Wellenlehre und Quantenphysik

M. Jakob

Gymnasium Pegnitz

10. Dezember 2014

Inhaltsverzeichnis

WellenphänomeneGrundphänomenMechanische WellenVertiefung

Wellen- und Teilchencharakter des LichtsWellencharakterTeilchencharakter

QuantenobjekteEinführungWelle–Teilchen DualismusStatistische AussagenElektronen als QuantenobjekteQuantenmechanischer Messprozess

In diesem Abschnitt

WellenphänomeneGrundphänomenMechanische WellenVertiefung

Wellen- und Teilchencharakter des LichtsWellencharakterTeilchencharakter

QuantenobjekteEinführungWelle–Teilchen DualismusStatistische AussagenElektronen als QuantenobjekteQuantenmechanischer Messprozess

Wellenlehre und Quantenphysik

Wellenphänomene

Grundphänomen

Definition

• Lehrer-Versuch: Seilwelle, Transversalwelle

• Lehrer-Versuch: riesige Schraubenfeder: Longitudinalwelle

• Ü 11: Applet: Transversale Wellenhttp://phet.colorado.edu/sims/wave-on-a-string/wave-on-a-string_en.html

DefinitionEine Welle bildet sich aus, wenn an einer Stelle des Wellenträger Störungen desGleichgewichtes auftreten und diese auf Nachbarbereiche übertragen werden.

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Wellenlehre und Quantenphysik

Wellenphänomene

Grundphänomen

Eniergieübertragung

EnergieübertragungBei Wellen werden zwei physikalische Größen ineinanderumgewandelt. Dabei übertragen sie Energie aber keineMaterie. Diese Energie ist umso größer, je größer dieAmplitude der Welle.

• Applet: Wellenmodellhttp://www.schulphysik.de/java/physlet/applets/welle01.html

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Wellenlehre und Quantenphysik

Wellenphänomene

Grundphänomen

Erscheinungsformen

Typ UmwandlungSeilwellen transversal kin. Energie ↔ pot. Energie

Schallwellen longitudinal Schalldruck ↔ SchallschnelleWasserwellen kreisförmig kin. Energie ↔ pot. Energie

Lichtwellen transversal el. Feld ↔ mag.Feld

• LV: Gasstrahlröhre

• Längs- und Querwellenhttp://www.leifiphysik.de/themenbereiche/mechanische-wellen

• Applet: Wasserwellen bei Geogebrahttp://www.geogebra.org/de/upload/files/dynamische_arbeitsblaetter/lwolf/wellen/wasserwelle.html

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Wellenlehre und Quantenphysik

Wellenphänomene

Grundphänomen

Schalldruck und Schallschnelle

Schallquelle Entf .Schall−pegel

Schall−druck

Schall−schnelle

Düsenflugzeug 30 m 150 dB 630 Pa 1500 mms

Gewehrschuss 1 m 140 dB 200 Pa 480 mms

Schmerzschwelle 1 m 134 dB 100 Pa 240 mms

Kampfflugzeug 100 m 120 dB 20 Pa 50 mms

Presslufthammer 1 m 100 dB 2 Pa 5 mms

Bundesstraße 10 m 85 dB 0,4 Pa 1 mms

Pkw 10 m 70 dB 0,1 Pa 0,2 mms

menschl. Stimme 1 m 50 dB 0,02 Pa 0,05 mms

Luftdruck/Schallgeschwindigkeit 101 300 Pa 340 000 mms

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In diesem Abschnitt

WellenphänomeneGrundphänomenMechanische WellenVertiefung

Wellen- und Teilchencharakter des LichtsWellencharakterTeilchencharakter

QuantenobjekteEinführungWelle–Teilchen DualismusStatistische AussagenElektronen als QuantenobjekteQuantenmechanischer Messprozess

Wellenlehre und Quantenphysik

Wellenphänomene

Mechanische Wellen

Ausbreitung

• v bei Geogebra, Rechtsklick t Animationszeit 0.1http://www.geogebra.org/de/upload/files/dynamische_arbeitsblaetter/lwolf/wellen/welle3.html

