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Bayern Abitur Physik

Abitur · ISB BayernPhysik노트 51개, 폴더 13개, 334 KB

cookie가 만든 ISB Bayern Abitur Physik 복습 노트 51개예요. 과정의 주제에 따라 13개 섹션으로 구성돼요.

Notes in German for the Bavarian Abitur in Physics (G9 LehrplanPLUS, Jahrgangsstufen 11 to 13, erhöhtes Anforderungsniveau), in folders for each of the plan's content areas in its order, from circular motion and oscillations to fields, induction, electromagnetic waves, quantum physics and nuclear physics. Each note has the ideas, the equations with their symbols and units, and worked examples. Delete any folder you don't need once the notes are yours.

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포함된 내용

  • Kreisbewegung
    • Kinematik der Kreisbewegung5 KB
    • Zentripetalkraft und Gravitation8 KB
  • Schwingungen und Wellen
    • Mechanische Schwingungen7 KB
    • Mechanische Wellen4 KB
    • Superposition, Interferenz und stehende Wellen6 KB
    • Licht als Welle und als Photon5 KB
  • Astronomische Weltbilder
    • Vom geozentrischen zum heliozentrischen Weltbild7 KB
    • Das moderne Weltbild des Universums6 KB
  • Spezielle Relativitätstheorie
    • Postulate, Gleichzeitigkeit und Zeitdilatation6 KB
    • Längenkontraktion und Gültigkeitsbereich der klassischen Mechanik5 KB
  • Energieversorgung
    • Reversible und irreversible Vorgänge, Energieentwertung, Wirkungsgrad6 KB
    • Energiequellen, Energietransport und Nutzwertanalyse8 KB
  • Elektrische und magnetische Felder
    • Elektrisches Feld, Coulombkraft und Superposition7 KB
    • Potential, Spannung und Feldanalogien7 KB
    • Kondensator und Dielektrikum7 KB
    • Auf- und Entladung eines Kondensators5 KB
    • Geladene Teilchen im elektrischen Feld und relativistische Mechanik6 KB
    • Magnetfeld und magnetische Flussdichte7 KB
    • Lorentzkraft und Bewegung geladener Teilchen im Magnetfeld5 KB
    • Geschwindigkeitsfilter, Massenspektrometer, Hall-Effekt und Teilchenbeschleuniger7 KB
  • Induktion und Schwingungen
    • Induktionsgesetz und Wechselspannung6 KB
    • Selbstinduktion und Schaltvorgänge am RL-Glied6 KB
    • Elektromagnetischer Schwingkreis6 KB
    • Gedämpfte und erzwungene Schwingungen, Resonanz8 KB
    • Wechselstromkreise, Zeigerdiagramme und Frequenzfilter8 KB
    • Technische Anwendungen der Induktion5 KB
  • Elektromagnetische Wellen
    • Hertz'scher Dipol, Nahfeld und Maxwellgleichungen5 KB
    • Eigenschaften elektromagnetischer Wellen, Polarisation und Mikrowellen7 KB
    • Interferenz am Doppelspalt, Zeiger und Kohärenz6 KB
    • Mehrfachspalt, optisches Gitter und Spektren7 KB
    • Beugung am Einfachspalt6 KB
    • Bragg-Bedingung, Röntgenstrahlung und elektromagnetisches Spektrum9 KB
  • Grundideen der Quantenphysik
    • Elektronenbeugung und de-Broglie-Wellenlänge6 KB
    • Photonen und lichtelektrischer Effekt7 KB
    • Quantenobjekte im Doppelspalt und im Mach-Zehnder-Interferometer7 KB
    • Wellenfunktion, Komplementarität, Unbestimmtheit und Messprozess6 KB
    • Quantenradierer, Nicht-Lokalität, Dekohärenz und Quantenphysik in Technik und Gesellschaft9 KB
  • Ein Atommodell der Quantenphysik
    • Eindimensionaler Potentialtopf5 KB
    • Weitere Potentiale, Orbitale und das Wasserstoffatom8 KB
    • Mehrelektronenatome, Spektren und Röntgenspektrum7 KB
    • Franck-Hertz-Versuch6 KB
  • Aufbau der Materie
    • Methoden der Strukturuntersuchung und Standardmodell7 KB
    • Röntgenstrukturuntersuchung: Beugung, Fluoreszenz und Synchrotronstrahlung6 KB
  • Kernphysik
    • Massendefekt und Bindungsenergie5 KB
    • Kernmodell, Zerfallsarten und Stabilität8 KB
    • Energie- und Impulsbilanzen, Nuklidkarte und Erhaltungssätze8 KB
    • Zerfallsgesetz, Aktivität und Altersbestimmung6 KB
    • Nachweis von Strahlung, Dosis und Strahlenschutz9 KB
    • Kernspaltung und Kernreaktor8 KB
  • Experimentelles Arbeiten
    • Messunsicherheiten, Messabweichungen und Auswertung8 KB
    • Informationsübertragung mit Licht5 KB

