Atom­mo­del­le

Kom­pe­tenz Nr. 13 - SII Mo­dell­vor­stel­lun­gen und Welt­bil­der

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler kön­nen Gren­zen der klas­si­schen Phy­sik be­nen­nen, die grund­le­gen­den Ge­dan­ken der Quan­ten- und Atom­phy­sik, Un­ter­su­chungs­me­tho­den und er­kennt­nis­theo­re­ti­sche As­pek­te for­mu­lie­ren; In­hal­te:

• ge­schicht­li­che Ent­wick­lung von Mo­del­len und Welt­bil­dern (z. B. Son­nen­sys­tem, Uni­ver­sum, Fol­ge­run­gen aus der spe­zi­el­len Re­la­ti­vi­täts­theo­rie, Kau­sa­li­tät, de­ter­mi­nis­ti­sches Chaos)
• Quan­ten­phy­sik
  Merk­ma­le und Ver­hal­ten von Quan­ten­ob­jek­ten: In­ter­fe­renz­fä­hig­keit (Su­per­po­si­ti­on der Mög­lich­kei­ten), sto­chas­ti­sches Ver­hal­ten, Ver­hal­ten beim Mess­pro­zess, Kom­ple­men­ta­ri­tät, Nicht­lo­ka­li­tät

Kom­pe­tenz Nr. 11 - SII Struk­tur der Ma­te­rie

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler kön­nen Teil­chen­mo­del­le an ge­eig­ne­ten Stel­len an­wen­den und ken­nen deren je­wei­li­ge Gren­zen und sie kön­nen die Struk­tur der Ma­te­rie auf der Basis einer quan­ten­phy­si­ka­li­schen Mo­dell­vor­stel­lung be­schrei­ben; In­hal­te:

• Atom­hül­le ... En­er­gie-Quan­ti­sie­rung, grund­le­gen­de Ge­dan­ken der Schrö­din­ger­glei­chung und ihre Be­deu­tung für die Atom­phy­sik
• Atom­kern ... As­pek­te der Ele­men­tar­teil­chen­phy­sik - Über­blick: Lep­to­nen, Ha­dro­nen, Quarks

Black-Box-Mo­dell

Lesen Sie im Phy­sik­jour­nal - Jahr­gang 2011 - den Ar­ti­kel zu Atom­mo­del­len ... auf der Schul­sei­te .

Dis­ku­tie­ren Sie mit Ihrem Team die prin­zi­pi­el­len Gren­zen der An­schau­ung bei der Ana­ly­se ( Be­trach­tung ) der Mi­kro­ebe­ne - also bei der Dis­kus­si­on von Quan­ten­teil­chen und ato­ma­ren Struk­tu­ren.

Dis­ku­tie­ren Sie mit Ihrem Team den prin­zi­pi­el­len Hin­ter­grund , der dafür ver­ant­wort­lich ist, dass uns diese Ebene bzgl. un­se­rer An­schau­ung ver­schlos­sen blei­ben muss. ¹

Elek­tro­ni­um

Dis­ku­tie­ren Sie mit Ihrem Team den fol­gen­den Dia­log:

Anna:

Aus einem kon­ti­nu­ier­li­chen Stoff, der nicht ge­körnt ist, kann ich aus einer klas­si­schen Vor­stel­lung her­aus keine ge­quan­tel­ten Por­tio­nen her­aus­neh­men!

Boris:

Über diese Merk­wür­dig­keit bin ich bei der Be­hand­lung der Atom­hül­le auch schon ge­stol­pert. Man kann aus der Hülle etwas schöp­fen, das vor­her nicht darin war. Die­ses Etwas ent­steht erst beim Schöp­fen.

Anna:

Ich kenne fol­gen­des Zitat von Feyn­man: Ich denke, ich kann davon aus­ge­hen, dass nie­mand die Quan­ten­me­cha­nik ver­steht . Also wenn ein No­bel­preis­trä­ger das nicht ver­an­schau­li­chen kann, dann geht das wohl prin­zi­pi­ell nicht.

Boris:

In der Quan­ten­phy­sik sind wir beim EPR-Pa­ra­do­xon über etwas ähn­lich ab­sur­des ge­stol­pert: Quan­ten­ob­jek­te haben erst eine Ei­gen­schaft, wenn sie auf diese Ei­gen­schaft prä­pa­riert wer­den oder wenn man die Quan­ten­ob­jek­te bzgl. die­ser Ei­gen­schaft misst. Wenn ich mich rich­tig ent­sin­ne, waren es dort die Po­la­ri­sa­ti­ons­rich­tun­gen der Pho­to­nen, die erst nach einer Mes­sung exis­tie­ren - also vor der Mes­sung ob­jek­tiv nicht vor­han­den sind. Wären Sie das, dann könn­te man auf die Pho­to­nen die klas­si­sche Wahr­schein­lich­keits­rech­nung an­wen­den - und dann kommt man zu den Bell­schen Un­glei­chun­gen, die man im Ex­pe­ri­ment ein­deu­tig wi­der­le­gen kann.

Ar­beits­auf­trag:

For­mu­lie­ren Sie ein klei­ne Prä­sen­ta­ti­on, in der Sie einer Klas­se 10 in un­se­rer Schu­le den Auf­bau des Atoms er­läu­tern ... hier­bei soll­ten Sie fol­gen­de Rand­be­din­gun­gen be­ach­ten:

• Ver­ständ­nis­ni­veau der Klas­se 10!
• Kein Auf­bau von Lern­hin­der­nis­sen durch fal­sche Bil­der !
• Er­fül­lung der Vor­ga­be zeit­ge­mä­ßes Atom­mo­dell

Down­load des ge­sam­ten Work­shops

Work­shop 2: Er­fin­dun­gen: Her­un­ter­la­den [pdf] [433 KB]

Wei­ter mit Si­mu­la­to­ren