stromstärke misst?
  3. Was gilt bei Betrachtung der Stromrichtung zu beachten?

B. Vertiefung

Verweis auf Seite 536. M 3.4 Ableitung und Integral

C. Hausaufgaben

  • Cornelsen: A1 S117 (Phänomene, zwei Arten von Ladungen)
  • Cornelsen: A2 S117 (Ladung einer Batterie)

4. Kräfte zwischen geladenen Körpern

Für dies Einheit brauchen Sie:

  1. Cornelsen S. 102

A. Recherchieren Sie im Buch und bereiten Sie mündlich folgende Erklärungen vor.

  1. Wie ändert sich die Coulombkraft, wenn sich der Abstand verdoppelt?
  2. Wie lautet das Coulombsche Gesetz?

B. Bearbeiten Sie die folgende Aufgabe

Zwei Punktladungen Q1 = 1 C und Q2 = 1 C befinden sich in einem Abstand von 2 m voneinander.

  1. Bestimmen Sie die Kraft, die ausgehend von der Punktladung Q1 auf die Punktladung Q2 wirkt. (Einheiten mitschreiben!)
  2. Diskutieren Sie die Größe der Kraft.

5. Elektrisches Feld

Für diese Einheit brauchen Sie:

  1. Cornelsen S. 103
  2. siehe auch LeifiPhysik

A. Betrachten Sie die Demonstrationsexperimente

  • D1 Wattebausch Leifi
  • D2 Grieskörner
  • D3 Superposition Leifi

B. Benennen Sie die Eigenschaften der elektrischen Feldlinien und notieren Sie diese in Ihrem Heft

Lesen Sie die Liste der Eigenschaften und verschen Sie aus dem Gedächtnis alle Eigenschaften in Ihrem Heft zu notieren.

C. Bearbeiten Sie die folgende Aufgabe in Ihrem Heft

Auf eine Probeladung 𝑞 = 5 𝑚𝐶 wirkt eine Kraft 𝐹 = 15 𝑁. Berechnen Sie die an dieser Stelle herrschende elektrische Feldstärke.

D. Recherchieren Sie und bereiten Sie eine mündliche Antwort

  1. Erklären Sie, warum sich die Grieskörner im elektrischen Feld ausrichten.
  2. Beschreiben Sie, wie man Felder bestimmt, die von mehreren Einzelladungen stammen.
  3. Wie lautet das Superpositionsprinzip?

E. Wenn Sie Lust haben, können Sie Ihr Wissen selbständig überprüfen.

LeifiPhysik-Quiz

6. Abschirmung elektrischer Felder

Für diese Einheit brauchen Sie:

  1. Cornelsen S. 105

A. Beantworten Sie folgende Fragen in Ihrem Heft.

Neben einer Antwort in vollen Sätzen können Sie zeichnen oder Stichwörter notieren.
  1. Wie nennt man die Ladungsverschiebung in einem Leiter?
  2. Warum ist das Innere eines Leiters feldfrei? (siehe z.B. Abbildung 105.2 Cornelsen)
  3. Was ist ein Faraday’scher Käfig und wie funktioniert dieser?

B. Bearbeiten Sie die folgenen Aufgaben in Ihrem Heft

  • A3 Seite 117
  • A4 Seite 117

7. Elektrisches Feld im Platenkondensator

Für diese Einheit brauchen Sie:

  1. Cornelsen S. 106

A. Beobachten Sie das Experiment 4.4

Neben einer Antwort in vollen Sätzen können Sie zeichnen oder Stichwörter notieren.
  1. Beschreiben Sie das elektrische Feld im Plattenkondensator.
  2. Was bedeutet die Bezeichung "homogenes Feld"?
  3. Wie sieht hier die Kraft und die elektrische Feldstärke auf eine Probeladung aus? Fertigen Sie eine Skizze, wenn Sie möchten.

B. Zeichnen Sie im Heft

  1. das elektrische Feld einer positiv geladenen Kugel
  2. das elektrische Feld einer negativ geladenen Kugel
  3. das gemeinsame elektrische Feld einer positiv und einer negativ geladenen Kugel

C. Bearbeiten Sie die folgene Aufgabe in Ihrem Heft

Bestimmen Sie die Kraft auf einen geladenen Körper (Ladung 𝑄 = 3 μ𝐶) der sich in einem elektrischen Feld der Feldstärke 𝐸 = 27,5 𝑉/𝑚 befindet. (ungefährlich laut Immissionsschutzgesetz).

Es gilt 1 V/m = 1 N/C.

8. Elektrische Spannung und Energie

Für diese Einheit brauchen Sie:

  1. Cornelsen S. 106

A. Beobachten Sie das Demonstrationsexperiment

Plattenkondensator mit Spannungsmessgerät und mit Glimmlampen. Ähnlich wie im Exp. 4.5 Cornelsen S106

B. Notieren Sie im Heft

  1. Wie ist die physikalische Arbeit definiert?
  2. Wie können Sie die Arbeit berechnen, die verrichtet wird, um eine Probeladung q im elektrischen Feld E um die Strecke s zu verschieben?
  3. Wie ist die elektrische Spannung definiert?
  4. Wie können Sie die Feldstärke in einem Plattenkondensator berechnen?
  5. Wie berechnen Sie die Flächenladungsdichte? LK

C. Betrachten Sie das Experiment 4.6 Cornelsen S107. Notieren Sie im Heft. LK

  1. Wie verhält sich die Feldstärke mit zunehmender Flächenladungsdichte?
  2. Was gilt für die elektrische Feldstärke in einem Plattenkondensator?
  3. Welche Schlußfolgerung für das elektrische Feld einer geladenen Kugel können Sie formulieren?

D. Bearbeiten Sie die folgenen Aufgaben in Ihrem Heft

  • Aufgabe 6 Seite 117 (elektrische Feldstärke + Gravitation)

  • Aufgabe 7 Seite 117 (E + Plattenabstand d)

9. Das elektrische Potential (LK)

Für diese Einheit brauchen Sie:

  1. Cornelsen S. 108
  2. Lehrervortrag

A. Folgen Sie dem Vortrag des Lehrers zum Thema.

B. Bearbeiten Sie folgende Aufgaben im Heft

  1. Zeichnen Sie das elektrische Feld einer Punktladung und die dazugehörigen Äquipotentiallinien (eigentlich Flächen).
  2. Zeichnen Sie das elektrische Feld eines Plattenkondensators und die dazugehörigen Äquipotentiallinien (eigentlich Flächen).

C. Mathematische Beziehungen. Notieren Sie im Heft

  1. Welche Beziehung besteht zwischen der elektrischen Spannung und dem elektrischen Potential \phi?
  2. Wie können Sie aus dem elektrischen Potential \Phi die elektrische Feldstärke E bestimmen?
  3. Wie erhalten Sie aus dem elektrischen Potential \Phi die potentielle Energie?
  4. Wie können Sie aus der potentiellen Energie E_pot die Kraft F bestimmen?

10. Kondensatoren

Für diese Einheit brauchen Sie:

  1. Cornelsen S. 110
  2. Metzler S. 220

A. Lehrer definiert die Kapazität C .

B. Beobachten Sie das Demonstrationsexperiment mit einem Plattenkondensator.

Notieren Sie die Abhängigkeit der elektischen Spannung U durch Plattenabstand und Isolator.