Mechanische WellenMechanische Wellen benötigen (ander als elektromagnetische Wellen) zur Ausbreitungein Medium (z.B. Luft oder Wasser).Für die Ausbreitungsgeschwindigkeit v gilt:

v = λ · f λ Wellenlängef Frequenz

• Lehrerversuch: Messung der Schallgeschwindigkeithttp://www.leifiphysik.de/themenbereiche/schallgeschwindigkeit/versuche

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Wellenlehre und Quantenphysik

Wellenphänomene

Mechanische Wellen

Schallgeschwindigkeit

Stoff vSchallKohlendioxid 20 ◦C 270 m

sLuft −20 ◦C 320 m

s0 ◦C 332 m

s20 ◦C 344 m

sHelium 20 ◦C 1000 m

sWasser 1500 m

sÖl 1700 m

sGummi 150 m

sBeton 3800 m

sGlas 5300 m

sStahl 5920 m

sDiamant 18 000 m

s

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Wellenlehre und Quantenphysik

Wellenphänomene

Mechanische Wellen

Eigenschaften von Wellen

• Ü 12: Stehende Wellehttp://www.leifiphysik.de/themenbereiche/mechanische-wellen

• Ü 13: App Wellenwanne (ext. starten)run:Simulationen/wave-interference.jar

• Applet: Wellenwanne Interferenzhttp://www.schulphysik.de/java/physlet/applets/optik2.html?Intensity=on&wavelength=2

• Youtube: Interferenz in 90 shttp://www.youtube.com/watch?v=_rUN0_zGqi8

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Wellenphänomene

Mechanische Wellen

Eigenschaften von Wellen — Zusammenfassung

• Eig. mechanischer Wellenrun:Arbeitsblaetter/EigMechWellen_Duden_Phy_Me2_33.pdf

Reflexion Brechung Beugung Interferenz

Wellen wer-den zurück-

geworfen

Änderung derAusbreitungs-

richtung

Ausbreitungin den

„Schattenraum“

Verstärkungund

Auslöschung

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Wellenphänomene

Mechanische Wellen

Das Huygens’sche Prinzip

• Ü 14: Applet: Huygens’sches Prinzip Einführunghttp://www.leifiphysik.de/themenbereiche/mechanische-wellen

• Ü 15: Applet: Huygens’sches Prinziphttp://www.walter-fendt.de/ph14d/huygens.htm

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In diesem Abschnitt

WellenphänomeneGrundphänomenMechanische WellenVertiefung

Wellen- und Teilchencharakter des LichtsWellencharakterTeilchencharakter

QuantenobjekteEinführungWelle–Teilchen DualismusStatistische AussagenElektronen als QuantenobjekteQuantenmechanischer Messprozess

Wellenlehre und Quantenphysik

Wellenphänomene

Vertiefung

Vertiefung

• Video: Tsunami-Entstehunghttp://www.youtube.com/watch?v=zA1wKF6zGoI&feature=related

• Video: Tsunami-Entstehunghttp://www.youtube.com/watch?v=4Xebwzb3dDE&NR=1

• Video: Tsunami-Entstehunghttp://www.youtube.com/watch?v=L-hMedWQjUg&feature=related

• Ü 16: Applet: Sinus-Schwingung akustisch diskutierthttp://www.schulphysik.de/java/physlet/applets/sinus1.html

• Dopplereffekthttp://www.youtube.com/watch?v=T31juxlQuGA

• Dopplereffekt Fendthttp://www.walter-fendt.de/ph14d/doppler.htm

• Dopplereffekthttp://astro.unl.edu/classaction/animations/light/dopplershift.html

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Wellenlehre und Quantenphysik

Wellenphänomene

Vertiefung

Vertiefung

• Ü 17: Verständnisfragen Seilwellehttp://www.leifiphysik.de/web_ph10_g8/musteraufgaben/08wellen/seilwelle/seilwelle.htm