첫 번째 노트

Kreisbewegung / Kinematik der Kreisbewegung

Beschreibung mit Periode und Frequenz

Bei einer gleichförmigen Kreisbewegung durchläuft ein Körper eine Kreisbahn mit dem Radius rr und gleichbleibendem Betrag der Geschwindigkeit. Die Zeit für einen vollen Umlauf heißt Periodendauer TT, die Anzahl der Umläufe je Sekunde Frequenz ff:

f=1T f = \frac{1}{T}

Die Einheit der Frequenz ist 1 Hz=1 s−11\,\mathrm{Hz} = 1\,\mathrm{s^{-1}}. Angaben in Umdrehungen pro Minute rechnet man um: 60 min−160\,\mathrm{min^{-1}} entsprechen 1 Hz1\,\mathrm{Hz}.

Bahngeschwindigkeit und Winkelgeschwindigkeit

In einem Umlauf legt der Körper den Weg 2πr2\pi r zurück. Der Betrag der Bahngeschwindigkeit ist daher

v=2πrT=2πrf v = \frac{2\pi r}{T} = 2\pi r f

Die Geschwindigkeit hat in jedem Punkt die Richtung der Tangente an die Kreisbahn, steht also senkrecht auf dem Radius.

Um Größen der geradlinigen Bewegung auf die Kreisbewegung zu übertragen, ersetzt man den zurückgelegten Weg ss durch den überstrichenen Winkel φ\varphi im Bogenmaß. Ein Winkel im Bogenmaß ist das Verhältnis von Kreisbogen bb zu Radius, φ=b/r\varphi = b/r, und hat die Einheit 1 rad=11\,\mathrm{rad} = 1; ein voller Umlauf entspricht φ=2π\varphi = 2\pi. Wie aus v=s/tv = s/t die Geschwindigkeit wird, so definiert man die Winkelgeschwindigkeit

ω=ΔφΔt=2πT=2πf \omega = \frac{\Delta\varphi}{\Delta t} = \frac{2\pi}{T} = 2\pi f

mit der Einheit rad/s=s−1\mathrm{rad/s} = \mathrm{s^{-1}}. Bei konstanter Winkelgeschwindigkeit gilt φ(t)=ω t\varphi(t) = \omega\, t für einen Start bei φ=0\varphi = 0. Weil der Bogen zum Winkel φ\varphi die Länge rφr\varphi hat, hängen beide Geschwindigkeiten zusammen:

v=ω r v = \omega\, r

Alle Punkte einer rotierenden starren Scheibe haben dieselbe Winkelgeschwindigkeit, aber außen liegende Punkte haben die größere Bahngeschwindigkeit.

Die Zentripetalbeschleunigung

Obwohl der Betrag von v⃗\vec v konstant bleibt, ändert sich seine Richtung ständig. Die Geschwindigkeit ändert sich also, und der Körper wird beschleunigt. Die Richtung der Beschleunigung ergibt sich aus der Änderung Δv⃗=v⃗2−v⃗1\Delta\vec v = \vec v_2 - \vec v_1 über ein kurzes Zeitintervall Δt\Delta t: Die beiden Geschwindigkeitspfeile haben gleiche Länge vv und schließen den Winkel Δφ\Delta\varphi ein, und der Differenzpfeil zeigt zum Kreismittelpunkt.

