Rote Fäden zu Themen der Physik
Herr Dr. Ortwin Fromm, Lehrer an der Evangelischen Schule Frohnau, erstellte für seine Klassen und Kurse im Laufe der Zeit einige kleine Hefte zu den verschiedenen Themen der Physik und Mathematik, um den Schülern eine logischere Form des Lehrstoffes anbieten zu können als die Schulbücher.
Nun sind viele dieser Heftchen, die er "Rote Fäden" nennt, so ausgereift und werden von den Schülern gerne genutzt, dass er sich entschieden hat, die Roten Fäden jedem zugänglich zu machen und auf dieser Seite zu veröffentlichen.
Hier finden Sie die Roten Fäden der Physik, die zur Mathematik finden Sie unter Projekte->Mathematik->Rote Fäden zu Themen der Mathematik.
- Roter Faden Physik: Mechanik 1. Auflage:
Inhalt: Wahrheitsbegriff in der Physik, hypothetisch-induktives Verfahren, die Erfindung von Zeit und Raum, die Erfindung von Raum und Zeit, Komplexitätsreduktion durch Erfindung der absolute Zeit, philosophische Bedeutung des Differentialkalküls in der klassischen Mechanik: „Inkarnation des Werdens in das Sein“ durch Leibnitz und Newton, Trägheitsgesetz, das zweites Newtonsche Gesetz, Geschwindigkeits-Zeit-Diagramm, Ort-Zeit-Diagramm, Kräfte, Ausgangspunkt der Kraft, Angriffspunkt der Kraft, Kräfteaddition und Komponentenzerlegung, Bedeutung des 3. Newtonsche Gesetzes, physikalisches System, Systemgrenze, innere und äußere Kräfte, Trägheitskraft, Atwoodsche Fallmaschine, Seilkraft, Seilspannung, Kann ich mich über eine feste Rolle empor ziehen? Trägheit: Welcher Faden reißt zuerst? "Schwerkraft" im beschleunigten Fahrstuhl, schiefe Ebene, Schwerpunkt, Impulserhaltungssatz, Stoßtransformation als Schrägspiegelung, Herleitung der Stoßgesetze aus dem Experiment, kinetische Energie als quadratische Invariante beim elastischen Stoß, inelastischer Stoß, Arbeit als Energietransport durch die Systemgrenze, Beschleunigungsarbeit, Hubarbeit, elastische Arbeit, Arbeitsdiagramm, Reibungsarbeit, Energieerhaltungssatz, Leistung, Hubleistung, Reibeleistung, Beschleunigungsleistung, Fahren mit konstanter Geschwindigkeit, Fahren mit konstanter Beschleunigung, Fahren mit konstanter Leistung, Geschwindigkeitsentwicklung beim Fahren mit konstanter Leistung, Fall- und Wurfbewegung, Abituraufgaben mit Lösungen zur klassischen Mechanik (Leistungskurs, komprimiert). - Roter Faden Physik: Drehen und Rollen 3. Auflage:
Inhalt: Starrer Körper, Freiheitsgrade der Bewegung, Schwerpunktsatz, Rotation um raumfeste Achse, Winkelgeschwindigkeit, Winkelbeschleunigung, Drehmoment, Trägheitsmoment, Drehimpuls, Trägheitsmomente von Dreh(Roll)körpern. Satz von Steiner, kinetische Energie der Drehbewegung, schlupffreies Rollen, Kreiselbewegung, Abrollen auf der schiefen Ebene, Rollen im Looping, Maxwellsches Rad, Fahrbahnneigung, die folgsame Garnrolle. Übungsaufgaben mit Lösungen zum Thema Drehbewegungen. - Roter Faden Physik: Himmelsmechanik 1. Auflage:
