Facharbeit Themen
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THEMENVORSCHLÄGE ZUR FACHARBEIT (GK und LK)1 MECHANIK Der schiefe Wurf - Versuche mit einer Spielzeugpistole Vergleich verschiedener Methoden zur Messung der Fallbeschleunigung - Messung von g Auswertung von Fall- und Stoßversuchen (Versuche aus der Kinematik) mit Hilfe von Stroboskopaufnahmen Einfache Stoßversuche mit Kugeln - Theoretische Grundlagen, Anwendungen auf das Kugelstoßpendel Untersuchung des Dehnungsverhaltens von Drähten Untersuchung von physikalischen Phänomenen (Erzwungene Schwingung, Kopplung, Phasenverschiebung usw.) bei einem Federpendel, einem Fadenpendel bzw. einem Drehpendel - Auswertung mit Rechnerunterstützung Überlagerung von Schwingungen bei parallelen und bei senkrechten Schwingungsebenen (Simulation mit dem Computer) Untersuchung mechanischer Kippschwingungen - Theoretische Herleitung und experimentelle Bestätigung Bestimmung der Viskosität einer Flüssigkeit mit der Kugelfall-Methode bzw. mit einem Rotationsviskosimeter Theoretische und experimentelle Untersuchung der Abhängigkeit des Überdrucks in einer Seifenblase von deren Radius und Bestimmung der Oberflächenspannung (19.IPHO) Ermittlung von Auftriebs- und Luftwiderstandskräften eines Stromlinienkörpers Untersuchungen im Windkanal Warum fliegt das Flugzeug ? - Untersuchungen an einem Modell Vergleich verschiedener Methoden der Geschwindigkeitsmessung Physikalische Grundlagen der Rakete - Bau eines Modells Lösung und Interpretation der allgemeinen Raketengleichung - Simulation mit dem Computer Behandlung von Trägheitskräften in rotierenden Bezugssystemen mit komplexen Zahlen Versuche mit einfachen Modellen Betrachtung der Bewegung einer frei rollenden Kugel auf einer horizontal rotierenden Scheibe Steinerscher Satz und Reversionspendel Bau eines Gerätes zur Demonstration der Drehimpulserhaltung Entwicklung eines Versuchsaufbaus zur Auswertung von Fahrbahnversuchen mit Hilfe eines Computers Darstellung von Phänomenen in einer Überschallströmung mit Hilfe einer Schlierenoptik Ein- und zweidimensionale Stöße - Auswertung von Stroboskopaufnahmen Ein- und zweidimensionale Stöße - Theorie, Simulation mit dem Computer Verallgemeinerung des Hagen-Poiseuilleschen Gesetzes - Anwendung auf die Strömung gasförmiger Medien Messung von Strömungswiderständen mittels einer Drehwaage 1 Quelle: ISB Bayern 1 Der Bumerang - Physikalische Grundlagen, Beobachtungen an einem selbstgebauten Modell Experimente mit Dehnungsmeßstreifen (Theorie, experimenteller Nachweis) Erzwungene Schwingungen - Kopplung von Schwingkreisen (Theorie, Experimente aus der Mechanik und der Elektrizitätslehre) Bewegung in Zentralkraftfeldern - Zwei- und Mehrkörperprobleme (Theorie und Computersimulation) Der Steinersche Satz (Theorie, experimenteller Nachweis und Anwendungen) Untersuchungen am Maxwellschen Rad Gleiten und Rollen auf der schiefen Ebene (Theorie, experimenteller Nachweis) Bernoullische Gleichung (Theorie, experimenteller Nachweis) Ermittlung von Strömungswiderständen an selbstgebauten Modellen Berechnung und experimentelle Bestimmung von Trägheitsmomenten einfacher geometrischer Körper Verschiedene Methoden zur Messung der Zentralkraft (Theorie, experimenteller Nachweis) Nachweis der Erddrehung mit einem Foucaultschen Pendel Konstruktion eines Fahrrads nach aerodynamischen Gesetzen mit Hilfe des Computers Bestimmung der Fallbeschleunigung mit Hilfe eines Reversionspendels Beobachtungen an Chladnischen Klangfiguren Aufnahme von Lissajous - Figuren Resonanz bei mechanischen Schwingungen - Demonstration der Phasenverschiebung Rückkopplung: Beispiele aus dem Alltag, Bau eines Modells mit Handsteuerung bzw. mit automatischer Steuerung Theoretische Grundlagen der Raumfahrt - Computersimulation Die Corioliskraft - Voraussetzungen für ihr Auftreten, praktische Auswirkungen demonstriert an einfachen Versuchen Mechanik des ausgedehnten festen Körpers (Drehmoment, Trägheitsmoment, Steinerscher Satz, Anwendung beim Kreisel, Kreiselpräzession) Experimentelle Untersuchungen zum Reibungswiderstand in Flüssigkeiten und in Luft Qualitative Abhängigkeit der Reibungskraft von der Art der Flüssigkeit, der Geschwindigkeit und der Form des Körpers Versuch der Bestätigung des Stokesschen Gesetzes für kugelförmige Körper Physikalische Grundlagen des Segelfliegens - Versuch einer Zusammenstellung der wichtigsten physikalischen Beziehungen, die das Segelfliegen ermöglichen (kleine Experimente qualitativer Art) Versuche mit der Wellenwanne: Zusammenfassung der Grundversuche zur Ausbreitung, Reflexion, Brechung, Interferenz und Beugung - Untersuchungen über günstige Wasser - und Eintauchtiefen - Darstellung der Versuchsergebnisse durch photographische Aufnahmen Freie Bewegung im System Erde/Mond : Darstellung der physikalischen Grundlagen, rechnerische Ermittlung von Bewegungsabläufen bei unterschiedlichem Ausgangsort und unterschiedlicher Ausgangsgeschwindigkeit und Darstellung des Bewegungsablaufes mit Hilfe der Computergrafik Fall und Wurfbewegung mit Luftwiderstand 2 Computerlösung der zugehörigen Bewegungsgleichungen mit graphischer Darstellung der gewonnenen Ergebnisse im Vergleich zu der Bewegung ohne Luftwiderstand Die Bestimmung der Gravitationskonstanten mit der Drehwaage: Beschleunigungs- und