Screenshot:

Lerninhalte:
- Selbständige "experimentelle" Untersuchung des Photoeffekts
- "Experimentelle" Bestimmung des Planckschen Wirkungsquantums und der Austrittsarbeit
- Unabhängigkeit der maximalen kinetischen Energie der Elektronen von der Lichtintensität.

Voraussetzungen:
- Zusammenhang zwischen Frequenz und Energie von Licht
- Englischkenntnisse

Einsatzszenario: Aufgrund der ausführlichen Beschreibung in Form ener Audio-Beschreibung und in schriftlicher Form mit den Student Notes eignet sich dieses Medium zu einer eigenständigen Erarbeitung des Photoeffektes. Zudem wird ein Aufgabenblatt ("Self Test") angeboten, mit dem die Schülerinnen und Schüler ihr Wissen testen können.

Möglichkeiten zur Interaktion: Die Schülerinnen und Schüler können die Wellenlänge und die Intensität des einfallenden Lichtes, die Gegenspannung und das Kathodenmaterial variieren.
Durch die Student Notes wird den Schülerinnen und Schülern Unterstützung beim selbständigen Arbeiten mit dem System gegeben.
Die Aufgaben bieten zusätzliche Möglichkeiten zur weitergehenden Beschäftigung mit der Simulation.

Passt zu Ansatz: Quantenphysik als Basis zum Verständnis der modernen Physik

Weiterführende Literatur:
[Kranzinger] Kranzinger, Franz: Impulse Physik-Quantenphysik, Klett-Verlag, 2002, S. 26
[Fischler] Fischler, Helmut: "Problematik bei der Behandlung des Photoeffektes in der Schule" in Fischler, Helmut (Hrsg.): "Quantenphysik in der Schule", IPN Kiel, 1992, S. 16
[Grehn] Grehn, Joachim: Metzler-Physik

Aufgaben & Arbeitsblätter

Aufgaben:
Übersetzung der weiterführenden Fragen, die dem Applet unter der Rubrik "Self Test" angeboten werden.
Photoeffekt   Photoeffekt

Simulation;
Kurzbeschreibung: Diese Webseite bietet eine Simulation zur Wasserstoff-Spektroskopie. Die Simulation zeigt eine Wasserstofflampe und ihr Spektrum. Im unteren Teil der Simulation können die Schülerinnen und Schüler das Energieniveauschema für Wasserstoff erzeugen: Für jeden Übergang, den sie erzeugen, bekommen sie die entsprechende Spektrallinie angezeigt, so dass sie durch Vergleich mit dem Originalspektrum sukzessive ein Energieniveauschema aufbauen können.
Anmerkungen: Diese Simulation steht nur mit englischen Beschriftungen und Beschreibungen zur Verfügung

Screenshot:

Hinweise für den Einsatz im Unterricht

Lerninhalte:
- Untersuchung der Spektren verschiedener Gase
- Prinzip der Energieniveaus und Übergänge in Atomen

Voraussetzungen:
- Existenz von Energieniveaus in Atomen und Übergängen zwischen Energieniveaus
- Englischkenntnisse

Einsatzszenario: Die Webseite gibt schrittweise Anweisungen, wie díe Simulation zu bedienen ist, und bietet sich daher für eine selbständige Bearbeitung durch die Schülerinnen und Schüler an.

Möglichkeiten zur Interaktion: Die Schülerinnen und Schüler können Energieniveaus beliebig festlegen und beliebige Übergänge dazwischen erzeugen.

Passt zu Ansatz: Quantenphysik als Basis zum Verständnis der modernen Physik

Veröffentlichungen zum Medium:
[Zollman] Zollmann, Dean A.; Rebello, N. Sanjay; Hogg, Kirsten: Quantum mechanics for everyone: Hands-on activities integrated with technology. American Journal of Physics, Vol. 70, No. 3, March 2002

Weiterführende Literatur:
[Collins] Collins, Donald F.: Video Spectroscopy-Emission, Absorption, and Flash. The Physics teacher, Vol. 38, Dec. 2000.

