Quantenphysik / Mikroobjekte - Josef Leisen - Studienseminar für ...

1. Das quantenmechanische Verhalten von freien Elektronen und
Photonen am Doppelspalt
1.1. Die Präparation von Mikroobjekten
Didaktischer Kommentar:
Nur über das Verhalten von gleichartig präparierten Mikroobjekten können experimentell
bestätigbare Aussagen gemacht werden. Entsprechend der Objektklasse (Fermionen, Bosonen)
und entsprechend der Messabsicht sind verschiedene Präparationsmethoden im Gebrauch,
die sich gut in die Schulphysik einbinden lassen und eine Gelegenheit zur Wiederholung
bieten. Bekannte Phänomene erscheinen in einem neuen Licht.
Unterrichtsskizze:
1. Impulspräparation von Elektronen (WIEN-Filter)
2. Frequenzpräparation von Licht (Photonen)
Das WIEN-Filter ist ein Experiment, das in der Schulphysik
beim E-Feld, B-Feld behandelt wird und bei
Teilchenbeschleunigern Anwendung findet.
Mit einem WIEN-Filter kann man durch Ausblenden
des geradlinigen Strahls alle Elektronen auf den gleichen
Impuls präparieren. Ein nachgeschaltetes zweites
WIEN-Filter als Testapparat bestätigt das.
Das Prisma ist den Schülern bereits aus der Optik der
Mittelstufe bekannt. Es sortiert Licht nach Farben, in
der Sprache der Wellenoptik nach Frequenzen.
Wie bereits NEWTON in seinen Dispersionsexperimenten
nachwies, bewirkt ein zweites nachgeschaltetes Prisma
keine weitere Aufspaltung, was als Testapparat die
Frequenzpräparation bestätigt.
3. Spinpräparation von Atomen (STERN-GERLACH-Experiment)
Bei der Suche nach weiteren Größen, auf die man Mikroobjekte
präparieren kann, um anschließend gezielte
Experimente durchzuführen, stößt man auf das STERN-
GERLACH-Experiment, das Atome auf den Spin präpariert.
Der Spin kann hier nur als eine Art Drehimpuls benannt
werden. Auf das Experiment kann man verzichten,
wenn es später nicht aufgegriffen wird. Ein kurzer
Lehrervortrag bietet sich an.
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