Kurzbeschreibung:

Mit dem hier durchzuführenden Versuch bestätigten 1913 Franck und Hertz das von Niels Bohr entwickelte Bohr’sche Atommodell.

Durch Stoßionisation zwischen Elektronen und Gasatomen in einer Röhre lässt sich die Absorption bestimmter Energiewerte beim Stoß nachweisen. Diese Tatsache ist ein Beleg für die Quantelung von Energiezuständen in Atomen.

Durch diesen relativ einfachen Versuch können Schüler das zum Atommodell theoretisch Erlernte experimentell nachweisen. Der Begriff der Quantelung von Energiezuständen wird intuitiv zugänglich gemacht. Bei Kenntnis des Planckschen Wirkungsquantums lässt sich zusätzlich die Elementarladung e experimentell bestimmen.

Hinweise zur Versuchsdurchführung für den Lehrer:

Der Versuchaufbau sollte vor Anfang der Stunde vom Versuchsleiter/Lehrer aufgebaut werden, denn es steht bei diesem Experiment nicht im Vordergrund, die Bedienung der verwendeten Geräte zu verstehen, sondern die Prozesse zu beobachten, Daten zu messen und zu verstehen.

Im Wesentlichen geht es in diesem Versuch um die Bestimmung der Ionisierungsenergie von Quecksilberatomen und um die Quantisierung energetischer Zustände von gebundenen Elektronen.

Klassenstufe: 12. Klasse

Thema: Quantenobjekte und Struktur der Materie

Vorwissen: Atommodell, diskrete Energiezustände von Elektronen

Anzahl der Schüler: 2-3 Schüler je Versuchsanordnung (in der Universität: max. 10)

Kurzbeschreibung:

Aus der Technik, die wir jeden Tag benutzen, ist der piezoelektrische Effekt nicht mehr weg zudenken.

Physikalisch stellt er eine Verbindung zwischen Mechanik und Elektrostatik her. Durch mechanischen Druck werden die Ladungsschwerpunkte eines Kristalls so verschoben, dass eine elektrische Spannung abgegriffen werden kann. Umgekehrt kann durch das Anlegen einer elektrischen Spannung eine Veränderung der Länge oder der Breite eines Materials erreichen.

Einfache Anwendungen, wie das elektrische Feuerzeug verdeutlichen, wie der piezoelektrische Effekt funktioniert.

Hinweise zur Versuchsdurchführung:

Klassenstufe: 11. Klasse

Thema: Abschluss des Themas elektrische Felder

Vorwissen:

• Klasse 7: Verformung durch Krafteinwirkung
• Klasse 8: Definition von Strom und Spannung
• Klasse 11: Eigenschaften eines Kondensators, Materie im elektrischen Feld
• Chemieunterricht: Aufbau der Materie

Kurzbeschreibung:

Anhand einer elektrischen Zahnbürste wird den Schülern der Einsatz von elektrischen Bauteilen in Alltagsgegenständen gezeigt und deren Zusammenspiel verdeutlicht. Die Schüler sehen den inneren Aufbau einer elektrischen Zahnbürste und führen Messungen durch. Dieser Versuch ist mit Schülern ab der 9. Klasse durchführbar.

Hinweise zur Versuchsdurchführung für den Lehrer:

Es sollte pro Gruppe ein Stromanschluss zur Verfügung stehen, da die Schüler Messungen an der Zahnbürste vornehmen sollen. Die Schüler bekommen alle nötigen Materialien im Laufe der Veranstaltung von dem Vortragenden ausgeteilt um einem Vorgreifen einzelner Schüler vorzubeugen.

Klassenstufe: ab 9. Klasse

Thema: Physik im Alltag

Vorwissen: elektromotorische Prinzip, Induktion

Anzahl der Schüler: 2-3 Schüler je Versuchsanordnung; (Insgesamt: 20)

Kurzbeschreibung:

Es werden die Grundlagen der Radioaktivität wiederholt und anhand von zwei Experimenten verdeutlicht. Radioaktivität wird mit Hilfe der Nebelkammer sichtbar und mit dem Geiger-Müller-Zählrohr hörbar gemacht. Diese Veranstaltung ist für Schüler ab der 9. Klasse geeignet.

