Im Physikunterricht steht üblicherweise ein Doppelspalt-Versuch mit Laser-Licht im Zentrum, wobei in der Regel sehr viele Photonen beteiligt sind. Aber was geschieht, wenn jeweils nur ein Photon durch den Doppelspalt geschickt wird? Zur Veranschaulichung von Grundfakten der Quantenphysik (Unbestimmtheit, Komplementarität, ...) werden in der Schule in Ermangelung teurer Einzelphotonen-Geräte Polarisationsexperimente mit Laser-Licht durchgeführt. Stellen solche Experimente nur eine Analogie zum Verhalten eines einzelnen Photons dar, oder verhalten sich Einzelphotonen tatsächlich wie klassische elektromagnetische Wellen? Welcher-Weg-Information (WWI) und Interferenz schließen sich gegenseitig aus. Bei einem modifizierten Doppelspaltversuch mit Licht soll der Durchtrittsspalt an der Polarisation jedes Photons mittels eines Analysators abgelesen werden. Die Schüler lernen dabei den Begriff des Quantenradierers kennen, denn durch die Orientierung eines Analysators könne WWI gewonnen werden, oder sie könne entfernt (ausradiert) werden, worauf Interferenz wieder sichtbar wird. Kann die Analysatorstellung wirklich den Durchtrittsort nachträglich und rückwirkend beeinflussen (verzögerte Entscheidung, Retrokausalität)? Ein Hohlraum-Resonator für elektromagnetische Wellen gerät in Resonanz, wenn Wellen mit einer der Eigenfrequenzen des Resonators eingestrahlt werden. Kann der Hohlraum bereits mit einem einzigen Photon in Resonanz geraten? Mit Hohlraum-Resonatoren vor jedem Spalt könnte man so bei einem Doppelspalt-Experiment mit Atomen den Durchtrittsort registrieren und WWI zu erhalten, ohne den Zustand des Atoms zu stören. Zu solchen Fragen gibt das vorliegende Buch Antworten im Sinne der Quantenelektrodynamik, allerdings für freie, nicht an Ladungen gekoppelte elektromagnetische Felder.
Aktualisiert: 2022-04-27
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Unterrichtsvorschläge zum einfachen elektrischen Stromkreis gibt es zuhauf. Warum ein weiterer?
In der Physikdidaktik wird immer noch diskutiert, wie der Spannungsbegriff in der Schule verständlich gemacht werden kann. Ein sehr herausfordernder Vorschlag besteht darin, Spannung als Potenzialdifferenz einzuführen. Ein anderer Vorschlag sieht einen Zusammenhang mit Oberflächenladungen und glaubt, damit die Spannung plausibel machen zu können.
Hier wird ein alternativer Weg präsentiert, der die Probleme solcher Vorschläge vermeidet, aber doch ein Verständnis des einfachen Stromkreises vermittelt, das über traditionelle Konzepte hinausgeht.
Im Lehrerteil wird die Theorie des Stromkreises inkl. der Rolle der Oberflächenladungen zusammengestellt und überlegt, ob und wie deren Folgerungen im Physikunterricht nutzbar gemacht werden können, ohne zu überfordern.
Aktualisiert: 2019-06-17
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Dieser Kurs soll allen Interessierten gründliche, auf ein Verständnis hinzielende Kenntnisse über Quantenphysik vermitteln, die er m.E. weder durch die Lektüre populärwissenschaftlicher Veröffentlichungen - sie sind in der Regel zu ungenau - noch eines Standardwerks der Quantenmechanik allein - bei ihm stehen eher Formalismen im Vordergrund - erreichen kann.
Besonderes Augenmerk dieser Schrift gilt dem Lehrer, der Quantenphysik an der Schule unterrichtet. Er soll auf qualitativem Niveau mit der Quantenphysik vertraut gemacht werden, wobei auch modernste Entwicklungen einbezogen werden. Oder seine Vorstellungen vom Studium her sollen aufgefrischt und durch neuere Sichtweisen ergänzt werden. Obwohl die Quantentheorie im Wesentlichen in den dreißiger Jahren des letzten Jahrhunderts etabliert wurde, kamen in den letzten Jahrzehnten neue Experimente und Sichtweisen hinzu, die das naive Bild von der Quantenphysik, wie es noch vor kurzem an der Schule gelehrt wurde, endgültig über den Haufen warfen.