• Musteraufgabe Interferenzen - Schlaue Kopfhörerhttp://www.leifiphysik.de/themenbereiche/akustische-wellen/aufgaben

• Ü 18: Schiffsnasehttp://de.academic.ru/pictures/dewiki/115/schiffsbug.jpg

• Ü 19: Bugwulst-Interferenzhttp://www.youtube.com/watch?v=3KJEtulbAHQ&feature=related

• Ü 110: Bugwulst-Interferenzhttp://www.youtube.com/watch?v=8sVnEgL9T78

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In diesem Abschnitt

WellenphänomeneGrundphänomenMechanische WellenVertiefung

Wellen- und Teilchencharakter des LichtsWellencharakterTeilchencharakter

QuantenobjekteEinführungWelle–Teilchen DualismusStatistische AussagenElektronen als QuantenobjekteQuantenmechanischer Messprozess

Wellenlehre und Quantenphysik

Wellen- und Teilchencharakter des Lichts

Wellencharakter

Wellencharakter des Lichtes

• Experimente zum Wellencharakter des Lichtes

Wellencharakter des LichtesLicht zeigt im Experiment die typischen Welleneigenschaften:

Reflexion Brechung Beugung Interferenz

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Wellenlehre und Quantenphysik

Wellen- und Teilchencharakter des Lichts

Wellencharakter

Interferenzextrema am Doppelspalt

• Ü1: Applet: Interferenz am Spalthttp://www.pk-applets.de/phy/spalt/spalt.html

• Ü2: Interferenz bei Geogebrarun:Simulationen/ZweiSenderInterferenz04.ggb

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Wellenlehre und Quantenphysik

Wellen- und Teilchencharakter des Lichts

Wellencharakter

Interferenzextrema am DoppelspaltInterferenzextrema am DoppelspaltLichtwellen erzeugenI maximale Verstärkung, falls

∆s = 2k ·λ2

; (k ∈N0)

I Auslöschung, falls

∆s = (2k − 1) ·λ2

; (k ∈N)

Dop

pels

palt α ≈ β

b∆s = k · λ

e

sk

α β

• Ü3: Folienmuster zur Zwei-Quellen-Interferenzhttp://www.leifiphysik.de/web_ph10_g8/simulationen/09folienbilder/zweifolien.htm

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Wellenlehre und Quantenphysik

Wellen- und Teilchencharakter des Lichts

Wellencharakter

Wellenlängenbestimmung von Licht

• Ü4: Versuchsaufbauhttp://www.leifiphysik.de/web_ph10_g8/versuche/09doppelspalt/schulexperiment/grundaufbau.htm

• Ü5: Applet: Doppelspalthttp://www.walter-fendt.de/ph14d/doppelspalt.htm

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Wellenlehre und Quantenphysik

Wellen- und Teilchencharakter des Lichts

Wellencharakter

Das elektromagnetische SpektrumDas elektromagnetische SpektrumDas sichtbare Licht umfasst nur einen sehr kleinen Teil deselektromagnetischen Spektrums. Viele andere Erscheinungenberuhen ebenfalls auf elektromagnetischen Wellen.

λ/m10−15 10−12 10−9 10−6 10−3 100 103 106

Höh

enst

rng

Gam

mas

trng

Rön

tgen

strn

g

Lich

t

Mik

row

elle

n

UK

W-F

unk

Lang

wel

len

•Wikipediahttp://de.wikipedia.org/wiki/Elektromagnetisches_Spektrum

• Ü6: Buch S. 151-153

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Wellenlehre und Quantenphysik

Wellen- und Teilchencharakter des Lichts

Wellencharakter

Vertiefung

• Schülerversuch: Doppelspalthttp://www.leifiphysik.de/web_ph10_g8/versuche/09doppel_sv/versuch/doppel_sv.htm

• Ü7: Verständnisfrage: Je-Desto-Physik am Doppelspalthttp://www.leifiphysik.de/web_ph10_g8/musteraufgaben/09licht/je_desto/je_desto.htm