Inhalt: Geschichte der Weltbilder, flache Erde, geozentrisches Weltbild, griechischer Monotheismus, Eratosthenes, Horizontberechnung, Ptolemäus, Epizyklus, Thomas von Aquin, Kepler, Galilei, Kopernikus, kopernikanische Wende. Newtons Mondrechnung, Gravitationsgesetz, Gravitationswaage, Cavendish, „die Erde im Labor wiegen“, Fernwirkung, Nahwirkungsmechanismus. Bewegung im Gravitationsfeld, Dreikörperproblem, Instabilitäten, „Aufräumprozess“ im Sonnensystem, Kreisbahn eines kleinen Körpers um ein Zentralgestirn, 3. Keplersches Gesetz, Satellitenbahnen, Energieformeln, Virialsatz, geostationäre Bahn, 1. kosmische Geschwindigkeit, 2. kosmische Geschwindigkeit. Elliptische Bahnen, Keplersche Gesetze, Kegelschnitte. Dreikörperproblem, Lagrange-Punkte, Trojaner, Gegenerde. Übungsaufgaben mit Lösungen zur Gravitation und Planetenbewegung - Roter Faden Physik: Elektrostatik 9. Auflage:
Inhalt: Atom, Atomrumpf, Ion, Elektronenhülle, Elektron, Elementarladung, elektrische Ladung, elektrolytische Ladungsmessung nach Faraday, Elektroskop, Flächenladungsdichte, Feldlinien, Feldstärke, Messvorschrift für die elektrische Feldstärke, Probeladung, Superpositionsprinzip. Feldstärke an Plattenkondensator und geladener Metallkugel, Coulombsches Gesetz, Influenz, Faradayscher Käfig, Abschirmung einer Ladung durch eine Metallplatte, Spiegelladung, Halbes Dipolfeld, Dipolfeld. Erzeugung eines Feldes durch Auseinanderziehen geladener Platten, Erzeugung eines Feldes durch schrittweise Ladungstrennung, Kraft, Feldenergie, Energiedichte, Funktionsweise einer einfachen Batterie. Bewegung eines Ladungsträgers im Feld: Definition des Potentials, Definition der Spannung, Potentiometer, Vergleich: Feldenergie, Energie des bewegten Ladungsträgers. Energietransport im Stromkreis, Kondensator, Spanungswaage, Epsilon0-Bestimmung, Änderung des Plattenabstandes bei abgeklemmter Spannungsquelle, Änderung des Plattenabstandes bei angeklemmter Spannungsquelle, Dielektrikum, Polarisation, Kondensatorschaltungen, Netzkapazität des Berliner Niederspannungsnetzes, Energietransport und Netzkapazität. Zeitlicher Verlauf des Feldaufbaus im (Gleichspannungs) Stromnetz, elektrische Leistung. Übungsaufgaben mit Lösungen zur Elektrostatik. - Roter Faden Physik: Magnetismus 5. Auflage:
Inhalt: Magnetische und elektrische Pole, Korkenzieher-Regel der rechten Hand, Drei-Finger-Regel der rechten Hand, Feldstärke und Probekörper, experimenteller Nachweis der Lorentzkraft, relativistische Erklärung der magnetischen Wechselwirkung. Superpositionsprinzip, Feldformen spezieller Leiterführungen, unendlich lange Spule, Helmholtzspulenpaar, Hufeisenmagnet mit Luftspalt, warum ziehen sich ungleichnamige magnetische Pole an? Halleffekt, Hallkonstante, Anzahl der freien Ladungsträger, Beweglichkeit, MHD-Generator, Unipolarmotor, Barlowsches Rad. Magnetismus der Materie, Wechselstrommotor. Übungsaufgaben mit Lösungen zum Magnetfeld und zur Lorentzkraft. - Roter Faden Physik: Bewegung in Feldern 1. Auflage:
Inhalt: Erzeugung freier Ladungsträger durch Glühemission, Photoemission, Feldemission. Elektronenkanone, Wehneltzylinder, Adsorption, Desorption. Flugzeit-Massenspektrometer, Braunsche Röhre, Linearbeschleuniger. Fadenstrahlrohr, spezifische Ladung. Magnetische Ablenkung in der Fernsehröhre. Massenspektroskop, Wienfilter. Schritte zur Entdeckung des Elektrons, Glimmentladung, Faradayversuch, Millikanversuch mit Umpolung, Beobachtungsproblematik, Dunkelfeldmethode. Orbitalmodell. Übungsaufgaben mit Lösungen zur Bewegung von Ladungsträgern in Feldern. - Roter Faden Physik: Elektromagnetismus 3. Auflage:
