Anforderungen

Da sich die in der Schule vermittelten Kenntnisse von Land zu Land erheblich unterscheiden, haben sich die an der IPhO teilnehmenden Staaten, auf einen gemeinsamen Stoffkatalog geeinigt, der die Grundlage für die in der Olympiade gestellten Probleme darstellt. Mit diesem sollen Benachteiligungen vermieden werden.

Eine etwas verkürzte Fassung dieses Stoffkatalogs ist im folgenden aufgeführt. Dieser Stoffkatalog ist natürlich als "obere Grenze" zu verstehen. Viele der Teilnehmerinnen und Teilnehmer an der Olympiade besitzen nicht alle darin aufgeführten Kenntnisse.

Viel wichtiger als die Kenntnis jedes Details dieses Stoffkataloges ist aber das Training im Lösen von theoretischen und experimentellen Aufgaben. Erfahrung und Geschick im Herangehen an Probleme kann durch nichts ersetzt werden. So heisst es dann auch in der PhysikOlympiade: "üben, üben, üben".

• THEORETISCHER TEIL

  1. Mechanik
     Kinematik eines Massepunktes, Vektorbeschreibung von Position, Geschwindigkeit und Beschleunigung eines Körpers, Newtonsche Axiome, Intertialsysteme, Systeme mit veränderlichen Massen, offene und abgeschlossene Systeme, Impuls (-erhaltung), Energie (-erhaltung), Arbeit, Leistung, elastische Kräfte, statische und dynamische Reibungskräfte, Gravitationsgesetz und -potential, Energie und Arbeit im Gravitationsfeld, Hookesches Gesetz, potentielle Energie und Wahl des Potentialnullpunktes, Zentripetalbeschleunigung, Keplersche Gesetze, Statik, Massenmittelpunkt, Drehmoment, Kraftpaare, Gleichgewichtsbedingungen, Bewegung des starren Körpers (Translation, Rotation), Winkelgeschwindigkeit und -beschleunigung, innere und äußere Kräfte, Drehimpulserhaltungssatz, Bewegungsgleichung eines starren Körpers um feste Achsen, Trägheitsmomente und deren Additivität, kinetische Energie eines rotierenden Körpers, Steinerscher Satz, beschleunigte Bezugssysteme, Trägheitskräfte, Corioliskraft (qualitativ), Druck, Auftrieb, Kontinuitätsgleichung.
  2. Thermodynamik und kinetische Gastheorie
     Innere Energie, Arbeit, Wärme, 1. und 2. Hauptsatz der Thermodynamik, Thermisches Gleichgewicht, Zustands- und Prozessgrößen, ideales Gas, Druck, molekulare kinetische Energie, absolute Temperatur, molekulare Deutung von Phasenübergängen (verdampfen, schmelzen, ...), isotherme, adiabatische, reversible, irreversible und quasistatische Prozesse, Carnot-Prozess, Wirkungsgrad, Entropie.
  3. Schwingungen und Wellen
     Harmonische Schwingungen und Wellen, Gleichung eines harmonischen Oszillators, Dämpfung und Resonanz (qualitativ), Ausbreitung von Wellen (in Medien, Reflektion, Brechung), Fermatsches Prinzip, lineare Polarisation, klassischer Dopplereffekt, Schallwellen, Superposition harmonischer Wellen, kohärente, stehende, longitudinale und transversale Wellen, Interferenz, Zusammenhang zwischen Intensität und Amplitude.
  4. Elektrizitätslehre
     Ladungserhaltungssatz, Coulombsches Gesetz, elektrisches Feld und Potential, Gaußsches Gesetz, elektrisches Dipolmoment, Kapazität, Kondensator, dielektrische Konstante, Energiedichte des elektrischen und des magnetischen Feldes, Stromstärke, Widerstand, innerer Widerstand von Stromquellen, Ohmsches Gesetz, Kirchhoffsche Gesetze, Arbeit und Leistung von Gleich- und Wechselstrom, Joulesches Gesetz, magnetisches Feld eines Stroms, Strom in einem Magnetfeld, Lorentzkraft, Teilchen in elektrischen und magnetischen Feldern, magnetisches Dipolmoment, Ampèresches Gesetz, Induktionsgesetz, magnetischer Fluss, Lenzsche Regel, Selbstinduktion, Induktivität, Permeabilität, Widerstände, Induktivitäten und Kondensatoren in Wechselstromkreisen, Resonanz, Wechselspannungsstromkreise.
  5. Elektomagnetische Wellen
     (Parallel- und Serien-) Schwingkreise, Oszillationsfrequenz, Wellenoptik, Beugung am Einfach- und Doppelspalt, Beugungsgitter, Aulösung eines Gitters, Bragg-Reflexion, Dispersions- und Beugungsspektren, Linienspektren von Gasen, Polarisation durch Reflexion, Polarisationsfilter, Superposition polarisierter Wellen, Auflösungsvermögen optischer Systeme, Schwarzer Körper, Stefan-Boltzmann Gesetz.
  6. Quantenmechanik, Relativitätstheorie und Struktur der Materie
     Photoelektrischer Effekt, Energie und Impuls eines Photons, de Broglie-Wellenlänge, Heisenbergsche Unschärferelation; Relativitätsprinzip, Additon von Geschwindigkeiten, relativistischer Dopplereffekt, relativistische Gleichungen für Position, Impuls, Geschwindigkeit und Energie, Energie-Masse-Beziehung, Energie- und Impulserhaltungssatz, Braggsche Gleichung, Energieniveaus von Atomen, Molekülen und Atomkernen (qualitativ), Emission, Absorption, Spektrum des Wasserstoffatoms, α-, β-, γ-Zerfall, Strahlungsabsorption, Halbwertszeit, exponentieller Zerfall, Kernteilchen, Massendefekt, Kernreaktionen.
  7. (Geometrische Optik)
     Auch wenn dieser Themenbereich vor einiger Zeit international aus dem Stoffkatalog gestrichen worden ist, werden immer wieder Fragen aus diesem Gebiet bearbeitet. Daher spielen Aufgaben aus der geometrischen Optik auch in dem Auswahlwettbewerb eine Rolle.
     Brechungsindex, Brechungsgesetz, Abbildung mit dünnen Linsen und Spiegeln, reelle und virtuelle Bilder, Abbildungsgesetz für dünne Linsen, Vergrößerungsformel, Linsenmacherformel, Abbildung mit dicken Linsen (qualitativ), Funktionsweise einfacher optischer Geräte (Lupe, Teleskope).

