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Physiklehrbuch für die gymnasialen Oberstufe, das den Brückenschlag zwischen klassischem Schulbuch und Hochschullehrbuch versucht. Physik gilt nach wie vor als wichtigste Grundlage für eine ganze Reihe von Wissenschaften von den Natur- über die Technik- bis zu den Ingenieurwissenschaften. Giancoli Physik, der Lehrbuchklassiker zur Physik, wendet sich mit dieser Ausgabe an Schüler, die in der Oberstufe des Gymnasiums das Fach Physik in einem Grund- oder Leistungskurs gewählt haben. Es ist eine gekürzte Fassung des Lehrbuchs, das langjährig in der Lehre weltweit etabliert und für seine Verständlichkeit wie auch die lebendige Präsentation des Stoffes berühmt ist. Die vorliegende Ausgabe für die gymnasiale Oberstufe behält diese Merkmale und gibt einen umfassenden Überblick über die Physik - allerdings mit Schwerpunkt auf den wichtigen Themen der gymnasialen Oberstufe und mit einer reduzierten mathematischen Komplexität. Jedes Kapitel bietet viele durchgerechnete Beispiele, zusätzliche Aufgaben und Lösungen sowie eine Zusammenfassung des jeweiligen Fachgebietes. Besonders nützlich zur Abitur- und Klausurvorbereitung sind zudem die ausführlichen Lösungswege auf der Companion Website zu den zahlreichen Übungen im Buch.

Dies alles zusammen macht dieses Schulbuch zum idealen Begleiter für Schüler, die ihr Verständnis der Physik mit ausführlichen Erklärungen vertiefen und an anspruchsvollen Aufgaben überprüfen wollen. (Verlagstext)

 

 

Aus dem Inhalt:

Vorwort IX // 1.1 Das Wesen der Wissenschaft 2 / 1.2 Modelle, Theorien und Gesetze 3 / 1.3 Messungen und Messfehler; signifikante Stellen 4 / 1.4 Einheiten, Standards und das Internationale Einheitensystem 7 / 1.5 Größenordnung: Schnelle Abschätzung 9 / 1.6 Einheiten und Einheitentest 11 / Zusammenfassung 12 / Verständnisfragen 12 // 2.1 Bezugssystem und Weg 14 / 2.2 Mittlere oder Durchschnittsgeschwindigkeit 16 / 2.3 Momentangeschwindigkeit 17 / 2.4 Beschleunigung 19 / 2.5 Bewegung bei konstanter Beschleunigung 22 / 2.6 Problemlösungen 24 / 2.7 Der freie Fall 25 / Zusammenfassung 29 / Verständnisfragen 30 // 3.1 Vektoren und Skalare 34 / 3.2 Vektoraddition - Grafische Methoden 34 / 3.3 Wurfbewegung 37 / 3.4 Lösung von Aufgaben mit Wurfbewegungen 39 / 3.5 Gleichförmige Kreisbewegung 43 / 3.6 Relativgeschwindigkeit 46 / Zusammenfassung 47 / Verständnisfragen 48 // 4.1 Kraft 50 / Das erste Newton'sche Axiom 51 / Masse 52 / Das zweite Newton'sche Axiom 53 / Das dritte Newton'sche Axiom 56 / Gewicht-Die Gravitationskraft 58 / Das Lösen von Aufgaben mit den Newton'schen Axiomen: Kräfteparallelogramme 60 / Problemlösung - Allgemeine Herangehensweise 60 / Anwendungen der Newton'schen Axiome - Reibung 62 / Dynamik der gleichförmigen Kreisbewegung 67 / Erhöhte und nicht erhöhte Straßenkurven 71 / Zusammenfassung 73 / Verständnisfragen 74 // Das Newton'sche