Informationen zum Demo II - TU Darmstadt

Informationen zum
Demonstrationspraktikum II
- Themenvorschläge Das Demo II ist ein Experimentier-Praktikum, in dem die
Experimente zu einer selbst konzipierten Unterrichtsreihe
aufgebaut, eingeübt und präsentiert werden.
Das setzt einige physikalischen Kenntnisse (fachlich und
didaktisch) voraus. Ohne diese Kenntnisse hat die
Teilnahme am Demo II keinen Sinn. Bitte bereiten Sie sich
entsprechend vor!
Demonstrationspraktikum
Akad. Oberrat Erik Kremser
Sebastian Orth
Hochschulstraße 6
64289 Darmstadt
Tel. +49 6151 / 16 20052
Datum:
10.02.2016
Nachfolgend finden Sie einige Themenvorschläge und
Stichpunkte als Vorbereitungshilfe für die auszuarbeitenden
Unterrichtsreihen:
1. Masse und Impuls
o Definition der trägen Masse mit Hilfe des zentralen, unelastischen Stoßes
o Zusammenhang zwischen träger und schwerer Masse (Realisierung der Beziehung
m1v1 + m2v2 = 0 auf der Fahrbahn)
o Impulserhaltungssatz (Bestätigung bei zentralen, elastischen und unelastischen
Stößen, Bestätigung für den Fall, dass zwei Wagen durch Federkraft getrennt
werden, schiefer Stoß)
o Schwerpunktsatz
[1, 2, 3, 4, 5]
2. Wärme, 1. Hauptsatz
o Mechanische Arbeit und innere Energie (Joulescher Topf)
o spezifische Wärmekapazitäten von festen und flüssigen Körpern (z. B. Messung
durch Mischungsversuche oder aus dem zeitlichen Temperaturverlauf beim
Erwärmen)
o Regel von Dulong Petit
o Latente Wärmen (zeitlicher Verlauf der Temperatur beim Erwärmen oder Abkühlen,
Umwandlungspunkte; Bestimmung der spezifischen Schmelzwärme oder der
spezifischen Verdampfungswärme)
o Bestimmung von cV und cP von Gasen
[6, 7, 8, 9]
Seite: 1/6
3. Kraft und Energie
o Definition der Kraft
o Beschleunigung durch eine zeitlich konstante Kraft
(Ermittlung des Weg-Zeit- Gesetzes)
o Kalibrierung einer Schraubenfeder auf der Grundlage
der dynamischen Kraftdefinition (Fahrbahnversuche:
Auslenkung einer Schraubenfeder in Abhängigkeit von
der beschleunigenden Kraft)
o Beschleunigung durch eine Kraft mit konstantem Betrag
(Zentralkraft bei einer Kreisbewegung, Bestätigung der
Formel 𝐹 = 𝑚𝜔% 𝑟)
o Mechanische Arbeit und Energie
o Energieerhaltungssatz der Mechanik
o Energiebilanz bei elastischen und unelastischen Stößen
(z. B. ballistisches Pendel)
o Rotationsenergie (Beschleunigung eines um eine Achse
drehbaren Körpers)
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[1, 5, 6, 10, 11]
4. Zustandsänderungen, Kreisprozesse
o Zustandsgleichung idealer Gase (experimentelle Ermittlung des BoyleMariotteschen Gesetzes und der Gay-Lussacschen Gesetze)
o Dampfdruck (Bestimmung der Dampfdruckkurve von Wasser zwischen Siedepunkt
und Zimmertemperatur und zwischen Siedepunkt und ca. 250 °C)
o Reversible, irreversible Prozesse
o Stirlingscher Kreisprozess (Bestimmung der mechanischen Leistung)
o Reale Gase (Verflüssigung, kritische Daten)
[7, 8, 9, 11]
5. Mechanische Schwingungen und Wellen, Akustik
o Freie Schwingungen, erzwungene Schwingungen, Resonanz
o mechanische Wellen, Wasserwellen, Schallwellen, Huygens-Fresnelsches Prinzip,
Interferenz, Doppler-Effekt.
[9, 12, 13, 14]
Seite: 2/6
6. Molekularkinetische Theorie von Wärmevorgängen
o Atomistische Struktur der Materie (Bestimmung der
Avogadro-Zahl)
o Kinetische Gastheorie
o Energieverteilung (Nachweis der barometrischen
Höhenformel an einem Modellgas)
o Brownsche Bewegung (Bestimmung der BoltzmannKonstante)
o Transportprozesse (z. B. Diffusion oder Wärmeleitung).
