3.6.6 Quantenphysik  |
3.6.6 Quantenphysik
Die Schülerinnen und Schüler erkennen, dass jegliche
klassische Modellvorstellungen zur vollständigen und
widerspruchsfreien Beschreibung des Verhaltens von Quantenobjekten
wie Photonen und Elektronen versagen. Insbesondere erkennen sie,
dass quantenphysikalische Erfahrungen 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 können
(1)
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_PK_03_04, BP2016BW_ALLG_GMSO_PH_PK_03_11
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(2)
erläutern, wie sich Quantenobjekte anhand ihrer Energie und anhand ihres Impulses beschreiben lassen
(\(E_{\mathrm{\scriptscriptstyle Quant}}= h\cdot f\), \(p=\frac{\displaystyle h}{\displaystyle \lambda}\), 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
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(6)
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 (zum Beispiel Doppelspalt,
Mach-Zehnder-Interferometer)
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BP2016BW_ALLG_GMSO_PH_IK_12-13-LF_03_00, BP2016BW_ALLG_GMSO_PH_IK_12-13-LF_04_00, BP2016BW_ALLG_GMSO_PH_IK_12-13-LF_05_00, BP2016BW_ALLG_GMSO_M_IK_11_05_00_10, BP2016BW_ALLG_GMSO_PH_PK_03_04, BP2016BW_ALLG_GMSO_PH_PK_01_11
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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 \(\Delta x \cdot \Delta p_{\scriptscriptstyle x} \geq h\))
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BP2016BW_ALLG_GMSO_PH_PK_03_04
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