Aufgaben & Arbeitsblätter

Aufgaben:
Aufgaben zum Energieniveauschema des Wasserstoff:
Wasserstoffspektrum A   Wasserstoffspektrum A
Wasserstoffspektrum B   Wasserstoffspektrum B
Wasserstoffspektrum C   Wasserstoffspektrum C
Wasserstoffspektrum D   Wasserstoffspektrum D

Spectroscopy Lab Suite - Gas Lamps - Emission - Spektroskopie Labor

Themenbereich: Spektren und Atome
Thema: Spectroscopy Lab Suite - Gas Lamps - Emission - Spektroskopie Labor
Quelle: http://www.ztek.com/physics/physics.html#Anchor-Visual-6296
Bezugsweg: Kosten für Gesamtpaket Visual Quantum Mechanics - The Original (CD-ROM) US$299
Preis für Schulen: US$199
Erstellt durch: Physics Education Research Group, Kansas State University
Medientyp: Simulation;
Kurzbeschreibung: Diese Webseite bietet eine Simulation zur Spektroskopie. Die Schülerinnen und Schüler können verschiedene Gaslampen (Wasserstoff, Helium, Quecksilber, Lithium, Neon, sowie eine Lampe mit einem unbekannten Gas) auswählen. Für jedes Gas wird das Spektrum im oberen Teil der Simulation angezeigt. Im unteren Teil der Simulation können die Schülerinnen und Schüler das Energieniveauschema für das entsprechende Gas erzeugen: Für jeden Übergang, den sie erzeugen bekommen sie die entsprechende Spektrallinie angezeigt, so dass sie durch Vergleich mit dem Originalspektrum sukzessive ein Energieniveauschema aufbauen können.
Anmerkungen: Diese Simulation steht nur mit englischen Beschriftungen und Beschreibungen zur Verfügung.

Screenshot:

Hinweise für den Einsatz im Unterricht

Lerninhalte:
- Untersuchung der Spektren verschiedener Gase
- Prinzip der Energieniveaus und Übergänge in Atomen

Voraussetzungen:
- Existenz von Energieniveaus in Atomen und Übergängen zwischen Energieniveaus
- solide Englischkenntnisse

Einsatzszenario: Die Webseite gibt schrittweise Anweisungen, wie díe Simulation zu bedienen ist, und bietet sich daher für eine selbständige Bearbeitung durch die Schülerinnen und Schüler an.

Möglichkeiten zur Interaktion: Die Schülerinnen und Schüler können Energieniveaus beliebig festlegen und beliebige Übergänge dazwischen erzeugen.

Passt zu Ansatz: Quantenphysik als Basis zum Verständnis der modernen Physik

Veröffentlichungen zum Medium:
[Zollman] Zollmann, Dean A.; Rebello, N. Sanjay; Hogg, Kirsten: Quantum mechanics for everyone: Hands-on activities integrated with technology. American Journal of Physics, Vol. 70, No. 3, March 2002

Weiterführende Literatur:
[Collins] Collins, Donald F.: Video Spectroscopy-Emission, Absorption, and Flash. The Physics teacher, Vol. 38, Dec. 2000.

Aufgaben & Arbeitsblätter

Aufgaben:
Aufgaben zum Energieniveauschema des Wasserstoffs und zur Spektralanalyse:
Spektroskopie-Labor A   Spektroskopie-Labor A

Aufgaben zum Energieniveauschema des Wasserstoff und zur Spektralanalyse:
Spektroskopie-Labor B   Spektroskopie-Labor B

Aufgaben zum Energieniveauschema des Wasserstoff:
Spektroskopie-Labor C   Spektroskopie-Labor C

Aufgaben zum Energieniveauschema des Wasserstoff:
Spektroskopie-Labor D   Spektroskopie-Labor D

Tutorium: Hydrogen Spectroscopy - Wasserstoffspektrum

Themenbereich: Spektren und Atome
Thema: Tutorium: Hydrogen Spectroscopy - Wasserstoffspektrum
Quelle: http://web.phys.ksu.edu/vqm/tutorials/hydrogen/index.html
Bezugsweg: kostenlos
Erstellt durch: Kansas State University Physics Education Research Group
Medientyp: Simulation;
Kurzbeschreibung: Diese Webseite gibt ein Tutorium zur Wasserstoffspektroskopie. Dieses besteht aus zehn Webseiten und behandelt neben dem Spektrum im sichtbaren Bereich auch die Spektren im UV und IR Bereich des Wasserstoffspektrums. Zudem werden auch die Prinzipien von Emission, Ionisation und Absorption erläutert. Dabei können die Schülerinnen und Schüler mit Hilfe des integrierten Shockwaveprogramms "Emission Spectroscopy" die Energieniveaus und Übergänge der Balmerserie des Wasserstoffspektrums interaktiv bestimmen. Dieses Ergebnis wird mit dem Energieniveauschema des Wasserstoffs verglichen und die spezifische Form des Wasserstoffspektrums erklärt.
Anmerkungen: Dieses Tutorium steht nur in Englisch zur Verfügung

