Berlin Abitur Physics 3. PF (GK) flashcards

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Zweites Newtonsches Gesetz

Die resultierende Kraft auf einen Körper ist gleich dem Produkt aus Masse und Beschleunigung: F = m·a. Kraft und Beschleunigung zeigen in dieselbe Richtung.

Energieerhaltung der Mechanik

Ohne Reibung bleibt die Summe aus potentieller und kinetischer Energie konstant. Reibungsarbeit verringert diese Summe um W_R = F_R·s und erhöht die innere Energie.

Zentripetalbeschleunigung

Bei gleichförmiger Kreisbewegung wirkt die Beschleunigung a = v²/r zum Kreismittelpunkt. Sie ändert nur die Richtung der Geschwindigkeit, nicht ihren Betrag.

Schiefe Ebene

Auf einer um α geneigten Ebene gilt für die Hangabtriebskraft F_H = m·g·sin α und für die Normalkraft F_N = m·g·cos α. Die Reibungskraft ist μ·F_N.

Impulserhaltungssatz

Der Gesamtimpuls Σp = Σm·v eines abgeschlossenen Systems bleibt konstant. Bei Stößen und beim Rückstoß gilt daher m₁·v₁ + m₂·v₂ vor und nach dem Ereignis gleich.

Waagerechter Wurf

Die Bewegung zerfällt in eine gleichförmige Horizontalbewegung mit v₀ und einen freien Fall. Die Fallzeit folgt t = √(2h/g), die Wurfweite s = v₀·t.

Gravitationsgesetz

Zwei Massen ziehen sich mit F = G·m₁·m₂/r² an, wobei G ≈ 6,67·10⁻¹¹ N·m²/kg². Die Kraft wirkt anziehend entlang der Verbindungslinie der Massenmittelpunkte.

Ohmsches Gesetz

Bei einem ohmschen Widerstand sind Spannung und Stromstärke proportional: U = R·I. Der Widerstand R bleibt dabei unabhängig von U und I konstant.

Reihen- und Parallelschaltung

In Reihe addieren sich die Widerstände: R_ges = R₁ + R₂. Parallel addieren sich die Kehrwerte: 1/R_ges = 1/R₁ + 1/R₂; die Spannung ist dort für alle Zweige gleich.

Elektrische Leistung

Die umgesetzte Leistung beträgt P = U·I, für ohmsche Widerstände auch P = U²/R = I²·R. Die Energie ergibt sich als W = P·t.

Plattenkondensator

Die Kapazität ist C = ε₀·ε_r·A/d, hängt also von Fläche und Plattenabstand ab. Die gespeicherte Energie beträgt E = ½C·U², das Feld im Inneren ist homogen.

Lorentzkraft

Auf eine Ladung q, die sich mit v senkrecht zu einem Magnetfeld B bewegt, wirkt F = q·v·B. Die Richtung folgt aus der Drei-Finger-Regel der rechten Hand.

Induktionsgesetz

Jede Änderung des magnetischen Flusses Φ durch eine Spule erzeugt eine Induktionsspannung U = −n·dΦ/dt. Das Minuszeichen steht für die Lenzsche Regel.

Lenzsche Regel

Der Induktionsstrom ist stets so gerichtet, dass sein Magnetfeld der Ursache der Induktion entgegenwirkt. Das erklärt das Minuszeichen im Induktionsgesetz.

Magnetfeld einer Spule

Im Inneren einer langen Spule gilt B = μ₀·μ_r·n·I/l. Die Feldlinien sind geschlossen; magnetische Monopole wurden bisher nicht nachgewiesen.

Effektivwert von Wechselstrom

Der Effektivwert entspricht dem Gleichstromwert gleicher Wärmeleistung: U_eff = Û/√2 und I_eff = Î/√2. Für ohmsche Widerstände gilt P = U_eff·I_eff.

