NATURWISSENSCHAFTEN II - IAP
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NATURWISSENSCHAFTEN II (Experimentalphysik) Informationen zur (Nach)-Klausur am 26. 03. 2009 Datum: Donnerstag 26. 03. 2009 Zeit: 13:00 - 16:00 Ort: Großer Physikhörsaal (S2/06 030) Die Klausur enthält keine Aufgaben aus den Bereichen ‚Kunststoffe‘ und Funktionswerkstoffe‘. Für mehr Informationen bitte regelmäßig nachsehen unter http://www.iap.physik.tu-darmstadt.de/apq/naturwissenschaften Naturwissenschaften II (basierend auf 'Physik für Maschinenbauer' von Prof. Dr. J. Enders) | Prof. Dr. Gerhard Birkl | SS 2008 | 1 Hilfsmittel zur Klausur ‚Naturwissenschaften II‘ Mitbringen: Studierendenausweis und Lichtbildausweis Schreibwerkzeug Taschenrechner, nicht programmierbar ein A4-Blatt handschriftliche Formelsammlung (Vorder- und Rückseite) Formelsammlung wird mit der Klausur eingesammelt (evtl. Kopie machen) Geodreieck, Armbanduhr für Studierende ausländischer Muttersprache ist ein Wörterbuch zulässig Nicht mitbringen oder verstauen: Mobiltelefon Papier: Sie schreiben auf den Aufgabenblättern und erhalten Papier von uns bei Bedarf Weitere Formelsammlungen, weder physikalisch noch mathematisch Natur- und Materialkonstanten werden angegeben schwierige Integrale und dergleichen werden angegeben Naturwissenschaften II (basierend auf 'Physik für Maschinenbauer' von Prof. Dr. J. Enders) | Prof. Dr. Gerhard Birkl | SS 2008 | 2 Inhalt des Klausurteils Physik Kapitel 1: Einleitung 1.1 Physikalische Rechenmethoden handwerkliches Rüstzeug! nur einfache Aufgaben in Klausur 1.2 Maße und Messen handwerkliches Rüstzeug! gängige Einheiten und Zehnerpotenzen 1.3 Fehlerrechnung nur einfache Aufgaben in Klausur wichtig für Versuche des physikalischen Praktikums Nomenklatur: Blau: Stoff der Klausur Rot: kommt nicht in der Klausur dran Naturwissenschaften II (basierend auf 'Physik für Maschinenbauer' von Prof. Dr. J. Enders) | Prof. Dr. Gerhard Birkl | SS 2008 | 3 Inhalt des Klausurteils Physik Kapitel 2: Elektromagnetische Felder und Wellen 2.1 Elektrische Ladungen Grundwissen coulombsches Gesetz: auswendig?! 2.2 Elektrisches Feld Definition aus der Kraft: auswendig elektrisches Feld einer Punktladung: auswendig?! Feldlinien Feldberechnung für kontinuierliche Ladungsverteilungen Prinzip: nur Ansatz, keine konkreten Beispiele elektrischer Fluss gaußscher Satz (Trick zum Ausrechnen von Feldstärken) Naturwissenschaften II (basierend auf 'Physik für Maschinenbauer' von Prof. Dr. J. Enders) | Prof. Dr. Gerhard Birkl | SS 2008 | 4 Inhalt des Klausurteils Physik Kapitel 2: Elektromagnetische Felder und Wellen 2.3 Elektrisches Potential potentielle Energie und Potential Potential einer Punktladung, Ansatz für Ladungsverteilungen Feldbestimmung aus dem Potential: auswendig Kapazität Platten- und Kugelkondensator Zusammenschalten von Kondensatoren 2.4 Materie im elektrischen Feld Leiter im elektrischen Feld: nicht Nichtleiter im elektrischen Feld, Dielektrika, Permittivität Naturwissenschaften II (basierend auf 'Physik für Maschinenbauer' von Prof. Dr. J. Enders) | Prof. Dr. Gerhard Birkl | SS 2008 | 5 Inhalt des Klausurteils Physik Kapitel 2: Elektromagnetische Felder und Wellen 2.5 Elektrischer Strom Strom, Stromdichte, Driftgeschwindigkeit Widerstand, Leitfähigkeit, Zusammenschalten von Widerständen: z.T. auswendig Temperatureffekte: nicht Ladungstransport