Endausschlagmethode Überlagerung zweier Schwingungen (Doppelpendel auf Platte mit Aufzeichnungstrommel) Bau und Beschreibung des Modelles einer hydraulischen Presse Untersuchung von Oberflächenform und Druckverteilung in einer rotierenden Flüssigkeit Bau einer Drillachse; Messung sowie Berechnung von Trägheitsmomenten Gesetzmäßigkeiten der Rotation von Körpern um starre Achsen und ihre experimentelle Verifizierung Torsionsmessungen an runden Metallstäben im elastischen und plastischen Bereich Grundlegende Erscheinungen in strömenden Flüssigkeiten und Sichtbarmachung des Strömungsverlaufes mit Hilfe einer selbstgebauten Strömungswanne Untersuchungen der Druckverhältnisse in stationären, laminaren Strömungen von Flüssigkeiten und Gasen Messung der Stoßzeit von Stahlkugeln Kräfte und Momente bei Skibindungen Messung der Druckverteilung und der Druckpunktwanderung Die "harmonische Schusserbahn" Flugleistungsmessung und Herstellung eines Sollfahrtgebers zur Leistungssteigerung im Segelflug Die Aerodynamik des Segels - Modellversuche im Windkanal Gekoppelte Pendel: Herstellung eines Modells, Vorhersage der Bewegungsabläufe, Vergleich mit dem Experiment Überlagerung von Schwingungen paralleler und senkrechter Schwingungsebenen (Computerprogramm) Der Luftdruck: barometrische Höhenformel; Messung des Luftdrucks mit Hilfe verschiedener Anordnungen Untersuchung des freien Falles unter Berücksichtigung der Luftreibung Untersuchung einer nichtlinearen Federpendelschwingung Die Physik des Wasserstrahls Das Gravitationspotential zweier Planeten - veranschaulicht am Beispiel Erde-Mond (Computerprogramm) 3 AKUSTIK Bau eines Ultraschallgebers - Experimente mit Ultraschall, Anwendungen in der Technik Physikalische Untersuchung der schwingenden Saite - Darstellung am Monochord Tonerzeugung durch Lippenpfeifen - Anwendungen im Orgelbau Messung der akustischen Resonanzen eines Raumes Vergleich verschiedener Methoden zur Bestimmung der Schallgeschwindigkeit (in Luft oder einem anderen geeigneten Medium) - Computerunterstützte Messung Das Resonanzverhalten von Glocken Grundversuche zur elektronischen Klangerzeugung Bau eines Schallpegelmeßgerätes und Untersuchungen zur Lärmmessung in der Schule Bestimmung der Schallgeschwindigkeit in Flüssigkeiten Bestimmung der Schallgeschwindigkeit in Festkörpern Anwendungen elektromagnetischer Schwingungen in der Musik Darlegung der wichtigsten Beziehungen zwischen Akustik und Schwingungslehre Demonstration an einem selbstgebauten elektronischen Orgelteil Die physikalischen Grundlagen der Elektrogitarre Experimentelle Untersuchungen zur Schwingungserzeugung und -übertragung Prinzip und Geschichte der synthetischen Tonerzeugung - Bau einfacher Demonstrationsmodelle Der Lautsprecher als gedämpfter Oszillator - Theorie und Experiment Interferenzversuche mit Schall- und Ultraschall Schallinterferenzen (z.B. "Flüstergalerie", Modellversuche) Physik der Chordophone - Bau einfacher Modelle Der Dopplereffekt - Darstellung in Theorie und Experiment Dopplereffekt bei Reflexion von Schallwellen an einem bewegten Reflektor (Messung von Geschwindigkeiten) Untersuchung der Saitenschwingungen bei einer Geige Funktionsprinzipien elektronischer Schalldämpfer - Bau eines Modells 4 ELEKTRIZITÄTSLEHRE UND MAGNETISMUS Die Kapazität eines Plattenkondensators in Abhängigkeit von seiner Geometrie - Vergleich von Theorie und Experiment Physikalische Grundlagen des Rundfunkempfängers - Bau eines einfachen Empfängers Die Wechselfeldumlademethode als Spezialform des Millikanversuchs zur Bestimmung der Elementarladung Der Halleffekt - Grundlagen, Anwendungen, Modellversuche Bestimmung der Elementarladung - Vergleich verschiedener Verfahren Der Spannungsverlauf im Primärkreis eines Funkeninduktors Wirkungsweise des Induktionszählers - Bau eines Modells Das Oszilloskop - Aufbau und ausgewählte Experimente Die Funktionsweise des Schwarzweiß-Fernsehempfängers (mit Experimenten zum Unterricht) Darstellung der Widerstände im Wechselstromkreis mit komplexen Zahlen - Vergleich von Theorie und Praxis an einer selbstgebauten Schaltung Die Energie des elektrischen und magnetischen Feldes; Messung mit Hilfe eines thermoelektrischen Kalorimeters Ausbreitung elektromagnetischer Wellen - Beschreibung und Bau eines MW-Senders und MW-Empfängers Verhalten von Stoffen in magnetischen Feldern - Aufnahme einer Hysterese Ausmessung von Magnetfeldern mit einer selbstgebauten Hallsonde Das Verhalten einer realen Spule im Wechselstromkreis - Vergleich von Theorie und Experiment Zeitliches Verhalten von Strom und Spannung beim Laden und Entladen von Kondensatoren Vergleich von Theorie und Experiment Computerprogramm zur Simulation der Flugbahn bewegter, geladener Teilchen in elektrischen und magnetischen Feldern Experimente mit einem Spiegelgalvanometer Berechnung von Potentialfeldern mit einem Computer und Bau von Styropormodellen Lissajous-Figuren (Therorie und Experiment, Computermodelle) Bau eines einfachen Drehspiegelmagnetometers und Messung magnetischer Momente Magnetfelder von Spulen in Helmholtzanordnung (Theorie und Messungen an selbstgebauten Modellen) Magnetfeld eines geraden Leiters: Überlagerung mit homogenen Feldern (Theorie und Experiment) Bau einer Stromwaage bzw. Spannungswaage (Theorie und Experiment) Das Gesetz von Biot-Savart - Theorie und experimentelle Überprüfung (z.B. mit dem Drehspiegelgalvanometer) Der Linearbeschleuniger (Theorie und Bau eines einfachen Modells) Der Zeeman-Effekt (Theorie und experimenteller Nachweis) Das Prinzip des elektromagnetischen Schwebens (Theorie und Modell) 5 Simulation der Bewegung von Alpha-Teilchen und Elektronen im elektrischen Feld eines Atomkerns Aufbau von Schwingkreisen mit Hilfe von Gyratoren - ausgewählte Experimente Der Transistor (Aufbau und Wirkungsweise; charakteristische Eigenschaften von Basis-, Emitter- und Kollektorschaltung, Aufnahme einer Kennlinie) Versuche zur Elektrizitätsleitung in Flüssigkeiten Bau und Erklärung der Funktion einer zweistufigen NF-Transistorverstärkerstufe Der Dreiphasenwechselstrom unter dem Aspekt seiner Geschichte - Experimente zur Erzeugung und Anwendung Bau und Beschreibung eines Wechselrichters Messungen der relativen Dielektrizitätskonstante mit verschiedenen Methoden Bestimmung der Äquipotentiallinien verschiedener Ladungsverteilungen Verschiedene Methoden zur Messung der Stärke des Erdmagnetfeldes Resonanz von enggekoppelten Schwingkreisen Elektrische Kippschwingungen - Theorie und Versuche mit Glimmlampen Äquipotentialflächen bei zwei elektrischen Punktladungen - Theorie, Berechnungen mit einem Computer, Bau von Potentialgebirgen aus Styropor Die Ausbreitung elektromagnetischer Wellen im Kurzwellenbereich Elektromagnetische Wellen in Zweidrahtkabeln/Koaxialkabeln - Theorie und Versuche Das Spiegelgalvanometer: Aufbau, ballistische Eichung, Bestimmung der ballistischen Konstanten, Vergleich von zwei Methoden der ballistischen Eichung - Berechnung einer Galvanometerskala Beschreibung der Wirkungsweise eines "Strom-Zählers" und Bau eines Modells Informationsübertragung durch Modulation (Prinzip, Begründung der Notwendigkeit der Modulation, Erläuterung von Amplituden- und Frequenzmodulation, Demonstration im Experiment) Das Phänomen der Wirbelströme (Theorie, Bau eines Grundgerätes zur Demonstration, quantitative Versuche mit dem Grundgerät) Bestimmen der spezifischen Ladung e/m von Elektronen nach Busch und mit dem Fadenstrahlrohr Bestimmung der Elementarladung nach Millikan: Gleichfeldmethode, Wechselfeldmethode, Umlademethode; Vergleich der Methoden hinsichtlich Aufwand und Genauigkeit; Versuchsauswertung und graphische Darstellung der Ergebnisse mit Hilfe eines Computers Messung des elektrischen Feldes der Erde (Bau einer geeigneten Versuchsanordnung) Der Linearmotor (Grundlagen, Bau eines funktionsfähigen Modells) Messung und Deutung des Potentialverlaufs in einer Gasentladungsröhre in Abhängigkeit vom Druck Kondensator und Spule im Wechselstromkreis (Paralell-, Serienresonanz, reale Spule im Wechselstromkreis, Frequenzfilter) Untersuchung und Vergleich verschiedener Messungsmöglichkeiten bei Spannungsstößen Bau eines elektronischen Integrators und Untersuchung des Induktionsgesetzes in integraler Form 6 Behandlung von Wechselstromwiderständen mit komplexen Zahlen - Vergleich von Theorie und Praxis an Hoch-, Tief- und Bandpass Stehende Wellen - Theorie, Vergleich von stehenden elektromagnetische Wellen (Lechersystem) mit stehenden mechischen Wellen (Kundtsche Röhre) Überlagerung von Schwingungen - Theorie und praktische Demonstration am Oszillographen mit photographischer Aufnahme von Schwingungsbildern Meßbrücken für Widerstand-, Induktivitäts- und Kapazitätsmessung - Bau und Erläuterung von einfachen Schaltungen Gedämpfte mechanische und elektromagnetische Schwingungen - Experimentelle Untersuchung und theoretische Behandlung Entwicklung der Elektrizitätslehre im 19. Jahrhundert - Nachbau von historischen Orginalversuchen Aufnahme von Hystereseschleifen - Bau eines Hystereseschreibers Die 1. Maxwellsche Gleichung - Eine experimentelle Untersuchung mit dem magnetischen Spannungsmesser nach Pohl Bestimmung des Plankschen Wirkungsquantums mit Lumineszenzdioden Computerprogramm zur Darstellung von elektrischen Feldern und Äquipotentiallinien Gefahren des elektrischen Stromes im Haushalt - Bau eines Demonstrationsgerätes zur Veranschaulichung der Gefahren und zur Funktionsweise entsprechender Sicherheitsvorrichtungen Untersuchungen bei selbständiger und unselbständiger Gasentladung Nachweis des Coulombgesetzes mit Hilfe einer selbstgebauten Versuchsanordnung - Ausblick auf die sich qualitativ ergebenden Änderungen durch die Verwendung von Kugeln anstelle von Punktladungen Induktionsversuche mit einer rotierenden Spule im Erdmagnetfeld Der Stromkreis von Boucherot - Paradoxon der Wechselstromtechnik Bestimmung des Erdmagnetfeldes mit Hilfe eines Spiegelgalvanometers Bestimmung der Kapazität einer Kugel gegen eine Metallplatte Die Hysterese-Schleife: Verschiedene Eisenlegierungen - Ausmessung mit dem Spiegelgalvanometer - Messung an selbstbewickelten Ringkernen - Hysterese an nicht geschlossenen Eisenkernen - Hysterese an geblätterten Eisenkernen im Unterschied zu nichtgeblätterten Eisenkernen Messungen am elektrolytischen Trog - Aufnahme von elektrischen Feldern Das Elektronenstrahl-Oszilloskop als Meßgerät (Theorie; Messung von Phasenverschiebungen und Frequenzen; dynamische Kennlinienbestimmung bei einer SiDiode, einer Zenerdiode und bei Ladungsvorgängen an einem Kondensator; Kennlinienfeld eines pnp-Transistors, Kennlinie eines Varistors) Magnetfelder