Elektronenbeugung
Elektronen treffen auf eine dünne Graphitschicht und bilden Ringe auf dem Schirm, wie es nur Wellen tun.
Physik – Jahrgangsstufe 13
Mehrere Lehrpläne: ohne Buchstabe = grundlegendes Anforderungsniveau; „A“ = Lehrplanalternative Astrophysik; „E“ = erhöhtes Anforderungsniveau. Die Lehrplanalternative ersetzt den Standardlehrplan.
Lernbereich 1Grundideen der Quantenphysik
1.1Eigenschaften von Quantenobjekten
Elektronenbeugung und de-Broglie-Wellenlänge, Doppelspaltversuch mit Elektronen und Photonen in der Simulation sowie Energie und Impuls von Photonen.
Doppelspalt und Gitter
Laserlicht fällt durch einen Doppelspalt oder ein Gitter. Auf dem Schirm entsteht ein Muster aus hellen und dunklen Streifen.
Photoeffekt
Rotes Licht kann noch so hell sein, es löst kein einziges Elektron. Kurzwelliges Licht schafft es sofort. Für Wellen ist das rätselhaft, für Photonen nicht.
1.2Einblick in das Weltbild der Quantenphysik
Wellenfunktion und Nachweiswahrscheinlichkeit, Superposition, Komplementarität und der quantenphysikalische Messprozess.
Hierfür ist keine eigene Simulation geplant.
Lernbereich 2Ein Atommodell der Quantenphysik
Potentialtopf mit diskreten Energieniveaus, Orbitale und Energiewerte des Wasserstoffatoms, Emission und Absorption von Licht sowie der Franck-Hertz-Versuch.
Atommodelle und Linienspektren
Jedes Element leuchtet in seinen eigenen Farben. Springt ein Elektron eine Stufe tiefer, entsteht genau eine Linie im Spektrum.
Planetenbahnen und Keplersche Gesetze
Zu schnell, und der Planet fliegt auf Nimmerwiedersehen davon. Etwas langsamer, und er zieht eine Ellipse um die Sonne, genau nach den Keplerschen Gesetzen.
Lernbereich 3Strukturuntersuchungen zum Aufbau der Materie
Methoden wie Streu- und Kollisionsexperimente sowie Grundaussagen des Standardmodells, selbstständig recherchiert und präsentiert.
Atommodelle und Linienspektren
Jedes Element leuchtet in seinen eigenen Farben. Springt ein Elektron eine Stufe tiefer, entsteht genau eine Linie im Spektrum.
Lernbereich 4Kernphysik
4.1Ein einfaches Kernmodell der Quantenphysik
Bindungsenergie je Nukleon, Potentialtopfmodell des Kerns, Entstehung der Strahlungsarten und Energiebilanzen bei Zerfällen und Kernreaktionen.
Hierfür ist keine eigene Simulation geplant.
4.2Radioaktivität und Kernenergietechnik
Geiger-Müller-Zähler, Zerfallsgesetz und Halbwertszeit, C14-Datierung, Strahlenschutz sowie Kernspaltung und Reaktor.
Radioaktiver Zerfall und Halbwertszeit
Viele Atomkerne zerfallen zufällig, und ein Zählrohr knackt. Trotzdem ist nach jeder Halbwertszeit ungefähr die Hälfte übrig.
Lernbereich A1Orientierung am Himmel (nur Astrophysik)
Sternbilder und Objekte am Nachthimmel mit Sternkarte oder Software finden, Sichtbarkeit beurteilen und Schleifenbahnen der Planeten erklären.
Hierfür ist keine eigene Simulation geplant.
Lernbereich A2Das Sonnensystem (nur Astrophysik)
Astronomische Einheit, Gravitationsgesetz und Ellipsenbahnen zur Massenbestimmung, Einteilung der Himmelskörper sowie Satelliten und zweite kosmische Geschwindigkeit.
Planetenbahnen und Keplersche Gesetze
Zu schnell, und der Planet fliegt auf Nimmerwiedersehen davon. Etwas langsamer, und er zieht eine Ellipse um die Sonne, genau nach den Keplerschen Gesetzen.
Lernbereich A3Die Sonne (nur Astrophysik)
Zustandsgrößen der Sonne, Kernfusion und Energietransport, Sonnenflecken, Sonnenspektrum mit Absorptionslinien und Strahlungsgesetze für Temperaturabschätzungen.
Atommodelle und Linienspektren
Jedes Element leuchtet in seinen eigenen Farben. Springt ein Elektron eine Stufe tiefer, entsteht genau eine Linie im Spektrum.
