Kontrollfragen Profilkurs

 

Die hier formulierten Fragen berühren einen großen Teil des im Rahmen einer Abiturprüfung abgeforderten Wissens. Sie zeigen den Umfang des zu erlernenden Stoffs auf, ohne jedoch auf alle Aspekte einzugehen. Oftmals ist zu ihrer Beantwortung eine ausführliche Darlegung eines Themenkomplexes erforderlich. Ein Anspruch auf Vollständigkeit besteht jedoch nicht.

 

Thema 4: Ausgewählte Gebiete der nichtklassischen Physik

 

 

4.1 Relativitätstheorie

    1. Klären Sie den Begriff „Inertialsystem”.

    2. Was sagt die „Gallilei-Transformation” aus?

    3. Erläutern Sie das „Michelson-Experiment” hinsichtlich Zielstellung, experimenteller Durchführung und Ergebnis. Wie ist das Ergebnis zu interpretieren und welche Konsequenzen ergeben sich daraus?

    4. Welche Konsequenz ergibt sich aus der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit für den Begriff der Gleichzeitigkeit? Erläutern Sie diese Konsequenz an einem geeigneten Beispiel.

    5. Worin liegt die Bedeutung der „Lorentztransformation”? Sprechen Sie über die physikalische Relevanz der transformierten Koordinaten.

    6. Warum hat die Gallilei-Transformation noch ihre Berechtigung, obwohl die doch eigentlich „falsche” Resultate liefert?

    7. Formulieren Sie das Einstein’sche Relativitätsprinzip in Abgrenzung zum klassischen Relativitätsprinzip.

    8. Erläutern Sie den Effekt der „Längenkontraktion”.

    9. Erläutern Sie die Begriffe „Eigenzeit” und „Zeitdilatation”.

  11. Erläutern Sie ausführlich die physikalische Bedeutung der Gleichung E = m·c ² bzw. DE = Dm·c². Geben Sie Bespiele an, wo die Gleichung relevant ist und wo sie irrelevant ist.

  12. Erläutern Sie den Effekt der „relativistischen Massenzunahme”. Zeigen Sie auf, wo dieser Effekt relevant ist und nehmen Sie zu dem aus dem Unterricht bekannten „Gesetz von der Erhaltung der Masse” Stellung.

  13. Begründen Sie, warum die Beziehung E = m·c² keinen Widerspruch zum Energieerhaltungssatz darstellt.

  14. Sprechen Sie über Unterschiede und Zusammenhänge zwischen den Begriffen „Ruheenergie” , „relativistische kinetische Energie” und „Gesamtenergie” eines Teilchens.

  15. Formulieren Sie den Impulserhaltungssatz unter Beachtung der relativistischen Massenzunahme.

 

4.2 Quanten

    1. Was ist ein Elektronenvolt?

    2. Was versteht man unter „äußerem lichtelektrischen Effekt” ? Beschreiben Sie ein Experiment, mit dem man ihn nachweisen kann.

    3. Geben Sie eine qualitative Erklärung des Phänomens „äußerer lichtelektrischer Effekt” mithilfe des klassischen Wellenmodells des Lichtes.

    4. Welche experimentellen Befunde des äußeren lichtelektrischen Effekts kann man nicht mit dem Wellenmodell des Lichtes erklären?

    5. Erläutern Sie die Gegenfeldmethode zur Bestimmung der kinetischen Energie der Fotoelektronen beim äußeren lichtelektrischen Effekt. Gehen Sie dabei besonders auf die Durchführung des Versuchs ein.

    6. Nennen Sie die Grundaussagen des Photonenmodells des Lichtes.

    7. Erklären Sie den äußeren lichtelektrischen Effekt mithilfe des Photonenmodells. Gehen Sie dabei auf die Einsteinsche Gleichung, die diesen Effekt beschreibt, ein und interpretieren Sie diese Gleichung.

    8. Erläutern Sie eine Methode zur Bestimmung des Planckschen Wirkungsquantums h.

    9. Sprechen Sie über Masse und Impuls eines Photons. Leiten Sie die entsprechenden Gleichungen her.

  10. Erläutern Sie den Begriff „Welle-Teilchen-Dualismus des Lichts”. Zeigen Sie an einem geeigneten Beispiel, dass sich je nach physikalischer Situation das eine oder das andere Modell besser eignet, das Verhalten von Licht zu erklären.