C. Beantworten Sie die Fragen im Heft.

  1. Wie ist die Kapazität definiert?
  2. Was ist die relative Permittivität?
  3. Wie kann man die Kapazität eines Plattenkondensators erhöhen?
  • Aufgabe 5 Seite 117 (elektrische Feldstärke)

11. Elektrische Netzwerke

Für diese Einheit brauchen Sie:

  1. Metzler S. 218

A. Geben Sie an, wie das Ohmsche Gesetz lautet

B. Geben Sie an, wie das 1. Kirchhoff'sche Gesetz lautet (Knotenregel)

C. Geben Sie an, wie das 2. Kirchhoff'sche Gesetz lautet (Maschenregel)

D. Wir rechnen einfache Parallel und Reihenschaltungen mit Hilfe der Kirchhoff'schen Gesetze

12. Kondensatoren in Stromkreisen

Für diese Einheit brauchen Sie:

  1. Cornelsen S. 113

A. Notieren Sie im Heft

Wie berechnet man die Kapazität bei Reihen- und Parallelschaltung von Kondensatoren? Zeichnen Sie dazu zwei Schaltkreise (Parallel und Reihenschaltung) und nennen Sie die Formeln.

B. Leiten Sie die Formeln her.

13. Experiment: Entladen eines Kondensators LK

Für diese Einheit brauchen Sie:

  1. Cornelsen S. 112, Metzler S. 224
  2. Experimentiermaterial

A. Experimentieren Sie

Nehmen Sie beim Entladen eines Kondensaotors zwei U(t)-Kurven für zwei verschiedene Wiederstände auf.

Bei Bedarf können Sie den Experimentaufbau hier ansehen.

Fragen, die sie dabei beantworten müssen:
  1. Wie messe ich die elektrische Spannung mit Hilfe eines Messgerätes?
  2. Wie erhöhe ich die Spannung mit Hilfe von zwei 4,5 V Batterien
  3. Wie verkleinere ich den Gesamtwiderstand mit Hilfe eines weiteren Widerstandes?
  4. Wie verlaufen die U(t) Kurven?
  5. Welche Kurve gehört zu welchem Widerstand?
  6. Was passiert, wenn Sie einen Kondensator mit einer höheren Kapazität verwenden?

14. Energie des elektrischen Feldes

Für diese Einheit brauchen Sie:

  1. Cornelsen S. 113
  2. Metzler S. 202

A. Die Herleitung der Formel für die Energie des elektrischen Feldes

Schreiben Sie eine Herleitung Ihrer Wahl in Ihrem Heft auf.

  1. Herleitung ohne Integral (Cornelsen S113)

  2. Herleitung mit Integral (Metzler S202) LK

B. Aufgaben Cornelsen

  • A7 S117 (Kondensator und die anliegende Spannung)

  • A8 S117 (Kondensator und seine Kapazität)

  • A9 S117 (umfangreiche Aufgabe zum E-Feld, Spannung und Energie eines Kondensators)

Notizen:

15. Aufgabenworkshop

Für diese Einheit brauchen Sie:

  1. Cornelsen S. 132

A. Gruppen und Partnerarbeit

Heute beschäftigen wir uns mit den Aufgaben auf Seite 132

16. Millikanversuch: Bestimmung der Elementarladung

Für diese Einheit brauchen Sie:

  1. Cornelsen S. 114
  2. Metzler S. 204
  3. Leifiphysik

A: Lesen Sie

Lesen Sie sich in die Materie ein.

B: Erklären Sie

Erklären Sie, was die Diagramme 204.3 S.204 in Metzler darstellen.

C. Simulieren Sie das Experiment

Simulieren Sie das Experiment, das Ihrer Gruppe zugeordnet wurde.

Gruppe Simulation
Grün Simulation Schweben
Blau Simulation Schweben und Fallen LK
Rot Simulation Steigen und Sinken LK
Gelb Simulation Steigen und Fallen LK

1. KA Q1 Elektrisches Feld

Thema: "Elektrisches Feld"

Der voraussichtliche Inhalt 2022:

Die 1. Kursarbeit behandelt die Inhalte der obigen Lektionen "Elektrisches Feld".

Formelsammlung

Die Verwendung einer Formelsammlung ist erlaubt und wird ausdrücklich empfohlen.

Magnetisches Feld

17. Felder um stromdurchflossene Leiter

Für diese Einheit brauchen Sie:

  1. Cornelsen S. 119

A. Protokollieren Sie die Experimente

DEMO-Experimente: Leiterschaukel, Kompass, Hufeisenmagnet

B. Film: MdNuT 092 André Marie Ampère und der Elektromagnetismus

18. Magnetische Feldstärke B

Für diese Einheit brauchen Sie:

  1. Cornelsen S. 121
A. Recherchieren Sie und notieren Sie in Ihrem Heft

Recherchieren Sie und notieren Sie in Ihrem Heft die Definition und Einheit der magnetischen Flussdichte/ Feldstärke.

19. Lorentzkraft

Für diese Einheit brauchen Sie:

  1. Cornelsen S. 122

A. Leiten Sie die Formel her

Leiten Sie die Formel für die Lorentz-Kraft her (Herleitung der Formel S. 124)

B. Übungen

A3, A5 Seite 130 A7 Seite 130

20. Der Hall-Effekt LK

Für diese Einheit brauchen Sie:

  1. Cornelsen S. 124

21. Magnetfeld in einer langen Spule

Für diese Einheit brauchen Sie:

  1. Cornelsen S. 125

22. Materie im magnetischen Feld

Für diese Einheit brauchen Sie:

  1. Cornelsen S. 125

Themen:

  • Permeabilität,
  • diamagnetisch, paramegnetisch, ferromagnetisch,
  • Verhalten in inhomogenen Magnetfeldern,
  • Ferromagnetismus: Blochsche Wände, Weiss'sche Bezirke
  • Megnetisierung, Hysteresekurve
  • Massenspektrometer

23. Bestimmung von e/m

Für diese Einheit brauchen Sie:

  1. Cornelsen S.129

Themen:

  • Versuchsaufbau
  • Formel für die Elektronenmasse
  • Schräger Einschuss LK
  • Polarlicht, Höhe, Energieen, Farben/Gase

24. Elektromagnetische Induktion

Für diese Einheit brauchen Sie:

  1. Cornelsen S.136
  2. DEMO: Thomsonscher Ringversuch

A. Die Themen, die Sie sich im Physikbuch S. 136 durchlesen sollten sind:

  1. Induktionsgesetz
  2. Magnetischer Fluss (Abhängigkeit von Fläche, B-Feld, Winkel)
  3. Windungszahl
  4. Polung der Spannung
  5. Lenz'sche Regel

B. Beantworten Sie in Ihrem Heft

  1. Formulieren Sie das Induktionsgesetz? Geben Sie die Formel an.
  2. Wie lautet die Formel zur Berechnung des magnetischen Flusses?
  3. Formulieren Sie die Lenz'sche Regel?

