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Bezug zum Kernlehrplan
Grundkurs Qualifikationsphase
Inhaltliche Schwerpunkte
Die in diesem Kapitel "Elektronenbeugung" behandelten Inhalte beziehen sich hauptsächlich auf die folgenden im Kernlehrplan genannten inhaltlichen Schwerpunkte des Inhaltsfelds "Quantenobjekte":
- Wellenaspekt von Elektronen: De-Broglie-Wellenlänge, Interferenz von Elektronen am Doppelspalt
- Photon und Elektron als Quantenobjekte: Wellen- und Teilchenmodell, Kopenhagener Deutung
Konkretisierte Kompetenzerwartungen
Laut Kernlehrplan sollen Schülerinnen und Schüler im Grundkurs am Ende der Qualifikationsphase folgende Kompetenzen beherrschen, auf die sich die Materialien auf den folgenden Seiten beziehen. In den Klammern stehen die im Kernlehrplan aufgewiesenen Bezüge zu den übergeordneten Kompetenzerwartungen, die hier zu finden sind.
Sachkompetenz:
Die Schülerinnen und Schüler
- stellen die Lichtquanten- und De-Broglie-Hypothese sowie deren Unterschied zur klassischen Betrachtungsweise dar (S1, S2, E8, K4),
- wenden die De-Broglie-Beziehung an, um das Beugungsbild beim Doppelspaltversuch mit Elektronen quantitativ zu erklären (S1, S5, E6, K9),
- erläutern die Determiniertheit der Zufallsverteilung der diskreten Energieabgabe beim Doppelspaltexperiment mit stark intensitätsreduziertem Licht (S3, E6, K3),
- berechnen Energie und Impuls über Frequenz und Wellenlänge für Quantenobjekte (S3),
- erklären an einer exemplarischen Darstellung die Wahrscheinlichkeitsinterpretation für Quantenobjekte (S1, K3).
Erkenntnisgewinnungskompetenz:
Die Schülerinnen und Schüler
- untersuchen mithilfe von Simulationen das Verhalten von Quantenobjekten am Doppelspalt (E4, E8, K6, K7),
- beurteilen an Beispielen die Grenzen und Gültigkeitsbereiche von Wellen- und Teilchenmodellen für Licht und Elektronen (E9, E11, K8).
Bewertungskompetenz:
Die Schülerinnen und Schüler
- stellen die Kontroverse um den Realitätsbegriff der Kopenhagener Deutung dar (B8, K9).
Leistungskurs Qualifikationsphase
Inhaltliche Schwerpunkte
Die in diesem Kapitel "Elektronenbeugung" behandelten Inhalte beziehen sich hauptsächlich auf die folgenden im Kernlehrplan genannten inhaltlichen Schwerpunkte des Inhaltsfelds "Quantenphysik":
- Photonen und Elektronen als Quantenobjekte: Doppelspaltexperiment, Bragg-Reflexion, Elektronenbeugung; Wahrscheinlichkeitsinterpretation, Kopenhagener Deutung
Konkretisierte Kompetenzerwartungen
Laut Kernlehrplan sollen Schülerinnen und Schüler im Leistungskurs am Ende der Qualifikationsphase folgende Kompetenzen beherrschen, auf die sich die Materialien auf den folgenden Seiten beziehen. In den Klammern stehen die im Kernlehrplan aufgewiesenen Bezüge zu den übergeordneten Kompetenzerwartungen, die hier zu finden sind.
Sachkompetenz:
Die Schülerinnen und Schüler
- stellen anhand geeigneter Phänomene dar, dass Licht sowohl Wellen- als auch Teilchencharakter aufweisen kann (S2, S3, E6, K8),
- erklären am Beispiel von Elektronen die De-Broglie-Hypothese (S1, S3),
- berechnen Energie und Impuls über Frequenz und Wellenlänge für Quantenobjekte (S3).
Erkenntnisgewinnungskompetenz:
Die Schülerinnen und Schüler
- erklären experimentelle Beobachtungen an der Elektronenbeugungsröhre mit den Welleneigenschaften von Elektronen (E3, E6),
- modellieren qualitativ das stochastische Verhalten von Quantenobjekten am Doppelspalt bei gleichzeitiger Determiniertheit der Zufallsverteilung mithilfe der Eigenschaften der Wellenfunktion (E4, E6, K4).