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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Wellenlehre und Quantenphysik
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
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Lich
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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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