Gravitationsgesetz 80 / Gravitation in der Nähe der Erdoberfläche - Geophysikalische Anwendungen 83 / Satelliten und "Schwerelosigkeit" 84 / Die Kepler'schen Gesetze und das Newton'sche Gravitationsgesetz 87 / Fundamentale Wechselwirkungen 91 / Schwere Masse - Träge Masse - Äquivalenzprinzip 92 / Zusammenfassung 93 / Verständnisfragen 94 // 6.1 Durch eine konstante Kraft verrichtete Arbeit 96 / 6.2 Arbeit und kinetische Energie 101 / 6.3 Potentielle Energie 106 / 6.4 Mechanische Energie und ihre Erhaltung 109 / 6.5 Anwendungen des Energieerhaltungssatzes der Mechanik 111 / 6.6 Der Energieerhaltungssatz 115 / 6.7 Leistung 117 / Zusammenfassung 120 / Verständnisfragen 121 // 7.1 Impuls und seine Beziehung zur Kraft 124 / 7.2 Impulserhaltung 125 / 7.3 Stöße und Kraftstoß 128 / 7.4 Energie- und Impulserhaltung bei Stößen 131 / 7.5 Elastische Stöße in einer Raumrichtung 132 / 7.6 Inelastische Stöße 136 / 7.7 Massenmittelpunkt 138 / Zusammenfassung 140 / Verständnisfragen 140 // 8.1 Winkelgrößen 144 / 8.2 Bewegungsgleichungen für gleichförmig beschleunigte Drehbewegungen 148 / 8.3 Rollbewegung (ohne Gleiten) 149 / 8.4 Vektorielle Beschaffenheit von Winkelgrößen 151 / 8.5 Drehmoment 152 / 8.6 Drehdynamik; Drehmoment und Trägheitsmoment 154 / 8.7 Drehimpuls und Drehimpulserhaltung 156 / 8.8 Kinetische Energie der Drehbewegung 158 / 8.9 Rotierende Bezugssysteme; Trägheitskräfte 160 / 8.10 Die Coriolis-Kraft 161 / Zusammenfassung 163 / Verständnisfragen 163 // 9.1 Schwingungen einer Feder 166 / 9.2 Harmonische Schwingung 168 / 9.3 Energie in einem harmonischen Oszillator 173 / 9.4 Zusammenhang zwischen harmonischer Schwingung und gleichförmiger Kreisbewegung 176 / 9.5 Das Fadenpendel 177 / 9.6 Gedämpfte harmonische Schwingung 178 / 9.7 Erzwungene Schwingungen und Resonanz 182 / Zusammenfassung 184 / Verständnisfragen 185 // 10.1 Eigenschaften von Wellen 189 / 10.2 Wellenarten 191 / 10.3 Energietransport in Wellen 192 / 10.4 Mathematische Beschreibung der Welienausbreitung 194 / 10.5 Das Superpositionsprinzip 196 / 10.6 Reflexion und Transmission 197 / 10.7 Interferenz 199 / 10.8 Stehende Wellen; Resonanz 204 / 10.9 Klangqualität und Geräusche 212 / 10.10 Brechung 213 / 10.11 Beugung 214 / 10.12 Doppler-Effekt 215 / 10.13 Anwendungen: Sonar, Ultraschall und Ultraschall-Abbildung 219 / Zusammenfassung 221 / Verständnisfragen 222 // 11.1 Die Atomtheorie der Materie 226 / 11.2 Thermisches Gleichgewicht und der nullte Hauptsatz der Wärmelehre 228 / 11.3 Die Gasgesetze und die absolute Temperatur 229 / 11.4 Das ideale Gasgesetz 231 / 11.5 Problemlösung mit dem idealen Gasgesetz 233 / 11.6 Ideales Gasgesetz und Avogadro-Konstante 234 / Zusammenfassung 235 / Verständnisfragen 235 // 12.1 Das ideale Gasgesetz und die molekulare Interpretation der Temperatur 238 / 12.2 Molekulare Geschwindigkeitsverteilung 242 / 12.3 Mittlere freie Weglänge 243 / 12.4 Wärme