stromdurchflossener Leiter - Vergleich von Theorie und eigenen Messungen Die Bahn einer Probeladung im Feld zweier Punktladungen - eine näherungsweise Darstellung auf Bildschirm und Drucker Berechnung und Messung von zweidimensionalen Potentialen Bau und Einsatz einer Meßanordnung zur experimentellen Bestätigung des Durchflutungsgesetzes 7 Anwendungen der Induktion in der Technik - Aufbau von Modellversuchen (z.B. Indusi, Verkehrsregelung, Tonabnehmer) Das Funktionsprinzip des MHD-Generators - Bau eines Modells Navigation mit Hilfe von elektromagnetischen Wellen - Theorie, Anwendung, Modellversuche Massenspektrograph nach Thomson - Theorie und Versuch zur Bestimmung des Zuckergehalts von Lösungen Der Transformator im belasteten und unbelasteten Zustand - Vergleich von Theorie und Experiment Messung von Ladungen und Kräften an pendelförmig aufgehängten Kugeln Experimentelle Bestimmung der absoluten Permeabilität durch zwei unabhängige Methoden. B-Feldmessung mit einer Hallsonde - Dynamische Entwicklung des Feldes einer langen Spule Messung des inneren Widerstandes und der Leistungsbilanz bei verschiedenen handelsüblichen Batterietypen unterschiedlicher Preisklassen Der Halleffekt und seine Anwendung zur Strommessung Untersuchung der Potential-, Feldstärke- und Ladungsverteilung einer selbständigen Gasentladung Funktions- und Anwendungsbeschreibung von Spannungsvervielfachern in Kaskadenschaltung sowie bau- und meßtechnische Untersuchung eines funktionsfähigen Demonstrationsmodelles Der thermoelektrische Effekt - Bau einer Thermosäule und Nachweis ihrer Funktionsfähigkeit Der piezoelektrische Effekt - Untersuchungen an einem selbstgezüchteten Seignettesalzkristall Berechnung und Zeichnung von elektrischen Feldlinien und Äquipotentiallinien mit einem Computer - Experimentelle Überprüfung Zündanlagen bei Verbrennungsmotoren - Modell einer Transistor- bzw. Thyristorzündung Verschiedene Arten der Messung des Deklinations- und Inklinationswinkels des magnetischen Erdfeldes Realisierung der Amperedefinition im Experiment Elektrizitätsleitung im Hochvakuum und in Metallen - Bau eines Schaukastenmodells Messung der Dielektrizitätskonstanten von Flüssigkeiten Temperaturabhängigkeit elektrischer Widerstände - Aufnahme von Kennlinien Weißsche Bezirke und ihre Sichtbarmachung Experimentelle Bestimmung von Dielektrizitätskonstanten mittels eines elektromagnetischen Schwingkreises Physikalische Grundlagen der Leitfähigkeitseigenschaften von Halbleitern - Aufnahme von Kennlinien Bestimmung der Leitfähigkeit von Elektrolyten 8 ELEKTROMAGNETISCHE STRAHLUNG - O P T I K Holographie - Darstellung der Grundlagen und Herstellung von einfachen Hologrammen Messung des Brechungsindex von Luft bzw. anderen Gasen mit einem MichelsonInterferometer Untersuchung des optischens Verhaltens dünner Kunststoffolien Messung der Dicke von dünnen lichtdurchlässigen Schichten (u.a. Seifenblasen) Photographische Aufnahmen und deren Auswertung Bestimmung des Polarisationsgrades von teilpolarisiertem Licht Herstellung eines optischen Gitters - Interferenzversuche Untersuchung der Intensitätsverteilung bei optischen Beugungs- und Interferenzversuchen Versuche zur Spannungsoptik - Herstellung eines Satzes spannungsoptischer Modelle (passend zum Hebelgesetz der Mittelstufe) Phototrope Gläser - Theorie und eigene Beobachtungen Grundlagen von Lichtwellenleiter, Lichtmodulation - Nachrichtenübertragung mit Laserstrahlen Fernsehaufnahme- und Wiedergabetechnik Versuche mit Mikrowellen an einem Modellkristall Tonfrequenz-Modulation von Laserlicht Versuche mit dem Michelson-Interferometer (mit Laserlicht) Strahlungsgesetze der Temperaturstrahler - Theorie und Experiment Optische Nachrichtenübertragung - Bau eines Demonstrationsmodells Stereographische Bilder - Demonstration anhand eines selbstgebauten Strahlenteilers Ausmessung eines Röngtenspektrums - Theorie, Bau einer Antriebsvorrichtung Messungen mit einer Solarzelle - Theorie, Experimente zum Wirkungsgrad Interferenz von Licht an dünnen Schichten, Newtonsche Ringe - Theorie, Auswertung von Beobachtungen Aufnahme von optischen Spektren im UV- und IR- Bereich Polarisation des Lichtes - Theorie, praktische Anwendungen, Auswertung eigener Beobachtungen Beugung am Einfach- und Doppelspalt und am Gitter - Theorie, Experiment und Computersimulation Blende und Brennweite bei der Kleinbildphotographie Simulation von Interferenzbildern am Computer Abhängigkeit des Interferenzbildes von der Spalt- und Stegbreite des Gitters - Theorie und Experiment Die Lochkamera - Beugung an kreisförmigen Öffnungen, eigene Aufnahmen Nachrichtenübertragung mit Licht - Erklärung von Leuchtdiode, Fotodiode, Fotowiderstand; Bau von Lichtsender und Lichtempfänger Aufnahme von Kennlinien eines aus Photoelement und Meßgerät bestehenden Photometers Das Lambert-Beersche Gesetz - Absorption von Licht durch Materie 9 Überlegungen und Computersimulation zur Lichtkonzentration durch Zylinderflächen im Hinblick auf die Anwendung in Sonnenkollektoren Überlegungen und Computersimulation zu den Eigenschaften von Frensel-Linsen Eichung eines Spektrometers mit Hilfe von bekannten Spektrallinien - Wellenlängenmessung, Untersuchung des Sonnenlichts Computerprogramm zur Berechnung und zu graphischen Darstellungen von Interferenzerscheinungen