Mecklenburg-Vorpommern Abitur Physics common mistakes
Mecklenburg-Vorpommern Abitur Physics · Understand the traps and how to avoid them.
Beim Rechnen mit Kräften wird die Normalkraft oder die Hangabtriebskomponente mit dem Kosinus statt mit dem Sinus des Neigungswinkels angesetzt, sodass Beschleunigungen auf der schiefen Ebene um den Faktor tan(α) verfälscht werden.
Die Formeln F_H = m·g·sin(α) und F_N = m·g·cos(α) werden auswendig gelernt, ohne die Skizze mit eingezeichnetem Kräfteparallelogramm zu zeichnen. Wer den Winkel gegen die Horizontale oder gegen die Vertikale misst, vertauscht die Zuordnung stillschweigend.
What to do instead
Vor jeder Rechnung ein Freikörperbild zeichnen und den Winkel ausdrücklich an der Horizontalen markieren. Dann die Komponenten geometrisch herleiten: die Hangabtriebskraft liegt parallel zur Ebene und ist die Gegenkathete zum Winkel, also sin. Ergebnis mit einem Grenzfall prüfen: bei α = 0 muss F_H verschwinden, bei α = 90° gleich m·g werden.
Bei Energie- und Impulsaufgaben wird der Impuls als skalare Größe behandelt oder die Energieerhaltung ohne Berücksichtigung von Rotationsenergie und Reibungsverlusten angesetzt, etwa bei Rollbewegungen oder unelastischen Stößen.
Der Impuls wird im Unterricht oft zuerst eindimensional eingeführt, und Kandidaten übertragen das Schema ungeprüft auf schiefe oder ebene Probleme mit Richtungswechsel. Bei Rotation fehlt häufig die Einsicht, dass ein rollender Körper zusätzlich Translationsenergie in Rotationsenergie umsetzt.
What to do instead
Impuls konsequent vektoriell ansetzen und vor dem Einsetzen eine Koordinatenachse festlegen. Bei Rollbewegungen die Energiebilanz immer als m·g·h = ½·m·v² + ½·I·ω² schreiben und I sowie ω = v/r explizit einsetzen. Bei Stößen zuerst prüfen, ob kinetische Energie erhalten bleibt, und die Impulserhaltung getrennt davon notieren.
Bei der Gravitation wird die Fallbeschleunigung g mit der Gravitationskonstante G verwechselt, oder die Zentripetalkraft im Gravitationsfeld ohne die Beziehung zwischen Bahnradius und Abstand der Massenschwerpunkte angesetzt.
Beide Größen tragen den Buchstaben G beziehungsweise g und treten in ähnlich aussehenden Formeln auf. Zudem wird der Bahnradius einer Satellitenbahn oft mit der Höhe über der Erdoberfläche gleichgesetzt, statt den Erdradius zu addieren.
What to do instead
Die beiden Konstanten mit Einheiten nebeneinander notieren: g in m/s² ist ortsabhängig, G in m³/(kg·s²) ist universell. Bei Satellitenaufgaben immer r = R_Erde + h ansetzen und die Kreisbahngeschwindigkeit über G·M/r² = v²/r herleiten, nicht aus dem Gedächtnis einsetzen.
In der Elektrizitätslehre werden Feldstärke und Potential beziehungsweise Spannung gleichgesetzt, sodass im Plattenkondensator E = U statt E = U/d verwendet wird oder das Potential im feldfreien Raum fälschlich als null angenommen wird.
Spannung und Feldstärke sind über den Gradienten verknüpft, was anschaulich schwer zu trennen ist. Im homogenen Feld wirkt die Beziehung E = U/d so einfach, dass der Faktor d beim Umstellen vergessen oder auf inhomogene Felder übertragen wird.
What to do instead
Die Definitionsgleichungen sauber trennen: E ist Kraft pro Ladung, U ist Energie pro Ladung und damit ein Wegintegral über E. Im homogenen Feld E = U/d nur bei parallelen Platten mit bekanntem Abstand verwenden und bei inhomogenen Feldern integrieren. Das Potential immer relativ zu einem ausdrücklich gewählten Bezugspunkt angeben.
Bei Induktionsaufgaben wird die Lenzsche Regel ignoriert oder das Vorzeichen der induzierten Spannung so gewählt, dass die Energiebilanz verletzt wird; häufig wird auch die Flächenänderung mit der Feldänderung verwechselt.
Das Induktionsgesetz U = −n·dΦ/dt enthält ein Minuszeichen, dessen physikalische Bedeutung (Energieerhaltung, entgegengesetzte Wirkung) leicht übersehen wird. Kandidaten setzen Beträge ein und wundern sich über unplausible Vorzeichen in Schaltbildern.
What to do instead
Vor dem Einsetzen die Ursache der Flussänderung benennen (Fläche, Feldstärke oder Winkel) und mit der Rechte-Hand-Regel die Richtung des induzierten Stroms bestimmen. Danach prüfen: Der induzierte Strom muss der Ursache entgegenwirken. Das Minuszeichen im Ansatz beibehalten und erst am Ende über die Richtung entscheiden.
