Eine 9 Stunden umfassende Unterrichtseinheit zur Atomvorstellung für die Sekundarstufe I. Sie wurde am Faust-Gymnasium in Staufen entwickelt und in zehnten Klassen erprobt.

Das Fermi National Accelerator Laboratory oder kurz Fermilab ist ein Forschungszentrum für Teilchenphysik, das vom US-amerikanischen Department of Energy betrieben wird. Es liegt etwa 50 Kilometer westlich von Chicago in Illinois.

Das CERN, die Europäische Organisation für Kernforschung, ist eine Großforschungseinrichtung bei Meyrin im Kanton Genf in der Schweiz. Am CERN wird physikalische Grundlagenforschung betrieben, insbesondere wird mit Hilfe großer Teilchenbeschleuniger der Aufbau der Materie erforscht.

Das Deutsche Elektronen-Synchrotron DESY in der Helmholtz-Gemeinschaft ist ein Forschungszentrum für naturwissenschaftliche Grundlagenforschung mit Sitz in Hamburg und Zeuthen.

Das Brookhaven National Laboratory (BNL) ist eines der zehn großen von der US-amerikanischen Regierung (dem United States Department of Energy) unterhaltenen Forschungszentren. Es befindet sich in Upton, Town of Brookhaven, auf Long Island im US-Bundesstaat New York.

Das SLAC National Accelerator Laboratory (SLAC) ist eine Forschungseinrichtung des Department of Energy der Vereinigten Staaten. Das Labor wird von der Stanford University betrieben. Forschungsschwerpunkte der Forschungseinrichtung sind Teilchenphysik, Atomphysik und Physik der kondensierten Materie. Darüber hinaus wird mit Synchrotronstrahlung in den Bereichen Chemie, Biologie und Medizin geforscht.

KEK (japanisch 高エネルギー加速器研究機構 kō-enerugī kasokuki kenkyū kikō „Hochenergie-Beschleuniger-Forschungsorganisation“, englisch High Energy Accelerator Research Organization) ist ein nationales Forschungszentrum für Hochenergiephysik in Japan. Das KEK betreibt Forschungen im Bereich der Teilchen- und Kernphysik sowie der Material- und Biowissenschaften mit Hilfe mehrerer großer Teilchenbeschleuniger.

Einen guten Überblick über Funktion und Größe der verschiedenen Teilchenbeschleuniger bietet Dr. German Hacker von der Universität Erlangen.

Der Kernlehrplan Physik für die gymnasiale Oberstufe in NRW nennt 25 zentrale Experimente, über die sich wesentliche Inhalte für den Unterricht der Sekundarstufe II erschließen lassen. Die herunterladbare Materialen sind für Unterrichtende gedacht und beinhalten Versuchsbeschreibungen mit Fotos sowie Beispielmesswerte und didaktische Hinweise.

Das PhySX-Wiki der Universitäten Bochum und Berlin stellt einen ständig wachsenden Pool an Experimentier-KnowHow für Unterrichtende in Form von gegliederten Versuchsanleitungen zu typischen Themenbereichen der Schulphysik bereit. Dabei liegt der Fokus nicht auf enzyklopädisch-theoretischen Inhalten, sondern in erster Linie auf klar gegliederten Versuchsanleitungen mit Schulbezug.

Die Stiftung Gemeinsames Rücknahmesystem Batterien stellt eine Informationsbroschüre zu Herstellung, Funktion und Entsorgung von Batterien zur Verfügung.

Das Bundesamt für Strahlenschutz bietet hier Unterrichtsmaterial samt Arbeitsblättern zum Thema Mobilfunk und elektromagnetischer Strahlenbelastung, dass bereits ab Klasse 5 eingesetzt werden kann.

Dieses downloadbare (Windows-)Programm stellt die Gegenfeldmethode zur quantitativen Erfassung des Fotoeffekts dar. Dabei wird die Bewegung der ausgelösten Elektronen im elektrischen Feld der Photozelle durch numerisches Lösen der Bewegungsgleichungen dargestellt. So lässt sich gut erkennen, dass bei bestimmten Bremsspannungen die Elektronen die gegenüberliegende Auffanganode nicht mehr erreichen und zur Kathode zurücklaufen. Die physikalischen Vorgänge werden dadurch besonders anschaulich und nachvollziehbar dargestellt. Zur quantitativen Auswertung stehen 5 Wellenlängen der Quecksilberdampflampe zur Verfügung. Außerdem lassen sich 4 verschiedene Beschichtungen der Photokathode auswählen.

