Physik 1, Bau und Gestaltung, Thomas Borer, HTW Chur, 2001/02

Lernziele

Allgemein

• einen neuen Sachverhalt analysieren können.
• eine neue Problemstellung mit Hilfe eines bekannten physikalischen Grundprinzips analysieren können.
• einfachere Beziehungen zwischen physikalischen Grössen herleiten und anwenden können.
• einen behaupteten physikalischen Sachverhalt mit Hilfe von Alltagserfahrungen beurteilen können.
• einem Video-Film relevante Informationen entnehmen können.
• aus einem Experiment neue Erkenntnisse gewinnen können.
• durch das Studium schriftlicher Unterlagen neue Sachverhalte erarbeiten können.

Mechanik

• die Wirkungen einer Kraft kennen.
• die Masseinheit der Grösse Kraft kennen.
• den Vektorcharakter einer Kraft verstehen.
• Kräfte korrekt einzeichnen können.
• die vektorielle Addition bzw. Zerlegung von Kräften zur Analyse und Lösung von konkreten Problemstellungen anwenden können.
• das Modell des Massenpunktes kennen.
• verstehen, was der Schwerpunkt eines starren Körpers ist.
• verstehen, dass das Modell des Massenpunktes versagt, wenn eine Kraft ausserhalb des Schwerpunktes eines starren Körpers angreift.
• wissen, dass jedes System von Kräften, die an einem starren Körper angreifen, in eine am Schwerpunkt angreifende Einzelkraft und in ein Kräftepaar zerlegt werden kann.
• verstehen, was der Schwerpunkt eines starren Körpers ist.
• wissen, was die Wirkungslinie einer Kraft ist.
• wissen, dass sich die Wirkung einer Kraft nicht ändert, wenn man die Kraft auf ihrer Wirkungslinie verschiebt.
• verstehen, wie die Wirkung einer Kraft von der Lage ihrer Wirkungslinie und ihrem Betrag abhängt.
• die Grösse Drehmoment kennen.
• das Drehmoment einer Kraft bestimmen können.
• die Wirkung von Kräften beurteilen können, die an einem starren Körper angreifen.
• das Phänomen Druck kennen.
• die Definition und die Masseinheiten der Grösse Druck kennen.
• wissen, dass der Druck in einer Flüssigkeit isotrop wirkt.
• einen Druck bzw. eine Druckkraft berechnen können.
• wissen, ob eine Flüssigkeit bzw. ein Gas kompressibel ist oder nicht.
• die Ursache für den Schweredruck in einer Flüssigkeit oder in einem Gas verstehen.
• den Verlauf des Schweredruckes in einer Flüssigkeit und in einem Gas kennen.
• den Schweredruck in einer bestimmten Tiefe einer bestimmten Flüssigkeit bestimmen können.
• die Funktionsweise eines Flüssigkeits-Barometers verstehen.
• verstehen, warum bei einem Flüssigkeits-Barometer Quecksilber verwendet wird und nicht Wasser.
• das Phänomen Auftrieb kennen.
• die Ursache des Auftriebes in einer Flüssigkeit oder in einem Gas verstehen.
• verstehen, unter welchen Bedingungen ein in eine Flüssigkeit eingetauchter Körper schwimmt, absinkt oder auftaucht.

