3 Materialien
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.
Mit der Kompaktanordnung zur h-Bestimmung von Leybold untersuchen Ihre Schüler*innen die Abhängigkeit der aus einer Kalium-Fotozelle herausgelösten kinetischen Energie von Elektronen in Abhängigkeit der Lichtfrequenz von Farben einer Quecksilber-Dampflampe. [ Es kann aber auch eine andere Anordnung oder eine Simulation verwendet werden. ]Die aufgenommenen Datenpunkte ergeben eine Gerade im Frequenz-Energie Diagramm, deren beschreibende Funktionsvorschrift als Einstein-Gleichung bekannt ist. Ihre Lernenden schlussfolgern, dass die Energie des Lichts offenbar von ihrer Frequenz abhängt und lernen die Grenzfrequenz als Schwelle zur Auslösung des Fotoeffekts kennen.
Klassenstufen: Q1 (11./12. Jhg.), Q2 (12./13. Jhg.)
Um die Energieabhängigkeit beim Fotoeffekt quantitativ untersuchen zu können, lernen Ihre Schüler*innen vorab den Aufbau mit Fotokathode, Ringanode und Kondensator kennen. Mithilfe ihrer Kenntnisse aus dem zuvor durchgeführten Hallwachs-Versuch und einem informierenden Text zu Grundbegriffen der Elektrizitätslehre (Stromkreis, Stromstärke, Spannung), sowie den nötigen Grundlagen zum Verständnis eines Kondensators, erklären Ihre Lernenden die Idee zur Bestimmung der frequenzabhängigen Energie des Lichts mithilfe der Gegenfeldmethode selbstständig.
Klassenstufen: Q1 (11./12. Jhg.), Q2 (12./13. Jhg.)
Mithilfe eines Oberstufen-Schulbuchtextes stellen Ihre Schüler*innen angeleitet durch Leitfragen fest, dass sich Licht wie bspw. die als elektromagnetische Strahlen bekannten Radiowellen verhalten: Beide zeigen die selben Brechungs- und Reflexionseigenschaften und lassen sich polarisieren. Ihre Lernenden folgern, dass es sich auch bei Licht um eine elektromagnetische Wellen handeln muss.
Klassenstufen: Q1 (11./12. Jhg.), Q2 (12./13. Jhg.)
Ihre Lernenden untersuchen mithilfe einer online verfügbaren Geogebra-Simulation die durch Interferenz von weißem Licht an einem optischen Gitter entstehenden Farbspektren in verschiedenen Ordnungen. Sie erklären die Entstehung der Spektren und führen Berechnungen zur Lage und Breite der Spektren sowie zur Wellenlänge einzelner Farben durch. Ihre Schüler*innen erläutern mithilfe der auf diesem Arbeitsblatt zu verwendenden Formeln den Einfluss der Gitterkonstante und des Schirmabstandes auf das Interferenzbild.
Klassenstufen: Q1 (11./12. Jhg.), Q2 (12./13. Jhg.)
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