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Lernzettel Physikabitur 2021

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Dana Smorra

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Lernzettel Physikabitur 2021

 Physik
Abiturprüfung 2021
Am 11.05.2021
Elektrizität
beschreiben elektrische Felder durch ihre Kraftwirkungen auf
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Elektrizität, Schwingungen und Wellen, Quantenobjekte, Atomhülle

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Physik Abiturprüfung 2021 Am 11.05.2021 Elektrizität beschreiben elektrische Felder durch ihre Kraftwirkungen auf geladene Probekörper. Einheit der Ladung, Definition der elektrischen Feldstärke. Themen: Verfahren zur Bestimmung der elektrischen Feldstärke auf der Grundlage von Kraftmessungen. Zusammenhang zwischen Ladung und elektrischer Stromstärke. Definition der elektrischen Spannung als der pro Ladung übertragbaren Energie. Zusammenhang zwischen der Feldstärke in einem Plattenkondensator und der anliegenden Spannung. Energiebilanz für einen freien geladenen Körper im elektrischen Feld eines Plattenkondensators Entladevorgang eines Kondensators mithilfe einer Exponentialfunktion. Definition der Kapazität eines Kondensators. magnetische Felder und ihre Wirkung auf Kompassnadeln Richtung (Dreifingerregel) und Betrag der Kraft auf einen stromdurchflossenen Leiter im homogenen Magnetfeld. magnetische Flussdichte B (Feldstärke B) im Inneren einer mit Luft gefüllten, schlanken Spule. Definition der magnetischen Flussdichte B (Feldstärke B) in Analogie zur elektrischen Feldstärke. Bewegung von freien Elektronen: unter Einfluss der Lorentzkraft, unter Einfluss der Kraft im homogenen elektrischen Querfeld, nur eA: im Wien-Filter. nur eA: physikalische Prinzip zur Bestimmung der spezifischen Ladung von Elektronen mithilfe des Fadenstrahlrohres. Entstehung der Hallspannung Erzeugung einer Induktionsspannung qualitativ nur eA: Induktionsgesetz in differenzieller Form auf vorgegebene lineare und sinusförmige Verläufe von an. Quantenobjekte Experiment mit der Elektronenbeugungsröhre. Wellenlänge bei Quantenobjekten mit Ruhemasse mithilfe der de- Broglie-Gleichung. + Definition des Impulses. Interferenzmuster bei Doppelspaltexperimenten für einzelne Photonen bzw. Elektronen stochastisch. nur eA: wesentliche Aussage der Unbestimmtheitsrelation für Ort und Impuls Aufbau eines Mach-Zehnder-Interferometers. nur eA: ,,Welcher-Weg"-Experiment unter den Gesichtspunkten Nichtlokalität und Komplementarität. experimentelle Bestimmung der planckschen Konstante h mit LEDs in ihrer Funktion als Energiewandler nur eA: Experiment zur...

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Bestimmung der Energie der Photoelektronen beim äußeren lichtelektrischen Effekt mit der Vakuum-Fotozelle. nur eA: Entstehung des Röntgenbremsspektrums als Energieübertragung von Elektronen auf Photonen Schwingungen und Wellen harmonische Schwingungen grafisch darstellen. harmonische Schwingungen mithilfe von Amplitude, Periodendauer und Frequenz beschreiben Gleichung für die Periodendauer eines Feder-Masse-Pendels und das lineare Kraftgesetz nur eA: Schwingung eines Feder-Masse-Pendels mithilfe von Energieumwandlungen. nur eA: Bedingung, unter der bei einer erzwungenen Schwingung Resonanz auftritt. nur eA: Aufbau eines