Demonstrationspraktikum
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[2, 7, 8, 11]
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7. Geometrische Optik, Strahlung
Datum:
10.02.2016
o Reflexion, Brechung, Dispersion, Abbildung
o Strahlungsgleichgewicht, Emission und Absorption von
Strahlung (Kirchhoffsches Gesetz, Gesetz von StefanBoltzmann
o Die Abnahme der Strahlungsintensität in Abhängigkeit von der Entfernung der
Empfängerfläche von einer punktförmigen Strahlungsquelle
o flächenhafte Strahlungsquelle, Lambertsches Gesetz
o Spektrale Energieverteilung einer Glühlampe
[7, 8, 13]
8. Elektrische Ladung, elektrisches Feld
o Der Begriff der elektrischen Feldstärke (Nachweis der Proportionalität zwischen
Kraft und Probeladung)
o Kräfte zwischen Ladungen (Coulombsches Gesetz)
o elektrische Feldstärke und Potential (Potentialverteilung in elektrischen Feldern,
elektrolytischer Trog)
o Bestimmung von ε0
o Materie im elektrischen Feld (Messung von e)
[15, 16, 17, 18]
Seite: 3/6
9. Elektrische Leitungsvorgänge
o Elektronenvorstellung: e/m-Bestimmung mit dem
Fadenstrahlrohr
o e/m-Bestimmung nach Busch
o Hall- Effekt
o Ionenwanderung
o Faradaysche Gesetze (Bestimmung der Faradayschen
Konstanten)
o Elektrizitätsleitung im Vakuum (glühelektrischer Effekt),
Richardson-Gleichung)
o Elektrizitätsleitung in verdünnten Gasen.
[19, 20, 21, 22]
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10. Magnetfeld, Induktion
o Definition der magnetischen Induktion (Nachweis
𝐹~𝐼 ⋅ 𝑙)
o Ausmessung von Magnetfeldern (gerader Leiter, Spule, Hohlleiter) mit Hall-Sonde
oder Testspulen
o Materie im Magnetfeld (Hysteresis)
o Induktionsgesetz, Lenzsche Regel (Herleitung der Beziehungen: 𝑈-./ = −𝑛
o Selbstinduktion und Energie des Magnetfeldes
o Schwingkreis (Anregung eines elektrischen Schwingkreises,
Stromstärke in Abhängigkeit von der angelegten Frequenz)
/2
/3
Messung
)
der
[13, 15, 16, 17]
11. Elektronische Schaltungen
o Bauelemente (Dioden, Transistoren u. a.)
o digitale und analoge Schaltungen (Verstärker, Regelung, Logik)
[6, 23, 24, 35]
12. Wellen und Quanten
o Spektren
o Lichtelektrischer Effekt, Bestimmung von h, Photoelement
o Umwandlung von elektrischer Energie in Licht (spektrale Verteilung der Emission
einer Lumineszenz-Diode)
o Energiequantelung (Franck-Hertz- Versuch)
o Materiewellen, Unschärferelation
o Röntgenstrahlen, Braggsche Reflexion, Resonanzabsorption
[13, 25, 26, 27, 33, 34]
Seite: 4/6
13. Elektromagnetische Wellen, Wellenoptik
o Entstehung und Ausbreitung (Ausmessung eines
Dipolfeldes, Lichtgeschwindigkeit)
o Eigenschaften (Interferenz und Beugung, Bestimmung
der Wellenlänge von Zentimeterwellen).
Demonstrationspraktikum
[12, 13, 14, 17, 28]
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14. Wechselstrom
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o Gesetze des Wechselstromkreises, induktiver und
kapazitiver Widerstand, Leistung (RC, RL in Abhängigkeit
von der Frequenz, Reihen- und Parallelschaltung der
verschiedenen
Widerstände,
Phasenbeziehungen,
Messung elektrischer Energie, Wattmeter)
o Elektrische Maschinen: Generator, Motor.
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[16, 17, 23, 29]
15. Festkörper
o Kristalle (Herstellung, Modellversuche)
o Aufbau (Feldelektronenmikroskop, Röntgenstrukturanalyse),
(lineare Kette, Luftkissentisch)
o Absorption, Photoleitung, Farbzentren
o magnetische Eigenschaften.
Modellversuche
[13, 30, 31, 32, 33]
Seite: 5/6
Literatur:
(Schulbücher)
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[18]
[19]
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[22]
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[29]
[30]
[31]
[32]
[33]
[34]
[35]
Dorn, Physik Oberstufe M
Höfling, Physik Bd. II, Teil 1
Gross-Berhag, Mechanik
Harbeck/Krause, Grundlagen der Mechanik
Kuhn, Physik III A
Kuhn, Physik Bd. I
Dorn/Bader, Physik Oberstufe W
Kuhn, Physik III B, Thermodynamik und Statistik
Vieweg, Physik Bd. 2
Vieweg, Physik Bd. 1
Schreiner, Physik für die Sekundarstufe II, und
Mechanik und Thermodynamik (Teil 1)
Kuhn, Physik III D
Schreiner, Physik S II, Teil 2
Kuhn, Physik Bd. II
Schröder, Felder
Dorn/Bader, Physik E
Kuhn, Physik III C
Vieweg, Physik, Band 3
Pientka, Das Elektron
Ruth, Freie Elektronen und Ionen
Schröder/Schulte, Elektrische Leitungsvorgänge
Pientka, Leitungsvorgänge in Metallen und Halbleitern
Höfling, Physik II, Teil 2
Albrecht/Faber, Elektronik mit Bauelementen
Kuhn, Physik III E
Höfling, Physik Bd. II, Teil 3
Brockmeyer, Röntgenstrahlen im Unterricht
Dorn/Bader, Physik Oberstufe 0
Dössel, Wechselstrom
Schreiner, Anschauliche Quantenmechanik
Bang, Lochhaas, Pagnia, Festkörperphysik
Keller, Wachstum und Aufbau der Kristalle
Köperth, Lumineszenz
Dorn/Bader, Physik Oberstufe A
Kreß, Digitale Elektronik und Computer
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