Wenn Strahlung auf Materie trifft, kann es zum Comptoneffekt kommen: energiereiche Photonen treffen auf locker gebundene Elektronen im Streukörper und werden nach den (relativistischen) Gesetzen eines dezentralen, elastischen Stoßes gestreut. Dabei übergibt das Photon Energie an das (als ruhend angesehene) Elektron. Der Energieverlust des gestreuten Photons äußert sich in dessen vergrößerten Wellenlänge. Die Wellenlängenverschiebung ist unabhängig von der Wellenlänge der Primärstrahlung und wird allein durch den Streuwinkel bestimmt. Quantitativ wird dies durch die Comptonformel beschrieben.

Dieses downloadbare (Windows-)Programm erlaubt die Variation der Position des Spektrometers (Streuwinkel) sowie der Energie der primären Gammastrahlung.

Sie finden hier drei verschiedene Versionen des Millikan-Versuchs als downloadbare (Windows-)Computersimulationen.

Dieses downloadbare (Windows-)Programm simuliert einen Driftröhren-Linearbeschleuniger für Protonen und schwerere Teilchen. Insgesamt werden 10 Driftröhren dargestellt. Amplitude und Frequenz der hochfrequenten Wechselspannung können variiert werden, um so die optimale Anpassung zu finden. Sie können wählen, ob Sie ein einzelnes Teilchen bewegen wollen oder Teilchenpakete (Bunches), wie es in der Realität der Fall ist. Relativistische Effekte wurden nicht berücksichtigt, da die Geschwindigkeiten der Protonen bei diesem kurzen Beschleuniger im Bereich von nur einigen Prozent der Lichtgeschwindigkeit liegen

Dieses downloadbare (Windows-)Programm zeigt, wie sich ein Elektron verhält, das in einen sehr kleinen würfelförmigen Kasten eingesperrt wird.
In der Quantenphysik wird dieser Kasten als dreidimensionaler Potentialtopf interpretiert, in dem das Elektron nur ganz bestimmte Energieniveaus annehmen kann. Außerdem darf das Elektron sich nur in bestimmten Raumbereichen aufhalten. Etwas physikalischer formuliert: Die Energie des Elektrons innerhalb des Potentialtopfes ist gequantelt und sein Aufenthaltsbereich ist auf Orbitale beschränkt. Dieses Verhalten des Elektrons ergibt sich aus der Schrödinger-Gleichung. Die Simulation erlaubt die Eingabe verschiedener Quantenzahlen. Die Aufenthaltswahrscheinlichkeit des Elektrons (Orbital) wird durch die Dichte von Punktewolken dargestellt. Der Würfel lässt sich drehen, so dass die Lage der einzelnen Orbitale gut sichtbar wird. Außerdem kann man die Energie des Elektrons bei vorgegebener Größe des Kastens ablesen.

Dieses downloadbare (Windows-)Programm löst die eindimensionale, stationäre Schrödingergleichung für den Aufenthalt eines Elektrons in einem Linearen Potentialtopf auf numerischem Weg.
Dabei lassen sich drei Szenarien einstellen:
1. Linearer Potentialtopf mit unendlich hohen Wänden
2. Linearer Potentialtopf mit einer niedrigen, aber breiten Wand
3. Linearer Potentialtopf mit einer niedrigen und schmalen Wand.
Die Höhe (Potentielle Energie) und die Breite der Wand lassen sich bei 2. und 3. variieren.
Durch Eingabe der Gesamtenergie des Elektrons lassen sich Wellenfunktionen finden, die innerhalb der Wand gegen Null konvergieren. Nur diese Wellenfunktionen sind physikalisch sinnvoll und beschreiben das Eindringen in die Wand bzw. das Durchtunneln der Wand im Sinne des quantenmechanischen Effekts richtig.

Dieses downloadbare (Windows-)Programm löst die stationäre Schrödingergleichung des radialen Anteils der Wasserstoffwellenfunktion auf numerischen Weg und stellt die Wahrscheinlichkeitsdichten, Aufenthaltswahrscheinlichkeiten und Orbitale des Elektrons grafisch dar. Der Wert für die Gesamtenergie des Elektrons kann vom Anwender mit Hilfe von Schiebereglern beliebig gewählt werden. Der Drehimpuls darf die Werte 0,1,2,3 und 4 annehmen. Dass Programm liefert dann durch Lösen der Differentialgleichung eine entsprechende Wellenfunktion. Aber nur bei wenigen, ganz speziellen Energiewerten ergeben sich Funktionen, die gegen Null konvergieren und damit physikalisch sinnvolle Lösungen der Differentialgleichung darstellen. Diese Energiewerte werden Eigenwerte der Differentialgleichung genannt und entsprechen den vom Bohrschen Atommodell bekannten Energien des Wasserstoff-Termschemas.