  11. Beschreiben Sie ein Experiment, bei dem man das Wellenverhalten von Mikroteilchen beobachten kann.

  12. Was sind „DeBroglie-Wellen” oder „Materiewellen” ? Wie berechnet man ihre Wellenlänge?

  13. Was sagt die Heisenbergsche Unschärferelation aus? Wie ist die Gleichung zu interpretieren?

 

4.3 Physik der Elektronenhülle

    1. Sprechen Sie über die Bedeutung von Modellen in der Physik. Zeigen Sie an einem selbstgewählten Beispiel, dass neue experimentelle Beobachtungen zu neuen Modellen führen können.

    2. Erläutern Sie den Zusammenhang zwischen Wellenlänge des Lichts und Farbeindruck.

    3. Beschreiben Sie Aufbau und Funktionsweise eines Spektrometers. Gehen Sie auch auf Vor- und Nachteile verschiedener Spektrometertypen ein.

    4. Klären Sie die Begriffe „Linienspektrum” , „Bandenspektrum” , „kontinuierliches Spektrum” , Absorptionsspekrum” und „Emissionsspektrum”.

    5. Erläutern Sie das Spektrum des Wasserstoffatoms. Was versteht man dabei unter „Serien”? Gehen Sie dabei auch auf die Serienformel von Balmer und die allgemeine Serienformel ein.

    6. Erläutern Sie den Rutherfordschen Streuversuch (Ziel, Aufbau, Durchführung, Ergebnisse, Interpretation).

    7. Nennen Sie die Aussagen des Rutherfordschen Atommodells. Was sind die Leistungen, was die Schwächen dieses Modells?

    8. Erläutern Sie die Bohrschen Postulate. Was sind die Leistungen, was die Schwächen des Bohrschen Atommodells?

    9. Beschreiben Sie den Elektronenstoßversuch von Franck und Hertz (Ziel, Aufbau, Funktion der Versuchsapparatur, Durchführung, Ergebnisse, Interpretation).

  10. Erklären Sie das Zustandekommen der Maxima und Minima beim Franck-Hertz-Versuch ausführlich.

  11. Erläutern Sie das Energieniveauschema des Wasserstoffatoms. Gehen Sie dabei auf den Prozess der Lichtentstehung ein und zeigen Sie die Zusammenhänge zum Spektrum des Wasserstoffatoms auf. Geben Sie eine Methode an, die Energiewerte der einzelnen Bahnen zu berechnen.

  12. Was bedeuten die Begriffe „angeregter Zustand”, „metastabiler Zustand”, Besetzungsinversion”, „spontane Emission” und „induzierte Emission” ?

  13. Erläutern Sie die Prozesse, die bei den Phänomenen „Fluoreszenz” und „Phosphoreszenz” (Nachleuchten) ablaufen.

  14. Erläutern Sie das Prinzip eines LASERs anhand des Energieniveauschemas. Was ist und wozu benötigt man einen optischen Resonator?

  15. Aus welcher grundlegenden Überlegung heraus ergibt sich das wellenmechanische Atommodell?

 

 

Additum V - Kernphysik

 

V.1 Radioaktivität

    1. Wie ist die atomare Masseneinheit definiert?

    2. Geben Sie einen Überblick über den prinzipiellen Aufbau von Atom und Atomkern, einschließlich Größen- und Massenverhältnissen.

    3. Klären Sie die Begriffe „Nukleon”, „Kernladungszahl”, „Massenzahl”, „relative Atommasse”, „Isotope” und „Nuklide”.

    4. Sprechen Sie über Kernkräfte (Auftreten, Reichweite, Teilchen, zwischen denen sie wirken).

    5. Erläutern Sie die Begriffe „Massendefekt” und „Bindungsenergie” einschließlich ihres Zusammenhanges.

    6. Sprechen Sie über die Kernmodelle „Tröpfchenmodell” und „Potentialtopfmodell”. Nennen Sie jeweils spezifische Vor- und Nachteile der Modelle.

