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3.6.6 Quantenphysik und Materie  |
3.6.6 Quantenphysik und Materie
Die Schülerinnen und Schüler erkennen, dass jegliche klassische Modellvorstellung zur vollständigen und widerspruchsfreien Beschreibung des Verhaltens von Quantenobjekten wie Photonen und Elektronen versagen. Insbesondere stellen sie fest, dass quantenphysikalische Erkenntnisse und Experimente vertraute Konzepte und Begriffe (Determinismus, Kausalität, Bahnbegriff) in Frage stellen. Sie beschreiben das Verhalten von Quantenobjekten unter anderem mithilfe von Wahrscheinlichkeitsaussagen und der Heisenberg’schen Unbestimmtheitsrelation. Die Schülerinnen und Schüler verbinden die Beobachtung von Linienspektren mit der Struktur der Atomhülle. Sie verwenden den Photonenbegriff zur Erklärung von Emissions- und Absorptionsspektren von Atomen.
| Die Schülerinnen und Schüler können |
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(1)
den lichtelektrischen Effekt beschreiben und anhand der Einstein’schen Lichtquantenhypothese erklären (Hallwachs-Effekt, Einstein’sche Gleichung Ekin,max=h⋅f−EA, Planck’sche Konstante h) |
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(2)
erläutern, wie sich Quantenobjekte anhand ihrer Energie und anhand ihres Impulses beschreiben lassen ( EQuant=h⋅f, p=hλ, de Broglie-Wellenlänge von Materiewellen) |
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(3)
Gemeinsamkeiten und Unterschiede des Verhaltens von klassischen Wellen, klassischen Teilchen und Quantenobjekten am Doppelspalt beschreiben |
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(4)
erläutern, wie für Quantenobjekte der Determinismus der klassischen Physik durch Wahrscheinlichkeitsaussagen ersetzt wird (Interferenz-Experimente mit einzelnen Quantenobjekten) |
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(5)
Experimente zur Interferenz einzelner Quantenobjekte anhand von Wahrscheinlichkeitsaussagen beschreiben und den Ausgang der Experimente erklären (quantenmechanische Wellenfunktion, |ψ|2 ) |
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(6)
am Beispiel des Doppelspaltexperimentes beschreiben, dass Quantenobjekte zwar stets Wellen- und Teilcheneigenschaften aufweisen, sich diese aber nicht unabhängig voneinander beobachten lassen. Sie können dies anhand der Interferenzfähigkeit und der Welcher-Weg-Information bei einzelnen Quantenobjekten erläutern (Koinzidenzmethode, Komplementarität, Delayed-choice-Variante des Doppelspaltexperimentes) |
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BP2016BW_ALLG_GMSO_PH.V2_IK_12-13-LF_03_00, BP2016BW_ALLG_GMSO_PH.V2_IK_12-13-LF_04_00, BP2016BW_ALLG_GMSO_PH.V2_IK_12-13-LF_05_00, BP2016BW_ALLG_GYM_M_IK_9-10_05_00_10, BP2016BW_ALLG_GMSO_PH.V2_PK_03_04, PG_02, BP2016BW_ALLG_GMSO_PH.V2_PK_01_11
Verweise auf inhaltsbezogene KompetenzenVerweise auf inhaltsbezogene Kompetenzen |
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(7)
erläutern, dass der Ort und der Impuls von Quantenobjekten nicht gleichzeitig beliebig genau messbar sind und begründen, warum der klassische Bahnbegriff und der klassische Determinismus aufgegeben werden müssen (Unbestimmtheitsrelation Δx⋅Δpx≥h ) |
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(8)
erläutern, dass messbare Eigenschaften von Objekten der klassischen Physik bereits vor ihrer Messung real vorliegen und dass der Wert der Messung unabhängig davon ist, ob überhaupt gemessen wurde. Sie können beschreiben, dass diese Aussage für Quantenobjekte im Allgemeinen nicht gilt (Realität, zum Beispiel bei verschränkten Photonen) |
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(9)
erläutern, dass räumlich getrennte Objekte eines zusammengesetzten Systems aus Objekten der Klassischen Physik alle ihre messbaren Eigenschaften unabhängig voneinander besitzen. Sie können beschreiben, dass diese Aussage für Quantenobjekte im Allgemeinen nicht gilt (Lokalität, zum Beispiel bei verschränkten Photonen) |
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BP2016BW_ALLG_GMSO_PH.V2_PK_03_04
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(10)
Linienspektren von Atomen als Übergänge zwischen diskreten Energieniveaus beschreiben und in einem Energieniveauschema veranschaulichen (Absorption, Emission, Bohr’sche Frequenzbedingung f=ΔEh, Energiewerte des Wasserstoffatoms En=−R∞⋅c⋅h⋅1n2, Energiewerte wasserstoffähnlicher Atome) |
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(11)
können die Entstehung des Röntgenspektrums erklären (charakteristische Röntgenstrahlung, Bremsstrahlung, kurzwellige Grenze des Röntgenspektrums) |
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(12)
können die Energiewerte eines Elektrons im eindimensionalen Potentialtopf mit unendlich hohen Wänden berechnen sowie die Grenzen dieses Modells zur Beschreibung von Energieniveaus in Atomen beziehungsweise Molekülen erläutern |
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(13)
können unterschiedliche atomare Modellvorstellungen (Rutherford’sches Atommodell, Orbitale des Wasserstoffatoms) und Mehrelektronensysteme (Pauli-Prinzip) im Überblick beschreiben |
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BP2016BW_ALLG_GMSO_PH.V2_IK_03_04_00, PG_02, PG_08, BP2016BW_ALLG_GMSO_CH.V2_IK_02_02_03_01
Verweise auf inhaltsbezogene Kompetenzen
Verweise auf inhaltsbezogene Kompetenzen |