elektromagnetischen Schwingkreises Ausbreitung harmonischer Wellen. harmonische Wellen mithilfe von Periodendauer, Ausbreitungsgeschwindigkeit, Wellenlänge, Frequenz, Amplitude und Phase. Zusammenhang zwischen Wellenlänge und Frequenz vergleichen longitudinale und transversale Wellen. nur eA: Polarisierbarkeit als Eigenschaft transversaler Wellen Interferenzphänomene für folgende ,,Zwei-Wege-Situationen": nur eA: stehende Welle, Michelson-Interferometer, Doppelspalt. nur eA: Schwebung als Überlagerung zweier Wellen unterschiedlicher Frequenz an einem Detektor. nur eA: Interferenz bei der Bragg-Reflexion. nur eA: Experiment zur Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit in Luft. Experiment zur Bestimmung der Wellenlänge von Ultraschall bei stehenden Wellen Schall mit zwei Sendern Mikrowellen mit dem Michelson-Interferometer weißem und monochromatischem Licht mit einem Gitter (objektiv / nur eA: subjektiv) nur eA: Röntgenstrahlung mit Bragg-Reflexion. Atomhülle quantenhafte Emission anhand von Experimenten zu Linienspektren bei Licht und Röntgenstrahlung Franck-Hertz-Versuch Versuch zur Resonanzabsorption Zusammenhang zwischen Spektrallinien und Energieniveauschemata Vorgänge der Fluoreszenz an einem einfachen Energieniveauschema ELEKTRIZITÄT Felder sind ein Raum (o. Bereich) in dem auf einen geeigneten Indikator eine Kraftwirkung erfolgt. Feldlinien veranschaulichen diese Kraftwirkung. Bei Magneten erfolgt sie immer vom Nordpol zum Südpol. Je dichter die Feldlinien, desto stärker das Feld. Feldlinien können sich nicht kreuzen. Einzelne Elementarmagneten ordnen sich in einem Indikator an, wenn sie eine Kraftwirkung erfahren. Homogenes Feld: Kraftwirkung überall gleich, Feldlinien gerade/ parallel, Feldlinien zeigen in gleiche Richtung, Feldlinien haben den gleichen Abstand Elektrisches Feld und elekt. Feldkraft: Protonen im Kern sind unbeweglich. Elektronen sind beweglich. Kondensator erzeugt Elektronenmangel in der einen Platte und der Ball gibt Elektronen an diese ab. Es herrscht ein Protonenüberschuss im Ball. An gegenüber liegender Platte herrscht Elektronenüberschuss. nimmt Elektronen auf. Ball Messung der Stärke des elektr. Feldes: Zwischen zwei Metallplatten, die an eine Spannungsquelle angeschlossen sind, bringt man einen Ladungslöffel, dessen Ende auf einer Waage liegt. Lädt man den Löffel auf, zeigt die Waage eine Massezunahme. Der Ladungslöffel erfährt in dem Feld eine Kraftwirkung. F = m*g, dementsprechend ist die gemessene Masse m * 9,81 N/kg = Kraftwirkung auf die Probeladung. Elektrisches Feld = Kraft/Probeladung (F/Q) (E-Feld) Gravitationsfeld = Kraft/Probemasse (F/m) (Grav.-Feld) Magnetisches Feld: Kraft/Indikator (F/I*I) (B-Feld) Leiterschaukel: Bewegte Ladung und damit auch stromdurchflossene Leiter) erfahren in einem Magnetfeld die sogenannte Lorenzkraft. Die 3-Finger-Regel der linken Hand kann zur Bestimmung angewandt werden. Die Magnetische Flussdichte B: = F/I(Stromstärke)*I(Leiterlänge) Breite der Leiterschaukel irrelevant, da sich Kräfte aufheben Elektio-Magnetische-Kraft 1. Elektionen flussrichtung -** 2. Magnetfeldrichtung NS 3. Lorenzuiaft FL Elektronenmange (C Ladungs messgelat gibt Elektionen beith schwingen ab nimm+ Elektionen beim Schwingen auf Ladungs loffer +11+11+11+11+ waage ||||||(x Spannungs- quelle Metallplatten S nicht magnetisiert