Screenshot:

Hinweise für den Einsatz im Unterricht

Lerninhalte:
- Untersuchung des sichtbaren Bereichs des Wasserstoffspektrums
- Prinzip der Energieniveaus und Übergänge des Wasserstoffs

Voraussetzungen:
- Existenz von Energieniveaus in Atomen und Übergängen zwischen Energieniveaus
- gute Englischkenntnisse

Einsatzszenario: Da das Tutorium solide Englischkenntnisse voraussetzt, bietet sich eine Bearbeitung in Form einer Partnerarbeit an. Eine zusätzliche Unterstützung von Seiten der Lehrerinnen und Lehrer wird allerdings häufig zusätzlich nötig sein.

Möglichkeiten zur Interaktion: Die Schülerinnen und Schüler können Energieniveaus beliebig festlegen und beliebige Übergänge dazwischen erzeugen.

Passt zu Ansatz: Quantenphysik als Basis zum Verständnis der modernen Physik

Veröffentlichungen zum Medium:
[Zollman] Zollmann, Dean A.; Rebello, N. Sanjay; Hogg, Kirsten: Quantum mechanics for everyone: Hands-on activities integrated with technology. American Journal of Physics, Vol. 70, No. 3, March 2002

Weiterführende Literatur:
[Collins] Collins, Donald F.: Video Spectroscopy-Emission, Absorption, and Flash. The Physics teacher, Vol. 38, Dec. 2000.

Aufgaben & Arbeitsblätter

Aufgaben:
Das Tutorium enthält Aufgaben, die online gelöst werden können und an die Autoren übermittelt werden können.

Lehrgang: Interaktives Labor zum Doppelspalt

Themenbereich: Doppelspaltexperimente
Thema: Lehrgang: Interaktives Labor zum Doppelspalt
Quelle: http://www.didaktik.physik.uni-muenchen.de/materialien/inhalt_materialien/doppelspalt/index.html
Bezugsweg: Der Lehrgang lässt sich in Kombination mit der Simulation "Interaktives Labor zum Doppelspalt" von der Webseite herunterladen http://www.didaktik.physik.uni-muenchen.de/materialien/inhalt_materialien/doppelspalt/index.html (772 KB).
Erstellt durch: Didaktik der Physik, LMU München
Medientyp: Simulation;
Kurzbeschreibung: Der Lehrgang gibt schrittweise Arbeitsanweisungen für Experimente. Dabei wird zuerst ein "Doppelspalt"-Experiment mit einer Spraydose durchgeführt und anschließend Doppelspaltexperimente mit Elektronen.

Screenshot:

Hinweise für den Einsatz im Unterricht

Lerninhalte:
- Elektronenbeugung am Doppelspalt im Gegensatz zum Doppelspaltexperiment mit klassischen Teilchen, z.B. Farbtropfen aus der Spraydose
- Wahrscheinlichkeitsinterpretation des Interferenzmusters

Voraussetzungen:
keine, es handelt sich um einen einführenden Lehrgang

Einsatzszenario: Dieser Lehrgang führt schrittweise durch verschiedene Doppelspaltexperimente und ermöglicht so ein eigenständiges Arbeiten der Schülerinnen und Schüler mit dem Medium.

Möglichkeiten zur Interaktion: Diese Simulation ist als virtuelles Labor analog zum realen Versuchsaufbau konzipiert. Die optische Bank und ihre Komponenten sind dreidimensional dargestellt und können im Raum gedreht werden.
Die Schülerinnen und Schüler können durch Variation der Quelle und der Spaltbreite bzw. des Spaltabstandes verschiedene Beugungsexperimente durchführen.

