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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


1 ... in der ZPG-SI-Runde wurde ein mechanisches Black-Box-Modell vorgestellt, das sich ausgezeichnet dafür eignet, im Vorlauf vor dem Atom-Black-Box-Modell die Schülerinnen und Schüler in diese Problematik einzuführen.

 

Download des gesamten Workshops

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

 

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