Hinweise zur Versuchsdurchführung für den Lehrer:

Es sollten keine schwangeren Schülerinnen anwesend sein, da radioaktive Präparate verwendet werden!

Klassenstufe: ab 9. Klasse

Thema: Kernphysik

Vorwissen:

• einen Überblick über die im Verlaufe der Geschichte gewonnenen Vorstellungen über den Aufbau der Atome besitzen
• Proton und Neutron als Bestandteile der Atomkerne kennen
• das Wesen und die Eigenschaften radioaktiver Strahlung kennen und Strahlenschutzmaßnahmen begründen können
• Kernreaktionsgleichungen aufstellen und künstliche und natürliche Radioaktivität unterscheiden können
• das Gesetz für den radioaktiven Zerfall einer Substanz und die Besonderheiten statistischer Gesetze kennen
• biologische Wirkungen radioaktiver Strahlung sowie Nutzanwendungen kennen
• wissen, dass radioaktive (ionisierende) Strahlung in unserer Umwelt vorhanden ist
• wissen, dass die Spaltung schwerer Kerne zur Energiefreisetzung führt
• Probleme der Nutzung der Kernenergie kennen und Folgen einschätzen können

Anzahl der Schüler: Klassenstärke

Kurzbeschreibung:

Zu Beginn des 20. Jahrhunderts bestimmte Robert Andrews Millikan mit einem einfachen Experiment die Elementarladung e und stellte weiterhin fest, dass die Ladung eine gequantelte Größe ist.

Hierfür verbesserte er den Aufbau des Öltröpfchenversuch von H.A. Wilson. Für diesen Versuch wurde ihm 1923 der Nobelpreis verliehen. Um Schülern die Bedeutung dieses historischen Experiments zu verdeutlichen, bietet es sich an den Versuch einmal selber durchführen zu lassen.

Hier muss beobachtet werden wie die Tröpfchen herunterfallen und im homogenen elektrischen Feld aufsteigen. Mit dem theoretischen Wissen, das vorher oder parallel erarbeitet wurde bzw. wird, ist es möglich die Elementarladung e selbst zu bestimmen.

Hinweise zur Versuchsdurchführung für den Lehrer:

Der Versuch ist bereits aufgebaut, wenn die Schüler an die Uni kommen. Wenn die Schule die Möglichkeit hat es im eigenen Gebäude durchzuführen, dann sollte der Lehrer das Experiment bereits zum Anfang der Stunde aufgebaut haben, da sonst viel Zeit verloren geht, die für die Messungen notwendig ist. Die Schüler müssen sich aber trotzdem mit dem Aufbau vertraut machen. Hauptsächlich sollen die Schüler nachvollziehen, wie es Millikan vor fast einem Jahrhundert geschafft hat die Elementarladung e zu messen.

Klassenstufe: 11./12. Klasse

Thema: Das elektrische Feld, Grundgedanken der Quantenmechanik, Naturkonstanten

Vorwissen:

• Kennenlernen der Reibungskraft als Kraft, die Bewegungen hemmt
• Einfluss des Materials, der Oberflächenbeschaffenheit, der Größe der Berührungsflächen und der Gewichtskraft des Körpers
• Schüler wissen, dass Reibungskräfte auch in Flüssigkeiten und Gasen auftreten, aber kennen die Formel dafür nicht
• Auftrieb (ist als Ergänzungsthema im Rahmenplan, sollte behandelt worden sein)
• Kenntnis der elektrischen Kraft und Feldstärke
• Mathematische Beschreibung von Bahnkurven von Ladungsträgern im homogenen elektrischen Feld
• Schüler können Prinzip des Öltröpfchenversuchs erläutern

Anzahl der Schüler: 3-4 Schüler je Versuchsanordnung, an der Universität max. 12, da drei Versuchsplätze zur Verfügung stehen