magnetisiert Der Milikanversuch: Öltröpfchen werden in einen Plattenkondensator gesprüht und von der Seite mit dem Mikroskop beobachtet. Ohne Spannung sinken alle Tröpfchen, die großen schneller, als die kleinen. Bei dem Zerstäuben werden Tröpfchen durch Reibung schwach geladen. Eine Spannung am Kondensator lässt einige geladenen Tröpfchen langsamer, andere schneller sinken, andere steigen sogar. Für ein bestimmtes Tröpfchen wird die Spannung so lange verändert, bis es schwebt. Dann sind seine Gewichtskraft und die elektrische Kraft des Feldes gleich groß: FG= FE M*g=Q*E=Q*U/d ELEKTRIZITÄT Um hieraus die Ladung des Tröpfchens bestimmen zu können, muss man die Spannung U am Kondensator und den Plattenabstand d messen und auch die Masse m des Öltröpfchens kennen. Millikan bestimmte die Masse der Tropfen aus Reibungs- und Gewichtskraft. Bei konstanter Sinkgeschwindigkeit ist die resultierende Kraft null und die Gewichtskraft Größe der Lorenzkraft: FG =m*g dem Betrag nach gleich der Reibungskraft FR. Man erhält Gleichungen, mit denen sich aus der Plattenspannung und der Sink- oder Steiggeschwindigkeit bestimmen lässt. Ziel: Die Größe der Elementarladung zu bestimmen Die auf die im Magnetfeld bewegten Ladungsträger wirkende Kraft heißt magnetische Kraft, für die zugehörige Formel erhält man (1) = B II Fmagn. I = A (2) Q=ne (3) Fmagn = B. 2². ( (4) =B⋅n·e· At Der Quotient aus Al und At ist die als konstant angenommene Geschwindigkeit v der Ladungsträger. Fmagn. F₁ = B·e·v Fel m.g 9.E m.g = 9. वै p. 30.13.g = 9 वै । वै -P-3πT. 1 ³.g.d = q FG = Fmagn stellt die gesamte Kraft auf alle N Ladungsträger im betrachteten Leiterabschnitt dar. Für die Kraft auf einen Ladungsträger (n=1), die man als Lorentzkraft bezeichnet, erhält man dann: =B⋅n⋅e⋅v P. 4πT., ³.g.d 3.V m = p-v 9 Dichte Ol Volumen einer uugel m= p. 3₁1, ³ B-N. J magn. Peimea- bilitat H Spulen H = N-I C magn Feldstarke Gerade Leites H = 2₁³r ELEKTRIZITÄT magnetische Flussdichte B (Feldstärke B) im Inneren einer mit Luft gefüllten, schlanken Spule Das Magnetfeld im Innenraum einer langgestreckten Spule ist annähernd homogen. Für die magnetische Feldstärke (magnetische Flussdichte) in einer luftgefüllten Spule gilt: B = μo · Die magnetische Feldstärke kann mithilfe ferromagnetischer Stoffe im Innenraum um den materialabhängigen Faktor µ, verstärkt werden Versuch zur Bestimmung der Hall-Spannung An ein stromdurchflossenes Plättchen ist ein Voltmeter so angeschlossen, dass die Kontakte senkrecht zur Stromflussrichtung stehen. Zusätzlich bauen wir ein Magnetfeld auf, welches das Plättchen senkrecht durchsetzt, (x) ins Blatt hinein. Die Lorenzkraft drückt die Elektronen nach oben. Ein elektrisches Feld entsteht. Die E- wandern also so lange nach oben, bis Fel genauso groß wie F₁ ist. Beim eingeschalteten Magnetfeld messen wir eine Spannung. Je größer die Querstromstärke I, desto größer ist auch die gemessene Hallspannung UH Herleitung einer Formel zur Bestimmung der Hall-Spannung: F F E· q = B·e·v (2) -que 59=B₁ev (4) U₁₂₁= B⋅v⋅h (3) Da die Hallspannung konstant ist, liegt ein Kräftegleichgewicht vor. Durch die Anordnung der Elektronen am oberen Rand des Plättchens, befindet sich das neue Elektron quasi im Feld eines Plattenkondensators. Definition E-Feld eines Plattenkondensators E = (3) -////^^- annähernd homogen Definition Volumenberechnung