Die Stoffauswahl erfolgte so, dass jedem Leser ein recht umfassendes Bild von der Quantenphysik ohne Formalismen vermittelt wird. Dem Lehrer soll sie seinen korrekten Umgang mit der schulischen Teilmenge der Quantenphysik prägen, die durch die jeweiligen Lehrpläne festgelegt ist.
Die Darstellung hier ist - im Gegensatz zu einer überholten Didaktik des Welle-Teilchen-Dualismus - konsistent mit der allgemein akzeptierten formalen Quantentheorie, ohne diese darzustellen. Die Darstellung hier entspricht didaktisch dem 'Würzburger Quantenphysik-Konzept' und geht von 'Grundfakten der Quantenphysik' aus, die im Internet unter der Adresse http://www.forphys.de nachzulesen sind.
Es handelt sich hier um die Druckversion eines Online-Textes, der ebenfalls dort zu finden ist. Gegenüber der 1. Auflage sind hier 'verschränkte Zustände' noch schärfer herausgearbeitet und einige für Oberstufen-Schülerinnen und Schüler geeignete Texte ergänzt worden.
Aktualisiert: 2022-04-17
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Das Buch richtet sich als eine erste Hinführung zur Atomphysik und Information über einige ihrer relativ modernen Aspekte bis in den Anwendungsbereich hinein vor allem an Lehrerinnen und Lehrer der Physik und der Chemie, aber auch an Studenten der Naturwissenschaften und alle, die sich für dieses faszinierende Fachgebiet interessieren ohne zu sehr ins Detail gehen zu wollen. Im Hauptteil werden eher qualitative Aspekte diskutiert, die ein "Verständnis" ermöglichen sollen. Im Anhang können dazu auch detailliertere Ausführungen nachgelesen werden. Nicht alles kann angesprochen werden. Naturgemäß geht manches über die Schulphysik hinaus. Das Buch könnte auch nützlich sein für Physikstudenten als Vorbereitung auf eine wissenschaftliche Vorlesung oder die Lektüre eines der ausführlicheren Lehrbücher, die es nicht ersetzen möchte. Soweit quantenphysikalische Voraussetzungen erläutert werden, orientieren sie sich am didaktischen "Würzburger Quantenphysik-Konzept".
Aktualisiert: 2022-04-13
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Bis vor wenigen Jahren wurde an den Schulen die Quantenphysik nach dem Stand von 1926 gelehrt. Die Schrödinger-Gleichung und Borns Wahrscheinlichkeitsdeutung waren damals bekannt. Die Quantenmechanik der 30-er Jahre war aber noch nicht entwickelt, viele Missverständnisse noch nicht ausgeräumt. Dagegen wird das „Würzburger Quantenphysik-Konzept“ der jetzt bekannten Quantenphysik gerecht und integriert viele der neueren Erkenntnisse und Experimente.
Der vorliegende Text realisiert dieses Konzept. Er ist als Schülerbuch zu den Grundlagen der Quantenphysik formuliert, das für die Mittelstufe an Gymnasien als Lehrbuch geeignet sein könnte. Es entwickelt die Inhalte anhand von typischen Schulexperimenten, die z.T. als Schülerversuche durchführbar sind, manchmal mit Hilfe von Simulationsprogrammen. Übungsaufgaben mit Lösungen und eine Zusammenfassung zur Selbstkontrolle ermöglichen den Schülerinnen und Schülern ein aktives Studium. Weitere Unterrichtsmaterialien stehen in den übrigen Bänden dieser Reihe und im Internet unter http://www.forphys.de zur Verfügung.
Traditionell steht im Mittelpunkt des schulischen Interesses an der Quantenphysik die Frage, ob Elektronen oder Photonen nun Teilchen oder Wellen sind, eine Fragestellung, die vielfach mit dem Schlagwort „Welle-Teilchen-Dualismus“ charakterisiert wird, den es in seiner ursprünglichen Bedeutung bekanntlich nicht gibt.
Demgegenüber wurde vom Autor – aufbauend auf wichtigen Vorarbeiten von Küblbeck und Müller – ein neues didaktisches Konzept zur Behandlung der Quantenphysik für die Schule vorgeschlagen, das "Grundfakten" in den Vordergrund stellt, vergleichbar mit den Küblbeck-Müller'schen "Wesenszügen".