am n-fach Spalt und Variation der bestimmenden Größen Beugungserscheinungen am Draht - Photographische Aufnahmen und deren Auswertung Interferenzerscheinungen an dünnen Schichten - Photographische Aufnahmen und deren Auswertung Goethes Farbenlehre - Zusammenfassende Behandlung; Durchführung und Beschreibung einiger Orginalexperimente, Wertung der Experimente nach dem heutigen Stand physikalischer Erkenntnis Mehrkanallichttelefonie mit Farbfiltern Kirlianfotographie - Theorie und Praxis Erzeugung und Anwendung von Laserlicht - Theorie und ausgewählte Versuche Optoelektronische Messung der Lichtgeschwindigkeit Ausmessung von Emissionsspektren mit Hilfe eines selbstgebauten Fabry-PerotInterferometers Spektroskopie - Aufnahme von Spektren verschiedener Haushaltslampen (mit der Sofortbildkamera) und Messung der Energieabstrahlung Interferenzen in einer Seifenlamelle mit Dickenbestimmung bei verschiedenen Seifenlösungen Jamin-Interferenzen - Bau eines einfachen Interferometers für Laserlicht Bau und Beschreibung eines Stroboskops Erklärung der Wirkungsweise eines Lasers und Untersuchung von schwingenden Lautsprechermembranen mit Laserstrahlen Physikalische Erklärung von Naturerscheinungen (Regenbogen, Abendrot, Himmelsblau, Nordlicht, etc.) Optoelektronische Entfernungsmessung mit IR-Licht und Schallwellen Messung der optischen Aktivität von Zuckerlösungen Eigenspannungsprobleme bei der Herstellung von Modellen für spannungsoptische Untersuchungen Dopplereffekt mit Licht und seine Bedeutung - Bau einer Versuchsanlage und Auswertung Intensitätsverteilung bei der Beugung am Einfachspalt und am Mehrfachspalt - Photometrische Ausmessung und Darstellung des Intensitätsverlaufs mit einem X-Y-Schreiber Erzeugung von polarisiertem Licht durch Reflexion - Photometrische Messung Herstellung und Auswertung von Laue - Aufnahmen Theorie und experimentelle Aufnahme eines Single-Beam-Hologramms Funkenspektralanalytische Untersuchung von Zinn-Blei-Legierungen Untersuchung der Abhängigkeit der Brechungsindizes bei Gasen vom Gasdruck Geschwindigkeitsmessung mit dem Laser (Lichtradar) 10 Photographische Registrierung von Bewegungsabläufen Bestimmung der Dicke von Drähten mit Hilfe des Lasers - Auswertung von Interferenzbildern 11 STATISTISCHE PHYSIK, THERMODYNAMIK Simulation der Boltzmann-Verteilung bzw. der Fermi-Dirac-Verteilung an einem Computer Diffusion im linearen Medium - Simulation mit einem Computer Messung des Wärmedurchgangswiderstandes an verschiedenen Materialien Theorie und Anwendung des thermoelektrischen Effektes Vergleich verschiedener Möglichkeiten der Temperaturmessung Aufbau und Betriebsweise eines Sonnenkollektors - Bau eines Modells Simulationsmodell zur kinetischen Gastheorie Experimentelle Überprüfung der Gasgleichungen mit dem "Glasmantelgefäß" Experimentelle Bestimmung von cp und cv Das Gesetz von Stefan Boltzmann - Bestimmung der Solarkonstanten Kreisprozesse und ihre Realisierung in der Technik Wärmeleitung in einer ruhenden Flüssigkeit Verfahren zur Temperaturmessung bei tiefen Temperaturen Bestimmung des Planckschen Wirkungsquantums aus dem Wienschen Strahlungsgesetz Ein Modellexperiment zum Versuch von Stern Die Wärmepumpe - Bau eines funktionsfähigen Modells Der Stirlingmotor als Wärmekraftmaschine - Bau eines Modells Funktionsweise eines Haushaltskühlschranks - Auswertung eigener Messungen Das Thermoelement - Theorie, Bau, Eichung, Anwendungen Die adiabatische Zustandsänderung eines idealen Gases - Messung von x Experimentelle Bestimmung der Avogadro-Konstanten - verschiedene Methoden/Vergleich von Theorie und Experiment Bau von p-V-T Zustandsfächen (zerlegbar) für ein ideales Gas bzw. ein reales einatomiges Gas Der Carnotsche und der Stirlingsche Kreisprozeß - Versuche mit dem Heißluftmotor Windenergie und ihre praktische Nutzung - gezeigt an einem Modell Experimentelle und theoretische Untersuchungen der Wärmeleitung in einem Metallstab bei stationärer und nicht-stationärer Wärmeströmung mit Ausblick auf die Bedeutung solcher Untersuchungen für die Wärmeisoliertechnik Die Brownsche Molekularbewegung; stroboskopische Aufnahme eines Modellversuchs und deren Auswertung Ein Modell zur kinetischen Gastheorie mit dem Kleincomputer Bestimmung der Geschwindigkeitsverteilung in einem Modellgas Simulation der Geschwindigkeitsverteilung in einem idealen Gas Die Temperaturstrahlung und ihre Gesetzmäßigkeiten - Messungen an einem schwarzen Strahler Wirkungsgradbestimmung am Heißluftmotor Die Solarkonstante und ihre Bedeutung - Messung der Solarkonstanten 12 Druck als Folge von Einzelstößen (Computersimulation) Mischungstemperaturen und Abkühlung von Flüssigkeiten (Computersimulation) Die direkte Nutzung der Sonnenenergie - Versuche mit Flachkollektoren Die Thermodynamik des Ottomotors - Theorie, Abschätzungen am realen Motor Berührungslose Aufnahme von Temperaturprofilen heißer Oberflächen mit Hilfe einer infrarotempfindlichen Diode Bestimmung der Boltzmann-Konstante aus der Brownschen Bewegung in Flüssigkeiten 13 ATOM - UND KERNPHYSIK Membranschwingungen als Modell für Wellenfunktionen im Wasserstoffatom (Analogieversuche) Modellversuche zur Bragg-Reflexion von Röntgenstrahlen an einem Kristallgitter Der Franck-Hertz-Versuch (Optimierung; andere Füllgase) Das Modell des linearen Potentialtopfes - Analogieversuche Vergleich von Möglichkeiten zur Bestimmung der Atomgröße Der Versuch von Lenard - Aufbau und Auswertung eines Analogieversuches Simulation des radioaktiven Zerfalls mit Hilfe eines Computers Der Versuch von Taylor - Theorie, experimenteller Nachweis mit photographischen Aufnahmen bei Laserstrahlinterferenzen Simulation der Bewegung von Alpha-Teilchen und Elektronen im elektrischen Feld eines Atomkerns Absorption und Emission von Licht - Ermittlung und Deutung von Spektren Einführung in die Grundlagen der modernen Elementarteilchenphysik Simulationsexperiment zur Demonstration der Rutherfordstreuung von Alpha-Strahlung Radiologische Einheiten: Messungen und Beispiele aus dem Alltag Messung der radioaktiven Kontamination von Stoffproben Der radioaktive Zerfall in einem Gemische von mehreren radioaktiven Stoffen - Theorie und Computersimulation Bewegungsabläufe in Zentralfeldern, simuliert auf einem Computer: Planeten- und Satellitenbewegung; Rutherfordstreuung Die Unschärferelation am Beispiel des Doppelspaltes - Theorie und Experiment Bestimmung des Planckschen Wirkungsquantums mit Schulgeräten - Vergleich von Methoden; Optimierung von Verfahren Experimentelle Bestimmung des Planckschen Wirkungsquantums mit Hilfe der Zündspannungserniedrigung einer Glimmlampe Bestimmung des Planckschen Wirkungsquantums nach Duane-Hunt Die experimentelle Bestimmung des Planckschen Wirkungsquantum aus der kurzwelligen Grenze des Röntgenbremsspektrums Messung der Gewindigkeitsverteilung und des Absorptionsverhaltenvon ß - Strahlung bei einem Radiumpräparat Simulation des radioaktiven Zerfalls mit Hilfe von Ausflußröhren Aufnahme eines Betaspektrums Der Comton-Effekt - Theorie und Versuche zum Einfluß des Streumaterials Numerische Lösung der zeitunabhängigen eindimensionalen Schrödingergleichung für einfache Potentiale und ihre physikalische Deutung Bau eines tragbaren Geiger-Müller-Zählers - Vergleichsmessungen Modellversuch zur Drehkristallmethode von Bragg mit selbstgebautem Kristallmodell (Styropor mit Alu-Plättchen) 14 Messung der spezifischen Ladung von Alphateilchen Röntgenstrahlen und ihre meßbare Wirkung auf Menschen Untersuchung mit Röntgenfluoreszenzstrahlung - Anordnung der Elemente im Periodensystem nach steigenden Atommassen oder Kernladungen Wellenlängenmessung von Röntgenstrahlung mit Hilfe der Bragg-Reflexion - Bau eines "Kristalls" für Mikrowellenstrahlung und Durchführung des Braggschen Versuchs mit Mikrowellen Der Davisson-Germer-Versuch - Durchführung und Auswertung eines Versuchs zur Elektronenbeugung; vergleichende Darstellung des Orginalversuchs Die Absorption von Gamma-Strahlung Die Kernbindungsenergie - Darstellung durch ein Modell Der Nachweis radioaktiver Strahlung mit Ionisationsdetektoren - Bau eines Spitzenzählers Entstehung von Interferenzbildern gemäß der Quantenmechanik - Computersimulation Untersuchen von Spektren mit Szintillationszähler und Vielkanal-Analysator Absorptionsmessungen mit einem selbstgebauten Sekundärelektronenvervielfacher Registrierung und Energiemessung von Ó-Strahlung mit Hilfe eines selbstpräparierten Halbleiterdetektors Beobachtung und Auswertung mikrophysikalischer Prozesse mit Hilfe einer DiffusionsNebelkammer Experimenteller Nachweis des Elektronenspins Versuche zur Dosimetrie mit dem Schulröntgengerät Untersuchung einfacher Linienspektren - Bestimmung der Rydbergkonstante Dosimetrie und Dosismessung mit schuleigenen Geräten 15 RELATIVITÄTSTHEORIE Simulationen zum relativistischen Zeit- und Längenvergleich und zur Lorentztransformation (Foliensatz bzw. Computersimulation) Entwicklung unserer Anschauung von Wesen und Konstitution der Lichtstrahlen - Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit Wirkungsweise und Anwendung des Radarverfahrens - Versuche mit Mikrowellen Anleitung zum Aufbau und zur Durchführung der Versuche zur Messung der Lichtgeschwingkeit nach Foucault und Michelson Entfernungsmessung mit optischen und akustischen Signalen - Modellversuche mit Ultraschall Versuche zum Dopplereffekt mit Ultraschall (Geschwindigkeitsradar) Das Michelson-Morley Experiment in der Relativitätstheorie Aufbau eines Interferometers Methoden zur Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit - Experiment mit dem Drehspiegel ASTRONOMIE Der Swing-by-Effekt, erklärt anhand der Voyager-Mission (mit Computerprogramm) Historische Entwicklung der Entfernungsmessung in der Astronomie - mit Modellversuchen Die Urknallhypothese als Standardmodell zur Erklärung des Anfangs der Welt Der Energiehaushalt der Sonne Sternentstehung und Sternentwicklung, Spätphasen der Sternentwicklung Entwurf und Aufbau einer Horizontalsonnenuhr für den Schulgarten Bedeutung der Spektralanalyse in der Astronomie - Beobachtungen mit einfachen Mitteln Bestimmung der Rotationsperiode der Sonne mit Hilfe der Sonnenfleken Die Lebensgeschichte von Fixsternen Versuch einer übersichtlichen Darstellung moderner Erkenntnisse Erstellung eines Computerprogramms zur Berechnung und graphischen Darstellung von Planeten- und Satellitenbahnen (Simulation von Satellitenbahnen) Bewegung in Zentralkraftfeldern - Simulation des Zweikörperproblems mit dem Computer Bau eines Kleinplanetariums Simulation und Registrierung der Bedeckungsveränderlichen eines Doppelsterns im Modellversuch