3.4.6 Quantenphysik und Materie  |
3.4.6 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. 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
(1)
Gemeinsamkeiten und Unterschiede des Verhaltens von klassischen Wellen, klassischen Teilchen und
Quantenobjekten am Doppelspalt beschreiben
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(2)
erläutern, wie für Quantenobjekte der Determinismus der klassischen Physik durch Wahrscheinlichkeitsaussagen ersetzt
wird
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(3)
Experimente zur Interferenz einzelner Quantenobjekte anhand von Wahrscheinlichkeitsaussagen beschreiben und den Ausgang der
Experimente erklären
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(4)
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
(Komplementarität)
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BP2016BW_ALLG_GYM_M_IK_9-10_05_00, BP2016BW_ALLG_GMSO_PH.V2_IK_12-13-BF-QUANTEN_03_00, BP2016BW_ALLG_GMSO_PH.V2_IK_12-13-BF-QUANTEN_04_00, BP2016BW_ALLG_GMSO_PH.V2_IK_12-13-BF-QUANTEN_05_00, BP2016BW_ALLG_GMSO_PH.V2_PK_03_04, PG_02, BP2016BW_ALLG_GMSO_PH.V2_PK_01_11
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(5)
den lichtelektrischen Effekt beschreiben und anhand der Einstein’schen Lichtquantenhypothese erklären
(Hallwachs-Effekt, Einstein’sche Gleichung \( E_{\mathrm{\scriptscriptstyle{kin,max}}} = h \cdot f -
E_{\mathrm{\scriptscriptstyle{A}}} \), Planck’sche Konstante \(h\))
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BP2016BW_ALLG_GMSO_PH.V2_PK_03_04, BP2016BW_ALLG_GMSO_PH.V2_PK_03_11
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(6)
erläutern, wie sich Quantenobjekte anhand ihrer Energie und anhand ihres Impulses beschreiben
lassen
( \( E_{\mathrm{\scriptscriptstyle{Quant}}} = h \cdot f \), \( p = \frac{h}{\lambda} \), de Broglie-Wellenlänge von
Materiewellen)
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(7)
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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(8)
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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(9)
Linienspektren von Atomen als Übergänge zwischen diskreten Energieniveaus beschreiben und in einem
Energieniveauschema veranschaulichen (Absorption, Emission, Bohr’sche Frequenzbedingung \( f = \frac{\Delta E}{h}
\), Energiewerte des Wasserstoffatoms)
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(10)
können unterschiedliche atomare Modellvorstellungen im Überblick beschreiben (Rutherford’sches Atommodell,
Orbitale des Wasserstoffatoms)
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BP2016BW_ALLG_GMSO_PH.V2_IK_03_04_00, PG_02, BP2016BW_ALLG_GMSO_CH.V2_IK_02_02_03_01
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