Die "Grundfakten" ähneln Axiomen der Quantenphysik, mit deren Hilfe eine große Zahl von Experimenten und Erscheinungen der Quantenphysik zumindest qualitativ – auf heuristische Weise – "erklärt" werden können. Statt des so genannten "Welle-Teilchen-Dualismus" werden hier Unbestimmtheit und Komplementarität in den Vordergrund gestellt. Dieses neue "Würzburger Quantenphysik-Konzept" ist im Internet unter http://www.forphys.de ausführlich mit vielen weiteren Materialien dargestellt.
Aktualisiert: 2022-04-18
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Vielfältige Anregungen für physikalische Schülerversuche realisieren das Programm des Forschenden Lernens. Der Lehrer erfährt, wie er seine Schüler effektiv dazu anleiten kann, sich physikalische Sachverhalte an Hand von Realexperimenten selbst zu erarbeiten. Die vielen Versuchsbeispiele mit fertiger Dimensionierung werden an Hand bestimmter preiswerter Messinterfaces für den PC und der zugehörigen Software beschrieben, doch sollten in den meisten Fällen auch andere handelsübliche Messinterfaces eingesetzt werden können.
Die vorgeschlagene Technik auf der Basis von ATMEL-Mikroprozessoren erlaubt wegen ihres geringen Preises auch Schülerversuche in parallelen arbeitsgleichen Teams. Die Interfaces können weitgehend fertig aufgebaut erworben werden; die benötigte Software steht kostenlos zur Verfügung. Dennoch werden auch Selbstbauvarianten und die Programmierung, vor allem in der Hochsprache AVISE von der Fa. CINETIX, beschrieben.
Auch wer sich in die Mikroprozessortechnik einarbeiten möchte, wird profitieren. AVISE erleichtert das sehr.
Die vorliegende 2. Auflage wurde aktualisiert und durch neue Versuche, neue Sensoren und Zusatzinformationen deutlich erweitert. Es ist so auch ein kleines Kompendium der für den Physikunterricht nützlichen Elektronik entstanden.
Aktualisiert: 2022-04-20
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Bis vor wenigen Jahren wurde an den Schulen die Quantenphysik nach dem Stand von 1926 gelehrt. Die Schrödinger-Gleichung und Borns Wahrscheinlichkeitsdeutung waren damals bekannt. Die Quantenmechanik der 30-er Jahre war aber noch nicht entwickelt, viele Missverständnisse noch nicht ausgeräumt. Das „Würzburger Quantenphysik-Konzept“ wird der jetzt bekannten Quantenphysik gerecht und integriert viele der neueren Erkenntnisse und Experimente.
Mit dem vorliegenden Schülerbuch zu den Grundlagen der Quantenphysik wird ein für den Oberstufen-Unterricht an Gymnasien geeignetes Lehrbuch präsentiert, das dieses Konzept realisiert. Es wickelt die Inhalte anhand von typischen Schulexperimenten, die z.T. als Schülerversuche durchführbar sind, manchmal mit Hilfe von Simulationsprogrammen. Übungsaufgaben, Zusammenfassungen und Checklisten zur Selbstkontrolle ermöglichen den Schülerinnen und Schülern ein aktives Studium. Weitere Unterrichtsmaterialien stehen in den übrigen Bänden dieser Reihe und im Internet unter http://www.forphys.de zur Verfügung.
Traditionell steht im Mittelpunkt des schulischen Interesses an der Quantenphysik die Frage, ob Elektronen oder Photonen nun Teilchen oder Wellen sind, eine Fragestellung, die vielfach mit dem Schlagwort „Welle-Teilchen-Dualismus“ charakterisiert wird, den es in seiner ursprünglichen Bedeutung bekanntlich nicht gibt.
Demgegenüber wurde vom Autor – aufbauend auf wichtigen Vorarbeiten von Küblbeck und Müller – ein neues didaktisches Konzept zur Behandlung der Quantenphysik für die Schule vorgeschlagen, das „Grundfakten“ in den Vordergrund stellt, vergleichbar mit den Küblbeck-Müller'schen „Wesenszügen“.
Die „Grundfakten“ ähneln Axiomen der Quantenphysik, mit deren Hilfe eine große Zahl von Experimenten und Erscheinungen der Quantenphysik zumindest qualitativ – auf heuristische Weise – „erklärt“ werden können. Statt des so genannten „Welle-Teilchen-Dualismus“ werden hier Unbestimmtheit und Komplementarität in den Vordergrund gestellt. Dieses neue „Würzburger Quantenphysik-Konzept“ ist im Internet unter http://www.forphys.de ausführlich mit vielen weiteren Materialien dargestellt.