• EXPERIMENTELLER TEIL

  Der theoretische Teil des Stoffkatalogs bildet die Grundlage für alle experimentellen Probleme. Zusätzliche Anforderungen sind:

  • Wettbewerbsteilnehmer sollten sich bewusst sein, dass Messgeräte die Messungen beeinflussen.
  • Kenntnisse der Standardmethoden zur Bestimmung der im theoretischen Teil aufgeführten physikalischen Größen.
  • Kenntnisse der üblichen Standardinstrumente (z.B. Schiebelehre, Thermometer, Multimeter, Potentiometer, Dioden, Transistoren, einfache optische Geräte)
  • Fähigkeit, Nicht-Standardinstrumente (z.B. Oszilloskop, Signalgenerator, Laser) nach ausführlicher Anleitung zu benutzen.
  • Identifizierung von Fehlerquellen, Abschätzung von Fehlern, absolute und relative Fehler, Fehlerfortpflanzung, Genauigkeit von Messinstrumenten.
  • Umformung von Abhängigkeiten zwischen physikalischen Größen auf eine lineare Form durch geeignete Wahl der Variablen und graphische lineare Regression.
  • Konstruktion von Graphen mit verschiedenen Skalen (z.B. logarithmische Skalen)
  • Korrektes Runden von Messwerten und Angabe von Ergebnissen mit korrekter Zahl signifikanter Stellen.
  • Kenntnis grundlegender Sicherheitsregeln im Labor.