Sekundarstufe II

Atomphysik – die Wissenschaft der kleinsten Teilchen

Themenfeld: Physik // Klasse: Kursstufe
Sowohl klassische als auch interessante moderne Experimente zur Atom- und Quantenphysik und auch Nobelpreis-Experimente sind Inhalte dieses Physikkurses. Das Spektrum reicht vom Millikan-Versuch über den Compton-Effekt bis zum Quantenradierer.

Im Kurs arbeiten die Schülerinnen und Schüler in Kleingruppen selbstständig unter fachkundiger Anleitung an einzelnen betriebsbereit aufgebauten Experimentierstationen. Wir geben keine Zeit vor, so dass die Lerngruppen selbst entscheiden können, wie intensiv sie eine Station bearbeiten wollen. 

Die Lehrerinnen und Lehrer können durch die Auswahl der Experimente individuelle Akzente für den Kursbesuch setzen und die Schwerpunkte des Kurses bestimmen. Beispielsweise eine Wiederholung und experimentelle Vertiefung von Themen, die im Physikunterricht behandelt wurden, die Einführung in neue Themengebiete für künftige Unterrichtseinheiten anhand von Experimenten oder das eigenständige Erschließen von Themen außerhalb des Bildungsplans für besonders interessierte Schülerinnen und Schüler.

Im Vorfeld eines Kursbesuches sollte die Lehrkraft mit der experimenta-Kursleitung abstimmen, welche Experimente zum Einsatz kommen. Die Experimente des Atomphysik-Kurses können entweder komplett gewählt oder mit Versuchen aus dem Optik-Kurs ergänzt werden, so dass aus insgesamt über 20 bereitstehenden Experimenten eine nahezu beliebige Zusammenstellung möglich ist. Für einen Kurs können bis zu 12 Versuche aufgebaut werden.

Experimente aus der Atom- und Quantenphysik

  • Millikan-Versuch
  • Franck-Hertz-Versuch
  • Balmer-Serie der Wasserstoffentladung
  • Doppelspaltexperiment mit Einzelphotonen
  • Spezifische Ladung des Elektrons
  • Nachweis des Compton-Effekts mit dem Röntgengerät
  • Graphitoberfläche mit dem Rastertunnelmikroskop betrachtet
  • Werkstoffbestimmung mit Röntgenfluoreszenzanalyse
  • Selbstbau eines Stickstoff-Lasers
  • h-Bestimmung mit verschiedenfarbigen LEDs
  • h-Bestimmung mit dem fotoelektrischen Effekt
  • Quantenradierer 

Bezug zu Bildungsplaninhalten

  • Gemeinsamkeiten und Unterschiede des Verhaltens von klassischen Wellen, klassischen Teilchen und Quantenobjekten am Doppelspalt beschreiben
  • Erläutern, wie für Quantenobjekte der Determinismus der klassischen Physik durch Wahrscheinlichkeitsaussagen ersetzt wird
  • Experimente zur Interferenz einzelner Quantenobjekte anhand von Wahrscheinlichkeitsaussagen beschreiben und den Ausgang der Experimente erklären
  • Beschreiben, dass Quantenobjekte zwar stets Wellen- und Teilcheneigenschaften aufweisen, sich diese aber nicht unabhängig voneinander beobachten lassen.
  • Beschreibung des lichtelektrischen Effekts
  • Erläutern, wie sich Quantenobjekte anhand ihrer Energie und anhand ihres Impulses beschreiben lassen 

gewünschte Vorkenntnisse

Folgende Themen bzw. Begriffe sollten im Vorfeld (wenn möglich mit Beispielen) besprochen werden:

  • Atomaufbau mit Atomkern und Elektronenhülle (Bohrsches Atommodell)
  • Energieniveaus eines Atoms oder Moleküls
  • Beschleunigung von Ladungen in elektrischen Feldern
  • Entstehung von Röntgenstrahlung
  • Wellen- und Teilchenmodell des Lichts
  • Grundlagen der thermischen Strahlung

Voraussetzung für die Buchung dieses Laborkurses mit der Schulklasse ist der einmalige Besuch der Lehrerfortbildung. Hier erhalten Sie wertvolle Hinweise zum Kursablauf und zur notwendigen Vorbereitung im Unterricht.

  • Kursdauer
    6,5 Stunden
  • Kursort
    Bis Januar 2019 auf unserem Wissenschaftsschiff „MS experimenta“. Ab Februar 2019 im Robert-Mayer Labor
  • Start
    9:15 Uhr
  • Teilnehmerzahl
    max. 26 Teilnehmer
  • Kosten
    8,00 Euro Materialkosten pro Teilnehmer, mindestens 60,00 Euro. Sollte die Kursgebühr aufgrund geringer Teilnehmerzahlen unter den Mindestbetrag fallen, so wird der Mindestbetrag erhoben. Zwei Begleitpersonen haben freien Eintritt.