WerkzeugHilfsmittel
\nIm Physikabitur darfst du eine Formelsammlung benutzen; welche genau, steht im Kasten oben. Die ländergemeinsame Formelsammlung hat einen Physikteil mit acht Kapiteln von der Mechanik bis zur Astrophysik und einen Anhang mit Einheiten, Vorsätzen, Naturkonstanten, Teilchenmassen, Spektrallinien und einem Auszug aus der Nuklidkarte. Sie sagt selbst, dass sie die Bedingungen, unter denen eine Formel gilt, im Allgemeinen nicht nennt. Den Ansatz und die Entscheidung, ob eine Formel passt, liefert sie also nicht; das ist deine Leistung. Wer vor der Prüfung weiß, wo was steht, spart in jeder Aufgabe Minuten.
Ab dem Abitur 2027 ist in Physik die „Ländergemeinsame mathematisch-naturwissenschaftliche Formelsammlung“ verpflichtend. Erlaubt sind auch Ausgaben aus dem Handel, die „ausschließlich die Inhalte der ländergemeinsamen Formelsammlung enthalten“. Andere Formelsammlungen sind nicht mehr zugelassen. Das Schulministerium stellt sie als PDF bereit.
Quellen: Vorgaben Abitur 2027 Physik · Standardsicherung NRW: Physik
Fast alle Länder lassen im Physikabitur dieselbe Formelsammlung zu, die Mathematisch-naturwissenschaftliche Formelsammlunggemeinsame Formelsammlung der Länder für die Abiturprüfung in Mathematik, Chemie und Physik, Stand 14.02.2024 für Mathematik, Chemie und Physik, oder eine Druckausgabe mit genau ihrem Inhalt. Manche Länder lassen noch ein eigenes Formeldokument zu. Übe mit genau der Fassung, die du in der Prüfung bekommst.
\nWichtig ist der Satz am Anfang der Formelsammlung: „Das Dokument stellt keine Formelsammlung im klassischen Sinn dar; insbesondere werden im Allgemeinen Voraussetzungen für die Gültigkeit von Formeln nicht genannt …“ Sie erinnert dich an Formeln, ersetzt aber kein Verständnis.
\n| Kapitel | Was du dort findest (Auswahl) |
|---|---|
| 3.1 Mechanik | Newton’sche Gesetze, Kräfte, Bewegungen und Würfe, Kreisbewegung, Energie, Arbeit, Leistung, Gravitation, Impuls und Stöße; Schwingungen mit Feder- und Fadenpendel; Wellen und stehende Wellen; Akustik |
| 3.2 Elektrizitätslehre und Magnetismus | Stromkreise, Coulomb, Feldstärke, Potenzial, Wechselstrom, Kondensator mit Auf- und Entladen, Lorentzkraft, Hall-Spannung, Induktion, Transformator, Spule, Schwingkreis mit Thomson’scher Gleichung, Dipol, elektromagnetische Wellen |
| 3.3 Optik | Reflexion, Brechung, Totalreflexion, Linsen; Doppelspalt, Gitter, Einzelspalt, Bragg-Beziehung, Polarisation |
| 3.4 Quantenphysik und Materie | Photon, Fotoeffekt, Compton-Effekt, de-Broglie-Wellenlänge, Unbestimmtheitsrelation, Schrödingergleichung; Energieniveaus und Spektrallinien des Wasserstoffatoms, Moseley-Gesetz, Potenzialtopf |
| 3.5 Wärmelehre | Grundgleichung, Entropie, Hauptsätze, Zustandsgleichung idealer Gase, Wärmeleitung, Wärmeausdehnung |
| 3.6 Spezielle Relativitätstheorie | Lorentz-Faktor und -Transformation, Zeitdilatation, Längenkontraktion, relativistischer Impuls und Energie |
| 3.7 Kernphysik | Aktivität, Zerfallsgesetz, Absorptionsgesetz, Dosisgrößen, Bindungsenergie, Kernradius |
| 3.8 Astrophysik | Kepler’sche Gesetze, Bewegung im Gravitationsfeld, Strahlungsgesetze, Entfernung und Helligkeit, Hubble-Beziehung |
Im Anhang stehen: Größen und Einheiten mit ihren Beziehungen, astronomische Entfernungsangaben, Vorsätze bei Einheiten (Milli, Mikro, Nano …) und tabellierte Werte: Naturkonstanten (e, h, c, ε₀, μ₀, G und mehr), Massen von Elektron, Proton, Neutron und α-Teilchen, die Teilchen des Standardmodells, Atom- und Kernmassen ausgewählter Nuklide, Wellenlängen ausgewählter Spektrallinien und ein Auszug aus der NuklidkarteÜbersicht aller Atomkerne nach Protonen- und Neutronenzahl, mit Zerfallsart und Halbwertszeit mit Halbwertszeiten.