eines Quaders V=h·(・d (10) I= hilldine (1) Definition elektrische Stromstärke AQ I = A + AQ=N·e N= 0·V (8) I = niv∙e (9) at Definition Geschwindigkeit der gleichförmigen Bewegung & hier v = = (12) I=n·v・d⋅h⋅e (13) I V=n·d⋅he (14) (A) Hall-Spannung UH = B⋅v⋅h I UH = B⋅n・d⋅he h UH = n.e B. I D d Elektronen im homogenen elektrischen Querfeld Mathematische Form der Bahnkurve: UA e Y = 2 m·d⋅ vx² y=h.x 2 Der Graph ist der Ausschnitt aus einer Parabel ELEKTRIZITÄT *N. $5 windungs- magn. Fluss zahl UH = Heiz- 2 Induktionsgesetz: Experiment: Eine LED oder ein Voltmeter sind an eine Spule angeschlossen. Ein Stabmagnet wird in die Spule geschoben. Je größer die Geschwindigkeit, mit der der Magnet bewegt wird, desto größer ist die gemessene Spannung. Das Induktionsgesetz: Vind TH Spannung U3 = Beschleu- nigungssp. UA = Ablenkung in y-Richtung Der Betrag des magnetischen Flusses hängt von zwei Größen ab 1. Von der Fläche A der Spule 2. Von der magnetischen Flussdichte B Ändert sich der magnetische Fluss (zeitlich gesehen) so wird eine Induktionsspannung induziert. Der magnetische Fluss: Der magnetische Fluss beschreibt die Anzahl aller Feldlinien, die senkrecht durch die Oberfläche einer Spule gehen. Symbol: Uind = - N. & =-N⋅ (A・B) =-N⋅ (BA+BA) =-N·B·A+·N·B·A Teil Teil 2

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So ein schöner Lernzettel 😍😍 super nützlich und hilfreich!

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Bestimmung der Energie der Photoelektronen beim äußeren lichtelektrischen Effekt mit der Vakuum-Fotozelle. nur eA: Entstehung des Röntgenbremsspektrums als Energieübertragung von Elektronen auf Photonen Schwingungen und Wellen harmonische Schwingungen grafisch darstellen. harmonische Schwingungen mithilfe von Amplitude, Periodendauer und Frequenz beschreiben Gleichung für die Periodendauer eines Feder-Masse-Pendels und das lineare Kraftgesetz nur eA: Schwingung eines Feder-Masse-Pendels mithilfe von Energieumwandlungen. nur eA: Bedingung, unter der bei einer erzwungenen Schwingung Resonanz auftritt. nur eA: Aufbau eines elektromagnetischen Schwingkreises Ausbreitung harmonischer Wellen. harmonische Wellen mithilfe von Periodendauer, Ausbreitungsgeschwindigkeit, Wellenlänge, Frequenz, Amplitude und Phase. Zusammenhang zwischen Wellenlänge und Frequenz vergleichen longitudinale und transversale Wellen. nur eA: Polarisierbarkeit als Eigenschaft transversaler Wellen Interferenzphänomene für folgende ,,Zwei-Wege-Situationen": nur eA: stehende Welle, Michelson-Interferometer, Doppelspalt. nur eA: Schwebung als Überlagerung zweier Wellen unterschiedlicher Frequenz an einem Detektor. nur eA: Interferenz bei der Bragg-Reflexion. nur eA: Experiment zur Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit in Luft. Experiment zur Bestimmung der Wellenlänge von Ultraschall bei stehenden Wellen Schall mit zwei Sendern Mikrowellen mit dem Michelson-Interferometer weißem und monochromatischem Licht mit einem Gitter (objektiv / nur eA: subjektiv) nur eA: Röntgenstrahlung mit Bragg-Reflexion. Atomhülle quantenhafte Emission anhand von Experimenten zu Linienspektren bei Licht und Röntgenstrahlung Franck-Hertz-Versuch Versuch zur Resonanzabsorption Zusammenhang zwischen Spektrallinien und Energieniveauschemata Vorgänge der Fluoreszenz an einem einfachen Energieniveauschema ELEKTRIZITÄT