Passt zu Ansatz: Quantenphysik als Basis zum Verständnis der modernen Physik

Veröffentlichungen zum Medium:
Muthsam, Klaus; Müller, Rainer; Wiesner, Hartmut: "Simulationsprogramm zum quantenmechanischen Doppelspaltversuch". DPG-Tagung 1999, Ludwigsburg, 8.-10.3.1999

Aufgaben & Arbeitsblätter

Aufgaben:
Im Lehrgang werden Arbeitsanweisungen zu verschiedenen Doppelspaltexperimenten gegeben.

Photonen im Mach-Zehnder-Interferometer

Themenbereich: Photonen und Elektronen, allgemeine Grundlagen
Thema: Photonen im Mach-Zehnder-Interferometer
Quelle: http://www.didaktik.physik.uni-muenchen.de/materialien/inhalt_materialien/interferometer/index.html
Bezugsweg: http://www.didaktik.physik.uni-muenchen.de/materialien/inhalt_materialien/interferometer/index.html (310 KB)
Erstellt durch: Didaktik der Physik, LMU München
Medientyp: Simulation;
Kurzbeschreibung: Diese Simulation zeigt den Versuchsaufbau eines Mach-Zehnder-Interferometer. Durch Einbringen von Polarisationsfiltern in die beiden möglichen Wege innerhalb des Interferometers kann bestimmt werden, welchen Weg sie genommen haben, und damit die Interferenz zerstört werden. Durch einen dritten Polarisationsfilter kann die Markierung wieder gelöscht werden und das Interferenzmuster tritt wieder auf.

Screenshot:

Hinweise für den Einsatz im Unterricht

Lerninhalte:
- Komplementaritätsprinzip: Die Ortseigenschaft und das Interferenzmuster sind nicht gleichzeitig realisierbar.

Voraussetzungen:
- Polarisation von Licht
- Begriff der Präparation

Einsatzszenario: Bevor die Simulation des Mach-Zehnder-Interferometer durchgeführt wird, kann die Präparation der Eigenschaft "Polarisation" mit Hilfe des Experimentes "Polfilter" (http://www.didaktik.physik.uni-muenchen.de/materialien/inhalt_materialien/polfilter/index.html) gezeigt werden.

Möglichkeiten zur Interaktion: Die Schülerinnen und Schüler können Polfiler und Detektoren in den Strahlengang des Interferometers setzen. Die Polarisationsfilter können mit der Maus in verschiedene Orientierungen gedreht werden, um so den Photonen verschiedene Polarisation zu geben.

Passt zu Ansatz: Diskussion der Interpretationen der Quantenphysik bzw. für die philosophische Betrachtung der Quantenphysik

Veröffentlichungen zum Medium:
Müller, Rainer; Wiesner, Hartmut: "Photonen im Mach-Zehnder-Interferometer - Ein Zugang zur Deutung der Quantenphysik" in: Physik in der Schule 38 (2000) 5, S. 338 - 342
Küblbeck, Josef; Müller, Rainer: "Die Wesenszüge der Quantenphysik- Modelle, Bilder und Experimente"; Aulis Verlag, 2003

Aufgaben & Arbeitsblätter

Aufgaben:

Aufgabenblatt 1: Grundprinzip der Quantentheorie (milq)

Aufgabenblatt 2: Photonen im Mach-Zehnder-Interferometer   Photonen im Mach-Zehnder-Interferometer

Aufgabenblatt 3: Mach-Zehnder A   Mach-Zehnder A

Aufgabenblatt 4: Mach-Zehnder B   Mach-Zehnder B

Schrödingers Schlüssel

Themenbereich: Moderne Anwendungen
Thema: Schrödingers Schlüssel
Quelle: http://www.didaktik.physik.uni-muenchen.de/materialien/inhalt_materialien/schroeschluessel/index.html
Bezugsweg: kostenlos im Internet
Erstellt durch: Josef Küblbeck
Medientyp: Simulation;
Kurzbeschreibung: Das Programm Schrödingers Schlüssel demonstriert die Quantenverschlüsselung mit einzelnen nicht verschränkten Photonen. Die Photonen können in vier verschiedene Richtungen polarisiert werden: Waagrecht, senkrecht, +45 Grad und -45 Grad. Bei der Verwendung von nur einer Basis, d.h. die Photonen sind beispielsweise nur waagrecht oder senkrecht polarisiert, ist die Verschlüsselung nicht abhörsicher. Wenn zwei Basen verwendet werden, wird das Verfahren abhörsicher. Neben dem Sender und Empfänger der Nachrichten können auch die Aktionen einer dritten Person simuliert werden, die die Nachrichten abzuhören versucht.