\n\nThema „Elektroneninterferenz am Doppelspalt“ (Abituraufgabe, grundlegendes Niveau). Claus Jönsson beschleunigte Elektronen mit 50 kV; ihre de-Broglie-Wellenlänge beträgt etwa 5·10⁻¹² m. Der Spaltmittenabstand war 2 µm.
\n1b „Berechnen Sie den Beugungswinkel α₁ des Maximums 1. Ordnung, welcher unter den von C. Jönsson in Material 1 beschriebenen Versuchsbedingungen zu erwarten ist. [Kontrollwert: α₁ = 0,00014°]“ (6 BE)
\nZusatzfrage (von uns): Prüfe mit den Werten aus dem Anhang der Formelsammlung, ob die angegebene Wellenlänge zu 50 kV passt.
\nIQB-Abituraufgabe Physik, grundlegendes Niveau, „Elektroneninterferenz am Doppelspalt“ (2025gNQMmg1), Aufgabe 1b wörtlich, Material gekürzt; Zusatzfrage von uns. BE heißt Bewertungseinheiten.
\nZu 1b: Kapitel 3.3 Optik, Doppelspalt: k·λ = g·sin αk. Der Erwartungshorizont beginnt genau so: „Nach Formelsammlung gilt: k·λ = g·sin(αk)“. Für k = 1: α₁ = sin⁻¹(λ/g) = sin⁻¹(5·10⁻¹² m / 2·10⁻⁶ m) ≈ 0,00014°.
\nZusatzfrage: Kapitel 3.4 Quantenphysik, de-Broglie-Wellenlänge λ = h/p; Anhang: h = 6,626·10⁻³⁴ J·s, mₑ = 9,109·10⁻³¹ kg, e = 1,602·10⁻¹⁹ C. Klassisch p = √(2·mₑ·e·U) ≈ 1,21·10⁻²² kg·m/s, also λ ≈ 5,5·10⁻¹² m. Das passt zu „etwa 5·10⁻¹² m“. Selbst entscheiden musst du, ob klassisch reicht: Bei 50 kV ist der relativistische Wert 5,4·10⁻¹² m, der Unterschied bleibt hier klein.
\nWas die Korrektur erwartet: Die Formel als Ansatz hinschreiben, Werte mit Einheiten einsetzen, Ergebnis mit dem Kontrollwert vergleichen.
\nIn welchem Kapitel oder Anhangsteil findest du
\na) die Thomson’sche Schwingungsgleichung,
\nb) die Halbwertszeit von C-14,
\nc) die Masse des α-Teilchens,
\nd) die de-Broglie-Wellenlänge,
\ne) die Vorsilbe „Piko“?
\na) 3.2 Elektrizitätslehre und Magnetismus (Schwingkreis).
\nb) Anhang, Auszug aus der Nuklidkarte: 5730 a.
\nc) Anhang, tabellierte Werte (Elektron, Proton, Neutron, α-Teilchen).
\nd) 3.4 Quantenphysik und Materie.
\ne) Anhang, Vorsätze bei Einheiten: p = 10⁻¹².
\nWerkzeugRechnen
\nIn fast jeder Physikaufgabe rechnest du mit sehr großen oder sehr kleinen Zahlen. Zehnerpotenzen tippst du mit der Taste EXP oder ×10ˣ, und den ganzen Nenner eines Bruchs setzt du in Klammern. Für Zeiten aus e-Funktionen brauchst du den natürlichen Logarithmus ln, für Winkel am Gitter das Gradmaß, für Schwingungen das Bogenmaß. Ein schneller Überschlag mit runden Zahlen zeigt dir, ob du dich bei einer Potenz vertippt hast. Welcher Rechner erlaubt ist, steht im Kasten oben; üb mit genau diesem Gerät.
Erlaubt ist ein „WTR (wissenschaftlicher Taschenrechner) oder CAS/MMS (Computer-Algebra-System / modulares Mathematiksystem)“. Üb mit genau dem Gerät, das du in die Prüfung mitnimmst.
\nQuelle: Vorgaben Abitur 2027 Physik
Die Planck-Konstante ist 6,626·10⁻³⁴ J·s, die Lichtgeschwindigkeit 3,00·10⁸ m/s, eine Wellenlänge 550·10⁻⁹ m. Mit solchen Zahlen passieren Tippfehler schnell, und ein Fehler in einer Hochzahl verschiebt das Ergebnis um Zehnerpotenzen. Die Korrektur gibt dann für das Ergebnis keine Punkte mehr, nur noch für den Ansatz.