Felder sind ein Raum (o. Bereich) in dem auf einen geeigneten Indikator eine Kraftwirkung erfolgt. Feldlinien veranschaulichen diese Kraftwirkung. Bei Magneten erfolgt sie immer vom Nordpol zum Südpol. Je dichter die Feldlinien, desto stärker das Feld. Feldlinien können sich nicht kreuzen. Einzelne Elementarmagneten ordnen sich in einem Indikator an, wenn sie eine Kraftwirkung erfahren. Homogenes Feld: Kraftwirkung überall gleich, Feldlinien gerade/ parallel, Feldlinien zeigen in gleiche Richtung, Feldlinien haben den gleichen Abstand Elektrisches Feld und elekt. Feldkraft: Protonen im Kern sind unbeweglich. Elektronen sind beweglich. Kondensator erzeugt Elektronenmangel in der einen Platte und der Ball gibt Elektronen an diese ab. Es herrscht ein Protonenüberschuss im Ball. An gegenüber liegender Platte herrscht Elektronenüberschuss. nimmt Elektronen auf. Ball Messung der Stärke des elektr. Feldes: Zwischen zwei Metallplatten, die an eine Spannungsquelle angeschlossen sind, bringt man einen Ladungslöffel, dessen Ende auf einer Waage liegt. Lädt man den Löffel auf, zeigt die Waage eine Massezunahme. Der Ladungslöffel erfährt in dem Feld eine Kraftwirkung. F = m*g, dementsprechend ist die gemessene Masse m * 9,81 N/kg = Kraftwirkung auf die Probeladung. Elektrisches Feld = Kraft/Probeladung (F/Q) (E-Feld) Gravitationsfeld = Kraft/Probemasse (F/m) (Grav.-Feld) Magnetisches Feld: Kraft/Indikator (F/I*I) (B-Feld) Leiterschaukel: Bewegte Ladung und damit auch stromdurchflossene Leiter) erfahren in einem Magnetfeld die sogenannte Lorenzkraft. Die 3-Finger-Regel der linken Hand kann zur Bestimmung angewandt werden. Die Magnetische Flussdichte B: = F/I(Stromstärke)*I(Leiterlänge) Breite der Leiterschaukel irrelevant, da sich Kräfte aufheben Elektio-Magnetische-Kraft 1. Elektionen flussrichtung -** 2. Magnetfeldrichtung NS 3. Lorenzuiaft FL Elektronenmange (C Ladungs messgelat gibt Elektionen beith schwingen ab nimm+ Elektionen beim Schwingen auf Ladungs loffer +11+11+11+11+ waage ||||||(x Spannungs- quelle Metallplatten S nicht magnetisiert magnetisiert Der Milikanversuch: Öltröpfchen werden in einen Plattenkondensator gesprüht und von der Seite mit dem Mikroskop beobachtet. Ohne Spannung sinken alle Tröpfchen, die großen schneller, als die kleinen. Bei dem Zerstäuben werden Tröpfchen durch Reibung schwach geladen. Eine Spannung am Kondensator lässt einige geladenen Tröpfchen langsamer, andere schneller sinken, andere steigen sogar. Für ein bestimmtes Tröpfchen wird die Spannung so lange verändert, bis es schwebt. Dann sind seine Gewichtskraft und die elektrische Kraft des Feldes gleich groß: FG= FE M*g=Q*E=Q*U/d ELEKTRIZITÄT Um hieraus die Ladung des Tröpfchens bestimmen zu können, muss man die Spannung U am Kondensator und den Plattenabstand d messen und auch die Masse m des Öltröpfchens kennen. Millikan bestimmte die Masse der Tropfen aus Reibungs- und Gewichtskraft. Bei konstanter Sinkgeschwindigkeit ist die resultierende Kraft null und die Gewichtskraft Größe der Lorenzkraft: FG =m*g dem Betrag nach gleich der Reibungskraft FR. Man erhält Gleichungen, mit denen sich aus der Plattenspannung und der Sink- oder Steiggeschwindigkeit bestimmen lässt. Ziel: Die Größe der Elementarladung zu bestimmen Die auf die im Magnetfeld bewegten Ladungsträger wirkende Kraft heißt magnetische Kraft, für die