und innere Energie 246 / 12.5 Der erste Hauptsatz der Thermodynamik 249 / 12.6 Anwendungen des ersten Hauptsatzes; Arbeitsberechnung 250 / 12.7 Wärmekapazität für Gase und die Gleichverteilung der Energie 255 / 12.8 Adiabatische Expansion eines Gases 258 / Zusammenfassung 260 / Verständnisfragen 261 // 13.1 Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik-Einführung 264 15.2 / 13.2 Wärmekraftmaschinen 265 15.3 / 13.3 Reversible und irreversible Prozesse; der Carnot-Prozess 267 15.4 / 13.4 Kältemaschinen, Klimaanlagen 15.5 und Wärmepumpen 273 15.6 / 13.5 Entropie 275 15.7 / 13.6 Entropie und der zweite Hauptsatz der Thermodynamik 276 / 13.7 Aus Ordnung wird Unordnung 280 / 13.8 Energieverfügbarkeit; Wärmetod 281 / 13.9 Statistische Interpretation der Entropie und des zweiten Hauptsatzes 282 / 13.10 Thermodynamische Temperaturskala; absoluter Nullpunkt und der dritte 16.1 / Hauptsatz der Thermodynamik 284 16-2 / Zusammenfassung 286 1 ß - 3 / Verständnisfragen 287 // 14.1 Statische Elektrizität; elektrische Ladung und ihre Erhaltung 290 / 14.2 Elektrische Ladung im Atom 291 / 14.3 Isolatoren und metallische Leiter 292 / 14.4 Influenz; das Elektrometer 293 / 14.5 Das Coulomb'sche Gesetz 294 / 14.6 Das elektrische Feld 298 / 14.7 Feldlinien 300 / 14.8 Elektrische Felder und metallische Leiter. 302 / 14.9 Bewegung einer Punktladung in einem elektrischen Feld 303 / 14.10 Das Gauß'sche Gesetz 305 / 14.11 Das elektrische Potential 310 / 14.12 Beziehung zwischen elektrischem Potential und elektrischem Feld 315 17.2 / 14.13 Das elektrische Potential einer Punktladung 317 17.4 / 14.14 Äquipotentialflächen 318 / 14.15 Die elektrostatische potentielle Energie 17.5 und das Elektronenvolt 320 / 14.16 Die Kathodenstrahlröhre: Fernseher, Computerbildschirm und Oszilloskop 321 / 14.17 Elektrische Dipole 324 17.8 / Zusammenfassung 325 / Verständnisfragen 326 // Kondensatoren 330 / Bestimmung der Kapazität 331 / Kondensatoren in Reihen- und Parallelschaltungen 333 / Speicherung elektrischer Energie 336 / Dielektrika 337 / Molekulare Beschreibung von Dielektrika 340 / Schaltkreise mit Widerstand und Kondensator (RC-Schaltkreise) 344 / Zusammenfassung 349 / Verständnisfragen 350 // Magnete und Magnetfelder 354 / Elektrische Ströme erzeugen Magnetfelder 357 / Die Kraft auf einen elektrischen Strom im Magnetfeld; Definition von B 358 / Die Kraft auf eine bewegte elektrische Ladung in einem Magnetfeld: die Lorentz-Kraft 360 / Das auf eine Leiterschleife wirkende Drehmoment 364 / Anwendungen: Elektromotoren und Lautsprecher 366 / Das Elektron: Entdeckung und Eigenschaften 367 / Der Hall-Effekt 370 / Massenspektrometer 371 / Zusammenfassung 372 / Verständnisfragen 372 // Das Magnetfeld eines geraden Leiters 376 / Die Kraft zwischen zwei parallelen Drähten 377 / Das Ampère'sche Gesetz 379 / Das Magnetfeld einer Spule und eines Toroids 381 / Magnetische Materialien - Ferromagnetismus 383 / Elektromagnete und Spulen 385 / Magnetfelder in magnetischen Materialien; Hysterese 386 / Paramagnetismus und Diamagnetismus 388 / Zusammenfassung 390 / Verständnisfragen 390 // Die Induktionsspannung 392 / Das Faraday'sche Induktionsgesetz / und die Lenz'sche Regel 393 / Induktion einer Spannung in einem / bewegten Leiter 398 / Elektrische Generatoren 400 / Gegenspannung und Gegendrehmoment; / Wirbelströme 402 / Transformatoren und Stromübertragung 405 / Ein sich ändernder magnetischer Fluss / erzeugt ein elektrisches Feld 409 / Anwendungen des Induktionsgesetzes: Tonsysteme, Datenspeicher / und Seismografen 411 / Zusammenfassung 413 / Verständnisfragen 413 // Gegeninduktivität 416 / Selbstinduktivität 418 / Energiespeicherung im Magnetfeld 420 / Ein- und Ausschaltvorgang einer Spule 421 / Elektrischer Schwingkreis 423 / Gedämpfter elektrischer Schwingkreis 426 / Ungedämpfte Schwingung, Rückkopplung 427 / Zusammenfassung 428 / Verständnisfragen 429 // Einleitung: Wechselstromkreise 432 / Widerstand im Wechselstromkreis 432 / Induktionsspule im Wechselstromkreis 433 / Kondensator im Wechselstromkreis 435 / LRC-Wechselstromkreise in Reihenschaltung 438 / Resonanz im Wechselstromkreis 441 / Drehstrom 442 / Zusammenfassung 444 / Verständnisfragen 445 / 21.1 Ein sich änderndes elektrisches Feld erzeugt ein Magnetfeld - eine allgemeine Form für das Ampère'sche Gesetz 448 24.2 / 21.2 Das Gauß'sche Gesetz für den Magnetismus 450 / 21.3 Die Maxwell'schen Gleichungen 451 / 21.4 Erzeugung elektromagnetischer Wellen 452 / 21.5 Licht als elektromagnetische Welle und das elektromagnetische Spektrum 455 / 21.6 Radio und Fernsehen 457 / Zusammenfassung 460 / Verständnisfragen 460 // 22.1 Lichtgeschwindigkeit und Brechungsindex 464 / 22.2 Huygens-Prinzip und Beugung 466 / 22.3 Sichtbares Spektrum und Dispersion 467 / 22.4 Huygens-Prinzip und Brechungsgesetz 468 / 22.5 Interferenz - Das Young'sche Doppelspaltexperiment 470 / 22.6 Kohärenz 474 / 22.7 Die Intensität im Interferenzmuster des Doppelspalts 475 / 22.8 Interferenz in dünnen Schichten 479 / 22.9 Das Michelson-Interferometer 483 / Zusammenfassung 484 / Verständnisfragen 485 // 23.1 Beugung am Einfachspalt 489 / 23.2 Intensität im Beugungsmuster des Einfachspalts 491 / 23.3 Beugung am Doppelspalt 494 / 23.4 Beschränkung der Auflösung; kreisförmige Öffnungen 496 / 23.5 Auflösung von Teleskopen und Mikroskopen 498 / 23.6 Auflösungsvermögen des menschlichen Auges und sinnvolle Vergrößerung 500 / 23.7 Beugungsgitter 501 / 23.8 Spektrometer und Spektroskopie 503 / 23.9 Linienbreite und Auflösungsvermögen eines Beugungsgitters 504 / 23.10 Röntgenstrahlen und Röntgenbeugung 507 / 23.11 Polarisation 509 / 23.12 Die Streuung des Lichts an der Atmosphäre 514 / Zusammenfassung 515 / Verständnisfragen 516 // Galilei-Newton'sches Relativitätsprinzip 518 / Das Michelson-Morley-Experiment 