• Ü8: Verständnisfrage: Beleuchtung einer Rasierklingehttp://www.leifiphysik.de/web_ph10_g8/musteraufgaben/09licht/rasierklinge/klinge.htm

• Ü9: Verständnisfrage: Frequenzbereich der Mikrowellen - Mikrowellenherdhttp://www.leifiphysik.de/web_ph10_g8/musteraufgaben/09licht/mikrowellen/mikrowellen.htm

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Wellenlehre und Quantenphysik

Wellen- und Teilchencharakter des Lichts

Wellencharakter

Vertiefung

• Ü10: Verständnisfrage: Doppelspaltversuch mit verschieden farbigem Lichthttp://www.leifiphysik.de/web_ph10_g8/musteraufgaben/09licht/farben/farben.htm

• Ü11: Verständnisfrage: Laser am Doppelspalthttp://www.leifiphysik.de/web_ph10_g8/musteraufgaben/09licht/laser_isb/laser_isb.htm

• Ü12: Rechenaufgabe: Spaltabstand am Doppelspalthttp://www.leifiphysik.de/web_ph10_g8/musteraufgaben/09licht/spaltabst_gk_05/spaltab_gk_05.htm

• Ü13: Rechenaufgabe: Interferenz am Doppelspalthttp://www.leifiphysik.de/web_ph10_g8/musteraufgaben/09licht/doppel_gk_94/doppel_gk_94.htm

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In diesem Abschnitt

WellenphänomeneGrundphänomenMechanische WellenVertiefung

Wellen- und Teilchencharakter des LichtsWellencharakterTeilchencharakter

QuantenobjekteEinführungWelle–Teilchen DualismusStatistische AussagenElektronen als QuantenobjekteQuantenmechanischer Messprozess

Wellenlehre und Quantenphysik

Wellen- und Teilchencharakter des Lichts

Teilchencharakter

Fotoeffekt

• Lehrerversuch: Hallwachshttp://www.leifiphysik.de/web_ph10_g8/versuche/09hallwachs/hallwachs.htm

• Lehrerversuch: Trägheitsloses Einsetzen des Photoeffektshttp://www.leifiphysik.de/web_ph10_g8/versuche/09traegheitslos/traegheit.htm

• Lehrerversuch: Photostrom in Abh.der Bestrahlungsstärke und der Lichtfrequenzhttp://www.leifiphysik.de/web_ph10_g8/versuche/09photostrom/fotostrom.htm

• Applet: Photoeffekt - Deutungsschwierigkeiten mit dem Wellenmodell des Lichtshttp://www.leifiphysik.de/web_ph10_g8/grundwissen/09lichtteilchen/lichtteilchen.htm

• Aplett: Fotoeffekthttp://web.hep.uiuc.edu/home/tstelzer/102project/pe.htm

• YouTube: Fotoeffekthttp://www.youtube.com/watch?v=a3GU55DOro0

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Wellenlehre und Quantenphysik

Wellen- und Teilchencharakter des Lichts

Teilchencharakter

Fotoeffekt

Äußerer FotoeffektLicht kann von MetalloberflächenElektronen herauslösen und zwarunabhängig von der Lichtintensität aberabhängig von der Lichtfrequenz.Dieses Ergebnis steht im Widerspruchzu Wellencharakter des Lichtes. −

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• Info: Klassische Erwartungen—Experimentelle Befundehttp://homepages.physik.uni-muenchen.de/~milq/kap1/iu_pages/WarumPhotonen.html

• Fragen zum Fotoeffektrun:Arbeitsblaetter/FragenZumFotoeffekt.odt

• IBE zum Photoeffekt - deutschrun:Simulationen/IBE_zum_Photoeffekt.exe

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Wellenlehre und Quantenphysik

Wellen- und Teilchencharakter des Lichts

Teilchencharakter

Albert Einstein zum Fotoeffekt

Abbildung :Albert Einstein(1879–1955)