C. Schauen Sie sich die Herleitung der Induktionsspannung aus der Lorenzkraft an

www.youtube.com...=P_uZmbNWwDM

D. Schauen Sie sich die Herleitung der Induktionsspannung aus der Magnetfeldänderung an

www.youtube.com...=CMljyEumcKw

25. Das Induktionsgesetz

Für diese Einheit brauchen Sie:

  1. Metzler S. 254-257
  2. Cornelsen

A. Lehrervortrag und das AB 240 (GK)

  1. Folgen Sie den Vortrag zum Bild 139.1 auf S 139 Cornelsen. Besonders geeignet sind für den Vortrag die Darstellungen auf LeifiPhysik.
  2. Bearbeiten Sie das AB 240 "Induktion in bewegter Spule"

B. Erklären Sie die Zusammenhänge LK

Betrachten Sie die Graphen in der Abbildung 254.2 S 254.

  1. Wieso werden in der Spule abschnittsweise konstante Spannungen gemessen?
  2. Was entscheidet über die Größe der gemessenen Spannung?

C. Erklären Sie die Zusammenhänge LK

Betrachten Sie die Graphen in der Abbildung 255.1 S 255.

  1. Wieso sind die Flächeninhalte unterhalb der Kurven gleich? Erklären Sie mithilfe einer Formel.

D. Erklären Sie die Zusammenhänge LK

Betrachten Sie die Graphen in der Abbildung 256.1 S 256.

  1. Wieso wird bei einer konstanten Geschwindigkeit eine konstante Spannung gemessen? Erklären Sie auch mithilfe einer Formel.
  2. Wie können Sie die größe der Spannung beeinflussen?

E. Recherchieren Sie im Metzler S.256 und notieren Sie im Heft LK

1. Wie ist der magnetische Fluss \(\Phi\) definiert?

2. Welche Formel ergibt sich nach der Produktregel der Differentialrechnung für die zeitliche Flussänderung \(\frac{d\Phi}{dt}\)?

3. Wie lautet das Faradaysche Induktionsgesetz?

F. Bearbeiten Sie folgende Aufgaben im Heft LK

  • Metzler Seite 257 A2, A3, A5, A6

26. Kräfte als Ursache der Induktion LK

Für diese Einheit brauchen Sie:

  1. Metzler S. 258-259
  2. Cornelsen S.145
  3. DEMO: Magnet im Kupferstab
  4. DEMO: Pendel mit Wirbelstrombremse

A. Erklären Sie die Zusammenhänge

Recherchieren Sie im Buch und betrachten Sie die Abbildung 258.1 S 258.

1. Berechnen Sie die Induktionsspannung \( U_{ind} \) in der Leiterschleife, die mit der Geschwindigkeit v herausgezogen wird.

2. Zeigen Sie, dass sich diese Spannung aus mit Hilfe der Lorenzkraft \( F_L \) berechnen lässt.

B. Erklären Sie die Zusammenhänge

Recherchieren Sie im Buch und betrachten Sie die Abbildung 258.1 S 258.

  1. Zeigen Sie, dass sich die Spannung in der Spule mithilfe der Lorenzkraft (Spule bewegt sich, Magnetfeld ist konstant) oder mithilfe des Induktionsgesetzes (Magnetfeld ändert sich, Spule ruht) erklären lässt.

C. Schauen Sie sich den Film (noch mal) an.

facultativ Je nach Relativbewegung gibt es für dasselbe Phänomen unterschiedliche Erklärungen. Wie die spezielle Relativitätstheorie das Problem löste können Sie diesem Film entnehmen. Youtube: How Special Relativity Makes Magnets Work

D. Zeichnen Sie in Ihrem Heft

Betrachten Sie die Abbildung 259.2 S 259, den dazugehörigen Text und Film Youtube: Versuch Ringentladungsröhre

  1. Zeichnen Sie die Anorndung der Leiterspule sowie die magnetischen und elektrischen Feldlinien in dem Experiment.
  2. Erklären Sie stichwortartig die Ursache für das Leuchten des Neongases in dem Experiment.

E. Bearbeiten Sie folgende Aufgaben im Heft

  1. Metzler Seite 259 A1
  2. Metzler Seite 259 A2 (Veranschaulichung/ Erklärung der Aufgabe siehe unten)

27. Folgerungen aus dem Induktionsgesetz

Für diese Einheit brauchen Sie:

  1. Cornelsen S.139
  2. DEMO Experiment
  3. Schüler Experiment: Funktionsgeneratoren, Oszilloskope,
  4. Schüler Experiment: Transformatoren
  5. Schüler Experiment: Ringversuch

Themen:

  • Abhängigkeit der Induktionsspannung (Änderung der magnetischen Flusses, Abhängigkeit von Fläche, B-Feld, Winkel)
  • Lorentzkraft
  • Induktive Kopplung: der Transformator (unbelastet)
  • Generator und Motor

28. Selbstinduktion

Für diese Einheit brauchen Sie:

  1. Metzler S 260
  2. Cornelsen S.142 (zweiter Blick oder GK)
  3. Demoexperimente: Ein und Ausschaltvorgänge
  4. Einen Blick wert: Leifi-Physik

A. Beobachten Sie das Experiment

Es wird der Einschalt- und Ausschaltvorgang eines Stromkreises aus Spule und Widerstand betrachtet.

  • Schauen Sie sich den Experimentaufbau in Metzler S260 Grafik 260.1 a) oder in Cornelsen Experimentaufbau 5.10 S143 an.
  • Beobachten Sie, was im Experiment passiert im Video: Experiment Einschalten
  • Zeichnen Sie den Schaltkreis ab und beschreiben Sie Ihre Beobachtung.

LK B. Recherchieren Sie auf Seite 260 in Metzler und überlegen Sie:

Erklären Sie sich selbst die Beobachtung. Wenn Sie in Partnerarbeit sind, erklären Sie Ihrem Parnter die Beobachtung. Zum Verständnis können Sie sich die zwei Videos anschauen.

C. Recherchieren Sie auf Seite 260 in Metzler oder Seite 142 in Cornelsen und notieren Sie im Heft:

  1. Was bezeichnet man als Selbstinduktion?
  2. Leiten Sie die Formel für die Spannung über der Spule U_L her.
  3. Wie lautet die Formel für die Induktivität, das Symbol und die Einheit?
    Für den Grundkurs wird die Betrachtung der DGL nicht verlangt.

LK D. Zeichnen Sie im Heft

  1. Übertragen Sie die Zeichnung 261.1 aus Metzler ins Heft.
  2. Notieren Sie die Lösungen der DGL für den Ein- und Ausschaltvorgang eines LR-Kreises mit den Anfangswerten.
  3. Erklären Sie sich selbst oder Ihrem Partner die Herleitung der DGL und ihre Lösung. Dies werden wir auch noch in der VK besprechen.

LK E. Bearbeiten Sie die Aufgaben aus Metzler im Heft

  • A1 Seite 261
  • A2 Seite 261
  • A3 Seite 261
  • A4 Seite 261

F: Bearbeiten Sie die Aufgabe aus Cornelsen im Heft

  • Aufgabe 8 Seite 147 Cornelsen

29. Energie des Magnetfeldes

Für diese Einheit brauchen Sie:

  1. Metzler S. 262
  2. Cornelsen S. 144

Das Thema ist im Cornelsen viel einfacher erklärt als im Metzler, daher würde ich einen Blick in den Cornelsen empfehlen. Für eine umfassende Betrachtung ist dann die eine Seite Metzler interessant.

A. Notieren Sie im Heft.

  1. Zeichnen Sie den Verlauf der Spannung und der Stromstärke bei Auschaltvorgang eines LR-Stromkreises.
  2. Zeichnen Sie den Verlauf der Leistung bei Auschaltvorgang eines LR-Stromkreises.
  3. Was ist die physikalische Bedeutung der Fläche unter der P(t)-Kurve?