Die Strahlung von Röntgenröhren kann sehr unterschiedlich ausfallen. Die Spektren sind abhängig vom Anodenmaterial der Röhre, der Beschleunigungsspannung, dem Röhrenstrom und den verwendeten Filtermaterialien.

Dieses downloadbare (Windows-)Programm berechnet Röntgenspektren unter Berücksichtigung all dieser Faktoren. Dabei werden die Spektren so dargestellt, als wären sie durch die Drehkristallmethode aufgenommen worden. Das Spektrum erster Ordnung wird bei diesem Verfahren stets von den Spektren höherer Beugungsordnungen überlagert. Das Programm ermöglicht aber auch die Übertragung der Drehkristall-Spektren auf eine Wellenlängen- oder Energieskala, wobei die höheren Beugungsordnungen dann unberücksichtigt bleiben.

Die Themenseite rund um Blitze bietet vielfältiges Material, Videos und für Lerner geeignete Erklärungen.

Das Video von Prof. Dr. Stefan Heusler, Uni Münster erläutert anschaulich und schülergerecht die Unschärferelation von Heisenberg.

Katze und Uhu erklären die grundlegenden Quanteneffekte. Der Helmholtz-Wissenschaftscomic erscheint einmal im Monat.

Die Unterrichtseinheit vermittelt grundlegende Informationen zum Thema Elektromobilität. Darin setzen sich die Schülerinnen und Schüler mit den Vorteilen von Elektrofahrzeugen als auch mit künftigen Herausforderungen im Bereich Elektromobilität auseinander.

Die hier vorgestellten Videos sind Teil des Projektes "U2: Quantenspiegelungen" vom Institut für Didaktik der Physik der Universität Münster. Mathematisch fundierte Visualisierungen eröffnen Schritt für Schritt einen Zugang zu moderner Atomphysik – vom Wasserstoffatom bis zum Periodensystem der Elemente.

Die hier vorgestellten Videos sind Teil des Projektes "U2: Quantenspiegelungen" vom Institut für Didaktik der Physik der Universität Münster. Mathematisch fundierte Visualisierungen eröffnen Schritt für Schritt einen Zugang zu moderner Atomphysik – vom Wasserstoffatom bis zum Periodensystem der Elemente.

In dieser Unterrichtseinheit zur Quantenmechanik wird anhand einer Auseinandersetzung mit dem Leben und Wirken des Physikers und Nobelpreisträgers Werner Heisenberg die Quantenmechanik auf einfache und auf das reale Leben abbildbare Weise eingeführt. Die Unterrichtsmaterialien können auf Deutsch und auf Englisch (für den englisch-bilingualen Unterricht) heruntergeladen werden.

Diese Lernaufgabe der iMINT-Akademie Berlin zum übergreifenden Thema „Verbraucherbildung“ beschäftigt sich mit den Energiekosten beim Gebrauch von elektrischen Geräten und soll einen Beitrag zur Entwicklung der Schülerinnen und Schüler hin zu einem verantwortungsvollen Umgang mit Ressourcen leisten.
Zur Erarbeitung des Themas stehen verschiedene Material- und Hilfekarten zur Verfügung. Als Lernprodukt entsteht ein Lernplakat.
Die Lernaufgabe orientiert sich an den Standards der iMINT-Akademie Berlin. Sie bietet den Schülerinnen und Schülern vielseitige Zugänge, beachtet sprachsensible Aspekte, schafft Raum für forschend-entdeckendes, individualisiertes Lernen, enthält Schülerexperimente und nutzt mediale IT-Unterstützung für flexible, individualisierte Lernansätze.

Das Video ist ein Makervideo für einen Metalldetektor nach dem BFO-Prinzip.

Informative, aktuelle und übersichtliche interaktive Grafiken des Frauenhofer Instituts rund um die Stromerzeugung in Deutschland. Auch die zeitliche Entwicklung verschiedener Energieträger kann mit Hilfe der Grafiker sehr gut deutlich gemacht werden.