„ In die oberflächliche Schicht des Körpersdringen Energiequanten ein, und deren Energieverwandelt sich wenigstens zum Teil inkinetische Energie der Elektronen. . . . [Es] wirdanzunehmen sein, daß jedes Elektron beimVerlassen des Körpers eine (für den Körpercharakteristische) Arbeit W0 zu leisten hat, wennes den Körper verläßt.. . . Die kinetische Energie solcher Elektronen ist

Ekin = h · f −W0 [h = 6,626 J s]

. . . “

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Wellenlehre und Quantenphysik

Wellen- und Teilchencharakter des Lichts

Teilchencharakter

Fotoeffekt — Ein neues Modell des Lichtes

klassisches ModellLichtwellen schütteln dieElektronen frei

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neues ModellLichtteilchen, sog. Photonen,schlagen die Elektronen heraus

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Wellenlehre und Quantenphysik

Wellen- und Teilchencharakter des Lichts

Teilchencharakter

Albert Einstein zur Lichtquantisierung

Abbildung :Albert Einstein(1879–1955)

„ Es scheint mir nun in der Tat, daß dieBeobachtungen . . . [des Fotoeffekts] besserverständlich erscheinen unter der Annahme,daß die Energie des Lichtes diskontinuierlich imRaume verteilt sei. Nach der hier ins Auge zufassenden Annahme ist bei Ausbreitung einesvon einem Punkte ausgehenden Lichtstrahlesdie Energie nicht kontinuierlich auf größer undgrößer werdende Räume verteilt, sondern esbesteht dieselbe aus einer endlichen Zahl von inRaumpunkten lokalisierten Energiequanten,welche sich bewegen, ohne sich zu teilen undnur als Ganze absorbiert und erzeugt werdenkönnen . . . “

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Wellenlehre und Quantenphysik

Wellen- und Teilchencharakter des Lichts

Teilchencharakter

Modelle des LichtsStrahlenmodell Wellenmodell Teilchenmodell

LichtausbreitungSchattenReflexionBrechung

BeugungInterferenz

Fotoeffekt

• Renaissance der Teilchenvorstellung vom Licht - Einstein 1905http://www.leifiphysik.de/web_ph10_g8/grundwissen/09photonen/photonen.htm

• Versuch: Photonennachweis mit Geigerzählerhttp://www.quantenphysik-schule.de/photon1.htm

• QunatumLab: Einzelnachweis von Photonenhttp://www.didaktik.physik.uni-erlangen.de/quantumlab/

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Wellenlehre und Quantenphysik

Wellen- und Teilchencharakter des Lichts

Teilchencharakter

Vertiefung• Korpuskular-Wellehttp://www.leifiphysik.de/web_ph10_g8/grundwissen/09lichtwelle/welle/lichtwelle.htm

• Verständnisfragen-Allerlei zum Photoeffekthttp://www.leifiphysik.de/web_ph10_g8/musteraufgaben/09licht/jedesto/jedesto.htm

• Herr Schlaumeier und der Hallwachs-Versuchhttp://www.leifiphysik.de/web_ph10_g8/musteraufgaben/09licht/hallwachs/hallwachs.htm

• Aufgabe: Bereich der Quantenenergien im sichtbaren Spektrumhttp://www.leifiphysik.de/web_ph10_g8/musteraufgaben/09licht/spektrum/spektrum.htm

• Aufgabe: Schädliche Ultraviolett-Strahlunghttp://www.leifiphysik.de/web_ph10_g8/musteraufgaben/09licht/schaedl_uv/schaedl_uv.htm

• Aufgabe: Frequenzen, Wellenlängen und Photonenenergienhttp://www.leifiphysik.de/web_ph10_g8/musteraufgaben/09licht/f_l_e/f_l_e.htm

• Verständnisfragen zum Photoeffekt 1http://www.leifiphysik.de/web_ph10_g8/musteraufgaben/09licht/photoeff_grundver/photoeffekt_grundver.htm

• Aufgabe: Photoelektrischer Effekthttp://www.leifiphysik.de/web_ph10_g8/musteraufgaben/09licht/photoelektr_gk_07/photo.htm