Schwingungen und Wellen

• Beispiele von Schwingungsvorgängen aus dem Alltag und der Technik kennen.
• Charakteristiken einer Schwingung kennen.
• beurteilen können, ob ein physikalischer Vorgang eine Schwingung ist oder nicht.
• die Grössen Schwingungsdauer/Periodendauer/Periode, Frequenz, Auslenkung und Amplitude und deren Zusammenhänge kennen.
• den Zusammenhang zwischen der Schwingungsdauer und der Frequenz auswendig kennen und anwenden können.
• den Zusammenhang zwischen der Schwingung eines Federpendels und einer gleichförmigen Kreisbewegung verstehen.
• Charakteristiken einer harmonischen Schwingung kennen.
• beurteilen können, ob eine Schwingung eine harmonische Schwingung ist oder nicht.
• verstehen, dass die Schwingung eines Fadenpendels keine harmonische Schwingung ist.
• den zeitlichen Verlauf von Auslenkung, Geschwindigkeit und Beschleunigung bei einer harmonischen Schwingung kennen.
• wissen, dass jede natürliche Schwingung gedämpft ist.
• verstehen, was eine Welle ist.
• die Grössen Periode, Wellenlänge und Ausbreitungsgeschwindigkeit kennen.
• verstehen, was eine Transversal-, Longitudinalwelle ist.
• eine Uebersicht über die verschiedenen Typen von mechanischen Wellen haben.
• aus der Funktionsgleichung einer harmonischen Welle die Auslenkung an einem bestimmten Ort und zu einem bestimmten Zeitpunkt bestimmen können.
• das Prinzip der ungestörten Ueberlagerung von Wellen verstehen.
• die Interferenz zweier entgegenlaufender Störungen verstehen.
• verstehen, was konstruktive, destruktive Interferenz bedeutet.
• die Interferenz zweier in gleiche Richtung bzw. gegeneinander laufender Wellen beschreiben können und verstehen.
• das Huygens'sche Prinzip verstehen und in einfacheren Beispielen anwenden können.
• das Reflexionsgesetz kennen, mit Hilfe des Huygens'schen Prinzips herleiten, in konkreten Problemstellungen anwenden können.
• das Brechungsgesetz kennen, mit Hilfe des Huygens'schen Prinzips herleiten, in konkreten Problemstellungen anwenden können.
• das Phänomen Beugung kennen.
• wissen, dass die Beugung am stärksten ist, wenn die Abmessungen des beugenden Objektes gleich gross sind wie die Wellenlänge.
• verstehen, wie durch Überlagerung zweier gegenläufiger Wellen gleicher Frequenz und gleicher Amplitude eine stehende Welle entsteht.
• verstehen, dass sich auf einem endlichen Wellenträger nur bei bestimmten Frequenzen eine stehende Welle bzw. eine Eigenschwingung bildet.
• Beispiele von stehenden Wellen kennen.
• den Zusammenhang zwischen der Länge eines Wellenträgers und den Wellenlängen bzw. Frequenzen der möglichen Eigenschwingungen verstehen und anwenden können.
• ein Resonanzphänomen mit physikalischen Methoden analysieren können.
• die Funktionsweise einer Trompete als Anwendungsbeispiel von Eigenschwingungen bei Musikinstrumenten
  verstehen.
• die Struktur einer Tonleiter mit Oktave und Halbtönen kennen.
• die Grössen Schallleistung, Schallintensität, Schallpegel, Lautstärke kennen
• die Zusammenhänge zwischen den Grössen Schallleistung, Schallintensität, Schallpegel, Lautstärke kennen und in konkreten Problemstellungen anwenden können.
• verstehen, dass das Licht Wellencharakter besitzt.
• verstehen, wie beim Fresnel'schen Spiegelversuch die beobachteten Interferenzmuster zu Stande kommen.
• wissen, dass Licht eine endliche Ausbreitungsgeschwindigkeit hat.
• verstehen wie Roemer aus der Beobachtung des Jupitermondes Io die Lichtgeschwindigkeit bestimmt hat.
• verstehen, wie Fizeau zum ersten Mal die Lichtgeschwindigkeit direkt auf der Erde gemessen hat.
• Abrisse der Geschichte der Optik kennen.
• wissen, dass Lichtwellen elektromagnetische Wellen sind.
• das Strahlenmodell des Lichtes als Idealisierung verstehen.
• verstehen, was die Brechzahl eines Mediums ist.
• das Reflexions- und das Brechungsgesetz zur Analyse und Lösung von konkreten Problemstellungen anwenden können.
• wissen, was ein Planspiegel, Hohlspiegel, Wölbspiegel, eine Sammellinse, Zerstreuungslinse.
• wissen, was die optische Achse, der Brennpunkt einer Linse oder eines Spiegels ist.
• die charakteristischen Strahlen bei Spiegeln und Linsen kennen.
• die Bildentstehung bei Spiegeln und Linsen verstehen.
• verstehen, was ein reelles, virtuelles Bild ist.
• den Aufbau des menschlichen Auges kennen.
• die Bildentstehung im menschlichen Auge verstehen.
• die Ursache und die Korrektur von Weit- und Kurzsichtigkeit verstehen.
• die Hauptaufgabe eines optischen Instrumentes kennen.
• die Funktionsweise einer Lupe, eines Mikroskopes, eines Fernrohres verstehen.
• die Linsengleichung zur Analyse und Lösung von konkreten Problemstellungen anwenden können.
• einige Linsenfehler kennen.
• wissen, dass das Auflösungsvermögen optischer Instrumente begrenzt ist.
• die Zerlegung von weissem Licht in verschiedene Farben verstehen.
• die Farbaddition und -subtraktion verstehen.
• das Farbensehen beim menschlichen Auge verstehen.
• das Entstehen von Körperfarben verstehen.

Wärmelehre

• die Begriffe "Wärme" und "Temperatur" kennen und verstehen.
• wissen, dass Wärme produziert, transportiert, gespeichert werden kann.
• einige Temperatur-Messmethoden kennen.
• verstehen wie die Celsius-, Fahrenheit-, absolute Temperaturskala definiert ist.
• den Zusammenhang zwischen Energie und Temperatur kennen und verstehen.
• die Begriffe "spezifische Energiekapazität", "spezifische Schmelzwärme", "spezifische Verdampfungswärme" kennen und verstehen.
• den Zusammenhang zwischen Energie und Temperatur in konkreten Problemstellungen anwenden können.
• Mischversuche durch Aufstellen von Energiebilanzen analysieren können.
• die drei Wärmetransportarten Wärmeleitung, -strömung und -strahlung erklären und unterscheiden können.
• Beispiele von Wärmeleitung, -strömung und -strahlung in der Natur und in der Technik kennen.
• Grundgesetze zur Wärmeleitung, -strahlung, zum Wärmeübergang, -durchgang kennen.
• verstehen, was der "k-Wert" ist.
• Grundgesetze zum Wärmetransport anwenden können.

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