B. Leiten Sie die Formel her

  1. Leiten Sie die Formel für die Energie des magnetischen Feldes aus dem Integral über die Leistung her. Formel im Cornelsen (5.27) udn (5.28)
  2. Wie lautet die Formel für die magnetische Energiedichte (Metzler) und warum?

2. KA Q1 Magnetisches Feld

Thema: "Magnetisches Feld und die EM Induktion"

Der voraussichtliche Inhalt 2022:

Die 2. Kursarbeit behandelt hauptsächlich das magnetische Feld und die elektromagnetische Induktion. Das elektrische Feld bildet für das Thema die Grundlage.

Formelsammlung

Die Verwendung einer Formelsammlung ist erlaubt und wird ausdrücklich empfohlen.

Mechanische Schwingungen

30. Schwingungen

Für diese Einheit brauchen Sie:

  1. Cornelsen S.182
  2. Demoexperimente: Fadenpendel, Federpendel, EM-Schwingkreis, U-Rohr

A. Einstieg in die Demoexperimente

  • Überlegen Sie als erstes: Welche Kenngrößen beschreiben eine Schwingung?
  • Messen Sie die Periodendauer T (Messen Sie die Zeit für 10 Perioden)

B. Hypothesenbildung + Demoexperimente

Bilden Sie Hypothesen zum Ausgang der Experimente. Welche Parameter des Experimentes können Sie variieren und was bewirkt diese Änderung? Benötigen Sie Hilfe?

C. Notieren Sie im Heft:

  • Welche Kenngrößen beschreiben eine Schwingung?
  • Welche Rolle wird der rücktreiben Kraft zugewiesen?
  • Was charakterisiert eine ungedämpfte Schwingung?

D. Übung. Videoanalyse des Federpendels

Untersuchen Sie die Bewegung eines Federpendels mit Hilfe der Videoanalyse. Bestimmen Sie die Frequenz und Periode aus dem Graphen.

31. Die harmonische Schwingung

Für diese Einheit brauchen Sie:

  1. Cornelsen S.183

A Formulieren Sie die Schwingungsgleichung

Formulieren Sie die Schwingungsgleichung für das horizontale Federpendel

B. LK Leiten Sie die Schwingungsgleichung her

Leiten Sie die Schwingungsgleichung am Beispiel eines horizontalen Federpendels her.

C. Notieren Sie im Heft:

Was charakterisiert eine harmonische Schwingung?

D. Übung

Zeichnen Sie die Auslenkung y(t) eines Federpendels in demselben Koordinatensystem

\( 0s \lt t \lt 2 \pi s \) und \(m=1kg, y_{max}=0,05m \) für

  • D=1 N/m
  • D=4 N/m
  • D=9 N/m

E. Videoanalyse eines Federpendels

Bestimmen Sie die Frequenz und die Periode T aus dem Graphen. Modellieren Sie eine Sinus-Funktion, die die Messwerte beschreibt. Bestimmen Sie die Federkonstante D aus der Funktion.

F. Diskutieren Sie

Beschreiben Sie den Verlauf der Kurven in der Abb. 184.2.

32. Das Fadenpendel

Für diese Einheit brauchen Sie:

  1. Cornelsen S.185

A. Schwingungsgleichung des Fadenpendels

  1. Formulieren Sie die Schwingungsgleichung des Fadenpendels
  2. LK Leiten Sie die Schwingungsgleichung des Fadenpendels her
  3. Wann führt das Fadenpendel harmonische Schwingungen aus?
  4. Was bezeichnet man als Eigenfrequenz?

B. Nichtharmonische Schwingungen

Geben Sie Beispiele für nichtharmonische Schwingungen an.

C. Bestimmung der Erdbeschleunigung

  1. Vorüberlegungen: Entwerfen Sie ein Experiment zur Bestimmung der Erdbeschleunigung mit dem Fadenpendel. Überlegen Sie, wie Sie das Experiment am besten aufbauen, damit die Messfehler minimiert werden.
  2. Durchführung: Führen Sie das Experiment durch
  3. Auswertung: Fertigen Sie eine Auswertung an.

33. Energie harmonischer Schwingungen

Für diese Einheit brauchen Sie:

  1. Cornelsen S. 186

A. Leiten Sie die Formel her

  1. Schreiben Sie die Formel für die Gesamtenergie eines Oszillator am Beispiel eines Federpendels auf.
  2. LK Leiten Sie die Formel für die Gesamtenergie eines Oszillator am Beispiel eines Federpendels her.
  3. Zeigen Sie, dass die Gesamtenergie proportional zum Amplitudenquadrat ist.

B. Hausaufgabe

Aufgabe 4 Seite 107

34. LK Schwerependel nochmal und senkrecher Federpendel

Für diese Einheit brauchen Sie:

  1. Metzler S. 114 und S. 115

A. Erklären Sie im Heft

  1. Die Bewegungegleichung eines Fadenpendel kann wie im Metzler auf S. 114 hergeleitet werden. Stellen Sie die Idee in Ihrem Heft dar.
  2. Notieren Sie noch mal die Herleitung aus dem Cornelsen neben an.
  3. Erklären Sie kurz, was das Diagramm 114.2 darstellt.

B. Erklären Sie im Heft

Nach dem wir das horizontale Federpendel gerechnet haben, widmen wir uns dem senkrechten Federpendel, bei dem die Gewichtskraft in Richtung der Bewegung wirkt. Mit Hilfe der Seite 115 in Metzler stellen Sie bitte die DGL für diese Art von Pendel auf.

C. Aufgaben

A.5 S.115 Metzler: Ermitteln Sie die Periodendauer, wenn bei gleicher Masse m zwei Federn mit den Konstanten D1 und D2 aneinandergehängt werden. (Berechnen Sie zuerst die Federkonstante der Kombination.)

D. Besprechung & Klärung der Fragen

  1. Besprechung der Aufgaben
  2. A.7 S.115 Metzler: das U-Rohr

35. Gedämpfte harmonische Schwingungen

Für diese Einheit brauchen Sie:

  1. Cornelsen S. 187
  2. LeifiPhysik
  3. iPads für die Videoanalyse

Demoexperimente

Demoexperimente Präzisierung
Exp1 Gleitreibung Gedämpfte Schwingungen mit Gleitreibung
Exp2 Wirbelstrombremse Gedämpfte Schwingungen mit einer Wirbelstrombremse
Exp3 Luftreibung Gedämpfte Schwingungen mit Luftreibung

A. Messen Sie

  1. Nehmen Sie für die vorgestellten gedämpften Schwingungssystemen A, B und C die zeitliche Auslenkung y(t) auf und stellen Sie die Kurve in einem Diagramm dar. (Videoanalyse mit iPads).