• Aufgabe: Auge als Lichtsensorhttp://www.leifiphysik.de/web_ph10_g8/musteraufgaben/09licht/abstand/abstand.htm

• Verständnisfragen zum Photoeffekt 2http://www.leifiphysik.de/web_ph10_g8/musteraufgaben/09licht/fotoeff_ver/fotozel.htm

• Versuchsbeschreibung: Elektronen beim Photoeffekthttp://www.leifiphysik.de/web_ph10_g8/musteraufgaben/09licht/elektronen/elektronen.htm

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In diesem Abschnitt

WellenphänomeneGrundphänomenMechanische WellenVertiefung

Wellen- und Teilchencharakter des LichtsWellencharakterTeilchencharakter

QuantenobjekteEinführungWelle–Teilchen DualismusStatistische AussagenElektronen als QuantenobjekteQuantenmechanischer Messprozess

Wellenlehre und Quantenphysik

Quantenobjekte

Einführung

Niels Bohr zur Qunatenphysik

Abbildung :Niels Bohr(1855–1962)

"‘Wer von der Quantentheorie nichtschockiert ist, der hat sie nicht verstanden."’

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Wellenlehre und Quantenphysik

Quantenobjekte

Einführung

Richard Feynman zur Qunatenphysik

Abbildung :RichardFeynman(1918–1988)

"‘Es gab eine Zeit, als Zeitungen sagten, nurzwölf Menschen verstünden dieRelativitätstheorie. Ich glaube nicht, dass esjemals eine solche Zeit gab. Auf der anderenSeite denke ich, es ist sicher zu sagen,niemand versteht Quantenmechanik."’

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In diesem Abschnitt

WellenphänomeneGrundphänomenMechanische WellenVertiefung

Wellen- und Teilchencharakter des LichtsWellencharakterTeilchencharakter

QuantenobjekteEinführungWelle–Teilchen DualismusStatistische AussagenElektronen als QuantenobjekteQuantenmechanischer Messprozess

Wellenlehre und Quantenphysik

Quantenobjekte

Welle–Teilchen Dualismus

Welle–Teilchen Dualismus• Interferometer: MUQ 3.1–3.3run:Simulationen/Interferometer.exe

• QunatumLab: Interferometerhttp://www.didaktik.physik.uni-erlangen.de/quantumlab/

• V: Ein-Teilchen-Interfernz bei Photonenhttp://www.leifiphysik.de/web_ph10_g8/versuche/10einzelphot/einzelphotonen.htm

ErgebnisEs ist nicht möglich, das physikalische Verhalten von Photonen in einem reinenTeilchen- oder Wellenmodell zu beschreiben. Eine befriedigende Erklärung mussKennzeichen beider Modelle in sich vereinigen.

• Quantenobjekte bei Leifihttp://www.leifiphysik.de/web_ph10_g8/grundwissen/10quantenobjekte/quantenobjekte.htm

• Verständnisfrage: Quantenobjekt Photonhttp://www.leifiphysik.de/web_ph10_g8/musteraufgaben/10quanten/photon/photon.htm

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Wellenlehre und Quantenphysik

Quantenobjekte

Welle–Teilchen Dualismus

Niels Bohr zum Welle–Teilchen-Dualismus

Abbildung :Niels Bohr(1855–1962)

"‘Wenn mir Einstein ein Radiotelegrammschickt, er habe nun die Teilchennatur desLichtes endgültig bewiesen, so kommt dasTelegramm nur an, weil das Licht eine Welleist."’

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Wellenlehre und Quantenphysik

Quantenobjekte

Welle–Teilchen Dualismus

Welle–Teilchen-Dualismus

• Interferometer: MUQ Experiment 3.4, 3.5: Polfilter langsam von parallel auf gekreuztändernrun:Simulationen/Interferometer.exe

• V:Quantenradiererhttp://www.quantenphysik-schule.de/interferenz.htm

ErgebnisMan darf sich ein Photon nicht als lokalisiertes Gebilde mit einem festen Ort vorstellen;man kann ihm die Eigenschaft „Weg“ nicht ohne weiteres zuschreiben.

