Inhaltliche Schwerpunkte der Physikolympiade des Landes

Inhaltliche Schwerpunkte der Physikolympiade des Landes Brandenburg
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Dichte
Kräfte
a) Experimentieren / Protokollieren
b) Dichte: Teilchenmodell, Einheiten (g/cm³, g/l, kg/m³), ρ = m/V
c) Kräfte: Wirkungen, Messung (Federkraftmesser), Einheit (Newton, 1 N), hookesches Gesetz F =D.∆x (D = Federkonstante in
N/m), Gewichtskraft FG = m.g (g = Ortsfaktor in N/kg), Kraftpfeil/-vektor (Angriffspunkt, Richtung, Betrag), Addition und
Zerlegung von Kräften, schiefe Ebene (Hangabtriebskraft FH, Normalkraft FN), Reibungskraft FR = µ.FN (µ =
Reibungskoeffizient)
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Mechanische
Energie und Arbeit
Energieformen (qualitativ: Bewegungs-, Lage-, Spann-, elektrische, chemische Energie), Lageenergie (auch Höhenenergie,
potenzielle Energie) EL = m.g.h, Arbeit (durch die Kraft F übertragene Energiemenge ∆E): W = F.s, Energieerhaltungssatz,
goldene Regel der Mechanik, (mechanische) Leistung P = ∆E/∆t
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Thermische
Energie und
Wärme
a) Aggregatzustände im Teilchenmodell, Temperatur im Teilchenmodell, Temperaturmessung, Temperatureinheiten (°C und
K), spezifische Wärmekapazität c in kJ/kg/K, Wärme Q = m.c.∆T, Mischungstemperatur aus Q1 + Q2 = 0 → m1.c1.(T1 - TEnde) +
m2.c2.(T2 - TEnde)
b) Längen- und Volumenänderung (fest, flüssig, gasförmig) von Körpern bei Temperaturänderung (qualitativ),
Wärmeübertragung (qualitativ) im Teilchenmodell (Wärmeleitung, -strömung, -strahlung)
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Elektrischer Strom
und elektrische
Ladung
a) Anziehung/Abstoßung elektrisch geladener Körpern, Modell elektrische Feldlinie, Modell für Leitungsvorgänge in Metallen
b) Elektrische Energiequellen, elektrischer Strom als bewegte Ladung, elektrische Energiewandler, Wirkungen des elektrischen
Stroms
c) Darstellung von einfachen elektrischen Stromkreisen mithilfe von Schaltsymbolen (Batterie, Glühlampe, Schalter), Reihenund Parallelschaltung von Glühbirnen
d) Stromstärke I = ∆Q/∆t, Spannung U als Antrieb des elektrischen Stroms, elektrischer Widerstand R und ohmsches Gesetz U
= R.I, Widerstandsgesetz R = ρ.l/A (ρ = spezifischer Widerstand in Ω.mm²/m), Widerstand in Abhängigkeit der Temperatur,
Stromstärke und Spannung bei Reihen- und Parallelschaltungen, elektrische Leistung P = U.I = R.I² = U²/R
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a) Magnetfelder
und
elektromagnetische
Induktion
b) Optische Geräte
a) Elementarmagnete, Dauer- und Elektromagnet, Erzeugung von Magneten, Feldlinienbilder, Kraft auf einen
stromdurchflossenen Leiter F = I.l.B (I = Stromstärke in A, l = Leiterlänge in m, B = magnetische Flussdichte in T), Kraft auf
einen bewegten Ladungsträger F = q.v.B, Elektromotor, Induktionsgesetz (qualitativ), Nachweis von Induktionsspannung,
Erzeugung einer Wechselspannung mit einem Generator, unbelasteter Transformator (Aufbau, Funktion und
Spannungsübersetzung U2/U1 = N2/N1)
b) Lichtstrahl als Modell, Reflexions- und Brechungsgesetz, Totalreflexion, Brennweite f und Brennebene von Linsen,