\nEin paar Handgriffe verhindern die meisten Fehler: die richtige Taste für Zehnerpotenzen, Klammern um Nenner, der passende Winkelmodus und ein Überschlag am Schluss. Der Rechner rechnet, aber du musst den Rechenweg trotzdem aufschreiben: Ansatz, Einsetzen mit Einheiten, Ergebnis.
\nE = h·c/(e·λ) = 6,626·10⁻³⁴ · 2,998·10⁸ / (1,602·10⁻¹⁹ · 550·10⁻⁹) ≈ 2,25, also E ≈ 2,25 eV.
\nÜberschlag: 7·10⁻³⁴ · 3·10⁸ / (2·10⁻¹⁹ · 5·10⁻⁷) = 21·10⁻²⁶ / 10·10⁻²⁶ ≈ 2. Passt zu 2,25.
\nEntladen, Zerfall, Absorption: Viele Vorgänge folgen N(t) = N₀·e−λ·t. Gesucht ist oft die Zeit. Teile durch N₀ und nimm den natürlichen Logarithmusln, die Umkehrung der e-Funktion: ln(eˣ) = x (Taste ln): t = ln(N₀/N)/λ. Merk dir ln 2 ≈ 0,693. Damit wechselst du zwischen Halbwertszeit und Zerfallskonstante: T½ = ln 2/λ. Die Taste log ist der Zehnerlogarithmus; für e-Funktionen brauchst du ln.
\n\nFür Messreihen hat jeder wissenschaftliche Rechner einen Statistikmodus: Werte eingeben, dann Mittelwert x̄ und Standardabweichung s ablesen (für eine Stichprobe die Taste s oder σₙ₋₁). Viele Geräte berechnen auch eine lineare Regression, also Steigung und Achsenabschnitt der Ausgleichsgeraden. Auch dann schreibst du auf, was du eingegeben hast und welche Werte herauskommen.
\n\nThema „Der Elektrobus: Induktives Laden“ (Abituraufgabe, grundlegendes Niveau). Mittig über einer flachen Kreisspule gilt im Abstand x: B = μ₀·N·I·R² / (2·(R² + x²)3/2). Daten: Imax = 170 A, N = 3, R = 0,50 m, x = 14 cm.
\n2a „Berechnen Sie mit den Daten aus Material 3 den maximalen Wert der magnetischen Flussdichte BMitte der Primärspule mittig im Abstand von 14 cm über der Primärspule. [Kontrollwert: BMitte = 0,57 mT]“ (3 BE)
\nIQB-Abituraufgabe Physik, grundlegendes Niveau, „Der Elektrobus – Induktives Laden in der E-Mobilität“ (2026GNFEmg1), Aufgabe 2a wörtlich, Formel und Daten aus Material 3. BE heißt Bewertungseinheiten.
\nAnsatz: Formel aus Material 3, Werte in SI: x = 0,14 m, μ₀ = 1,257·10⁻⁶ Vs/(Am).
\nEingabe in Teilen: Zähler 1,257 EXP −6 × 3 × 170 × 0,5² ≈ 1,602·10⁻⁴. Nenner 2 × (0,5² + 0,14²) ^ (3 ÷ 2) ≈ 2 × 0,1400 ≈ 0,2800. Quotient ≈ 5,72·10⁻⁴.
\nErgebnis: BMitte ≈ 0,57 mT, wie der Kontrollwert.
\nÜberschlag: Zähler etwa 10⁻⁶ · 500 · 0,3 ≈ 1,5·10⁻⁴, Nenner etwa 0,3: Ergebnis etwa 5·10⁻⁴ T. Passt.
\nTypischer Tippfehler: Ohne Klammern um 3 ÷ 2 rechnen viele Geräte (…)^3 ÷ 2, das ergibt ein falsches B.
\na) Ein Kondensator entlädt sich mit τ = R·C = 2,2 s. Nach welcher Zeit ist der Strom auf 10 % des Anfangswerts gefallen?
\nb) Wie viel Joule sind 5,0 keV?
\nc) Ein Gitter mit g = 2,00·10⁻⁶ m, Maximum 1. Ordnung unter tan α = 0,344. Wie groß ist λ? Welchen Winkelmodus brauchst du?
\na) 0,10 = e−t/τ, also t = τ·ln 10 = 2,2 s · 2,303 ≈ 5,1 s.
\nb) 5,0 keV = 5,0·10³ · 1,602·10⁻¹⁹ J ≈ 8,0·10⁻¹⁶ J.
\nc) α = tan⁻¹(0,344) ≈ 19,0° im Gradmaß (DEG). λ = g · sin α ≈ 2,00·10⁻⁶ m · 0,325 ≈ 6,50·10⁻⁷ m = 650 nm. Im Bogenmaß ginge es auch, wenn du konsequent bleibst; gefährlich ist nur das Mischen.
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