in Flüssigkeiten, Gasen, Vakuum: nicht elektrische Leistung: auswendig Kondensator laden und entladen Naturwissenschaften II (basierend auf 'Physik für Maschinenbauer' von Prof. Dr. J. Enders) | Prof. Dr. Gerhard Birkl | SS 2008 | 6 Inhalt des Klausurteils Physik Kapitel 2: Elektromagnetische Felder und Wellen 2.6 Magnetfelder Lorentz-Kraft auf Ladungen und stromdurchflossene Leiter: auswendig Biot-Savart: Anwendung üben Materie im Magnetfeld: μr Ampèresches Gesetz 2.7 Magnetische Induktion magnetischer Fluss Faraday‘sches Induktionsgesetz: Anwendung üben Transformator, Generator: Prinzip: Selbstinduktion: wie bestimmen? (keine Induktivität von Spulen notwendig) Energie des Magnetfelds Schaltkreise: RL, LC, RLC (Schwingkreis) getriebener Schwingkreis: nicht Naturwissenschaften II (basierend auf 'Physik für Maschinenbauer' von Prof. Dr. J. Enders) | Prof. Dr. Gerhard Birkl | SS 2008 | 7 Inhalt des Klausurteils Physik Kapitel 2: Elektromagnetische Felder und Wellen 2.8 Elektromagnetische Wellen: Maxwell-Gleichungen Verschiebungsstrom Maxwell-Gleichungen: nicht, keine Ableitungen, keine Kontinuitätsgleichung verallgemeinerte Lorentzkraft Ausbreitungsgeschwindigkeit Welleneigenschaften: Wellenlänge, Frequenz, Wellenzahl, ... Wellenüberlagerungen: Prinzip ja konkrete Formeln: nicht (gleichlaufend, stehende Wellen, Schwebungen) 2.9 Strahlung elektromagnetisches Spektrum: „Gefühl für Größenordnungen“ hertzscher Dipol nicht quantitativ Polarisation Energiedichte, auch zeitlich gemittelt Poynting-Vektor, Energiestromdichte, auch zeitlich gemittelt Strahlungsdruck: nicht Naturwissenschaften II (basierend auf 'Physik für Maschinenbauer' von Prof. Dr. J. Enders) | Prof. Dr. Gerhard Birkl | SS 2008 | 8 Inhalt des Klausurteils Physik Kapitel 3: Optik 3.1 Geometrische Optik I: Reflexion und Brechung Brechungsindex, optische Weglänge: auswendig Einfallswinkel = Ausfallswinkel Abbildungen am Hohl- und Wölbspiegel Abbildungsgesetz, Abbildungsmaßstab Snelliussches Brechungsgesetz: auswendig Grenzwinkel der Totalreflexion: ggfs. selbst herleiten können Brechung an einer gekrümmten Fläche: nicht Abbildung mit dünnen Linsen allgemeine Herleitung: nicht Linsenmacherformel (ein gemeinsames äußeres Medium) einfache Linsenformel: auswendig Bildkonstruktion Abbildungsmaßstab: auswendig Naturwissenschaften II (basierend auf 'Physik für Maschinenbauer' von Prof. Dr. J. Enders) | Prof. Dr. Gerhard Birkl | SS 2008 | 9 Inhalt des Klausurteils Physik Kapitel 3: Optik Blenden, Blendenzahl, Öffnungsverhältnis: nicht Abbildungsfehler: nicht Vergrößerung: Sehwinkel! Auge: nicht Lupe: Vergrößerung, Dioptrien-Definition Mikroskop, Teleskop: nicht Dispersion: nicht Absorption: Lambert-Beer-Gesetz: exponentielle Abnahme der Intens. 3.2 Wellenoptik: Interferenz und Beugung Konzept des Huygens‘schen Prinzips Dispersion: nicht Kohärenz, Michelson-Interferometer: nicht Gang- und Phasenunterschied (Phasensprung bei Refl. am opt. dichten Medium) Doppelspalt und Gitter: Lage der Maxima und Minima und ihre Konstruktion Naturwissenschaften II (basierend auf 'Physik für Maschinenbauer' von Prof. Dr. J. Enders) | Prof. Dr. Gerhard Birkl | SS 2008 | 10 Inhalt des Klausurteils Physik Kapitel 3: Optik Beugung Wichtig: es werden nur Beispiele von Fraunhofer-Beugung behandelt Einzelspalt: Lage der Maxima und Minima keine detaillierte quantitative Betrachtung