Screenshot:

Interaktives Labor zum Doppelspalt

Themenbereich: Doppelspaltexperimente
Thema: Interaktives Labor zum Doppelspalt
Quelle: http://www.didaktik.physik.uni-muenchen.de/materialien/inhalt_materialien/doppelspalt/index.html
Bezugsweg: Die Simulation lässt sich in Kombination mit dem Lehrgang zum Doppelspaltversuch von der Webseite http://www.didaktik.physik.uni-muenchen.de/materialien/inhalt_materialien/doppelspalt/index.htmlherunterladen (772 KB).
Erstellt durch: Didaktik der Physik, LMU München
Medientyp: Simulation;
Kurzbeschreibung: Mit diesem virtuellen Laborversuch können Doppelspaltexperiment wahlweise mit klassischen Objekten (Kugeln, Farbtröpfchen), Quantenobjekten (Photonen, Elektronen, Protonen, Myonen) oder Atomen (He-Atome, Na-Atome, Cs-Atome) durchgeführt werden.
Die Blende kann als Einzelspalt oder als Doppelspalt mit variabler Spaltbreite und Spaltabstand verwendet werden. Mit Hilfe einer Lampe kann eine Ortsmessung an den Quanten durchgeführt werden.

Screenshot:

Hinweise für den Einsatz im Unterricht

Lerninhalte:
- Wahrscheinlichkeitsinterpretation des Interferenzmusters
- Komplementaritätsprinzip: Die Ortseigenschaft und das Interferenzmuster sind nicht gleichzeitig realisierbar.

Voraussetzungen:
keine

Einsatzszenario: Diese Simulation kann sowohl als Lehrerdemo als auch zum eigenständigen Experimentieren eingesetzt werden.

Möglichkeiten zur Interaktion: Diese Simulation ist als virtuelles Labor analog zum realen Versuchsaufbau konzipiert. Die optische Bank und ihrer Komponenten sind dreidimensional dargestellt und können im Raum gedreht werden.
Die Schülerinnen und Schüler können durch Variation der Quelle und der Spaltbreite bzw. des Spaltabstandes verschiedene Beugungsexperimente durchführen.

Passt zu Ansatz: Quantenphysik als Basis zum Verständnis der modernen Physik

Veröffentlichungen zum Medium:
Muthsam, Klaus; Müller, Rainer; Wiesner, Hartmut: "Simulationsprogramm zum quantenmechanischen Doppelspaltversuch". DPG-Tagung 1999, Ludwigsburg, 8.-10.3.1999

Aufgaben & Arbeitsblätter

Aufgaben:

Aufgabenblatt 1: Grundprinzip der Quantentheorie (milq)

Aufgabenblatt 2: Das Verhalten von anderen Quantenobjekten beim Doppelspalt (milq)

Interaktives Labor zum Doppelspalt:
Interaktives Labor zum Doppelspalt   Interaktives Labor zum Doppelspalt

Schrödingers Schlange

Themenbereich: Schrödinger-Gleichung und Deutung der Psi-Funktion
Thema: Schrödingers Schlange
Quelle: http://didaktik.physik.uni-wuerzburg.de/~reusch/software.html
Bezugsweg: kostenlos im Internet
Erstellt durch: J. Küblbeck
Medientyp: Simulation;
Kurzbeschreibung: Diese Simulation berechnet für ein Elektron in verschieden Potentialen (Coulomb-Potential, harmonisches Potential und endlich tiefer Potentialtopf) die Wellenfunktion. Dabei können die Energieniveaus über Schieberegler verändert werden.

Screenshot:

Hinweise für den Einsatz im Unterricht

Lerninhalte:
- Randbedingungen der Wellenfunktion - diskrete Energieniveaus für die Potentiale

Voraussetzungen:
grundsätzliches zur Schrödinger-Gleichung und ihren Lösungen

Einsatzszenario: Nach einer Einführung in das Themengebiet Schrödingergleichung können die Schülerinnen und Schüler selbstständig für die verschiedenen Potentiale die Lösungen bestimmen.

Möglichkeiten zur Interaktion: Die Energieniveaus können mit Hilfe von sechs Schiebereglern auf sechs Stellen genau eingestellt werden, bis sich die Wellenfunktion an die x-Achse anschmiegt.