Aktualisiert: 2022-04-18
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Traditionell steht im Mittelpunkt des schulischen Interesses an der Quantenphysik die Frage, ob Elektronen oder Photonen nun Teilchen oder Wellen sind, eine Problemstellung, die vielfach mit dem Schlagwort "Welle-Teilchen-Dualismus" charakterisiert wird, den es in seiner ursprünglichen Bedeutung bekanntlich nicht gibt.
Demgegenüber wurde vom Autor - aufbauend auf wichtigen Vorarbeiten von Küblbeck und Müller - ein neues Konzept zur Behandlung der Quantenphysik für die Schule vorgeschlagen, das "Grundfakten", vergleichbar mit den Küblbeck-Müller'schen "Wesenszügen", in den Vordergrund stellt. Die "Grundfakten" ähneln Axiomen der Quantenphysik, mit deren Hilfe eine große Zahl von Erscheinungen und Beobachtungen der Quantenphysik zumindest qualitativ - auf heuristische Weise - "erklärt" werden können. Statt des so genannten "Welle-Teilchen-Dualismus" werden hier Unbestimmtheit und Komplementarität in den Vordergrund gestellt. Das neue Konzept ist im Internet unter http://www.forphys.de ausführlich mit vielen weiteren Materialien dargestellt.
In den Teilbänden dieser Veröffentlichung werden vielfältige und sorgfältig ausgearbeitete Unterrichtsmaterialien präsentiert, mit denen sich Schüler die schulische Teilmenge der Quantenphysik selbst erarbeiten können durch unterschiedliche Methoden wie Lernen an Stationen, Kurzreferate, Internet-Recherche, Gruppenpuzzle, der Fragebogen- oder der Zettelkasten-Methode etc.
Im vorliegenden 3. Teil werden Materialien bereitgestellt, mit denen Schüler Grundlagen der Atomphysik erarbeiten und im Sinne der "Grundfakten der Quantenphysik" deuten können. Hier geht es also um diskrete Energiestufen, den linearen Potenzialkasten, um Atommodelle und den Atombau, den Tunneleffekt, und - weil Lehrpläne das vielfach fordern - auch um die Schrödinger-Gleichung. Die Materialien können auch bei anderen Konzepten nutzbringend eingesetzt werden.
Aktualisiert: 2022-04-16
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Dieser Kurs soll allen Interessierten gründliche, auf ein Verständnis hinzielende Kenntnisse über Quantenphysik vermitteln, die er m.E. weder durch die Lektüre populärwissenschaftlicher Veröffentlichungen - sie sind in der Regel zu ungenau - noch eines Standardwerks der Quantenmechanik allein – bei ihm stehen eher Formalismen im Vordergrund - erreichen kann.
Besonderes Augenmerk dieser Schrift gilt dem Lehrer, der Quantenphysik an der Schule unterrichtet. Er soll auf qualitativem Niveau mit der Quantenphysik vertraut gemacht werden, wobei auch modernste Entwicklungen einbezogen werden. Oder seine Vorstellungen vom Studium her sollen aufgefrischt und durch neuere Sichtweisen ergänzt werden. Obwohl die Quantentheorie im Wesentlichen in den dreißiger Jahren des letzten Jahrhunderts etabliert wurde, kamen in den letzten Jahrzehnten neue Experimente und Sichtweisen hinzu, die das naive Bild von der Quantenphysik, wie es noch vor kurzem an der Schule gelehrt wurde, endgültig über den Haufen warfen.
Die Stoffauswahl erfolgte so, dass jedem Leser ein recht umfassendes Bild von der Quantenphysik ohne Formalismen vermittelt wird. Dem Lehrer soll sie seinen korrekten Umgang mit der schulischen Teilmenge der Quantenphysik prägen, die durch die jeweiligen Lehrpläne festgelegt ist.
Die Darstellung hier ist – im Gegensatz zu einer überholten Didaktik des Welle-Teilchen-Dualismus - konsistent mit der allgemein akzeptierten formalen Quantentheorie, ohne diese darzustellen. Die Darstellung hier entspricht didaktisch dem „Würzburger Quantenphysik-Konzept“ und geht von „Grundfakten der Quantenphysik“ aus, die im Internet unter der Adresse http://www.forphys.de nachzulesen sind.
