Sobald der Aufenthaltsbereich eines Elektrons räumlich begrenzt wird, kann dieses nur noch ganz bestimmte Geschwindigkeiten annehmen – die Energie des Elektrons ist gequantelt. Mithilfe des einfachen Modells des linearen Potenzialtopfes nähern sich Ihre Schüler diesem erstaunlichen Phänomen, das weitreichende Konsequenzen für die Physik der kleinsten Teilchen hat.

• Hinweise
• M 1 Der Potenzialtopf – ein Gefängnis für Elektronen
• M 2 Die Quantelung der Energie
• M 3 Wechsel des Quantenzustandes
• M 4 Nun kommt Farbe ins Spiel
• M 5 Eine Hausaufgabe
• M 6 Der Atomkern – ein Potenzialtopf?
• Erläuterungen und Lösungen

Die Schüler lernen:

das theoretische Konzept des linearen Potenzialtopfs kennen und erlangen somit die wichtige Erkenntnis, dass atomare Teilchen, deren Aufenthaltsbereich begrenzt wird, nur ganz bestimmte Energiewerte annehmen können. Diese Quantelung der Energie ist eng mit der Idee verknüpft, dem Teilchen Welleneigenschaften zuzuschreiben. Dass dieser theoretische Ansatz durchaus reale Bezüge aufweist, wird am Beispiel von Farbstoffmolekülen deutlich. Darüber hinaus lernen Ihre Schüler, dass auch die Nukleonen im Atomkern einer Energiequantelung unterliegen, da das Kernpotenzial näherungsweise mit dem eines linearen Potenzialtopfes verglichen werden darf.