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Wellenlehre und Quantenphysik

Quantenobjekte

Welle–Teilchen Dualismus

Richard Feynman zum Welle–Teilchen-Dualismus

Abbildung :RichardFeynman(1918–1988)

"‘In sehr kleinen Dimensionen verhalten sichdie Dinge wie nichts, von dem wirunmittelbare Erfahrung haben. Sie verhaltensich nicht wie Wellen, nicht wie Teilchen. . . oder irgendetwas, was wir jemalsgesehen haben."’

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Wellenlehre und Quantenphysik

Quantenobjekte

Welle–Teilchen Dualismus

Max Born zum Welle–Teilchen-Dualismus

Abbildung :Max Born(1882 - 1970)

"‘Die Quanten sind doch eine hoffnungsloseSchweinerei."’

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In diesem Abschnitt

WellenphänomeneGrundphänomenMechanische WellenVertiefung

Wellen- und Teilchencharakter des LichtsWellencharakterTeilchencharakter

QuantenobjekteEinführungWelle–Teilchen DualismusStatistische AussagenElektronen als QuantenobjekteQuantenmechanischer Messprozess

Wellenlehre und Quantenphysik

Quantenobjekte

Statistische Aussagen

Statischtische Interpretation

• Doppelspaltversuch MUQ 4.1-4.4run:Simulationen/Doppelspalt/Doppelspaltversuch.exe

ErgebnisDie Quantenmechanik macht statistische Aussagen über die relative Häufigkeit derErgebnisse bei oftmaliger Wiederholung des gleichen Experiments. Aussagen überEinzelereignisse sind im Allgemeinen nicht möglich.

• Verständnisfrage: Photonen am Doppelspalthttp://www.leifiphysik.de/web_ph10_g8/musteraufgaben/10quanten/quanten1_isb/quanten1_isb.htm

• QunatumLab: Statistische Interpretationhttp://www.didaktik.physik.uni-erlangen.de/quantumlab/

• Born’s statistische Deutunghttp://www.leifiphysik.de/web_ph10_g8/umwelt_technik/10stat_deutung/statist_deutung_qm.htm

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Wellenlehre und Quantenphysik

Quantenobjekte

Statistische Aussagen

Albert Einstein zur statischtischen Interpretation

Abbildung :Albert Einstein(1879–1955)

"‘Die Quantenmechanik ist sehr Achtunggebietend. Aber eine innere Stimme sagtmir, dass das noch nicht der wahre Jakobist. Die Theorie liefert viel, aber demGeheimnis des Alten bringt sie uns kaumnäher. Jedenfalls bin ich überzeugt, dassder Alte nicht würfelt"’

(Brief an Max Born, 4. Dezember 1926)

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In diesem Abschnitt

WellenphänomeneGrundphänomenMechanische WellenVertiefung

Wellen- und Teilchencharakter des LichtsWellencharakterTeilchencharakter

QuantenobjekteEinführungWelle–Teilchen DualismusStatistische AussagenElektronen als QuantenobjekteQuantenmechanischer Messprozess

Wellenlehre und Quantenphysik

Quantenobjekte

Elektronen als Quantenobjekte

Quanten überall?

klassisches Modell QuantenphysikLicht Welle Welle–Teilchen-Dualismus

Elektronen Teilchen ?Welle–Teilchen-Dualismus?alles ?Welle–Teilchen-Dualismus?

