Woche 3 · 07.12.–11.12.2026

Wie scharf ist die Welt, und warum leuchten Atome farbig?

Ein Elektron, das durch einen engen Spalt muss, verrät seinen Ort – und verliert dafür seinen genauen Impuls. Diese Woche geht es darum, warum man Ort und Impuls nie zugleich festlegen kann und was das für die Vorstellung einer Bahn bedeutet. Und dann ins Atom: Warum sendet leuchtender Wasserstoff nur ganz bestimmte Farben aus, warum fehlen genau diese Farben im Sonnenlicht, und wie funktioniert ein Laser?

Ziele der Woche

1Ich kann die Unbestimmtheitsrelation Δx · Δpₓ ≥ h ÷ (4π) am Einzelspalt begründen und anwenden.
2Ich kann erklären, warum man Quantenobjekten keine Bahn zuschreiben kann und was das für den Determinismus bedeutet.
3Ich kann Linienspektren, Emission und Absorption mit einem Energieniveauschema erklären – auch die Fraunhofer-Linien und den Franck-Hertz-Versuch.
4Ich kann das quantenmechanische Atommodell qualitativ beschreiben und mit dem Potentialtopf Energieniveaus berechnen; ich kenne die Grenzen des Modells.
5Ich kann den Laser im Photonenmodell erklären: stimulierte Emission, Besetzungsinversion, Resonator.

Zum Verständnis-CheckAm Mittwoch prüfst du, welche Ziele schon sitzen.

Die festen Termine

Mo 7.12.Doppelstunde

Auftakt: Der Franck-Hertz-Versuch

Realversuch: Elektronen werden in einer Röhre mit Gas beschleunigt, wir messen den Strom bei steigender Spannung. Vorher gibt jeder eine Vorhersage ab. Danach freie Arbeit am Wochenweg.

Konzeptfrage

Elektronen werden in einer Röhre mit Quecksilberdampf beschleunigt; wir erhöhen die Spannung langsam und messen, wie viele Elektronen am Ende ankommen. Was erwartest du für den Strom?

Di 8.12.Doppelstunde

Freie Arbeit und Austausch

Freie Arbeit am Wochenweg. In der Mitte der Stunde Austausch über zwei Konzeptfragen: abstimmen, mit dem Nachbarn diskutieren, noch einmal abstimmen.

Konzeptfrage

Ein Schüler sagt: „Mit einem noch besseren Mikroskop könnte man Ort und Impuls eines Elektrons zugleich beliebig genau festlegen.“ Welche Antwort trifft zu?

Konzeptfrage

Ein Elektron mit der Bewegungsenergie $11, 0 eV$ stößt auf ein Wasserstoffatom im Grundzustand (Anregung nach $n = 2$ : $10, 2 eV$ , nach $n = 3$ : $12, 1 eV$ ). Was kann geschehen?

Mi 9.12.Einzelstunde

Verständnis-Check

Selbsteinschätzung zu den Wochenzielen, dann der Check: Fragen und eine Erklärung in eigenen Worten. Danach besprechen wir, was bei vielen noch hakt.

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Dein Wochenweg

Pflicht 165 min · Wahl 70 min

Erst ausprobieren, dann lesen: Jede Station stellt eine Frage, die du dort beantworten kannst. Der Skriptabschnitt danach erklärt, was du gesehen hast. Pflichtbausteine brauchst du für die Ziele der Woche, Wahlbausteine vertiefen. Wo ein Feld „Dein Ergebnis“ steht, kannst du abhaken, sobald dein Ergebnis passt. Abhaken bleibt auf diesem Gerät.

Noch offen: 12 von 12 Pflichtbausteinen, etwa 165 min.

fabrica-StationPflicht15 min· Ziel 1

Wie eng darf der Spalt sein?

Ziel 1: Ich kann die Unbestimmtheitsrelation Δx · Δpₓ ≥ h ÷ (4π) am Einzelspalt begründen und anwenden.

Auftrag: Starte hier. Lass Elektronen durch den Einzelspalt fliegen und beobachte das Schirmbild. Halbiere dann die Spaltbreite und vergleiche die Breite des Hauptmaximums. Trage beide Messungen in die Tabelle ein.

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Dein Ergebnis

Was passiert mit der Breite des Hauptmaximums, wenn du die Spaltbreite halbierst? Was bedeutet das für Δx und Δpₓ? Zwei Sätze.

noch 40 Zeichen

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Skript PL5 6.1Pflicht15 min· Ziel 1

Ortsmessung am Einzelspalt

Ziel 1: Ich kann die Unbestimmtheitsrelation Δx · Δpₓ ≥ h ÷ (4π) am Einzelspalt begründen und anwenden.

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Skript PL5 6.2Pflicht10 min· Ziel 1

Was die Unbestimmtheitsrelation bedeutet – und was nicht

Ziel 1: Ich kann die Unbestimmtheitsrelation Δx · Δpₓ ≥ h ÷ (4π) am Einzelspalt begründen und anwenden.

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Skript PL5 6.3Pflicht10 min· Ziel 2

Abschied von der Bahn und vom Determinismus

Ziel 2: Ich kann erklären, warum man Quantenobjekten keine Bahn zuschreiben kann und was das für den Determinismus bedeutet.