Lernbereich A4Sterne (nur Astrophysik)
Parallaxe, Helligkeit und Leuchtkraft, Spektralklassen, Hertzsprung-Russell-Diagramm und Sternentwicklung, Doppelsterne, Gravitationswellen und Exoplaneten.
Hierfür ist keine eigene Simulation geplant.
Lernbereich A5Großstrukturen im Weltall (nur Astrophysik)
Aufbau und Masse der Milchstraße, Dunkle Materie, Entfernung von Galaxien, Hubble-Beziehung und Urknallmodell.
Hierfür ist keine eigene Simulation geplant.
Lernbereich E1Grundideen der Quantenphysik (erhöhtes Niveau)
E1.1Eigenschaften von Quantenobjekten
Elektronenbeugung mit Bragg-Reflexion und de-Broglie-Beziehung, Doppelspalt und Mach-Zehnder-Interferometer mit einzelnen Quanten sowie Photoeffekt mit Gegenfeldmethode.
Elektronenbeugung
Elektronen treffen auf eine dünne Graphitschicht und bilden Ringe auf dem Schirm, wie es nur Wellen tun.
Doppelspalt und Gitter
Laserlicht fällt durch einen Doppelspalt oder ein Gitter. Auf dem Schirm entsteht ein Muster aus hellen und dunklen Streifen.
Photoeffekt
Rotes Licht kann noch so hell sein, es löst kein einziges Elektron. Kurzwelliges Licht schafft es sofort. Für Wellen ist das rätselhaft, für Photonen nicht.
E1.2Einblick in das Weltbild der Quantenphysik
Wellenfunktion, Unbestimmtheitsrelation, Messprozess, Quantenradierer, Nicht-Lokalität und Dekohärenz sowie Quantentechnik und ihr Missbrauch in Texten.
Hierfür ist keine eigene Simulation geplant.
Lernbereich E2Ein Atommodell der Quantenphysik (erhöhtes Niveau)
Schrödinger-Gleichung im Potentialtopf, Orbitale und Energiewerte von Wasserstoff und wasserstoffähnlichen Systemen, Pauli-Prinzip, Röntgenspektren und Franck-Hertz-Versuch.
Atommodelle und Linienspektren
Jedes Element leuchtet in seinen eigenen Farben. Springt ein Elektron eine Stufe tiefer, entsteht genau eine Linie im Spektrum.
Lernbereich E3Strukturuntersuchungen zum Aufbau der Materie (erhöhtes Niveau)
Methoden der Strukturuntersuchung und Standardmodell, zusätzlich Röntgen-Strukturanalyse und Synchrotronstrahlung.
Hierfür ist keine eigene Simulation geplant.
Lernbereich E4Kernphysik (erhöhtes Niveau)
E4.1Ein einfaches Kernmodell
Bindungsenergie, Potentialtopfmodell, Entstehung der Strahlungsarten, Energie- und Impulsbilanzen, Zerfallsreihen und Nuklidkarte.
Hierfür ist keine eigene Simulation geplant.
E4.2Radioaktivität und Kernenergietechnik
Zerfallsgesetz aus einer Differentialgleichung, Halbwertszeit und mittlere Lebensdauer, Altersbestimmung, Strahlenschutz und Kernreaktor.
Radioaktiver Zerfall und Halbwertszeit
Viele Atomkerne zerfallen zufällig, und ein Zählrohr knackt. Trotzdem ist nach jeder Halbwertszeit ungefähr die Hälfte übrig.
Lernbereich E5Experimentelles Arbeiten (nur erhöhtes Niveau)
Pflichtexperimente mit Fehlerbetrachtung, etwa Polarisation, Elektronenbeugung, Gegenfeldmethode zum Photoeffekt, Spektrometerbau und Absorption radioaktiver Strahlung.
Elektronenbeugung
Elektronen treffen auf eine dünne Graphitschicht und bilden Ringe auf dem Schirm, wie es nur Wellen tun.
Photoeffekt
Rotes Licht kann noch so hell sein, es löst kein einziges Elektron. Kurzwelliges Licht schafft es sofort. Für Wellen ist das rätselhaft, für Photonen nicht.
Atommodelle und Linienspektren
Jedes Element leuchtet in seinen eigenen Farben. Springt ein Elektron eine Stufe tiefer, entsteht genau eine Linie im Spektrum.
Die Kurzbeschreibungen fassen den Lehrplan in eigenen Worten zusammen. Verbindlich ist der Originaltext. Originaltext: LehrplanPLUS, Gymnasium, Physik, Jahrgangsstufe 13