10.03.2023 Quantenphysikalische Modellbildung
Lehrerfortbildung

Wie lassen sich aus makroskopischen Messungen Modelle für das Verhalten einzelner Quantenobjekte ableiten? In dieser Lehrerfortbildung experimentieren Sie zur Wechselwirkung von beschleunigten Elektronen mit Atomen und entwickeln zugehörige Modelle.

Termininformation
Freitag, 10.03.2022, 10-17 Uhr
Start
10.03.2023 - 10:00 (CET)
Maximale Teilnehmerzahl
10

Schwerpunkt dieser Lehrerfortbildung ist die Entwicklung quantenphysikalischer Modelle aus makroskopischen Messungen und die Prüfung der Modelle in Experimenten. Untersucht wird die Wechselwirkung von beschleunigten Elektronen mit Atomen in Anlehnung an die bekannten Elektronenstoßversuche nach Franck und Hertz. Der klassische "Franck-Hertz-Versuch" wird im Rahmen der physikalischen Ausbildung an Schulen häufig als Beleg für die quantisierte Energieaufnahme von Atomen herangezogen. Gemessen wird jedoch typischerweise keine Energie, sondern eine periodische Modulation der Stromstärke der auf die Anode auftreffenden Elektronen. Der Rückschluss auf die quantisierte Energieaufnahme von Atomen erfolgt vergleichsweise indirekt und zahlreiche Darstellungen der atomaren Prozesse in Lehrbüchern und auf Webportalen stehen in Widerspruch zu experimentellen Daten und wissenschaftlichen Simulationen.*

In dieser Lehrerfortbildung führen Sie unterschiedliche Experimente an handelsüblichen Franck-Hertz-Röhren durch, decken Grenzen bestehender Modelle auf und entwickeln erweiterte Modelle für die zugrundeliegenden Prozesse auf der Ebene von Quantenobjekten. Im Prozess der physikalischen Modellbildung diskutieren Sie den Unterschied zwischen makroskopischen Messgrößen und quantenmechanischen Zustandsgrößen. Zentrale Prozesse und Wechselwirkungen beschreiben Sie dabei sowohl im Teilchenbild als auch mit Wellenfunktionen. Zudem diskutieren Sie Bezüge zu anderen Grundlagenexperimenten der Atom- und Quantenphysik. Die Experimente können mit üblichen Franck-Hertz-Röhren durchgeführt werden, so dass eine Umsetzung im schulischen Unterricht erfolgen kann.

*Literatur: Physik Journal 13, Nr. 3 (2014) S. 43-49

Kontakt bei inhaltlichen Fragen: Dr. Carsten Nowak.
 

Unterrichtsbezug

Quantenobjekte; quantenhafte Absorption und Emission; Franck-Hertz-Versuch; Modellbildung in der Quantenphysik.

Ablauf

10:00-13:00 Uhr: Einführung, experimentelles Arbeiten und Modellbildung
13:00-14:00 Uhr: Mittagspause
14:00-16:00 Uhr: Atom- und quantenphysikalische Grundlagen, experimentelles Arbeiten
16:00-17:00 Uhr: Vortrag und Diskussion „Interpretation der Quantenphysik“

Kursgebühr

Euro 10