Physik 3/4, Bau und Gestaltung, HTW Chur, Thomas Borer, 2009/10

Lernziele

Physik 3
Physik 4

Allgemein

• eine Problemstellung mit exakter und strukturierter Arbeitsweise bearbeiten können.
• sich aus dem Studium eines schriftlichen Dokumentes neue Kenntnisse erarbeiten können.
• eine neue Problemstellung selbstständig und in Gruppen bearbeiten können.
• einen bekannten oder neuen Sachverhalt analysieren und beurteilen können.
• neue Erkenntnisse und offene Fragen in einer Gruppe diskutieren können.
• Erkenntnisse in geeigneter Form zusammenfassen können.
• Lösungswege in Gruppen diskutieren können.
• Lösungswege vollständig, übersichtlich und verständlich dokumentieren können.
• physikalische Gesetze in konkreten Problemstellungen anwenden können.
• Aussagen und Beziehungen zwischen Grössen mit Hilfe physikalischer Grundgesetze als Gleichungen formulieren können.
• die Vollständigkeit eines Gleichungssystems beurteilen können.
• eine einfachere Überschlagsrechnung ausführen können.
• einen experimentellen Aufbau skizzieren können.
• einen experimentellen Ablauf mit eigenen Worten beschreiben können.
• aus einem Experiment neue Erkenntnisse gewinnen können.
• experimentell ermittelte Daten auswerten und grafisch darstellen können.
• einfachere Energieberechnungen ausführen können.
• einem technischen Datenblatt einzelne Informationen entnehmen und damit einfachere Berechnungen durchführen können.

Physik 3

Schwingungen und Wellen

• ausgewählte Grundgesetze der Schwingungs- und Wellenlehre kennen, verstehen und anwenden können.
• Problemstellungen zu Schwingungen und Wellen analysieren und lösen 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.
• den Doppler-Effekt verstehen.
• die Zusammenhänge zwischen gesendeter und wahrgenommener Frequenz beim Doppler-Effekt verstehen und anwenden können.
• verstehen, dass das Licht Wellencharakter besitzt.
• verstehen, wie beim Fresnel'schen Spiegelversuch die beobachteten Interferenzmuster zu Stande kommen.
• Abrisse der Geschichte der Optik kennen.
• wissen, dass Lichtwellen elektromagnetische Wellen sind.
• die Ausbreitungsgeschwindigkeit einer elektromagnetischen Welle kennen.
• einen Überblick über das Frequenzspektrum der elektromagnetischen Wellen haben.
• das Phänomen der Beugung von Wellen kennen und verstehen.

• verstehen, was Messen grundsätzlich bedeutet.
• verstehen, wie sich eine physikalische Grösse aus einer Masszahl und einer Masseinheit zusammensetzt.
• wissen, dass und warum es das SI-Einheitensystem gibt.
• die wichtigsten SI-Basiseinheiten kennen.
• einige abgeleitete SI-Einheiten kennen.
• einfache physikalische Grössen in SI-Basiseinheiten angeben können.
• die Vorsätze und Zeichen der wichtigsten dezimalen Vielfache und Teile von Einheiten kennen.
• einfache physikalische Grössen in sinnvollen dezimalen Vielfachen oder Teilen von SI-Basiseinheiten angeben können.
• die Zehnerpotenzdarstellung physikalischer Grössen kennen.
• physikalische Grössen in der Zehnerpotenzdarstellung angeben können.
• den Unterschied zwischen einem systematischen und einem zufälligen bzw. statistischen Fehler verstehen.
• den Messfehler bei einfachen Messgrössen abschätzen können.
• verstehen, was signifikante Stellen sind.
• die Anzahl signifikanter Stellen aus der Masszahl einer physikalischen Grösse herauslesen können.
• die Genauigkeit einer aus gemessenen Grössen berechneten Grösse beurteilen können.
• eine gemessene bzw. aus gemessenen Grössen berechnete Grösse mit der ihrer Ungenauigkeit angemessenen Anzahl signifikanter Stellen oder Dezimalstellen angeben können.
• den Mittelwert, die Standardabweichung und den relativen Fehler einer in einer Messserie ermittelten Grösse bestimmen können.
• Messverfahren für verschiedene physikalische Grössen kennen.
• aus Messdaten Zusammenhänge zwischen verschiedenen physikalischen Grössen erkennen und grafisch darstellen können.