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Wellenlehre und Quantenphysik

Quantenobjekte

Elektronen als Quantenobjekte

Elektronenbeugung• V: Elektronenbeugungsröhrehttp://homepages.physik.uni-muenchen.de/~milq/kap5/k51p01.html

• Doppelspaltversuch: MUQ 5.2–5.6run:Simulationen/Doppelspalt/Doppelspaltversuch.exe

• V: E-Beugung bei Leifihttp://www.leifiphysik.de/web_ph10_g8/versuche/10el_beug/el_beugung.htm

• V: Ein-Teilchen-Interferenz bei Elektronenhttp://www.leifiphysik.de/web_ph10_g8/versuche/10einzelelektron/einzelelektron.htm

Ergebnis Doppelspaltexperimente mit Elektronen undAtomenAuch klassische Teilchen zeigen Welle–Teilchen-Dualismus.

• Fragen zur Elektronenbeugungrun:Arbeitsblaetter/FragenZurElektronenbeugung.odt

• Elektronenbeugunghttp://www.leifiphysik.de/web_ph10_g8/versuche/10el_beug/el_beugung.htm

• YouTube: Materiewellen undBeobachtungs-Projektionhttp://www.youtube.com/watch?v=3ohjOltaO6Y&feature=related

• Verständnisfrage: e als Qunatenobjekt1http://www.leifiphysik.de/web_ph10_g8/musteraufgaben/10quanten/elektronen1_isb/elektronen1_isb_l.htm

• Verständnisfrage: e als Qunatenobjekt2http://www.leifiphysik.de/web_ph10_g8/musteraufgaben/10quanten/dopelspalt_el_2/doppelspalt_el_2.htm

• Verständnisfrage: WT-Modellhttp://www.leifiphysik.de/web_ph10_g8/musteraufgaben/10quanten/wellen_teilchen/wellen_teilchen.htm

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In diesem Abschnitt

WellenphänomeneGrundphänomenMechanische WellenVertiefung

Wellen- und Teilchencharakter des LichtsWellencharakterTeilchencharakter

QuantenobjekteEinführungWelle–Teilchen DualismusStatistische AussagenElektronen als QuantenobjekteQuantenmechanischer Messprozess

Wellenlehre und Quantenphysik

Quantenobjekte

Quantenmechanischer Messprozess

Messprozess und Komplementarität

Bei seiner „unbeobachteten“ Ausbreitung im Raum befindetsich ein Elektron zu keiner Zeit an einem bestimmten Ort, d.h.es besitzt die Eigenschaft „Ort“ nicht.• Doppelspaltversuch 6.1-6.2run:Simulationen/Doppelspalt/Doppelspaltversuch.exe

KomplementaritätOrtseigenschaft und Interferenz sind nicht gleichzeitig realisierbar, sondern schließensich gegenseitig aus.

• Fragen zur Komplementaritätrun:FragenZurKomplementaritaet.odt

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Wellenlehre und Quantenphysik

Quantenobjekte

Quantenmechanischer Messprozess

Unschärferelation

• Lehrerversuch. MUQ 7.1 Laserlicht durch immer engeren Spalt

Heisenbergsche UnbestimmheitsrelationEs ist nicht möglich, ein Ensemble von Quantenobjekten gleichzeitig den Ort undImpuls genau zu messen.Ist die Streuung der Ortsmesswerte ∆x klein ist, wird die Streuung derImpulsmesswerte ∆px groß sein (und umgekehrt). Es gilt der Zusammenhang:

∆x ·∆px ≥h

4π[h = 6,626 J s]

• Quantenobjekte bei Leifihttp://www.leifiphysik.de/web_ph10_g8/grundwissen/10quantenobjekte/quantenobjekte.htm

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Wellenlehre und Quantenphysik

Quantenobjekte

Quantenmechanischer Messprozess

Vertiefung

• AB Wesenszügerun:Arbeitsblaetter/aufgaben_wesenszuege.odt

• AB Wesenszügerun:Arbeitsblaetter/aufgaben_wesenszuege_loesungen.odt

• Anwendung Laserhttp://www.leifiphysik.de/web_ph10_g8/umwelt_technik/10laser/laser.htm

• Laser Online-Lernkurshttp://www.iap.uni-bonn.de/P2K/lasers/

• Ph 2000:Elektronen Interferenzhttp://www.iap.uni-bonn.de/P2K/schroedinger/two-slit3.html

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