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fabrica-StationPflicht20 min· Ziel 3

Der Fingerabdruck des Wasserstoffs

Ziel 3: Ich kann Linienspektren, Emission und Absorption mit einem Energieniveauschema erklären – auch die Fraunhofer-Linien und den Franck-Hertz-Versuch.

Auftrag: Wähle Wasserstoff und miss mit dem Zeiger die Lage der roten Linie im Spektrum erster Ordnung. Berechne daraus ihre Wellenlänge und ihre Photonenenergie und suche den passenden Übergang im Termschema. Schalte zum Schluss auf Absorption um: Was fällt dir auf?

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Dein Ergebnis

Wellenlänge der roten Wasserstofflinie in nm

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Skript PL5 7.1Wahl10 min· Ziel 3

Linienspektren

Ziel 3: Ich kann Linienspektren, Emission und Absorption mit einem Energieniveauschema erklären – auch die Fraunhofer-Linien und den Franck-Hertz-Versuch.

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Skript PL5 7.2Pflicht15 min· Ziel 3

Energieniveaus: Emission und Absorption

Ziel 3: Ich kann Linienspektren, Emission und Absorption mit einem Energieniveauschema erklären – auch die Fraunhofer-Linien und den Franck-Hertz-Versuch.

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Skript PL5 7.3Pflicht5 min· Ziel 3

Fraunhofer-Linien: Absorption im Sonnenlicht

Ziel 3: Ich kann Linienspektren, Emission und Absorption mit einem Energieniveauschema erklären – auch die Fraunhofer-Linien und den Franck-Hertz-Versuch.

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fabrica-StationWahl15 min· Ziel 3

Franck-Hertz zum Nachmessen

Ziel 3: Ich kann Linienspektren, Emission und Absorption mit einem Energieniveauschema erklären – auch die Fraunhofer-Linien und den Franck-Hertz-Versuch.

Auftrag: Wiederhole den Versuch vom Montag mit Quecksilber: Fahre die Spannung hoch, trage die Lage der Maxima in die Tabelle ein und bestimme ihren Abstand.

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Dein Ergebnis

Abstand benachbarter Maxima bei Quecksilber in V

Skript PL5 7.6Wahl5 min· Ziel 3

Der Franck-Hertz-Versuch

Ziel 3: Ich kann Linienspektren, Emission und Absorption mit einem Energieniveauschema erklären – auch die Fraunhofer-Linien und den Franck-Hertz-Versuch.

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fabrica-StationPflicht20 min· Ziel 4

Ein Elektron im Kasten

Ziel 4: Ich kann das quantenmechanische Atommodell qualitativ beschreiben und mit dem Potentialtopf Energieniveaus berechnen; ich kenne die Grenzen des Modells.

Auftrag: Stelle die Topfbreite L = 1,0 nm ein und lies die Energie des Grundzustands ab oder berechne sie. Halbiere dann L: Wie ändern sich die Energien? Lass dir zum Schluss die Ortsmessungen im Zustand n = 2 zeigen.

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Dein Ergebnis

Energie E₁ des Grundzustands bei L = 1,0 nm in eV

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Skript PL5 7.4Pflicht15 min· Ziel 4

Ein quantenmechanisches Atommodell

Ziel 4: Ich kann das quantenmechanische Atommodell qualitativ beschreiben und mit dem Potentialtopf Energieniveaus berechnen; ich kenne die Grenzen des Modells.

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Skript PL5 7.5Pflicht10 min· Ziel 4

Ein Elektron im Potentialtopf

Ziel 4: Ich kann das quantenmechanische Atommodell qualitativ beschreiben und mit dem Potentialtopf Energieniveaus berechnen; ich kenne die Grenzen des Modells.

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fabrica-StationPflicht15 min· Ziel 5

Wie ein Laser zündet

Ziel 5: Ich kann den Laser im Photonenmodell erklären: stimulierte Emission, Besetzungsinversion, Resonator.

Auftrag: Probiere in Teil A die drei Prozesse an einem Atom aus: Absorption, spontane und stimulierte Emission. Erhöhe in Teil B die Pumpleistung langsam und beobachte die Besetzung der Niveaus und den austretenden Strahl.

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Dein Ergebnis

Was muss für die Besetzung der Niveaus gelten, damit ein Laserstrahl entsteht, und warum? Zwei Sätze.

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Skript PL5 7.8Pflicht15 min· Ziel 5

Der Laser

Ziel 5: Ich kann den Laser im Photonenmodell erklären: stimulierte Emission, Besetzungsinversion, Resonator.

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fabrica-StationWahl10 min· Ziel 4

Orbitale des Wasserstoffatoms

Ziel 4: Ich kann das quantenmechanische Atommodell qualitativ beschreiben und mit dem Potentialtopf Energieniveaus berechnen; ich kenne die Grenzen des Modells.

Auftrag: Sieh dir die Aufenthaltswahrscheinlichkeit des Elektrons in verschiedenen Zuständen an. Vergleiche mit dem Potentialtopf: Was ist ähnlich, was nicht?

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noctuaWahl30 min

Üben mit noctua

Auftrag: Stufe dich in den Abschnitten der Woche ein. Ziel bis Mittwoch: überall mindestens Silber.