Übergreifende Ziele
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Zuordnung zum Lehrplan |
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Medienbildung
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Kompetenzerwartung: beschreiben mithilfe von Computersimulationen oder Filmen die Gemeinsamkeiten bzw. Unterschiede des Verhaltens von klassischen Teilchen und klassischen Wellen mit bzw. zu freien, gleichartig präparierten Quantenobjekten bei Doppelspaltexperimenten. Anhand der dabei auftretenden Interferenzmuster treffen sie qualitative Wahrscheinlichkeitsvorhersagen über den Ausgang von Einzelmessungen und berechnen die den Quantenobjekten zuordenbaren Wellenlängen, indem sie ihr Wissen über Beugung und Interferenz am Doppelspalt anwenden.
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Kompetenzerwartung: beschreiben gebundene Zustände von Quantenobjekten durch reellwertige zeitunabhängige Zustandsfunktionen (Ψ-Funktionen) und modellieren ihre Bindung in einem quantenmechanischen System insbesondere durch abschnittweise konstante potenzielle Energiefunktionen V (Potenzialtopfmodelle). Sie nutzen Computerprogramme und im Fall eines eindimensionalen Potenzialtopfs mit unendlich hohen Wänden auch Methoden der Differenzial‑ und Integralrechnung, um die Ψ-Funktionen unter Berücksichtigung von Anfangs‑ und Randbedingungen als Lösungen der zeitunabhängigen Schrödingergleichung für diskrete Energiewerte und in Abhängigkeit von Quantenzahlen zu ermitteln. Sie veranschaulichen Ψ und |Ψ|2 durch Liniendiagramme und treffen Aussagen über die Aufenthaltswahrscheinlichkeit der Quantenobjekte innerhalb bestimmter Bereiche.
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Sprachliche Bildung
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Kompetenzerwartung: entscheiden mithilfe der Komplementarität von „Welcher-Weg-Information“ und
„Interferenzfähigkeit“, ob bei Experimenten mit Quantenobjekten Interferenzerscheinungen auftreten, und erläutern dabei den Einfluss des Messvorgangs auf das Messergebnis. Auf Grundlage ihres Wissens um die Eigenschaften von Quantenobjekten sowie die Unbestimmtheitsrelation von Heisenberg mit den komplementären Größenpaaren „Ort“ und „Impuls“ zeigen sie Grenzen klassischer Modelle bei der Deutung quantenphysikalischer Prozesse auf und beschreiben den Wandel des physikalischen Weltbildes im 20. Jahrhundert.
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Technische Bildung
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Kompetenzerwartung: werten die experimentell an einer Elektronenbeugungsröhre gewonnenen Interferenzmuster unter Anwendung der Gesetzmäßigkeiten der Bragg-Reflexion aus. Unter Verwendung der von ihnen im Rahmen der Versuchsauswertung ermittelten de-Broglie-Gleichung diskutieren sie für verschiedene Quantenobjekte (z. B. Fullerene) die technischen Herausforderungen zur Bestimmung der den Quantenobjekten zuordenbaren de-Broglie-Wellenlängen.
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Kompetenzerwartung: ermitteln mithilfe experimentell gewonnener Daten zur quantitativen Bestimmung des Zusammenhangs zwischen der Frequenz des eingestrahlten Lichtes und der maximalen kinetischen Energie der beim äußeren Fotoeffekt ausgelösten Elektronen materialspezifische Austrittsarbeiten, Grenzfrequenzen und das Planck'sche Wirkungsquantum.
Sie erläutern unter Berücksichtigung der quantisierten Energie‑ und Impulsübertragung die physikalischen Grundlagen bei Wechselwirkungen elektromagnetischer Strahlung mit Materie.
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Ergänzende Informationen sind nicht Bestandteil des Lehrplans.