Es handelt sich hier um die Druckversion eines Online-Projekts, das ebenfalls unter der angegebenen Adresse zu finden ist.
Aktualisiert: 2019-03-20
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Traditionell steht im Mittelpunkt des schulischen Interesses an der Quantenphysik die Frage, ob Elektronen oder Photonen nun Teilchen oder Wellen sind, eine Problemstellung, die vielfach mit dem Schlagwort "Welle-Teilchen-Dualismus" charakterisiert wird, den es in seiner ursprünglichen Bedeutung bekanntlich nicht gibt.
Demgegenüber wurde vom Autor - aufbauend auf wichtigen Vorarbeiten von Küblbeck und Müller - ein neues Konzept zur Behandlung der Quantenphysik für die Schule vorgeschlagen, das "Grundfakten", vergleichbar mit den Küblbeck-Müller'schen "Wesenszügen", in den Vordergrund stellt. Die "Grundfakten" ähneln Axiomen der Quantenphysik, mit deren Hilfe eine große Zahl von Erscheinungen und Beobachtungen der Quantenphysik zumindest qualitativ - auf heuristische Weise - "erklärt" werden können. Statt des so genannten "Welle-Teilchen-Dualismus" werden hier Unbestimmtheit und Komplementarität in den Vordergrund gestellt. Das neue Konzept ist im Internet unter http://www.forphys.de ausführlich mit vielen weiteren Materialien dargestellt.
In den Teilbänden dieser Veröffentlichung werden vielfältige und sorgfältig ausgearbeitete Unterrichtsmaterialien präsentiert, mit denen sich Schüler die schulische Teilmenge der Quantenphysik selbst erarbeiten können durch unterschiedliche Methoden wie Lernen an Stationen, Kurzreferate, Internet-Recherche, Gruppenpuzzle, der Fragebogen- oder der Zettelkasten-Methode etc.
Im vorliegenden 2. Teil werden Materialien zu den "Grundfakten der Quantenphysik" bereitgestellt, mit denen dann auch moderne Experimente gedeutet werden. Hier geht es also darum, die "Grundfakten" kennen zu lernen und anzuwenden. Die Schüler erhalten so einfacher als üblicherweise einen tieferen Einblick in die Quantenphysik.
Aktualisiert: 2022-04-16
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Traditionell steht im Mittelpunkt des schulischen Interesses an der Quantenphysik die Frage, ob Elektronen oder Photonen nun Teilchen oder Wellen sind, eine Problemstellung, die vielfach mit dem Schlagwort „Welle-Teilchen-Dualismus“ charakterisiert wird, den es in seiner ursprünglichen Bedeutung bekanntlich nicht gibt.
Demgegenüber wurde vom Autor – aufbauend auf wichtigen Vorarbeiten von Küblbeck und Müller - ein neues Konzept zur Behandlung der Quantenphysik für die Schule vorgeschlagen, das „Grundfakten“, vergleichbar mit den Küblbeck-Müller'schen „Wesenszügen“, in den Vordergrund stellt. Die „Grundfakten“ ähneln Axiomen der Quantenphysik, mit deren Hilfe eine große Zahl von Erscheinungen und Beobachtungen der Quantenphysik zumindest qualitativ – auf heuristische Weise – „erklärt“ werden können. Statt des so genannten „Welle-Teilchen-Dualismus“ werden hier Unbestimmtheit und Komplementarität in den Vordergrund gestellt. Das neue Konzept ist im Internet unter http://www.forphys.de ausführlich mit vielen weiteren Materialien dargestellt.
In den Teilbänden dieser Veröffentlichung werden vielfältige und sorgfältig ausgearbeitete Unterrichtsmaterialien präsentiert, mit denen sich Schüler die schulische Teilmenge der Quantenphysik selbst erarbeiten können durch unterschiedliche Methoden wie Lernen an Stationen, Kurzreferate, Internet-Recherche, Gruppenpuzzle, der Fragebogen- oder der Zettelkasten-Methode etc.
Im vorliegenden 1. Teil werden Materialien zu Vorstufen der Quantenphysik bereitgestellt, also zu Interferenz-Versuchen, Welcher-Weg-Experimenten, Versuchen zum Teilchenbegriff der Quantentheorie, zu Photonen und zum Planck'schen Wirkungsquant. Ein Abschnitt widmet sich auch der so genannten "Modell-Philosophie", die eher traditionellen Vorgehensweisen entspricht.
Aktualisiert: 2022-04-16
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