Physik 4

Radioaktivität

• die zeitliche Entwicklung der Atommodelle in groben Zügen kennen.
• das heute gültige Atommodell kennen.
• den Aufbau eines Atomes kennen.
• den Aufbau eines Atomkernes kennen.
• wissen, was ein Nukleon ist.
• die vier Grundwechselwirkungen der Natur kennen.
• für einfachere Phänomene aus der Natur und der Technik beurteilen können, welche der vier Grundwechselwirkungen der Natur für das Phänomen hauptsächlich verantwortlich ist.
• wissen, welche der vier Grundwechselwirkungen der Natur für den Zusammenhalt der Atomkerne verantwortlich ist.
• verstehen, was ein Element ist.
• die Begriffe "Ordnungszahl", "Neutronenzahl" und "Nukleonenzahl" und deren Zusammenhang kennen und verstehen.
• verstehen, was ein Nuklid ist.
• ein Nuklid mit korrekter Notation bezeichnen können.
• verstehen, wie die Stoffmengeneinheit Mol definiert ist.
• die Zusammenhänge zwischen den Grössen Stoffmenge, Masse und Molmasse in einfacheren Problemstellungen anwenden können.
• verstehen, was ein Isotop ist.
• verstehen, was die Bindungsenergie eines Systems ist.
• den Zusammenhang zwischen den Energieeinheiten Joule (J) und Elektronenvolt (eV) kennen.
• die bei einer Kernspaltung freigesetzte Energie aus der Bindungsenergie-pro-Nukleon-Grafik bestimmen können.
• wissen, aus welchem Teil des Atoms die radioaktiven Strahlen stammen.
• den Unterschied zwischen natürlicher und künstlicher ionisierender Strahlung verstehen.
• die drei wichtigsten radioaktiven Zerfallsarten kennen.
• wissen, woraus Alpha-Strahlung besteht.
• verstehen, wie sich ein Atomkern beim Alpha-Zerfall verändert.
• wissen, woraus Beta-Plus- und Beta-Minus-Strahlung besteht.
• verstehen, wie ein Beta-Teilchen beim Beta-Zerfall entsteht.
• verstehen, wie sich ein Atomkern beim Beta-Plus- oder Beta-Minus-Zerfall verändert.
• wissen, woraus Gamma-Strahlung besteht.
• verstehen, inwiefern sich ein Atomkern beim Gamma-Zerfall verändert.
• verstehen, wie die Aktivität eines radioaktiven Strahlers definiert ist.
• die Masseinheit der Aktivität kennen.
• den statistischen Charakter des radioaktiven Zerfalls verstehen.
• das Zerfallsgesetz für den radioaktiven Zerfall verstehen und anwenden können.
• verstehen, wie die Halbwertszeit definiert ist.
• den Aufbau der Nuklidkarte verstehen.
• wissen und verstehen, wie man auf der Nuklidkarte von einem radioaktiven Mutternuklid unter Berücksichtigung der entsprechenden Zerfallsart zum Tochternuklid gelangt.
• mit Hilfe der Nuklidkarte Zerfallsreihen erkennen und aufstellen können.
• wissen, was man mit einem Geiger-Müller-Zählrohr misst.
• die ungefähre Reichweite von Alpha-, Beta- und Gamma-Strahlung in Luft kennen.
• wissen, wie Alpha-, Beta- und Gamma-Strahlung abgeschirmt werden kann.
• die Kernreaktionen bei der Spaltung von Uran-235 kennen.
• verstehen, warum bei der Kernspaltung von Uran-235 Energie freigesetzt wird.
• die Grössenordnung der bei der Spaltung eines Uran-235-Kernes freigesetzten Energie kennen.
• verstehen, warum für die Energiegewinnung aus Kernspaltungen Uran-235 verwendet wird.
• wissen, dass die Spaltprodukte von Uran-235 radioaktiv sind.
• den Unterschied zwischen einer kontrollierten und einer unkontrollierten Kettenreaktion bei Kernspaltungen verstehen.
• wissen, dass es für eine Kettenreaktion bei Kernspaltungen eine minimale kritische Masse des Spaltmaterials braucht.
• die Funktionsweise eines Kernkraftwerkes verstehen.
• die energetischen Abläufe in den einzelnen Kreisläufen in einem Kernkraftwerk verstehen.
• den Unterschied zwischen einem Druckwasser- und einem Siedewasserreaktor verstehen.
• verstehen, wieviel eine Kilowattstunde Energie ist.
• die Grössenordung der in einem Kernkraftwerk umgesetzten Energiemenge kennen.
• die elektrische Leistung eines Solarkraftwerkes mit derjenigen eines Kernkraftwerkes vergleichen können.

Wärme

• die Entropie bzw. Wärme als mengenartige Grundgrösse verstehen.
• wissen, dass Entropie im Unterschied zu anderen mengenartigen Grössen erzeugt werden kann.
• wissen, dass Entropie in einen Körper hinein oder aus ihm heraus fliessen kann.
• wissen, dass Entropie in einem Körper gespeichert werden kann.
• den Unterschied zwischen Energie und Temperatur verstehen.
• eine Temperaturdifferenz als Antrieb für einen Entropiestrom verstehen.
• die Entropie als Energieträger verstehen.
• die Temperatur als Energiebeladungsmass der Entropie verstehen.
• den Zusammenhang zwischen dem Entropiestrom und dem Energiestrom kennen und verstehen.
• den Energieumsatz in einer Wärmekraftmaschine, Wärmepumpe verstehen.
• den Zusammenhang zwischen der Entropieerzeugung und der Irreversibilität von Prozessen verstehen.
• den Zusammenhang zwischen ausgetauschter Energie und Temperaturänderung kennen und verstehen.
• die Grössen "spezifische Energiekapazität", "spezifische Schmelzenergie", "spezifische Verdampfungsenergie" kennen und verstehen.
• den Zusammenhang zwischen ausgetauschter Energie und Temperaturänderung in konkreten Problemstellungen anwenden können.
• den Temperaturverlauf bei Erwärmungs- und Phasenänderungsvorgängen kennen und verstehen.
• Mischvorgänge in der Energiedarstellung analysieren können.

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