  2. Erklären Sie, welche der Dämpfungskräfte geschwindigkeitsabhängig sind und woran Sie dies erkennen.

  3. LK Erläutern Sie die folgenden Formeln:

    Formel A: \( y_1=y_2-\frac{2 F_R}{D} \)

    Formel B: \( F_R=-bv \)

    Formel C: \( y(t)=y_{max} \cdot cos(\omega't) \cdot e^{-\frac{b}{2m}t} \)

  4. LK Bestimmen Sie bei den geschwindigkeitsabhängigen Dämpfungen die Dämpfungskonstante b und bei den Schwingungen mit konstanter Dämpfung die Reibungskraft F_R

B. Recherchieren Sie zur gedämpften Schwingungen auf LeifiPhysik und im Cornelsen.

  1. Recherchieren Sie über die Frequenz der gedämpften Schwingung bei einer Reibungskraft, die konstant und die proportional zur Geschwindigkeit ist. Wie beeiflußt die Dämpfungskraft die Frequenz? Notieren Sie Ihre Ergebnisse im Heft.
  2. Skizzieren Sie Schwingungsdiagramme für die drei Fälle der geschwindigkeitsabhänigen Dämpfung: schwache Dämpfung (Schwingfall), starke Dämpfung (aperiodischer Grenzfall), sehr starke Dämpfung (Kriechfall)

36. Überlagerung von Schwingungen

Für diese Einheit brauchen Sie:

  1. Cornelsen S. 192-193
  2. Metzler S. 118
  3. iPads
  4. Demo: zwei Stimmgabeln.

A. Demo einer Schwebung

Beschreiben Sie den Versuch mit zwei Stimmgabeln im Heft.

  1. Wann entsteht eine Schwebung
  2. Wie groß ist die Frequenz, mit der die Amplitude schwebt?
  3. Wie groß ist die Frequenz der Überlagerung.

B. Modellieren mit iPads

Modelleieren Sie in Geogebra eine Schwebung aus zwei Sinuskurven. Varieren Sie die Frequenzen, die Phasendifferenz und die Amplituden. Überprüfen Sie die oben genannten Formeln.

C. LK Zeigerdarstellung

Erläutern Sie die Zeigerdarstellung im Bild Metzler 119.1 mündlich.

D. LK Bearbeiten Sie im Heft die Aufgabe

  1. A.3 S.119 Metzler: Berechnen Sie mithilfe der Formel...

37. Fourier-Analyse

Für diese Einheit brauchen Sie:

  1. Cornelsen S. 194
  2. Metzler S. 120
  3. iPads
  4. Gitarre, Stimmgabel, (Monochord, Saxophon, Klavier)

A. Erläutern Sie

  1. Erläutern Sie mündlich das Prinzip der Fourier-Analyse.
  2. Erklären Sie, was wir als Frequenzspektrum bezeichen.

B. Experimentieren Sie mit iPads

Nehmen Sie verschiedene Zeitfunktionen von akustischen Schwingung auf und analysieren Sie ihre Frequenzspektren mithilfe der Fourier-Analyse.

C. Erläutern Sie

  1. Erläutern Sie mündlich die akustische Unschärfe. (Metzler S. 121 ohen Vertiefung)
  2. Notieren Sie die akustische Unschärfe im Heft.

38. Erzwungene Schwingungen

Für diese Einheit brauchen Sie:

  1. Cornelsen S. 189-191
  2. Metzler S. 122
  3. Internetzugang
  4. Film "Tacoma Narrows Bridge"
  5. LeifiPhysik

A. Lesen Sie die Lektion "Erzwungene Schwingungen und Resonanz", Cornelsen S. 189

Notieren Sie in Ihrem Heft:

  • Wie muss die Erregerfrequenz gewählt werden, damit der Schwingkreis mit einer maximalen Amplitude schwingt?
  • Wie nennt man diesen Zustand?
  • Was passiert im Fall einer schwachen Dämpfung bei f_e=f_0?
  • Zeichnen Sie den Verlauf der Amplitude einer erzwungenen Schwingung in Abhängigkeit von der Erregerfrequenz.
  • LK Zeichnen Sie den Verlauf der Phasenverschiebung zwischen Erregerschwingung und erzwungenenr Schwingung. Markieren Sie den Bereich, bei dem die Erregerfrequenz kleiner, gleich und größer als die Eigenfrequenz des Oszillators ist.
  • Welche Kräfte werden auf den Oszillator ausgeübt?
  • LK Stellen Sie die DGL einer erzwungenen Schwingung auf und geben Sie Ihre Lösung an.
  • LK Wie lautet die Bewegungsgleichung der erzwungenen Schwingung für große Zeiten? Welche Frequenz stellt sich ein?

B. LK Beantworten Sie die Fragen im LeifiQuiz mündlich

Üben Sie solange am Leifi-Quiz, bis Sie ein gutes Gefühl für das Thema haben. LEIFI-Quiz "Erzwungene Schwingung"

C. Demo: gekoppelte Pendel.

Ein Spezialfall einer erzwungenen Schwingung stellen die gekoppelten Schwingungen dar. Hier wird die Energie der Schwingung, anhängig von der Kopplungsstärke, zwischen den Oszillatoren hin und her übertragen.

D. Notieren Sie in Ihrem Heft:

  • Zeichnen Sie die zeitliche Auslenkung eines gekoppelten Pendels (Cornelsen S.191).
  • Geben Sie an, wie Sie die Geschwindigkeit der Energieübergabe zwischen den gekoppelten Pendeln erhöhen können.

E. Demo: gekoppelte Metronome

G: Aufgaben

  1. Cornelsen A. 5a,b,c S. 210 3 Messreihen einer erregten Schwingung.
  2. Cornelsen A. 11a S. 211. Resonanz erwünscht und nicht.
  3. Cornelsen A. 21 a S. 211. Schwingungsdauer T aus Diagramm.

39. Aufgaben zu den mechanischen Schwingungen

Für diese Einheit brauchen Sie:

  1. Cornelsen S. 210
  2. Metzler S. 115

A. Bearbeiten Sie im Heft:

  1. Cornelsen A9 S210
  2. LK Metzler A5 S115
  3. LK Metzler A6 S115
  4. LK Metzler A7 S115
  5. Cornelsen A6 und A7 S210

Elektromagnetische Schwingungen

40. Elektromagnetische Schwingungen

Für diese Einheit brauchen Sie:

  1. Cornelsen S. 195
  2. Metzler S. 286
  3. LeifiPhysik

In dieser Einheit beschäftigen wir uns mit dem EM-Schwingkreis. Es gibt drei besondere Ausprägungen dieses Schwingkreises, die wir untersuchen wollen:

  1. Elektromagnetischer Schwingkreis ungedämpft
  2. Elektromagnetischer Schwingkreis gedämpft
  3. Elektromagnetischer Schwingkreis angeregt

A. Demo: der EM-Schwingkreis

B. Elektromagnetischer Schwingkreis ungedämpft

Recherchieren Sie auf Leifi oder in ihren Büchern. Notieren Sie im Heft.

  1. Zeichnen Sie einen Schaltplan eines ungedämpften elektromagnetischen Schwingkreises.
  2. Formulieren Sie die Schwingungsgleichung eines ungedämpften elektromagnetischen Schwingkreises.
  3. LK Stellen Sie die DGL für einen ungedämpften elektromagnetischen Schwingkreis auf und geben Sie ihre Lösung an.
  4. Erläutern Sie mündlich den Ablauf der Schwingung.
  5. Diskutieren Sie mündlich die Analogie zwischen den Physikalischen Größen eines mechanischen und eines EM-Oszillators.

