Mit dem Potentialtopf-Modell werden die Lernenden auf die quantenphysikalischen Gegebenheiten in einem Atom vorbereitet. Dabei müssen sich die Schülerinnen und Schüler gedanklich von den aus der klassischen Physik bekannten Abläufen verabschieden und sich mit abstrakten und nicht mehr direkt zugänglichen Vorgängen vertraut machen. Zunächst wird dabei der lineare Potentialtopf benützt, mit dem man in einer Dimension das in einem "Topf" eingesperrte Elektron beschreibt. Daran anschließend können die Erkenntnisse und sich ergebenden Gleichungen auf den dreidimensionalen Potentialtopf übertragen werden, der sich den in einer späteren Unterrichtseinheit folgenden realen Verhältnissen in einem Wasserstoff-Atom grob annähert.
Der Potentialtopf als vereinfachtes Atommodell
Die Unterrichtseinheit mit dem Thema "Der Potentialtopf als vereinfachtes Atommodell" macht die Schülerinnen und Schüler mit den tatsächlichen Abläufen in einem Atom bekannt. Dabei dient dieses Atom-Modell als ein Übergangsmodell – weg vom Bohrschen Bahnbegriff und hin zu einem Wellenmodell, das auf stationären stehenden Wellen beruht. Allerdings wird auch bei diesem Modell zum einfacheren Verständnis noch auf die anziehende Wirkung des Atomkernes und damit auf den Potentialbegriff verzichtet. Es wird für Schülerinnen und Schüler benötigt, die Physik als Leistungsfach und gegebenenfalls als Abiturfach gewählt haben.
Beschreibung der Unterrichtseinheit
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Unterrichtsmaterial "Potentialtopf als vereinfachtes Atommodell" zum Download (PDF)
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In diesem Arbeitsblatt werden die Grundzüge des linearen Potentialtopfmodells dargestellt und veranschaulicht, wo sich ein eingesperrtes Elektron aufhalten kann.
Vorschau -
potentialtopf-atommodell-arbeitsblatt-2.pdf
In diesem Arbeitsblatt erfolgt die Erweiterung auf den dreidimensionalen Potentialtopf – ergänzt durch Übungsaufgaben.
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In diesem Arbeitsblatt werden die Grundzüge des linearen Potentialtopfmodells dargestellt und veranschaulicht, wo sich ein eingesperrtes Elektron aufhalten kann.
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In diesem Arbeitsblatt erfolgt die Erweiterung auf den dreidimensionalen Potentialtopf – ergänzt durch Übungsaufgaben.
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potentialtopf-atommodell-loesungen.docx
Hier finden Sie die Lösungen zu den Übungsaufgaben rund um die Einheit "Potentialtopf" zum Download.
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Alle Materialien
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Vermittelte Kompetenzen
Fachkompetenz
Die Schülerinnen und Schüler
- wissen um die Komplexität der Beschreibung der Vorgänge im Atom.
- wissen, dass die Vorgänge im Atom einer direkten Beobachtung nicht zugänglich sind.
- können die modellartige Funktion des linearen und dreidimensionalen Potentialtopfs beschreiben und einordnen.
Medienkompetenz
Die Schülerinnen und Schüler
- recherchieren selbständig Fakten, Hintergründe und Kommentare im Internet.
- überprüfen die Inhalte von Videos, Clips und Animationen auf ihre sachliche Richtigkeit hin.
Sozialkompetenz
Die Schülerinnen und Schüler
- lernen durch Partner- und Gruppenarbeit das Zusammenarbeiten als Team.
- setzen sich mit den Ergebnissen der Mitschülerinnen und Mitschüler auseinander und lernen so, deren Ergebnisse mit den eigenen Ergebnissen konstruktiv zu vergleichen.
- erwerben genügend fachliches Wissen, um mit anderen Lernenden, Eltern, Freunden wertfrei diskutieren zu können.