Für kleine Δφ\Delta\varphi ist der Betrag von Δv⃗\Delta\vec v gleich dem zugehörigen Kreisbogen im Geschwindigkeitsdiagramm, also Δv=v Δφ\Delta v = v\,\Delta\varphi. Damit wird

az=ΔvΔt=v ΔφΔt=v ω a_\mathrm{z} = \frac{\Delta v}{\Delta t} = v\,\frac{\Delta\varphi}{\Delta t} = v\,\omega

Setzt man v=ωrv = \omega r oder ω=v/r\omega = v/r ein, erhält man die Zentripetalbeschleunigung, die stets zum Mittelpunkt zeigt:

az=ω2r=v2r=4π2rT2 a_\mathrm{z} = \omega^2 r = \frac{v^2}{r} = \frac{4\pi^2 r}{T^2}

Die Zentripetalbeschleunigung steht senkrecht auf der Bahngeschwindigkeit. Sie ändert deshalb nur die Richtung, nicht den Betrag der Geschwindigkeit.

Beispiel

Ein Karussell mit dem Radius r=3,0 mr = 3{,}0\,\mathrm{m} braucht für einen Umlauf T=8,0 sT = 8{,}0\,\mathrm{s}. Dann gilt

ω=2π8,0 s=0,785 s−1,v=ωr=2,36 ms \omega = \frac{2\pi}{8{,}0\,\mathrm{s}} = 0{,}785\,\mathrm{s^{-1}}, \qquad v = \omega r = 2{,}36\,\mathrm{\frac{m}{s}}
az=ω2r=(0,785 s−1)2⋅3,0 m=1,85 ms2 a_\mathrm{z} = \omega^2 r = (0{,}785\,\mathrm{s^{-1}})^2 \cdot 3{,}0\,\mathrm{m} = 1{,}85\,\mathrm{\frac{m}{s^2}}

Dasselbe Ergebnis liefert v2/r=(2,36 m/s)2/3,0 m=1,85 m/s2v^2/r = (2{,}36\,\mathrm{m/s})^2 / 3{,}0\,\mathrm{m} = 1{,}85\,\mathrm{m/s^2}. Eine Person in einer Gondel am Rand des Karussells erfährt also eine Beschleunigung von etwa einem Fünftel der Fallbeschleunigung.

Analogie zur geradlinigen Bewegung

Die Größen der Kreisbewegung entsprechen denen der Bewegung längs einer Geraden. Die Gleichungen haben dieselbe Form, solange ω\omega konstant ist.

Geradlinige BewegungKreisbewegung
Weg ss in m\mathrm{m}Winkel φ\varphi in rad\mathrm{rad}
Geschwindigkeit v=Δs/Δtv = \Delta s/\Delta tWinkelgeschwindigkeit ω=Δφ/Δt\omega = \Delta\varphi/\Delta t
s=v ts = v\,tφ=ω t\varphi = \omega\,t
Geschwindigkeit vv in m/s\mathrm{m/s}v=ωrv = \omega r in m/s\mathrm{m/s}

Die Analogie zeigt sich später wieder bei den Schwingungen: Die Projektion einer gleichförmigen Kreisbewegung auf eine Gerade ist eine harmonische Schwingung, und die Winkelgeschwindigkeit entspricht dort der Kreisfrequenz.

Zusammenhang mit Zeigern

Läuft ein Punkt mit der Winkelgeschwindigkeit ω\omega auf einem Kreis mit dem Radius y^\hat y, so ist seine Höhe über der Mittellage y(t)=y^sin⁡(ωt+φ0)y(t) = \hat y \sin(\omega t + \varphi_0). Dieser umlaufende Pfeil, der Zeiger, wird bei Schwingungen, Wellen und Wechselstrom immer wieder verwendet; die Länge des Zeigers ist die Amplitude und der Winkel gegen die Achse die Phase.

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