C. Passende Aufgaben

  • A18 S211 Cornelsen
  • LK LA16-PH-LK-B2-EM-Schwingkreis

41. Gedämpfte EM-Schwingungen

Für die heutige Doppelstunde brauchen Sie:

  1. Metzler S. 287-289
  2. Cornelsen S 197-200
  3. LeifiPhysik
  4. Experimentiermaterial: Oszilloskope, Funktionsgeneratoren, Kondensatoren, Spulen, Widerstände

A. LK Recherchieren Sie in der Lektion "Gedämpfte Schwingungen", Cornelsen S 197

Notieren Sie in Ihrem Heft:

  • Bereiten Sie eine Zusammenfasung der mathematischen Beschreibung des gedämpften LC-Oszillators vor.

A. Elektromagnetischer Schwingkreis gedämpft

Recherchieren Sie auf Leifi oder in ihren Büchern. Notieren Sie im Heft.

  1. Zeichnen Sie einen Schaltplan eines gedämpften elektromagnetischen Schwingkreises.
  2. LK Stellen Sie die DGL für einen gedämpften elektromagnetischen Schwingkreis auf und geben Sie ihre Lösung an.
  3. Erläutern Sie mündlich den Ablauf der Schwingung.

B. LK Führen Sie den Versuch 1 in Metzler S. 288 oder das Experiment 6.6 in Cornelsen S.197 durch

Notieren Sie in Ihren Heften:

  • Zeichen Sie die Schaltung.
  • Zeichen Sie das Bild des Oszilloskopes ab.
  • Überprüfen Sie die Gültigkeit der Thomsonschen Gleichung

42. Erzwungene EM-Schwingungen und Resonanz

Für die heutige Doppelstunde brauchen Sie:

  1. Metzler S. 288-289
  2. Cornelsen S 197-200
  3. LeifiPhysik
  4. Experimentiermaterial: Oszilloskope, Funktionsgeneratoren, Kondensatoren, Spulen, Widerstände

A. Elektromagnetischer Schwingkreis angeregt

Recherchieren Sie auf Leifi oder in ihren Büchern. Notieren Sie im Heft.

  1. Zeichnen Sie einen Schaltplan eines angeregten elektromagnetischen Schwingkreises.
  2. LK Stellen Sie die DGL für einen angeregten elektromagnetischen Schwingkreis auf und geben Sie ihre Lösung an.
  3. Erläutern Sie mündlich den Ablauf der Schwingung.

A. LK Führen Sie den Versuch durch

Führen Sie den Versuch 2 in Metzler S. 288 oder Experiment 6.7 in Cornelsen S.198 durch und notieren Sie in Ihrem Heft

  • Zeichen Sie die Schaltung.
  • Zeichen Sie das Bild des Oszilloskopes ab.
  • Bestimmen Sie die Resonanzfrequenz rechnerisch und durch die Aufnahme der Resonanzkurve.
GRUPPENARBEIT

B. Recherchieren Sie im Textabschnitt Verkehrssteuerung, Cornelsen S 189

GRUPPE Auftrag
A Erklären Sie, wie die induktive Zugsicherung funktioniert.
B Eklären Sie, wie die induktionsschleife zur Ampelsteuerung funktioniert.

C. Think-Pair-Share:

A1 und A2 S. 199

43. Aufgabenworkshop LC-Schwingkreise

Für die heutige Doppelstunde brauchen Sie:

  1. Metzler S. 289
  2. Cornelsen S. 204, S. 210-211

A. Bearbeiten Sie im Heft

  • Wählen Sie eine Aufgabe und bereiten Sie eine Präsentation ihrer Lösung vor.

1. KA Q2 - Schwingungen

Thema: "Mechanische und elektromagnetische Schwingungen"

Der Inhalt 2024:

Die erste Klausur in der Q2 behandelt mechanische und elektromagnetische Schwingungen. Wie immer bilden die Inhalte der vorausgegengenen Klausuren die Grundlage.

Was ist besonders wichtig?
  • Was ist eine harmonische Schwingung? Beispiele und Gegenbeispiele.
  • Fadenpendel, Federpendel, EM-Schwingkreis, Kreisfrequenz, Frezuenz, Amplitude, Ruhelage, Schwingungsgleichung, Geschwindigkeit und Beschleunigung.
  • LK Fadenpendel, Federpendel, EM-Schwingkreis, U-Rohr, DGL und Lösung, Kreisfrequenz, Frezuenz, Amplitude, Schwingungsgleichung, Geschwindigkeit und Beschleunigung.
  • Schwingungsdiagramme lesen, Frequenz, Periodendauer und Amplitude ermitteln.
  • Hooksches Gesetz, Federkonstante
  • Energie des schwingenden Systems. Energieformen.
  • Gedämpfte mechanische Schwingungen
  • LK Erzwungene mechanische und elektromagnetische Schwingungen
  • Überlagerung von Schwingungen, Frequenzspektren, Fourieranalyse

Passende Aufgaben

  • A6 S210 Cornelsen - Weg-Zeit-Gesetz einer Schwingung
  • A9a S210 Cornelsen - Federschwinger
  • A16a S210 Cornelsen - Lineares Kraftgesetz
  • A18 S211 Cornelsen - LC Schwingkreis
  • A20 S211 Cornelsen - LC Schwingkreis
  • A21a S211 Cornelsen - Schwingungsdauer aus Diagramm ermitteln

LK Passende Abiturklausuren:

  • LA16-PH-LK-B2-EM-Schwingkreis
  • LA17-PH-LK-A1-U-Rohr.pdf
  • LA17-PH-LK-A2-Pohlsches Drehpendel.pdf

Mein Tipp: Beginnen Sie jetzt mit der Vorbereitung!

Mechanische Wellen

44. Charakteristische Größen

Für die heutige Stunde brauchen Sie:

  1. Cornelsen S. 214

A. Notieren Sie in Ihren Heften:

  • Beschreiben Sie die Entstehung und Ausbreitung einer Welle mithilfe des Systems gekoppelter Oszillatoren.
  • Erklären Sie den Unterschied zwischen Transversal- und Longitudinalwellen.
  • Zählen Sie die Kenngrößen einer Welle auf.

45. Mathematische Beschreibung

Für die heutige Stunde brauchen Sie:

  1. Cornelsen S. 214
  2. Leifi Größen zur beschreibung einer Welle

A. Notieren Sie in Ihren Heften:

  • Wovon hängt die Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Welle ab?
  • Schreiben Sie den Zusammenhang zwischen Ausbreitungsgeschwindigkeit, Wellenlänge und Wellenfrequenz auf und erklären Sie ihn anhand einer Zeichung.
  • Wie lautet die Wellengleichung? Beschreiben Sie alle auftretenden Größen.
  • Zeichnen Sie die Welle als Raum-Diagramm (konstante Zeit) und Zeit-Diagramm (konstanter Raum) und zeichnen Sie die Wellenläge und Zeitperiode ein.
  • Erklären Sie, was man unter einer Wellenfront und einer Wellennormale verstehen.

46. Überlagerung von Wellen

Für die heutige Stunde brauchen Sie:

  1. Cornelsen S. 217
  2. Internetzugang: PHET Simmulation
  3. Leifi Interferenz

A. Recherchieren Sie im Cornelsen S 217 ff und notieren Sie in Ihren Heften:

  • Wie lautet das Superpositionsprinzip und was wird als Interferenz bezeichnet?
  • Wie lauten die Bedingungen für konstruktive und destruktive Interferenzen?
  • Beschreiben Sie die Energieverteilung im Interferenzfeld.