522 / 24.3 Die Postulate der speziellen Relativitätstheorie 525 / 24.4 Gleichzeitigkeit 526 / 24.5 Zeitdilatation und das Zwillingsparadoxon 529 / 24.6 Längenkontraktion 533 / 24.7 Die vierdimensionale Raumzeit 536 / 24.8 Relativistischer Impuls und relativistische Masse 537 / 24.9 Grenzgeschwindigkeit 540 / 24.10 Energie und Masse; E = mc2 540 / 24.11 Doppier-Verschiebung des Lichts 545 / 24.12 Die Auswirkungen der speziellen Relativitätstheorie 546 / Zusammenfassung 547 / Verständnisfragen 548 // 25.1 Die Planck'sche Quantenhypothese 552 / 25.2 Photonentheorie des Lichts und der fotoelektrische Effekt 554 / 25.3 Photonen und der Compton-Effekt 559 / 25.4 Photonenwechselwirkungen; Paarerzeugung 562 / 25.5 Welle-Teilchen-Dualismus; das Komplementaritätsprinzip 563 / 25.6 Die Wellennatur der Materie 564 / 25.7 Elektronenmikroskope 566 / 25.8 Frühe Atommodelle 567 / 25.9 Atomspektren: Schlüssel zur Struktur des Atoms 568 / 25.10 Das Bohr'sche Atommodell 570 / 25.11 Die Anwendung der De-Broglie'schen Hypothese auf Atome 577 / Zusammenfassung 579 / Verständnisfragen 580 // 26.1 Die Quantenmechanik: Eine neue Theorie 584 / 26.2 Die Wellenfunktion und ihre Interpretation; das Doppelspaltexperiment 585 / 26.3 Die Heisenberg'sche Unschärferelation 588 / 26.4 Philosophische Konsequenzen; Wahrscheinlichkeit und Determinismus 592 / 26.5 Die Schrödinger-GIeichung in einer Dimension 594 / 26.6 Freie Teilchen; Ebene Wellen und Wellenpakete 596 / 26.7 Teilchen in einem unendlich tiefen Potentialtopf 598 / 26.8 Endlicher Potentialtopf 602 / 26.9 Tunneln durch eine Potentialbarriere 604 / Zusammenfassung 608 / Verständnisfragen 609 // Quantenmechanische Sicht auf Atome 612 / Das Wasserstoffatom: Schrödinger-GIeichung und Quantenzahlen 613 / Die Wellenfunktionen des Wasserstoffatoms 617 / Komplexe Atome, das Pauli-Prinzip 620 / Das Periodensystem der Elemente 622 / Röntgenspektren und Ordnungszahl 624 / Fluoreszenz und Phosphoreszenz 626 / Laser 627 / Zusammenfassung 630 / Verständnisfragen 631 // Struktur und Eigenschaften des Atomkerns 634 / Bindungsenergie und Kernkräfte 637 / Radioaktivität 639 / Alphazerfall 640 / Betazerfall 642 / Gammazerfall 644 / Erhaltung der Nukleonenzahl und weitere Erhaltungssätze 645 / Halbwertszeit und Zerfallsrate 645 / Zerfallsreihen 648 / Die Radiokarbonmethode 650 / Strahlungsmessung 651 / Zusammenfassung 652 / Verständnisfragen 653 // Kernreaktionen und Transmutation von Elementen 656 / Kernspaltung; Kernreaktoren 657 / Fusion 663 / Durchgang der Strahlung durch Materie; Strahlungsschäden 667 / Strahlungsmessung - Dosimetrie 669 / Strahlentherapie 672 / Indikatoren 672 / 29.8 Bildgebung durch Tomografie 673 / Zusammenfassung 676 / Verständnisfragen 677 // A Mathematische Formeln 680 / B Ableitungen und Integrale 680 / C Ausgewählte Isotope 681 / D Physikalische Größen: Verwendete Symbole und ihre Einheiten 684 / E Index 689