Relativität und Quantenphysik für das Lehramt Physik

Dieses Lehrbuch bietet einen speziell für Studierende des Lehramts Physik konzipierten Grundkurs in Quantenphysik und spezieller sowie allgemeiner Relativitätstheorie. Die Rechenwege werden besonders ausführlich und detailliert dargestellt, um eine breite Leserschaft anzusprechen. Es werden keine mathematischen Vorkenntnisse über das Abiturniveau oder übliche Vorkurse hinaus vorausgesetzt.

Alle notwendigen Herleitungen und Berechnungen erfolgen auf dem Niveau eines Physikstudiums, jedoch wird berücksichtigt, dass nicht immer ausreichend Zeit oder Erfahrung vorhanden ist, um alle Rechenschritte selbstständig nachzuvollziehen. Daher wird auf Formulierungen wie wie man leicht sieht verzichtet.

Bei der Themenauswahl wurde besonders auf die Interessen der Schülerinnen und Schüler eingegangen. Auch auf spannende Themen, die oft durch Science-Fiction in den Medien vorbereitet werden, wird fachlich fundiert eingegangen. Um zu solchen Themen Auskunft geben oder selber Recherchen durchführen zu können, wird auch die allgemeine Relativitätstheorie in den Lehrstoff integriert. Themen wie Raum-Zeit, Raumkrümmung, dunkle Materie und Schwarze Löcher werden durch nachvollziehbare Rechnungen zugänglich gemacht.

Autorentext

Dr. Michael Himpel ist Dozent der Experimentalphysik an der Universität Greifswald. Er ist verantwortlich für die Planung und Durchführung von Praktika, Vorlesungen und Übungen ausschließlich für Studierende des Studienganges Lehramt Physik und konnte darum viel Erfahrung zum Vorwissen, den Lernfortschritten und Lernproblemen sammeln.

Inhalt

I Einleitung.- 1 Vowort.- 2 Zielgruppen.- 3 Mathematische Grundlagen.- II Entwicklung der Atommodelle.- 4 Historische Atommodelle.- 5 Daltonsches Atommodell.- 6 Thomsonsches Atommodell.- 7 Rutherfordsches Atommodell.- III Der Weg zur Quantenphysik.- 8 Widersprüche der klassischen Physik.- 9 Wellenbeschreibung des Lichtes als EM-Welle.- 10 Photoelektrischer Effekt.- 11 Röntgenstrahlung.- 12 Compton-Effekt.- 13 Zusammenfassung: Welle-Teilchen Dualismus.- 14 De Broglie Wellenlänge.- 15 Heisenbergsche Unbestimmtheitsrelation.- 16 Alternative Deutungen der Quantentheorie. - IV Quantenphysik. - 17 Bohrsches Atommodell. - 18 Quantisierung des Drehimpulses. - 19 Atomspektren. - 20 Stabilität der Atome. - 21 Franck-Hertz-Versuch. - 22 Schrödingergleichung.- 23 Anwendungen der stationären SGL.- 24 SGL für das Wasserstoffatom.- 25 Messprozess in der QM.- 26 Exkurs: Operatoren in der QM.- 27 Quantenobjekte in der Schule.- V Relativität.- 28 Einführung.- 29 Spezielle Relativitätstheorie.- 30 Allgemeine Relativitätstheorie.- VI Exotisches.