B. Beobachten Sie das DEMO Experiment "Doppelspalt"

  • Beobachten Sie den Doppelspaltversuch. Machen Sie eine kurze Skizze des Aufbaus und dessen, was beobachtet wird. Erklären Sie in wenigen Sätzen, wie es zu einem Interferenzmuster kommt.

C. Informieren Sie sich über die aktive Geräuschunterdrückung ANC

47. Stehende Wellen

Für die heutige Stunde brauchen Sie:

  1. Cornelsen S. 219
  2. Internetzugang

A. Recherchieren Sie im Cornelsen S 219 ff und Leifi

Notieren Sie in Ihren Heften:

  1. Wie entstehen stehende Wellen?
  2. Beschreiben Sie, wo und wann Schwingungsknoten und Schwingungsbäuche entstehen. Fertigen Sie eine Zeichung an.
  3. Was wird in diesem Zusammenhang als Eigenschwingung bezeichnet?
  4. LK Beschreiben Sie den Phasensprung bei der Reflexion am festen und losen Ende
  5. Betrachten Sie das Bild 220.2 Seite 220. Notieren Sie die Wellenlänge einer stehende Welle, die in einem Wellenträger mit 2 festen Enden, mit 2 offenen Enden und mit einem offenen und einem festen Ende schwingen kann. Welche Frequenz gehört dazu? Wie können Sie Frequenz und Wellenlänge ineinander umrechnen?

B. Recherchieren Sie im Textabschnitt Meereswellen, Cornelsen S 220 ff

Bereiten Sie eine kleine Präsentation vor:

  • Erklären Sie die Charakteristika einer Meereswelle.

C. Beobachten Sie das DEMO Experiment "Schwingende Geige"

  • Machen Sie eine kurze Skizze des Aufbaus und dessen, was beobachtet wird. Erklären Sie in wenigen Sätzen das beobachtete Phänomen.

D. Aufgaben aus Leifi Physik

  1. Seilwelle
  2. Zwei Tupfer in der Wellenwanne
  3. Aufstellen der Wellenfunktion 1
  4. Aufstellen der Wellenfunktion 4
  5. Stehende Welle auf einem Draht
  6. *** Spannung einer Stahlsaite
  7. Schwingender Eisenstab
  8. Stehende Schallwelle
  9. Füllen eines Glaszylinders

48. Huygens’sches Prinzip

Für die heutige Stunde brauchen Sie:

  1. Cornelsen S. 221
  2. Leifi Mechanische Wellen

A. Recherchieren Sie im Cornelsen S 221 ff und notieren Sie in Ihren Heften:

  1. Formulieren Sie das Huygens'sche Prinzip
  2. Beschreiben Sie die Phänomene der Beugung, Reflexion und Brechung und erklären Sie sie mit Hilfe des Huygens'sches Prinzips. Wenn nötig, fertigen Sie Zeichungen an.
  3. Leiten Sie das Brechungsgesetz aus dem Huygens'schen Prinzip her.

Brechung

LK B. Recherchieren Sie in Metzler S.328 und beantworten Sie die Fragen:

  1. Welche Folgerungen hat das Brechungsgesetzt für die Ausbreitungsgeschwindigkeit, die Wellenlänge und die Frequenz der Welle in einem Medium?
  2. Wie lässt sich die Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Elektromagnetischen Welle nach der Maxwellschen Theorie berechnen?

  3. Was gilt es zu bedenken bei Berechnung der Ausbreitungsgeschwindigkeit/ bzw. des Brechungsindex bei hochfrequenten EM-Wellen im Bezug auf \( \epsilon_r \)?

49. Die akustischen Wellen

Für die heutige Stunde brauchen Sie:

  1. Cornelsen S. 226
  2. Posaune und iPads mit Apps zur Freuqenzmessung (wenn Vorhanden)

A. Recherchieren Sie im Cornelsen S 226 ff und notieren Sie in Ihren Heften:

  1. Beschreiben Sie, wovon die Geschwindigkeit der Schallwelle in Gasen abhängt

  2. Erklären Sie den Zusammenhnag zwischen der Schallintensität I, dem Schallintensitätsspiegel \( L_I\) und der Lautstärke \(L_N\).

  3. Geben Sie jeweils ein Beispiel für Reflexion, Brechung und Beugung von Schallwellen an.

B. Diskutieren** Sie die Tabelle 7.2 S.227 mündlich

C. Beobachten Sie das Demonstrationsexperiment mit der Posaune.

  1. Messen Sie die Frequenz mit Hilfe der iPads oder Ihrer Smartphones und die Länge der Posaune.
  2. Beschreiben Sie das Experiment in Ihren Heften und werten Sie es aus.

50. Dopplereffekt und Überschall

Für die heutige Stunde brauchen Sie:

  1. Cornelsen S. 231
  2. LeifiPhysik
  3. Video:Doppler-Effekt Karlheinz Meier

A. Frequenzmessung anhand einer Simulation

  1. Folgen Sie dem Lehrervortrag „DOPPLER-Effekt beim Krankenwagen“ auf Seite der LeifiPhysik
  2. Messen Sie die Frequenz (Aufgabe auf LeifiPhysik)

B. Recherchieren Sie im Cornelsen S 231 ff und notieren Sie in Ihren Heften:

  1. Notieren Sie die Formel für die Frequenzverschiebung aufgrund des Dopplereffektes bei einer bewegten Quelle.
  2. Notieren Sie die Formel für die Frequenzverschiebung aufgrund des Dopplereffektes bei einem bewegten Beobachter.

C. Recherchieren Sie im Cornelsen S 231 ff, auf LeifiPhysik und auf Wikipedia und notieren Sie in Ihren Heften:

  1. Erklären Sie sich in Partnerarbeit, wie oft der Überschallknall auf dem Boden wahrgenommen wird.
  2. Erklären Sie sich in Parnterarbeit, wann und ob der Pilot den Überschallknall wahrnimmt. Was passiert, wenn man genau mit Mach 1 fliegt?

D. Sonographie

Wiederholen Sie das Thema Schwebung und https://www.leifiphysik.de/akustik/akustische-wellen/ausblick/doppler-sonographie

2. KA Q2 - Wellen

Thema: "Mechanische Wellen"

Der voraussichtliche Inhalt 2024:

Die zweite Klausur der Q2 behandelt das Thema "Mechanische Wellen". Wie immer bilden die Inhalte der vorausgegangener Klausuren die Grundlage.

Wie sollen Sie vorgehen?

Orientieren Sie sich bitte an den Inhalten dieser Website. Es sind die Lektionen 44 bis 47 + das Brechungsgesetz aus Lektion 48.

Was ist besonders wichtig?
  • Die Wellenfunktion (Aufstellen, Elongation zur gegebenen Zeit und gegebenem Ort bestimmen)
  • Interferenz (Bedingungen für konstruktive und destruktive Interferenzen)
  • Stehende Wellen (Offene und geschlossene Enden, Anzahl der Wellenknoten und Wellenbäuche, Konsequenz für die Wellenlänge passender stehende Wellen, Grundschwingung und Oberschwingungen, Geschwindigkeit - Wellenlänge - Frequenz - Abhängigkeit)
  • Anwendung des Snellsiusschen Brechungsgesetzes

Passende Abiturklausuren:

  • Dieses Jahr wurden keine passenden Abiturklausuren behandelt.

Mein Tipp: Beginnen Sie jetzt mit der Vorbereitung!