Passt zu Ansatz: Quantenphysik als Basis zum Verständnis der modernen Physik

Veröffentlichungen zum Medium:
J. Küblbeck, Rainer Müller: Die Wesenszüge der Quantenphysik, Praxis Schriftenreihe Band 60, Aulis- Verlag. 2002

Compton-Effekt

Themenbereich:
Thema: Compton-Effekt
Quelle: http://didaktik.physik.uni-wuerzburg.de/~reusch/software.html
Bezugsweg: OpenTeach Software, TR-Verlagsunion
Erstellt durch: Moskauer Institut der Physik und Technologie
Medientyp: Simulation;
Kurzbeschreibung: Die Simulation zeigt die Comptonstreuung für verschiedene Wellenlängen des Photons und verschiedene Streuwinkel. Dabei wird jeweils der Stoßprozess simuliert, das Impulsdiagramm gezeigt und die Intensitätsverteilung für die gestreute Strahlung dargestellt.
Das Programm bietet zudem eine kurze Erläuterung des Comptoneffektes.

Screenshot:

Hinweise für den Einsatz im Unterricht

Lerninhalte:
- Änderung der Wellenlänge ist abhängig vom Streuungswinkel

Voraussetzungen:
- Impulserhaltung - Energieerhaltung

Einsatzszenario: Diese Simulation kann als erste Einführung zum Comptoneffekt verwendet werden.

Möglichkeiten zur Interaktion: Durch Veränderung der Wellenlänge der einfallenden Strahlung und des Streuwinkels können die Auswirkungen dieser Parameter auf die Intensitätsverteilung und die Wellenlängenverschiebung beobachtet werden.

Passt zu Ansatz: Quantenphysik als Basis zum Verständnis der modernen Physik

Laser

Themenbereich: Moderne Anwendungen
Thema: Laser
Quelle: http://www.ztek.com/physics/physics.html#Anchor-Visual-6296
Bezugsweg: Kosten für Gesamtpaket Visual Quantum Mechanics - The Original (CD-ROM) US$299
Preis für Schulen: US$199
Erstellt durch: Physics Education Research Group, Kansas State University
Medientyp: Simulation;
Kurzbeschreibung: Dieses Medium ermöglicht eine iterative Erzeugung des Energieniveauschemas eines He-Ne-Lasers: Nach dem Erzeugen der Energieniveaus für Helium und für Neon kann mit einem Schieberegler die Energie variiert werden, mit der die Heliumatome durch Pumpen angeregt werden. Ein Sichtfenster im Laser zeigt an, wenn ein Heliumatom seine Energie durch einen Stoss auf ein Neonatom überträgt. Wenn die Energieniveaus in den passenden Bereichen gewählt wurden, fängt der Laser an, Licht auszusenden.

Screenshot:

Hinweise für den Einsatz im Unterricht

Lerninhalte:
- die verschiedenen Aspekte im Zusammenhang mit der Erzeugung von Laserlicht durch einen Gaslaser werden gezeigt: (Pumpen, Energieübertragung durch Stoss etc.).

Voraussetzungen:
Energiequantisierung in Atomen

Einsatzszenario: Das Medum bietet sich als eigenständige Vertiefung des Themas Gaslaser an, nachdem das Prinzip eines Helium-Neon Lasers schon eingeführt wurde.

Möglichkeiten zur Interaktion: Die Energieniveaus von Helium und Neon können durch Ziehen mit der Maus verändert werden. Das so erzeugte Spektrum wird angezeigt und kann direkt mit dem des He-Ne Lasers verglichen werden.

Passt zu Ansatz: Quantenphysik als Grundlage für technische Anwendungen

Veröffentlichungen zum Medium:
Deutsche Anleitung für die Simulation: Anleitung He-Ne Laser   Anleitung He-Ne Laser

Aufgaben & Arbeitsblätter

Arbeitsblätter:
Deutsche Anleitung für die Simulation: Anleitung He-Ne Laser   Anleitung He-Ne Laser
 

Schrödinger - Visualisierung der Wellenfunktion und der Wahrscheinlichkeitsdichte

