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Beim sogenannten Hallwachs-Versuch zeigen sich erstmals Schwierigkeiten mit der zuvor erarbeiteten Wellentheorie von Licht: Bei der Bestrahlung einer Zinkplatte mit dem Licht einer Quecksilber-Dampflampe wird das mit der Zinkplatte verbundene Elektroskop entladen. Jedoch tritt der selbe Effekt nicht ein, wenn eine Glasplatte zwischen Hg-Lampe und Elektroskop platziert oder wird.
Die Erklärung dafür ist, dass der UV-Anteil der Hg-Lampe durch die Glasscheibe herausgefiltert wird und für das Herauslösen von Elektronen, den sogenannten Fotoeffekt, verantwortlich ist. Im Wellenbild sollte jedoch die Lichtenergie quadratisch mit zunehmender Amplitude steigen und nicht von der Lichtfarbe, also dessen Wellenlänge oder Frequenz, unabhängig sein.
Die Bestrahlung des geladenen Elektroskops mit einer starken Lichtquelle ohne UV-Anteil zeigt, dass auch eine große Lichtwellenamplitude nicht zur Auslösung des Fotoeffekts führt. Die Lichtenergie wächst also nicht mit zunehmender Amplitude sondern mit abnehmender Wellenlänge bzw. zunehmender Frequenz. Das ist ein Problem für die Modellvorstellung "Lichtwelle" und der kognitive Konflikt führt Ihre Schüler*innen auf den Pfad zur Photonentheorie.
In dieser Unterrichtsreihe zur Teilcheneigenschaft von Licht erkennen Ihre Schüler*innen zunächst beim Hallwachs-Versuch, dass die Lichtenergie unabhängig von der Amplitude ist - im Widerspruch zum Wellenmodell - und stattdessen von der Lichtfarbe (Wellenlänge/Frequenz) abhängt.Bei der Untersuchung des Fotoeffekts im Experiment und einer Simulation finden Ihre Lernenden die Einstein-Gleichung und interpretieren die Beobachtungen im Rahmen der Photonentheorie auf natürliche Weise, was dem Wellenbild versagt geblieben ist.
Klassenstufen: Q1 (11./12. Jhg.), Q2 (12./13. Jhg.)
Dieses Materialpaket kombiniert die beiden Unterrichtsreihen zu Licht als elektromagnetischer Welle und als Photonenstrom.Ihre Schüler*innen lernen die wellenartige Ausbreitung anhand der Phänomene Beugung und Interferenz beim Doppelspaltexperiment von Thomas Young kennen und vertiefen dieses Verständnis mit Experimenten am optischen Gitter.Der Hallwachsversuch zeigt die Grenzen des Wellenmodells bei der Bestrahlung einer Zinkplatte mit Licht einer Quecksilberdampflampe auf und löst das Problem mit der Einstein'schen Photonentheorie als Interpretation der Einstein-Gleichung, die sich bei der Untersuchung des Fotoeffekts mit einer Fotozelle ergibt.
Klassenstufen: Q1 (11./12. Jhg.), Q2 (12./13. Jhg.)
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