Ein­füh­rung in die Quan­ten­phy­sik

Die Schüler/-innen wissen, dass sich die Beugungs- und Interferenzerscheinungen von Licht an einem Doppelspalt nur mit dem Wellencharakter des Lichts erklären lassen. Andererseits ist ihnen bewusst, dass die Herleitung des Planckschen Strahlungsgesetzes und die Deutung des Photoeffekts Anfang des 20. Jahrhunderts die Einführung von Lichtquanten erforderten. Die Schüler/-innen können daraus schließen, dass das Licht auch einen Teilchencharakter besitzt. Den Wellen- und Teilchencharakter des Lichts können sie mit dem Begriff des Welle-Teilchen-Dualismus zusammenfassen. Außerdem wissen sie, dass jedem einzelnen Quantenobjekt eine Welle zugeschrieben werden muss, die als Wahrscheinlichkeitsverteilung für eine Ortsmessung zu interpretieren ist. Zuletzt sind sie auch mit dem Phänomen der Quantenverschränkung vertraut und können diesen Effekt anhand zweier verschränkter Photonen nachvollziehen.

  • 41:05 min
  • 3 Aufgabenblöcke
  • 4 Arbeitsblätter
1. Aktivierung von Vorwissen
Video - 02:54 min
Metaphorische Darstellungen von Quantenphänomenen (Tunneleffekt, Verschränkung und Ortsunschärfe)
Einführung der Begriffe der (Licht-)Quanten und der Quantenphysik
2. Einführung
Video - 04:11 min
Beugung von monochromatischem Laserlicht an einem Doppelspalt
Interferenzerscheinungen auf einem Beobachtungsschirm
Prinzip von Huygens
Wellencharakter des Lichts
3. Verständnis­sicherung
Aufgaben - 05:00 min
Aufgaben rund um den Wellencharakter des Lichts
4. Erarbeitung
Video - 06:49 min
Notwendigkeit der Einführung von Lichtquanten (Photonen) Anfang des 20. Jahrhunderts (Plancksches Strahlungsgesetz, Photoeffekt)
Modellversuch eines Doppelspaltexperiments mit kleinen Kügelchen
Animation eines Doppelspaltexperiments mit Einzelphotonenquelle
Teilchencharakter des Lichts
Welle-Teilchen-Dualismus
5. Üben und Anwenden
Aufgaben - 05:00 min
Aufgaben rund um den Welle-Teilchen-Dualismus
6. Vertiefung
Video - 05:35 min
Anschauliche Darstellung von Photonen als Wellenpakete
Interpretation der Wellenpakete und Interferenzmuster als Wahrscheinlichkeitsverteilungen
Kollaps der Wellenfunktion bei einer Messung
Wellencharakter bei Teilchen mit Ruhemasse (z.B. Elektronen)
Verschränkung von Photonen (animierte Messung an Polarisationsfiltern)
7. Ergebnis­sicherung
Video - 03:33 min
Beugung und Interferenz des Lichts
Wellencharakter des Lichts
Teilchencharakter des Lichts
Welle-Teilchen-Dualismus
Wahrscheinlichkeitsinterpretation der Welle
Quantenverschränkung
8. Abschlusstest
Abschlusstest - 08:00 min
Anwendungs- und Transferaufgaben

Schülermaterial (2)

  • Abschlusstest (PDF)
  • Arbeitsblatt (PDF)

Lehrermaterial mit Lösungen (2)

  • Abschlusstest (PDF)
  • Arbeitsblatt (PDF)

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