Themenbereich: Schrödinger-Gleichung und Deutung der Psi-Funktion
Thema: Schrödinger - Visualisierung der Wellenfunktion und der Wahrscheinlichkeitsdichte
Quelle: http://www.oliver-goesswein.de/atomos
Bezugsweg: Das Programm Schrödinger wird zusammen mit zwei anderen Programmen als Repetitorium der Atomphysik angeboten.
Erstellt durch: Raimund Girwidz, Oliver Gößwein und Hans-Peter Steinrück (entwickelt an der Universität Würzburg)
Medientyp: Simulation;
Kurzbeschreibung: Dieses Programm gibt die Möglichkeit, für beliebige selbst zu wählende Quantenzahlenkombinationen die Wellenfunktion bzw. die Wahrscheinlichkeitsdichte zu visualisieren. Dabei können verschiedenen Visualisierungsarten ausgewählt werden, die jeweils in einem separaten Fenster angezeigt werden und auch gleichzeitig betrachtet werden können: Neben einer Punktdichtedarstellung und einer Farbdarstellung steht auch eine dreidimensionale Darstellung über der z-(xy)-Ebene zur Verfügung. Zudem gibt es eine Ausgabe der Radialfunktion und der Kugelflächenfunktion. Für Hauptquantenzahlen kleiner als 5 wird auch die Gleichung der Wellenfunktion angegeben.

Screenshot:

Hinweise für den Einsatz im Unterricht

Lerninhalte:
- Veranschaulichung der Aufenthaltswahrscheinlichkeitsdichte

Voraussetzungen:
- Wellenfunktion und Aufenthaltswahrscheinlichkeitsdichte
- Quantenzahlen

Einsatzszenario: Diese Applets können bei der Behandlung der Wellenfunktion hinzugezogen werden, um die physikalische Bedeutung der Wellenfunktion und der Aufenthaltswahrscheinlichkeitsdichte zu veranschaulichen.

Möglichkeiten zur Interaktion: In diesem Applet können die Werte für die Quantenzahlen eingestellt werden. Zudem kann festgelegt werden, welche Radialfunktion ausgegeben werden soll. Es besteht auch die Möglichkeit, das Koordinatensystem für die Darstellungen zu skalieren.

Passt zu Ansatz: Quantenphysik als Basis zum Verständnis der modernen Physik

milq - Münchner Internetprojekt zur Fortbildung in Quantenmechanik

Themenbereich: Alle
Thema: milq - Münchner Internetprojekt zur Fortbildung in Quantenmechanik
Quelle: http://www.cip.physik.uni-muenchen.de/~milq/
Erstellt durch: Lehrstuhl für Didaktik der Physik, LMU München
Medientyp: Webseiten;
Kurzbeschreibung: milq enthält neben fachlichen Informationen zu verschiedenen Bereichen der Quantenphysik auch Unterrichtsmaterialien in Form von Aufgaben- und Arbeitblättern sowie Informationen zur Didaktik der Quantenphysik. Die Lektionen werden durch freie Simulationsprogramme ergänzt.

Screenshot:

Veröffentlichungen zum Medium:
Müller, R; Wiesner, H: Das Münchener Unterrichtskonzept zur Quantenmechanik (14.2.2007)

Aufgaben & Arbeitsblätter

Arbeitsblätter:
Zu einigen Themen bietet milq Aufgabenblätter zum Download an. 

Leitprogramm Atome unter der Lupe

Themenbereich: Moderne Anwendungen
Thema: Leitprogramm Atome unter der Lupe
Quelle: http://www.educeth.ch/lehrpersonen/physik/unterrichtsmaterialien_phy/modernephysik/raster_tunnel/vorwort.pdf
Erstellt durch: ETH Zürich
Medientyp: Webseiten;
Kurzbeschreibung: Dieses schriftliche Selbststudienmaterial gibt eine Einführung in die Raster-Tunnelmikroskopie, die Nanotechnologie und die Quantenmechanik, mit der Schülerinnen und Schüler in der Sekundarstufe II sich selbständig die Inhalte erarbeiten können. Das Studienmaterial ist unterteilt in ein Fundamentum, das die Grundlagen vermittelt und Addita als Zusatzstoff.