zugehörige Formel erhält man (1) = B II Fmagn. I = A (2) Q=ne (3) Fmagn = B. 2². ( (4) =B⋅n·e· At Der Quotient aus Al und At ist die als konstant angenommene Geschwindigkeit v der Ladungsträger. Fmagn. F₁ = B·e·v Fel m.g 9.E m.g = 9. वै p. 30.13.g = 9 वै । वै -P-3πT. 1 ³.g.d = q FG = Fmagn stellt die gesamte Kraft auf alle N Ladungsträger im betrachteten Leiterabschnitt dar. Für die Kraft auf einen Ladungsträger (n=1), die man als Lorentzkraft bezeichnet, erhält man dann: =B⋅n⋅e⋅v P. 4πT., ³.g.d 3.V m = p-v 9 Dichte Ol Volumen einer uugel m= p. 3₁1, ³ B-N. J magn. Peimea- bilitat H Spulen H = N-I C magn Feldstarke Gerade Leites H = 2₁³r ELEKTRIZITÄT magnetische Flussdichte B (Feldstärke B) im Inneren einer mit Luft gefüllten, schlanken Spule Das Magnetfeld im Innenraum einer langgestreckten Spule ist annähernd homogen. Für die magnetische Feldstärke (magnetische Flussdichte) in einer luftgefüllten Spule gilt: B = μo · Die magnetische Feldstärke kann mithilfe ferromagnetischer Stoffe im Innenraum um den materialabhängigen Faktor µ, verstärkt werden Versuch zur Bestimmung der Hall-Spannung An ein stromdurchflossenes Plättchen ist ein Voltmeter so angeschlossen, dass die Kontakte senkrecht zur Stromflussrichtung stehen. Zusätzlich bauen wir ein Magnetfeld auf, welches das Plättchen senkrecht durchsetzt, (x) ins Blatt hinein. Die Lorenzkraft drückt die Elektronen nach oben. Ein elektrisches Feld entsteht. Die E- wandern also so lange nach oben, bis Fel genauso groß wie F₁ ist. Beim eingeschalteten Magnetfeld messen wir eine Spannung. Je größer die Querstromstärke I, desto größer ist auch die gemessene Hallspannung UH Herleitung einer Formel zur Bestimmung der Hall-Spannung: F F E· q = B·e·v (2) -que 59=B₁ev (4) U₁₂₁= B⋅v⋅h (3) Da die Hallspannung konstant ist, liegt ein Kräftegleichgewicht vor. Durch die Anordnung der Elektronen am oberen Rand des Plättchens, befindet sich das neue Elektron quasi im Feld eines Plattenkondensators. Definition E-Feld eines Plattenkondensators E = (3) -////^^- annähernd homogen Definition Volumenberechnung eines Quaders V=h·(・d (10) I= hilldine (1) Definition elektrische Stromstärke AQ I = A + AQ=N·e N= 0·V (8) I = niv∙e (9) at Definition Geschwindigkeit der gleichförmigen Bewegung & hier v = = (12) I=n·v・d⋅h⋅e (13) I V=n·d⋅he (14) (A) Hall-Spannung UH = B⋅v⋅h I UH = B⋅n・d⋅he h UH = n.e B. I D d Elektronen im homogenen elektrischen Querfeld Mathematische Form der Bahnkurve: UA e Y = 2 m·d⋅ vx² y=h.x 2 Der Graph ist der Ausschnitt aus einer Parabel ELEKTRIZITÄT *N. $5 windungs- magn. Fluss zahl UH = Heiz- 2 Induktionsgesetz: Experiment: Eine LED oder ein Voltmeter sind an eine Spule angeschlossen. Ein Stabmagnet wird in die Spule geschoben. Je größer die Geschwindigkeit, mit der der Magnet bewegt wird, desto größer ist die gemessene Spannung. Das Induktionsgesetz: Vind TH Spannung U3 = Beschleu- nigungssp. UA = Ablenkung in y-Richtung Der Betrag des magnetischen Flusses hängt von zwei Größen ab 1. Von der Fläche A der Spule 2. Von der magnetischen Flussdichte B Ändert sich der magnetische Fluss (zeitlich gesehen) so wird eine Induktionsspannung induziert. Der magnetische Fluss: Der magnetische Fluss beschreibt die Anzahl aller Feldlinien, die senkrecht durch die Oberfläche einer Spule gehen. Symbol: Uind = - N. & =-N⋅ (A・B) =-N⋅ (BA+BA) =-N·B·A+·N·B·A Teil Teil 2