Falschfarben-Satellitenbilder - Physikalische Grundlagen, Anwendungsbeispiele Bestimmung der synodischen Umlaufzeiten der vier hellsten Jupitermonde Versuch zu Lichtkurven von Bedeckungsveränderlichen - Bau eines Modells und Auswertung Bau eines gekrümmten Sonnenspiegels Berechnung scheinbarer Planetenpositionen mit dem Halbschrittverfahren 16 MESSWERTERFASSUNG-COMPUTEREINSATZ Differentialgleichungen in der Physik - Numerische Lösungen Bau eines Analog-Digital-Wandlers (bzw. Digital-Analog-Wandlers) Entwicklung eines Versuchsaufbaus zur Auswertung von Fahrbahnexperimenten mit Hilfe eines Computers Aufbau einer rechnergesteuerten Temperaturwerterfassung für die meteorologische Station des Schulgartens Entwurf, Konstruktion und Eichung eines elektronischen Niederschlagsmessers Drucksensoren oder Hallsensoren und ihre Beschaltung (mit Experiment) Bau eines Speicheroszilloskops (z.B. C 64) - ausgewählte Versuche Der Operationsverstärker als linearer Verstärker von Kleinstspannungen (Spannungsverstärkung 100-, 500-, 1000-fach) Computerplotprogramm zur Simulation der Beugung am Spalt, Doppelspalt und am Gitter Simulation der Funktionsweise eines Stirling-Motors auf dem Computer Simulation einer Mondlandung Steuerung eines Fahrzeuges mit dem Computer Simulation der Abläufe in einem Teilchenbeschleuniger, in einem Massenspektrographen bzw. beim Franck-Hertz-Versuch mit dem Computer Simulation der Kometenbewegung im Planetensystem mit dem Computer Gasballonflug (Computersimulation) 17 ELEKTRONIK Bau eines regelbaren, spannungsstabilisierten Netzgerätes mit dem Operationsverstärker 741 Bau eines elektronischen Thermometers Bau einer elektronischen Meßsonde für Vakuum Der Operationsverstärker und seine Anwendung in Regelkreisen Frequenzkonstanz von Hochfrequenz-Oszillatoren Der Transistor - Bestimmung der Kennlinie, Grundschaltungen Meßverfahren und Versuche mit dem Transistor-Dipmeter Der Feldeffekttransistor - Theorie und Anwendungen im Versuch Der Thyristor - Theorie und Anwendung im Versuch A-D Wandlung zur Sprachanalyse RC-Generatoren - Multivibratorschaltungen, Wien-Brücke, Phasenschieber Filter - RC-, RL- und LC-Glieder als Hoch- und Tiefpaß, Bau eines Klangreglers Vergleich von Triode und Transistor - Aufbau, Funktion, einfache Schaltungen Idealer und realer Verstärker - Grundbedingungen, Verstärkungsfaktor, Frequenzgang, Übertragungskennlinie, Gegenkopplung, invertierender und nichtinvertierender Verstärker, Realisierung mit einem Operationsverstärker Der Operationsverstärker als Meßverstärker (1) : Plan mit Erläuterungen, Bemessung und Bau eines Millivoltmeters und eines Vielfachmeßgerätes für Gleich- und Wechselspannungen (10 MOhm Eingang, kurzschlußsicher) Der Operationsverstärker als Meßverstärker (2): Plan mit Erläuterungen, Bemessung und Bau eines Vielfachmeßgerätes für Gleich- und Wechselströme (1 Ohm Innenwiderstand) und eines Ohmmeters mit linearer Skala Pendelaudion - Audionschaltung (einstellbare Rückkopplung), Pendelrückkopplung, Selbstbau mit Erläuterungen (KW- oder UKW-Bereich) Sperrschicht-Feldeffekt-Transistor (FET) - Aufbau und Wirkungsweise, Vergleich mit der Wirkungsweise einer Triode, Aufnahme von Kennlinienfeldern, einfache Schaltungen mit FETs (Verstärker, Empfänger) Isolierschicht-Feldeffekt-Transistor (MOS-FET) - Aufbau und Wirkungsweise, Aufnahme von Kennlinienfeldern und Wahl eines Arbeitspunktes, Vergleich von C-Mos-FETs mit StandardMOS-FETs in einfachen Schaltungen Optoelektronische Bauelemente - Phototransistor, Leuchtdiode, Photowiderstand, Aufbau und Wirkungsweise, einfache Grund- und Anwendungsschaltungen Verwirklichung logischer Grundfunktionen mit Hilfe von Dioden, Transistoren und Operationsverstärkern Thyristor und TRIAC - Aufbau und Wirkungsweise, Anwendungen, Bau einfacher Schaltungen (z.B.: Dimmer, Gleichrichter,..) Strom- und Spannungsstabilisierung - Spannungsstabilisierung mit Transistor und Z-Diode, Bau und Erläuterung eines einfachen Netzgerätes mit einstellbarer Spannung und Strombegrenzung Schaltalgebra und ihre Realisierung in physikalischen Schaltgattern, Aufbau eines einfachen Zählers Theorie von Halbleitern und Anwendung bei Oszillatoren, Anwendungsbeispiel aus der 18 Musikelektronik Theorie und Praxis von Tonfrequenzsteuerungen beim Modellbau Verwendung eines Analog/Digitalwandlers in einem Spannungsmeßgerät Integrator- und Differenzier-Schaltungen - Physikalische Grundlagen - Selbstbau mit elektronischen Bausteinen - Darstellung einiger Beispiele mit ausgewählten Funktionen (Oszilloskop-Aufnahmen) Der Thermistor - Aufbau, Kennlinien, Temperaturanzeige mit einer thermistor-gesteuerten Meßbrücke Grundbausteine des Computers - Erläuterung und Aufbau in Relaistechnik Funktionsprinzip und Bau eines Niederfrequenzverstärkers Bau und Eichung einer Torsionsdrehwaage; Messung kleiner elektrostatischer Kräfte Bau und Erklärung eines Gleichspannungsnetzgerätes mit niedriger Welligkeit Erstellung eines Modells zur Simulation der Pupillenreaktion mit Erklärung des Regelungsprinzipes im Unterschied zu Steuerungsvorgängen Entwicklung einer elektronischen Schaltung zur Herstellung von Hochgeschwindigkeitsphotos mit Erläuterung der damit verbundenen physikalischen Probleme Bau und Beschreibung einer drahtlosen Wechselsprechanlage Bau eines Digitalthermometers und Beschreibung