Inhalt: Magnetischer Fluss, Flussänderung und Induktionsspannung, Vorzeichenregeln, Lenzsche Regel, Gleichung der Selbstinduktion, allgemeine Lösung der Selbstinduktionsgleichung, Selbstinduktion im supraleitenden Leiterring, Einschaltstrom, Ausschaltstrom, Selbstinduktivität einer langen Spule. Transformator mit Selbst- und Gegeninduktivität, Zeigerdiagramm des Transformators. Verschiebungsstrom, Maxwellsche Gleichungen, Elektromagnetische Welle, Licht. Übungsaufgaben mit Lösungen zur Induktion und elektromagnetischen Wechselwirkung. - Roter Faden Physik: Wechselstrom 4. Auflage:
Inhalt: Fouriersummen, Funktionsgleichung, Amplitude, Frequenz, Phasenwinkel, Vorauseilen, Nachhinken, Spannung, Strom, Leistung, Effektivwert, Wirkleistung. Zeigerdarstellung von Wechselgrößen, Summenzeiger, Summenvektor, Phasenverschiebung von 90° in der Zeigerdarstellung, Winkel zwischen Zeigern, Skalarprodukt, Vektorprodukt, beliebige Phasenverschiebung. Spannung und Strom an Widerstand, Spule und Kondensator, RC-Passschaltung, RL-Passschaltung, Zeigerdiagramm und Zeigerplan für alle acht RCL-Schaltungen. Beispielaufgaben mit Lösungen für alle acht RCL-Schaltungen. - Roter Faden Physik: Elektromagnetische Schwingungen und Wellen 4. Auflage:
Inhalt: Entladung eines Kondensators über einen Widerstand, Entladung eines Kondensators über eine Spule, ungedämpfter Schwingkreis, Thomsonsche Schwingungsformel, gedämpfter Schwingkreis, Diode als Gleichrichter, Triode als Schalter und Verstärker, Meißnersche Rückkopplungsschaltung, Dreipunktschaltung, Amplitudenmodulation (AM), Hüllkurve, Frequenzband, Frequenzmodulation (FM), Antenne, Ausbreitungsgeschwindigkeit der elektromagnetischen Welle, AM – Demodulation, FM – Demodulation, stehende elektromagnetische Wellen, Lechersystem. Übungsaufgaben zu elektromagnetische Schwingungen und Wellen. - Roter Faden Physik: Relativitätstheorie:
Erscheint demnächst. - Roter Faden Physik: Quantentheorie:
- Inhalt: Klassische Lichttheorie: Newton, Huygens, Maxwell. Übergang zur frühen Quantentheorie: Quantentheorie der Materie: Plancksches Strahlungsgesetz. Quantentheorie des Lichtes: Einsteins Lichtquantenhypothese, Comptoneffekt. Moderne Quantentheorie:Materiewelle von De Broglie, Schrödingergleichung. Heisenbergsche Unschärferelation, Kopenhagener Deutung des Messprozesses, Superposition von Wellenfunktionen.
- Roter Faden Physik: Atomphysik:
Inhalt: Planck, Einstein, Compton, Dualismus, De Broglie, Bragg, Heisenberg, Schrödinger, Kopenhagener Deutung, Bohr, Sommerfeld, Periodersystem, Atomorbitale, Knotenflächen, Besetzungsregeln, Chemische Bindung, Festkörper. - Roter Faden Physik: Wärmelehre:
Erscheint demnächst. - Roter Faden Physik: Weltbilder im Vergleich:
Erscheint demnächst.
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