Harmonische Schwingung

Die Auslenkung folgt y(t) = A·sin(ωt + φ₀) mit ω = 2π/T. Die Rückstellkraft ist proportional zur Auslenkung und ihr entgegengesetzt: F = −D·y.

Periodendauer Fadenpendel

Für kleine Auslenkungen gilt T = 2π·√(l/g). Die Periode hängt nicht von der Amplitude ab, sondern nur von Pendellänge und Erdbeschleunigung.

Federpendel

Die Schwingungsdauer eines Federpendels ist T = 2π·√(m/D). Eine größere Masse verlängert, eine steifere Feder verkürzt die Periode.

Wellengleichung

Für jede Welle gilt c = λ·f: Ausbreitungsgeschwindigkeit gleich Wellenlänge mal Frequenz. Beim Übergang zwischen Medien ändert sich die Wellenlänge, die Frequenz bleibt gleich.

Konstruktive Interferenz

Überlagern sich zwei Wellen gleicher Frequenz in Phase, verstärken sie sich. Bei zwei Quellen tritt Verstärkung für den Gangunterschied Δs = k·λ auf.

Doppelspalt-Maxima

Helle Streifen entstehen unter sin α_k = k·λ/d. Für kleine Winkel gilt auf dem Schirm der Abstand benachbarter Maxima Δx = λ·a/d.

Snelliussches Brechungsgesetz

Beim Übergang zwischen Medien gilt sin α₁/sin α₂ = n₂/n₁ = c₁/c₂. Der Strahl wird zum Lot hin gebrochen, wenn er in ein optisch dichteres Medium eintritt.

Totalreflexion

Beim Übergang vom optisch dichteren ins dünnere Medium wird Licht oberhalb des Grenzwinkels vollständig reflektiert. Es gilt sin α_g = n₂/n₁ mit n₁ > n₂.

Fotoeffekt

Licht der Frequenz f löst Elektronen nur aus, wenn h·f größer als die Austrittsarbeit W_A ist. Dann gilt E_kin,max = h·f − W_A; die Intensität bestimmt nur die Anzahl.

Plancksches Wirkungsquantum

Die Naturkonstante h ≈ 6,63·10⁻³⁴ J·s verknüpft die Photonenenergie mit der Frequenz: E = h·f. Sie ist die zentrale Größe der Quantenphysik.

Bohrsches Atommodell

Elektronen bewegen sich auf diskreten Bahnen ohne Strahlung. Energieniveaus des Wasserstoffs: E_n = −13,6 eV/n²; Übergänge erzeugen Photonen mit ΔE = h·f.

Linienspektrum

Atome senden nur Photonen mit diskreten Energien aus, daher entstehen scharfe Spektrallinien. Emissionslinien erscheinen hell, Absorptionslinien als dunkle Linien vor kontinuierlichem Hintergrund.

De-Broglie-Wellenlänge

Jedem Teilchen mit Impuls p ist eine Wellenlänge λ = h/p zugeordnet. Elektronenbeugung an Kristallen bestätigt diesen Welle-Teilchen-Dualismus.

Heisenbergsche Unschärferelation

Ort und Impuls eines Teilchens können nicht gleichzeitig beliebig genau bestimmt werden: Δx·Δp ≥ h/(4π). Das ist eine prinzipielle, keine messtechnische Grenze.

Radioaktives Zerfallsgesetz

Die Zahl der Kerne nimmt exponentiell ab: N(t) = N₀·e^(−λt). Die Halbwertszeit beträgt T_½ = ln 2/λ, die Aktivität A = λ·N wird in Becquerel gemessen.

Beta-Minus-Zerfall

Ein Neutron wandelt sich in ein Proton um; dabei entstehen ein Elektron und ein Antineutrino. Die Ordnungszahl Z steigt um 1, die Massenzahl A bleibt gleich.

Massendefekt

Die Masse eines Kerns ist kleiner als die Summe der Nukleonmassen. Die Differenz Δm entspricht der Bindungsenergie E_B = Δm·c², wobei 1 u etwa 931,5 MeV liefert.