Elektrische Felder, Millikan-Versuch und Quantisierung

Ihre Schüler*Innen lernen anhand eines Lernvideos die elektrische Feldstärke E aus der elektrischen Kraft F und der Ladungsmenge Q zu berechnen. Die neuen Erkenntnisse werden anhand eines Beispiels vernetzt und mit einer Übungsaufgabe vertieft.Die Energie im elektrischen Feld lernen sie anhand einer Analogiebetrachtung zum Gravitationsfeld der Erde kennen und leiten selbstständig die zugehörige Formel her.Mit diesem Rüstzeug verstehen sie den Kondensator als Energiespeicher und leiten sich aus der Definitionsgleichung der Spannung die vom Plattenabstand und der elektrischen Feldstärke abhängige Spannung zwischen zwei Kondensatorplatten her.

Klassenstufen: Q1 (11./12. Jhg.), Q2 (12./13. Jhg.)

Ihre Schüler*innen erarbeiten sich zunächst die Theorie zum Millikan-Versuch anhand eines Schulbuchtextes (Schwebe-Fall-Methode, Schwebebedingung Fel = FG) und erstellen Lernplakate. Die Bestimmung der Tröpfchenmasse verstehen die Lernenden rein qualitativ (größere Fallgeschwindigkeit --> größere Masse) und wird später aus der Sinkgeschwindigkeit mittels eines m-v Diagramms ermittelt. Die Theorie hierzu wird auf den Blättern zwar angegeben, aber nicht im Rahmen des Unterrichts behandelt.Anhand einer Simulation auf LEIFIphysik messen die SuS die Schwebespannung und die Fallzeit, aus der sie letztlich Geschwindigkeit, Tröpfchenmasse und Ladungsmenge auf den Tröpfchen bestimmen. Durch die Übertragung der Ergebnisse in ein Tabellenkalkulationsprogramm und der Darstellung der gemeinsamen Resultate m - Q/e Diagramm erkennen Ihre Schüler*innen, dass die ermittelten Ladungsmenge (i) unabhängig von der Tröpfchenmasse ist und (ii) nur als Vielfaches der Elementarladung auftritt. Hieran erkennen Sie erstmals das Konzept der Quantisierung.#edukiknaller2021

Klassenstufen: Q1 (11./12. Jhg.), Q2 (12./13. Jhg.)

Das Konzept quantisierter Größen ist für Schüler*innen nicht immer einfach greifbar. Nach der Bestimmung der Elementarladung mit dem Millikan-Versuch macht dieses Material die Quantisierung durch Alltags- und mathematische Beispiele begreifbar.Zur Vernetzung wird ein Bezug zur Photonentheorie von Einstein hergestellt, bei der Ihren Lernenden bereits die Energiemenge monochromatischen Lichts als quantisierte Größe, die nur als Ganzes absorbiert oder emittiert werden kann, kennengelernt haben.

Klassenstufen: Q1 (11./12. Jhg.), Q2 (12./13. Jhg.)

Ihre Schüler*innen kennen bereits den Millikan-Versuch und wenden die Kenntnisse rund um den mathematischen Formalismus auf diesem Arbeitsblatt an.

Klassenstufen: Q1 (11./12. Jhg.), Q2 (12./13. Jhg.)