Lochblende: Lage des ersten Minimums Auflösungsvermögen 3.3 Polarisation begrifflicher Umgang: linear, zirkular, elliptisch Polarisatoren: Malussches Gesetz Polarisation durch Absorption: Prinzip Polarisation durch Reflexion: Brewster-Winkel Polarisation durch Streuung: nicht Doppelbrechung: Prinzip Naturwissenschaften II (basierend auf 'Physik für Maschinenbauer' von Prof. Dr. J. Enders) | Prof. Dr. Gerhard Birkl | SS 2008 | 11 Inhalt des Klausurteils Physik Kapitel 3: Optik 3.4 Lichtquanten photoelektrischer Effekt, Lichtquanten, Bestimmung von h: auswendig Compton-Effekt: nicht Wahrscheinlichkeitswellen: Konzept verstehen! Spektrallinien natürliche Linienbreite, Wellenlänge, Zerfall angeregter Zustände Dopplerbreite: nicht Druckverbreiterung: nicht 3.5 Laser und Laser-Anwendungen Laser-Prinzip beschreiben können, Besetzungsinversion longitudinale Resonatormoden; freier Spektralbereich/Modenabstand transversale Resonatormoden: nicht Lasertypen, Laser-Anwendungen: nicht Holographie, Laserspektroskopie... Naturwissenschaften II (basierend auf 'Physik für Maschinenbauer' von Prof. Dr. J. Enders) | Prof. Dr. Gerhard Birkl | SS 2008 | 12 Inhalt des Klausurteils Physik Kapitel 4: Quantenphysik: Atome und Atomkerne 4.1 Materiewellen und Unschärferelation De-Broglie-Wellenlänge Materiewellen und Wellenfunktionen: nicht Orts-Impuls-Unschärfe: nicht, Energie-Zeit-Unschärfe: immer mit ħ 4.2 Atome und Atommodelle Masse von Atomen (Masseneinheit etc. wird angegeben) Bragg-Reflexion Bohrsches Atommodell: quantitativ, Energien, Quantisierungsbedingung Details werden angegeben Wasserstoffspektrum quantenmechanische Betrachtung, Quantenzahlen, Spin: nicht Periodensystem: nicht Bremsstrahlung: minimale Wellenlänge (auswendig?) charakteristische Bremsstrahlung: Moseleysches Gesetz (auswendig?) Naturwissenschaften II (basierend auf 'Physik für Maschinenbauer' von Prof. Dr. J. Enders) | Prof. Dr. Gerhard Birkl | SS 2008 | 13 Inhalt des Klausurteils Physik Kapitel 4: Quantenphysik: Atome und Atomkerne 4.3 Atomkerne Nomenklatur Größe von Atomkernen Masse von Atomkernen, Bindungsenergie, Bethe-Weizsäcker-Formel: nicht 4.4 Radioaktiver-Zerfall Lebensdauer, Halbwertszeit, Zerfallsgesetz, Aktivität Alpha-Zerfall: was passiert? Beta-Zerfall: was passiert? Gamma-Zerfall: was passiert? Kernspaltung: was passiert? 4.5 Wechselwirkung von Strahlung mit Materie Ionisation: nur Prinzip Detektoren: nicht, Reichweite: nicht Photonen: begrifflich Photoeffekt, Paarbildung, Compton-Effekt Abschwächung von Gammastrahlen, Absorptionskoeffizient: nicht Naturwissenschaften II (basierend auf 'Physik für Maschinenbauer' von Prof. Dr. J. Enders) | Prof. Dr. Gerhard Birkl | SS 2008 | 14 Inhalt des Klausurteils Physik Kapitel 4: Quantenphysik: Atome und Atomkerne Dosimetrie kommt in der Klausur nicht vor 4.6 Kernreaktionen: nicht Nomenklatur Q-Wert Wirkungsquerschnitt, Luminosität, Zählrate Naturwissenschaften II (basierend auf 'Physik für Maschinenbauer' von Prof. Dr. J. Enders) | Prof. Dr. Gerhard Birkl | SS 2008 | 15 Wir wünschen Ihnen Viel Erfolg bei der Klausur !! Jens Kruse Norbert Herschbach Matthias Euler, Christoph Ewen, Sebastian Schaller, Claudia Siegel, Sascha Tichelmann, Oliver Wille und Gerhard Birkl Naturwissenschaften II (basierend auf 'Physik für Maschinenbauer' von Prof. Dr. J. Enders) | Prof. Dr. Gerhard Birkl | SS 2008 | 16
