Münster 2011 – wissenschaftliches Programm

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DD: Fachverband Didaktik der Physik

DD 5: Anregungen aus dem Unterricht für den Unterricht 1 (Moderne Physik)

DD 5.3: Vortrag

Montag, 21. März 2011, 14:40–15:00, SR E

Heisenbergs Unbestimmtheitsrelation hörbar machen — •Michael Plomer — Maria-Theresia-Gymnasium München, Regerplatz 1, 81541 München

Die Heisenbergsche Unbestimmtheitsrelation stellt einen der anspruchsvollsten Themenkomplexe im schulischen Physikunterricht dar. Eine mögliche Unterrichtseinheit beginnt mit der Beschreibung der Welleneigenschaft eines lokalisierten Elektrons als Materiewelle. Die unterschiedliche Gestalt verschiedener Materiewellen in Abhängigkeit von dem Wellenzahlintervall Δ k und der Breite Δ x des Wellenpakets dient als Überleitung zur Unbestimmtheitsrelation.

Die Überlagerung von sinusförmigen Wellen aus einem vorgegeben Frequenzbereich führt zur charakteristischen Gestalt der Materiewellen. Neben Simulationen, mit denen das Zustandekommen derer demonstriert werden kann, bieten sich akustische Signale als alternativer Zugang an, um dieses Phänomen sicht- und hörbar zu machen. Ausgehend von der Schwebung wird zur sogenannten akustischen Unschärfe hingeleitet und die Beziehung Δ f · Δ t = 1/2 experimentell erarbeitet. Anhand der akustischen Unschärferelation soll der Begriff der Materiewelle greifbar gemacht werden; im Anschluss kann nun sehr leicht die Energie-Zeit-Unbestimmtheit nach Heisenberg motiviert werden.

Gegenstand des Beitrags ist die Vorstellung der verwendeten Tonbeispiele sowie die Einbettung der Messergebnisse in eine Unterrichtseinheit. Die verwendete Software (Audacity; Soundcard Scope) ist für schulische und universitäre Zwecke kostenlos verfügbar und erfordert minimale Einarbeitungszeit.