Bildentstehung (Lochkamera, Sammel-/Streuungslinse), Abbildungsmaßstab V = B/G, Strahlensatz bei der Lochkamera B/G =
b/g, Linsengleichung 1/f = 1/g + 1/b, Brechung einfarbigen Lichts am Prisma und Zerlegung weißen Lichts, Farbaddition/substraktion
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a) Gleichförmige
und beschleunigte
Bewegungen
b) Energieumwandlung in
Natur und Technik
a) Grafische Darstellung s(t), Durchschnittsgeschwindigkeit v = ∆s/∆t (in m/s), Momentangeschwindigkeit, geradlinig
gleichförmige Bewegung s = v.t + s0,
b) Diagramme s(t) und v(t) bei Beschleunigungen, Definition der Beschleunigung a = ∆v/∆t (in m/s²), gleichmäßig
beschleunigte Bewegung s = a/2.t² + v0.t + s0 und v = a.t + v0, freier Fall (a = g), Superpositionsprinzip/zusammengesetzte
Bewegungen (waagerechter Wurf, schiefer Wurf) mit den Gleichungen für x(t), y(t), vx(t), vy(t), Gleichung für die Wurfparabel
c) Energieumwandlung in Natur und Technik (qualitativ), mechanische Arbeit W = F.s, Deutung des F-s-Diagramms (Fläche =
Arbeit), kinetische Energie Ek = m.v²/2, Lageenergie Eh = m.g.h, Spannenergie Esp = D.s²/2, Energieerhaltungssatz (quantitativ)
und Energieumwandlung, Leistung P = ∆E/∆t, Wirkungsgrad η = Enutz/Etotal oder η = Pnutz/Ptotal
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a) Newtonsches Axiom F = m.a, Wechselwirkungsprinzip (actio = reactio)
b) Impuls eines Körpers p = mv, Impuls eines System von n Körpern pgesamt = Σ pi, Impulserhaltung bei Vorgänge pvorher = pnachher,
unelastischer Stoß (Herleitung der Formeln für die Geschwindigkeiten), elastischer Stoß (Herleitung der Geschwindigkeiten in
einfachen Fällen), der Kraftstoß ∆p =F.∆t als übertragene Impulsmenge
c) Radioaktivität: Atomaufbau, α-, β-, γ-Zerfälle, Zerfallsreaktionen, Stoffmenge n = m/M, Teilchenanzahl N = n/NA, Aktivität A =
∆N/∆t in Becquerel (1 Bq = 1 Zerfall/s), Halbwertszeit TH, N(t) = N0.(1/2)t/TH, A(t) = A0.(1/2)t/TH
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a) mechanische Schwingungen: , Faden- und Federpendel, Frequenz f und Periodendauer T, Kreisfrequenz ω = 2π.f, Rückstellkraft
F = -D.y, Kleinwinkelnäherung D = m.g/l, Kreisfrequenz ω = √(D/m) bzw. ω = √(g/l), Auslenkung y(t) = ymax.sin(ωt), Geschwindigkeit
v(t) = vmax.cos(ωt), Beschleunigung a(t) = - amax.sin(ωt), Kraft F(t) = m.a(t), vmax = ω.ymax, amax = ω.vmax = ω2.ymax
b) mechanische Wellen: Wellenlänge λ, Ausbreitungsgeschwindigkeit c = λ/T = λ.f, Wellengleichung y(x,t) = ymax.sin[ω(t-x/c)] =
ymax.sin[2π (t/T-x/λ)], Phänomene (Reflexion, Brechung, Beugung, Doppler-Effekt), Huygensches Prinzip (Elementarwelle,
Wellenfront, Einhüllende), Überlagerung von Wellen (stehenden Wellen, Interferenzen), Interferenzen am Doppelspalt
(Gangunteschied δ, konstruktiv δ = k.λ, destruktiv δ = (2k+1).λ/2), Anwendung auf die Wellenoptik
c) Kreisbewegungen
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- Gravitation
- Elektrisches Feld
- Bewegung von Teilchen im E-Feld
- Kondensator
- Magnetisches Feld
- Bewegung von Teilchen im B-Feld
11/2
- Induktion
- Wechselstrom (inkl. Zeigerdiagramm)
- elektromagnetische Schwingungen
- elektromagnetische Wellen
12/1
- Teilchen- und Welleneigenschaften von Quantenobjekten
- Atomphysik
- Röntgenstrahlung
12/2
Kernphysik, Bindungsenergie, Massendefekt