Elektromagnetische Wellen

51. Klassische Optik

Für die folgende Stunde brauchen Sie:

  1. Cornelsen S. 264

A. Recherchieren Sie im Buch und notieren Sie

  1. Wie können wir die Lichtgeschwindigkeit messen?
  2. Was besagt das Fermat’sches Prinzip?
  3. Womit lässt sich der Wellencharakter des Lichts belegen?

52. Beugung am Doppelspalt, Gitter und Einfachspalt

Für die folgende Stunde brauchen Sie:

  1. Cornelsen S. 269ff
  2. Demo 1: Beugung am Doppelspalt (Laserlicht und Glühlampe)
  3. Demo 2: Beugung am Gitter (Laserlicht und Glühlampe)
  4. Demo 3: Beugung am Einfachspalt (Laserlicht und Glühlampe) LK
  5. Internetzugang LeifiPhysik

A. Recherchieren Sie im Buch und beobachten Sie das Experiment 1

  1. Beschreiben Sie die Beugung am Doppelspalt.
  2. Notieren Sie die Formel zur Bestimmung der Maxima.

B. Recherchieren Sie im Buch und beobachten Sie das Experiment 2

  1. Beschreiben Sie die Beugung am Gitter.
  2. Notieren Sie die Formel zur Bestimmung der Maxima
  3. Erklären Sie, warum die Maxima des Doppelspaltes und die des Gitter zusammenfallen.
  4. Erklären Sie die Herkunft und die Anzahl (n-2) der Neben-Maximas. Meine Recherche-Empfehlung: www.schule-bw.de

C. Recherchieren Sie im Buch und beobachten Sie das Experiment 3 LK

  1. Beschreiben Sie die Beugung am Einfachspalt.
  2. Notieren Sie die Formel zur Bestimmung der Maxima.

D. Recherchieren Sie im Buch und bereiten Sie sich mündlich vor LK

  1. Beschreiben Sie die Interferenz an dünnen Schichten.
  2. Erklären Sie den Begriff „Kohärenz“.

53. LK Kohärenz

Für die folgende Stunde brauchen Sie:

  1. Cornelsen S.279
  2. Internetzugang

A. Recherchieren Sie im Buch und im Internet und bereiten Sie sich mündlich vor

  1. Beschreiben Sie den Zweck des Kohärenzspaltes. Warum können sonnst unter Umständen keine Interferenzerscheinungen beobachtet werden?
  2. Erklären Sie die Begriffe „zeitliche und räumliche Kohärenz“ sowie die „Kohärenzlänge“

54. Polarisation

optional Für die folgende Stunde brauchen Sie:

  1. Cornelsen S. 276
  2. Demo: Polarisationsfilter hintereinander
  3. Demo: Reflexionen durch Polfilter betrachten

A. Recherchieren Sie im Buch und notieren Sie in Ihren Heften

  1. Was wird als Polarisation bezeichnet?
  2. Wie funktioniert ein Polarisationsfilter?
  3. Polarisation durch Reflexion: Was ist der Brewster Winkel ?

B. Führen Sie die Experimente durch

  1. Demo: Polarisationsfilter hintereinander
  2. Demo: Reflexionen durch Polfilter betrachten

C. Bereiten Sie sich vor, um mündlich zu erleutern

  1. Die Intensität hinter einem Pol-Filter.
  2. Das Gesetzt von Malus.

55. Verschiedene Lichtquellen und ihre Spektren

optional

Für die folgende Stunde brauchen Sie:

  1. Demo 1: Lichtbogen-Lampe
  2. Demo 2: Quecksilber-Dampflampe
  3. Demo 3: Glühfadenlampe
  4. Demo 4: Natrium-Dampflampe
  5. Film: Spectral Lines Demo

A. Beobachten Sie die Experimente 1 bis 4

In Ihren Heften:

  1. Beschreiben Sie den Versuchsaufbau und die Verschiedenen Spektren.
  2. Erklären Sie das Zustandekommen der verschiedenen Spektren. Warum sehen wir manchmal einzelnen Linien und manchmal kontinuierliche Verteilung der Wellenlänge.

B. Schauen Sie den Film an

Erklären Sie, wie das seitliche Bild des Spektrums durch Verschiebung des Gitters entsteht.

56. Radiowellen

Für die folgenden Stunden brauchen Sie:

  1. Cornelsen S. 236ff
  2. Film: Marconi
  3. Film: Herz
  4. Demonstrationsexperiment mit UHF-Sender, Leuchtstofflampe, Empfangsdipol, Lecherleitung (österreichischer Physiker Ernst Lecher, 1856–1926)

A. Notieren Sie in Ihren Heften

  1. Erklären Sie, warum man einen Dipol als einen offenen Schwingkreis betrachten kann.
  2. Bereiten Sie sich vor, um mit den Abbildungen aus dem Buch die Dipolstrahlung zu beschreiben

B. Bereiten Sie die Experimente 7.11 und 7.12 vor und führen Sie diese vor -optional

Notieren Sie in Ihren Heften:

  1. Fertigen Sie ein Kurzes Protokoll der Experimente an
  2. Erklären Sie die Beobachtung

C. Führen Sie die Experimente 7.13 zur Lecherleitung - optional

Notieren Sie in Ihren Heften:

  1. Bestimmen Sie die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Radiowelle (Kurzes Prokoll)
  2. Fertigen Sie ein Protokoll eines weiteren Experimentes Ihrer Wahl zur Lecherleitung und erklären Sie die Beobachtung
  3. Geben Sie an, wie die Eigenfrequenz eines Dipols lautet und erklären Sie woran das liegt.

57. Maxwell'sche Theorie

optional

Für die folgenden Stunden brauchen Sie:

  1. Cornelsen S. 239
  2. Demonstrationsexperiment: Neongefüllte Glaskugel in einer Ringspule

A. Recherchieren Sie im Buch und notieren Sie in Ihrem Heft

  1. Geben Sie die fünf Wesen der EM-Wellen an, die sich aus den Maxwell'schen Gleichungen ergeben.

B. Recherchieren Sie im Cornelsen Seite 242ff zum Thema Eigenschaften von Radiowellen

Diskutieren Sie im Plenum was Sie zur Reflexion, Brechung, Beugung und Interferenz von Radiowellen erfahren haben.

C. Notieren Sie in Ihrem Heft

  1. (Abb. 239.2) Wie sieht die EM-Welle eines Dipols aus? Zeichnen Sie.
  2. Wie wird die Polarisationsrichtung der EM-Wellen angegeben?

D. Bereiten Sie sich vor, um das Experiment 7.17 zu erklären

58. Elektromagnetisches Spektrum

Für die folgende Stunde brauchen Sie:

  1. Cornelsen S. 252

A. Notieren Sie im Heft

  1. Zeichnen Sie einen Zahlenstrahl des elektromagnetischen Spektrums (Wellenlänge/Frequenz).
  2. Benennen Sie die Frequenzbereiche und ordnen Sie den Bereichen verschiedene physikalische Phänomene zu.

THEMEN DER Q12-PHASE: Felder, Schwingungen und Wellen

Impressum

Bei Fragen wenden Sie sich bitte an:

Thomas Pawletko
Heinrich-von-Gagern-Gymnasium
Bernhard-Grzimek-Allee 6-8
60316 Frankfurt am Main
Telefon: 069 212-35150 | Fax: 069 212-40537 | Schulhomepage