Screenshot:

Hinweise für den Einsatz im Unterricht

Lerninhalte:
- Funktionsprinzip des Raster-Tunnelmikroskops, Probleme bei der technischen Umsetzung und deren Lösung
- Begriff der Zustandsfunktion - Energiequantisierung - Bädermodell des Festkörpers - Begriff der Nanotechnologie und technische Anwendungen der Nanotechnologie

Voraussetzungen:
- Grundlagen der Quantenphysik
- Energie-Orts-Diagramm
- Austrittsarbeit bei Metallen
- Drehimpuls

Einsatzszenario: Die einzelnen Lektionen lassen sich als selbständige Erarbeitungsphasen in den Unterricht integrieren, um einzelne Aspekte des Themas Raster-Tunnelmikroskop kennenzulernen. Dabei können die Schülerinnen und Schüler allein, mit einem Partner oder in kleinen Gruppen arbeiten. Das Thema kann jedoch auch als ganzes durch dieses Selbststudienmaterial erarbeitet werden.

Möglichkeiten zur Interaktion: In den Studientext sind Verweise zu Experimenten, Videosequenzen und weiterer Lektüre eingefügt. Für die Experimente werden Versuchsanleitungen gegeben.

Passt zu Ansatz: Quantenphysik als Basis zum Verständnis der modernen Physik

Aufgaben & Arbeitsblätter

Aufgaben:
Der Lerntext bietet Aufgaben, für die am Ende eines jeden Kapitels Lösungen gegeben werden, sowie eine Schlussprüfung mit Lösungsvorschlägen.

Der Karlsruher Physikkurs: Das Wasserstoffatom im Bild - Hydrogen Lab

Themenbereich: Schrödinger-Gleichung und Deutung der Psi-Funktion
Thema: Der Karlsruher Physikkurs: Das Wasserstoffatom im Bild - Hydrogen Lab
Quelle: http://www.physikdidaktik.uni-karlsruhe.de/software/hydrogenlab/Programme.htm
Bezugsweg: Die Applets sind auch auf der CD: Der Karlsruher Physikkurs: "Das Wasserstoffatom im Bild - eine Multimedia-Präsentation rund um das Wasserstoffatom" über http://www.aulis.de/ gegen eine Schutzgebühr von 5 EUR erhältlich.
Erstellt durch: Patrick Bronner, Universität Karlsruhe
Medientyp: Simulation;
Kurzbeschreibung: Auf dieser Webseite werden verschiedene Applets zur Darstellung der Elektronenhülle des Wasserstoffatoms angeboten: Das Applet "Density" berechnet die sog. Elektronendichteverteilung des Wasserstoffs für die Zustände bis n=16 und stellt sie in 2D dar. Dazu können die entsprechenden Radial- und Kugelflächenfunktionen ausgegeben werden. Mit dem Applet "Orbital" können die Orbitale des Wasserstoffatoms bis n=8 in 3D-Plots visualisiert werden. Hier können die Darstellungen vergrößert und auch gedreht werden. Zwei weitere Applets, "Animation" und "Animation3D", animieren für die Übergänge im Wasserstoffatom die sog. Elektronendichteverteilung bzw. die Orbitale.
Anmerkungen: Für die 3D Darstellungen muss Java3D installiert sein.

Screenshot:

Hinweise für den Einsatz im Unterricht

Lerninhalte:
- Veranschaulichung der Aufenthaltswahrscheinlichkeitsdichte

Voraussetzungen:
- Wellenfunktion, Aufenthaltswahrscheinlichkeitsdichte bzw. Elektronendichte
- Quantenzahlen

Einsatzszenario: Diese Applets können im Zusammenhang mit der Behandlung der Wellenfunktion und der Wahrscheinlichkeitsdichte eingesetzt werden, um die physikalische Bedeutung dieser Funktionen konkreter werden zu lassen.

Möglichkeiten zur Interaktion: Die Schülerinnen und Schüler können die Quantenzahlen festlegen. Je nach Applet werden weitere Konfigurationsmöglichkeiten geboten: Für das Applet "Density" können die Schülerinnen und Schüler auswählen, was dargestellt werden soll (z.B. Radialfunktion, Kugelfunktion, Bohrscher Radius) und auch Schnittebenen bestimmen. Für das Applet "Orbital" kann neben Schnitteben beispielsweise auch die Darstellungsform der Orbitale als Flächen, Linien oder Punkte festgelegt werden.

Passt zu Ansatz: Quantenphysik als Basis zum Verständnis der modernen Physik

Weiterführende Literatur:
P. Bronner, H. Hauptmann u. F. Herrmann: "Wie sieht ein Atom aus?" in: PdN-PhiS., Heft 2/2006, S. 18-21