Beim elektromagnetischen Schwingkreis wird die Thomson-Formel T = 2π·√(L·C) mit der Frequenzformel verwechselt oder die Einheit von L und C nicht in SI-Grundeinheiten umgerechnet, sodass Ergebnisse um Zehnerpotenzen danebenliegen.
Periode und Frequenz unterscheiden sich nur durch den Kehrwert, und Henry sowie Farad treten im Alltag selten auf. Präfixe wie mH und µF werden beim Einsetzen nicht konsequent in H und F überführt.
What to do instead
Vor dem Einsetzen alle Größen in SI-Grundeinheiten umschreiben und die Einheit des Ergebnisses mitrechnen. Zur Kontrolle die Dimension prüfen: √(H·F) muss die Einheit einer Sekunde ergeben. Zusätzlich eine Plausibilitätsprüfung mit einem Überschlag durchführen, etwa ob die berechnete Frequenz im erwarteten Kilohertz- bis Megahertzbereich liegt.
Bei Interferenz- und Beugungsaufgaben wird der Gangunterschied ohne den Faktor sin(θ) beziehungsweise ohne Berücksichtigung des Mediums angesetzt, oder Maxima und Minima werden vertauscht, indem die Bedingung d·sin(θ) = k·λ für Minima verwendet wird.
Die Bedingungen für Verstärkung und Abschwächung unterscheiden sich nur durch eine halbe Wellenlänge, und beim Einzelspalt kehrt sich die Zuordnung gegenüber dem Doppelspalt um. Wer die Herleitung über den Gangunterschied nicht parat hat, rät die Formel.
What to do instead
Für jede Aufgabe zuerst den Gangunterschied Δs = d·sin(θ) aufschreiben und dann aus der Phasenlage ableiten: Δs = k·λ ergibt Verstärkung, Δs = (k + ½)·λ ergibt Abschwächung. Beim Einzelspalt die Minima über b·sin(θ) = k·λ notieren und den Unterschied zum Doppelspalt ausdrücklich benennen. Die Kleinwinkelnäherung sin(θ) ≈ tan(θ) nur bei kleinen Winkeln verwenden und das im Text vermerken.
In der Quantenoptik wird der Photoeffekt mit der klassischen Wellenvorstellung erklärt, etwa die Austrittsarbeit als Mindestintensität gedeutet, oder die Formel E = h·f mit E = ½·m·v² verwechselt, sodass die Lichtfrequenz nicht von der Geschwindigkeit der Elektronen getrennt wird.
Die Alltagserfahrung legt nahe, dass mehr Licht mehr Energie bedeutet. Der Unterschied zwischen Intensität (Anzahl der Photonen) und Frequenz (Energie pro Photon) ist konzeptionell anspruchsvoll und wird oft nur formal gelernt.
What to do instead
Die Photonengleichung als Energiebilanz aufschreiben: h·f = W_A + E_kin,max. Dann in Worten erklären, warum die Intensität nur die Zahl der ausgelösten Elektronen, nicht aber deren Maximalenergie beeinflusst. Bei Rechnungen die Austrittsarbeit in Elektronenvolt und Joule getrennt führen und die Einheit am Ende prüfen.
In der Atom- und Kernphysik werden Massendefekt und Bindungsenergie ohne die Umrechnung über c² berechnet, oder es wird nicht zwischen Atommasse und Kernmasse unterschieden, sodass die Elektronenmassen bei β-Zerfällen fehlen.
Die Massenangaben in u und die Energieangaben in MeV liegen in verschiedenen Einheitensystemen, und der Umrechnungsfaktor 1 u ≈ 931,5 MeV/c² wird selten sicher beherrscht. Bei Zerfallsgleichungen wird die Elektronenhülle stillschweigend mitgedacht oder ignoriert.
What to do instead
Bei jeder Kernreaktion zuerst die Bilanz der Nukleonenzahlen und der Ladungen aufstellen, dann die Massen auf beiden Seiten in derselben Einheit notieren. Den Massendefekt Δm bilden und mit dem Umrechnungsfaktor 931,5 MeV/u in Energie überführen. Bei β-Zerfällen ausdrücklich angeben, ob Atom- oder Kernmassen verwendet werden, und die Elektronenmasse gegebenenfalls korrigieren.
In der Relativitätstheorie werden Geschwindigkeiten klassisch addiert oder die Zeitdilatation mit dem Faktor γ statt mit 1/γ angesetzt, sodass bewegte Uhren schneller statt langsamer gehen.
Die Galilei-Transformation ist intuitiv und im Alltag richtig, während die Lorentz-Transformation der Intuition widerspricht. Der Faktor γ = 1/√(1 − v²/c²) ist größer als eins, und seine Position im Zähler oder Nenner wird häufig verwechselt.
What to do instead
Die beiden Formeln getrennt und mit Bedeutung notieren: bewegte Uhren zeigen Δt' = Δt/γ (Zeitdilatation, größere Zeit im Ruhesystem), bewegte Längen erscheinen verkürzt um 1/γ. Bei Geschwindigkeitsaddition immer die relativistische Formel verwenden und als Grenzfall prüfen, ob für kleine v die klassische Summe herauskommt und ob das Ergebnis c nie überschreitet.