seiner Wirkungsweise Erstellung einer Versuchskartei für Schülerübungen im Fach Elektronik Einsatzmöglickeiten des Operationsverstärkers in Schülerversuchen Kapazitätsbestimmung mit Hilfe einer monostabilen Kippstufe Bau eines Schaltpultes zur Lichtsteuerung leistungsstarker Scheinwerfer Prinzip der Proportionalfernsteuerung - mit Modell Erzeugung von Kippschwingungen mit modernen Halbleiterelementen Einsatz eines Leistungstransistors zur Spannungsstabilisierung und Rückkoppelung im 1 HzSchwingkreis Bau einer Lichtschranke zur Kurzzeitmessung Bau eines Zeitzeichenempfängers und Erstellung eines geeigneten Programms zur Auswertung Der Analog/Digital-Wandler und sein Einsatz in einem Selbstbau-Speicheroszilloskop Die Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit mit der Impulsmethode - Bau eines Gerätes für den Einsatz im Unterricht Sprachübertragung mit Infrarotlicht Bau eines einfachen Peilempfängers für das 80 m Band Bau eines Rückkopplungsempfängers für Mittelwelle mit Feldeffekttransistor Das Zeitmultiplexverfahren in der Elektronik Die Zenerdiode - Aufbau, Anwendungsbeispiele, Messung des differentiellen Widerstandes in einer Brückenschaltung Die Zweipunktregelung - Bau einer Beleuchtungsregelschaltung Signalverformung in RC- und RL-Gliedern - Theoretische Behandlung mit komplexen Zahlen und experimentelle Überprüfung 19 Bau und Betrieb einer Rahmenantenne für Kurzwelle Aufbau und Funktionsweise des Equalizers Digitale Erzeugung periodischer Impulsformen - Bau eines frei programmierbaren Funktionsgenerators Bau von aktiven Filtern mit Operationsverstärkern Untersuchung elektrischer Kippschwingungen Untersuchungen zu Mikrowelleneffekten mit Hilfe eines Gunn-Oszillators 20 ÜBERGREIFENDE THEMEN Strom aus der Sonne - Grundlagen der Photovoltaik, Anwendungen im Haushalt (mit Experimenten) Die Newtonsche Mechanik im Alltag - Videoanalyse ausgewählter Bewegungsabläufe Physik auf dem Volksfest - Theorie und Auswertung von eigenen Messungen Xerographie - Ein physikalisch-technisches Verfahren zur Herstellung von Kopien; Theorie und Schülerversuch Resonanzversuche aus verschiedenen Bereichen der Physik Der Fall Galilei aus heutiger Sicht Naturphilosophische Betrachtung der Begriffe Raum und Zeit im Lauf der Geschichte Der Begriff der Materie im Weltbild der Physik Vergleich von physikalischen Methoden zur Abschätzung des Alters der Erde Die Bedeutung physikalischer Gesetze für die Fahrsicherheit - Theorie, praktische Anwendung und Modellversuch Physikalische Aspekte der menschlichen Sinneswahrnehmung am Beispiel des Ohres bzw. des Auges Physik des Gewitters - Theoretische Grundlagen, Auswertung eigener Beobachtungen Röntgenstrahlen und ihre Anwendung im medizinischen Bereich - Herstellung und Auswertung von Röntgenaufnahmen Ultraschalluntersuchungen in der Medizin - Physikalische Grundlagen und einfache Modellversuche Die Exponentialfunktion in der Physik - Theorie und Verifizierung an ausgewählten Beispielen Untersuchung von Pflanzen- und Bodenproben auf Radioaktivität Der Videorecorder als Meßgerät Windenergie, Messungen an einem einfachen Windrad Ausgewählte Beispiele zur "Thermophotographie" (mit Experiment) Die Fehlerrechnung in der Physik - Mathematische Grundlagen, Formeln und Fehlerfortpflanzung; Erstellen eines Programmes Zusammenstellung von Differentialgleichungen, die in der Physik eine bedeutende Rolle spielen - Gewinnung von Näherungslösungen durch Umformung zu Differenzengleichungen und deren numerische "Lösung" mit Hilfe eines Rechners Bau und Beschreibung eines Modells zur Demonstration der Fernkopie nach dem XEROX Kopierverfahren Lissajous - Figuren, theoretische Erarbeitung und experimentelle Darstellung Physikalische Aspekte sportlicher Disziplinen - Zusammenstellung der Grundlagen, Auswertung von Beobachtungen (z.B. Bobfahren, Skisprung, Weitsprung, Windsurfen) Physikalische Probleme der Lawinenkunde (mit eigenen Messungen) Elektronische Messung der Windgeschwindigkeit mit einem selbst gefertigten Anemometer Physik rund ums Automobil - Theorie und Demonstrationsversuche Die Wirkungsweise und Anwendung des Radarverfahrens (Modellversuche) 21 Elektrische und magnetische Felder und ihre Bedeutung im Bereich der Biologie - Auswertung eigener Beobachtungen Anwendung physikalischer Methoden in der Medizin Alternative Energiequellen - Physikalische Prinzipien und Möglichkeiten der praktischen Verwirklichung (Modelle) Physikalische Eigenschaften und Anwendungen der technischen Mikrowellen - Modellversuche Relativistische Effekte bei Teilchenbeschleuniger - Theorie und einfaches Simulationsprogramm Der Modellbegriff in der Physik - Widersprüche von Modell und Realität an ausgewählten Beispielen Bau eines Seismographenmodells nach James DS. Lehmann - Erprobung und Auswertung eigener Meßkurven Das Chaos - einfache Computersimulationen Der schwebende Tischtennisball - Theorie und Demonstration Der Erdmessungsversuch nach Eratosthenes - Geschichte, Grundlagen, eigene Beobachtungen Physik im Haushalt - Messungen an der Röhre eines Heißluftherdes Mechanische Analogieexperimente zum Josephson-Effekt Physikalische Methoden der Füllstandsmessung (Modellversuche) Akustische Versuche zum menschlichen Gehör (Hörkurve, Richtungshören) Tragkraftberechnungen bei Heißluftballonen (mit Modellversuch) 22