    7. Welche Arten radioaktiver Strahlen gibt es? Nennen Sie typische gemeinsame Eigenschaften aller radioaktiver Strahlen sowie die Eigenschaften, in denen sich die einzelnen Strahlenarten unterscheiden.

    8. Erläutern Sie, woraus a-, ß- und g-Strahlung jeweils besteht. Sprechen Sie ausführlich über die Entstehungsmechanismen und die typischen Eigenschaften (Energiespektrum, Durch­dringungsfähigkeit, Ablenkbarkeit in Feldern, biologische Wirksamkeit) der einzelnen Strahlenarten.

    9. Was versteht man unter Nulleffekt (Nullrate). Wie kommt dieser Effekt zustande?

  10. Wie ist eine Wilsonsche Nebelkammer aufgebaut und wie funktioniert sie?

  11. Erklären Sie Aufbau und Funktionsweise eines Geiger-Müller-Zählrohres.

  12. Was ist eine „Zerfallsreihe”?

  13. Definieren Sie den Begriff „Aktivität” und grenzen Sie ihn von dem der „Zählrate” ab.

  14. Wo sind die Gemeinsamkeiten und wo die Unterschiede zwischen den Größen „Energiedosis” und „Äquivalentdosis”? Warum kann man keine der Größen direkt aus der Aktivität berechnen?

  15. Nach welcher Gesetzmäßigkeit ändert sich die Aktivität und die Anzahl der vorhandenen radioaktiven Kerne mit der Zeit? Leiten Sie diese Beziehungen her.

  16. Was sagt der Begriff „Halbwertszeit” aus und in welchem Zusammenhang steht er zur „Zerfallskonstanten” ?

  17. Beschreiben Sie mehrere Anwendungsmöglichkeiten radioaktiver Präparate.

  18. Erläutern Sie, wie man bei der Radiokarbonmethode mithilfe radioaktiver Stoffe eine Altersbestimmung durchführt. Gehen Sie auch auf die dafür notwendigen Voraussetzungen ein.

  19. Sprechen Sie über natürliche und künstliche radioaktive Belastung des Menschen. Gehen Sie dabei auch auf mögliche Schutzmaßnahmen beim Umgang mit radioaktiven Stoffen ein.

 

V.2 Kernumwandlungen

    1. Was versteht man unter „künstlichen Kernumwandlungen” ? Nehmen Sie zu der Aussage Stellung, dass „künstlich erzeugte radioaktive Stoffe prinzipiell gefährlicher als natürliche radioaktive Stoffe” sind.

    2. Was ist eine Kernspaltung? Stellen Sie ein Beispiel für eine Reaktionsgleichung dabei auf. Woher stammt die dabei freiwerdende Energie?

    3. Erläutern Sie die Energiefreisetzung bei der Kernspaltung anhand des Kernbindungsenergie-Diagramms (Bindungsenergie pro Nukleon über der Massenzahl).

    4. Was ist eine Kettenreaktion? Welche Bedingungen müssen dafür erfüllt sein? Gehen Sie auch auf den Unterschied zwischen gesteuerter und ungesteuerter Kettenreaktion ein.

    5. Was versteht man unter „kritischer Masse”?

    6. Erläutern Sie den prinzipiellen Aufbau eines Kernkraftwerks. Sprechen Sie dabei auch über passive und aktive Sicherheitsmaßnahmen.

    7. Was versteht man unter Kernfusion? Geben Sie einige Reaktionsgleichungen an.

    8. Welche Bedingungen müssen erfüllt sein, damit es zu einer Kernfusion kommt?

    9. Woher stammt die bei der Kernfusion freiwerdende Energie?

  10. Welche technischen Probleme sind bei der kontrollierten Kernfusion zu lösen? Zeigen Sie einen möglichen Weg auf, diese Probleme in der Griff zu bekommen.

  11. Bei der Kernfusion gewinnt man Energie durch Verschmelzen leichter Kerne, bei der Kernspaltung durch Spaltung schwerer. Wieso ist es nicht möglich aus diesen beiden Prozessen einen ewigen Kreislauf, quasi ein perpetuum mobile zu konstruieren?

  12. Welcher Prozess läuft bei der Energiefreisetzung im Inneren einer Sonne ab? Wodurch werden die dafür notwendigen Bedingungen erreicht? Wieso explodiert eine Sonne dabei nicht?