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Wellenlehre
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Christiaan Huygens arbeitete auf allen Gebieten der Wissenschaft, die in seiner Zeit Interesse erweckten: Astronomie, Optik und Mechanik. Mittels der von ihm entwickelten Theorie zur Wellennatur des Lichts konnte er die Lichtbrechung in Linsen berechnen und so einen Refraktor mit verringerter chromatischer und sphärischer Aberration konstruieren. Neben der Astronomie interessierte sich Huygens auch für die Mechanik. Er formulierte die Stoßgesetze und beschäftigte sich mit dem Trägheitsprinzip und Fliehkräften. Seine Untersuchungen von Pendelbewegungen konnte er zum Bau von Pendeluhren nutzen. Huygens gilt auch als Begründer der Wahrscheinlichkeitsrechnung.

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Der hier vorgestellte Online-Kurs mit interaktiven GeoGebra-Applets bietet variabel einsetzbare Materialien zum Lehren und Erlernen der Grundbegriffe der Wellenlehre. Der Lehrende oder die Lernenden können mithilfe dynamischer Java-Applets, die mit GeoGebra erstellt wurden, gleichsam die Zeit schnell, langsam, vorwärts oder rückwärts laufen lassen und auch anhalten. Parameter wie Amplitude, Frequenz und Phasengeschwindigkeit können kontinuierlich verändert und so deren Einfluss auf die Erscheinung einer Welle beobachtet werden. Material steht zum Download zur Verfügung.

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Im Mittelpunkt dieser Unterrichtseinheit steht ein Webexperiment zur Elektronenbeugung: In der Genese vieler Physikkurse gelangt man über die Wellenlehre zur Quantenphysik und stellt die Beugung und Interferenz von Licht in den Gegensatz zum äußeren Photoeffekt, um den zunächst vermeintlichen Widerspruch zu nutzen um das Interesse der Schülerinnen und Schüler zu wecken. Material steht zum Download zur Verfügung.

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Die Schülerinnen und Schüler erstellen ein einfaches Verlaufsgitter, eine holografische Linse und ein `echtes` Hologramm. Entsprechende Aufgaben regen sie dazu an, die Experimente zu verstehen und ihre Ergebnisse vorherzusagen. Auch ein Simulationsprogramm zur Überlagerung von Elementarwellen kommt zum Einsatz, das den Übergang vom gewohnten Strichgitter zum Hologramm demonstriert. Material steht zum Download zur Verfügung.

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In dieser Unterrichtseinheit werden die Wahrscheinlichkeitswellen von Quantenobjekten hinter einem Doppelspalt per Handzeichnung visualisiert und mit dem gewohnten Interferenzbild klassischer Wellen verglichen. Mehrere Bilder für aufeinander folgende Zustände der sich ausbreitenden Welle lassen sich mithilfe von Präsentationsprogrammen, wie zum Beispiel PowerPoint, zu einer kleinen Animation kombinieren, in der man die Bewegung der Welle und besonders der Wellenzeiger verfolgen kann. Material steht zum Download zur Verfügung.

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Mithilfe der `Simulation einer Wellenwanne` können vielfältige Wellenphänomene, die im Physikunterricht der Sekundarstufe behandelt werden, sehr anschaulich dargestellt werden. Die hier vorgestellte Software gewann beim bundesweiten Klaus Tschira Preis für Jugendsoftware 2003. Material steht zum Download zur Verfügung.