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Zentrale Experimente Physik GOSt

StartseiteIonisierende Strahlung radioaktiver Stoffe → Ablenkung von β-Strahlung im Magnetfeld

 

Mit Hilfe des Experiments ist es möglich, das Verhalten von β--Strahlung im Magnetfeld zu untersuchen. Die Position des Geiger-Müller-Zählrohrs kann variiert werden, ebenso die Richtung des Magnetfelds.
Durch Anklicken des orangen "+"-Button unter dem Experiment werden weitere Informationen zu den Experimentiermaterialien angezeigt.

Hinweise zum Aufbau des Experiments / zur Reihenfolge
Zu Beginn müssen die einzelnen Elemente des Experiments in der folgenden Reihenfolge durch Anklicken eingesetzt werden: 1. Kollimator, 2. Papier, 3. Halter für Strahler. Nun wird die Steckplatte vergrößert in der Draufsicht sichtbar.
Der Strahler kann durch Anklicken der blauen Kappe eingesetzt werden, der Magnet wird ebenfalls durch Anklicken eingesetzt. Durch wiederholtes Anklicken können der Strahler bzw. der Magnet wieder aus dem Versuchsaufbau entfernt werden.
Wenn der Magnet ausgebaut ist, kann die Richtung des Magnetfelds duch Anklicken des Vektorsymbols verändert werden. Das Geiger-Mülller-Zählrohr lässt sich durch Schieben verstellen.

  Taschenrechner  

  Stoppuhr  

Falls Hilfsmittel benötigt werden, bitte anklicken
(können dann bei Bedarf verschoben werden).

Ablenkung von β-Strahlung im Magnetfeld

Hinweis: Um brauchbare Messergebnisse zu erhalten, ist zu empfehlen, eine Messzeit von mindestens 60s zu wählen.

Sie finden hier nun zunächst grundlegende Aufgaben zum Experiment, weiter unten finden Sie noch vertiefende Aufgaben.

  1. Erklären Sie, welche Funktion die Pappe und der Kollimator (Bleiplatte mit Loch) hat.
  2. Bestimmen Sie die Nullrate.
  3. Bestimmen Sie nun die (bereinigten) Zählraten für alle möglichen Positionen des Geiger-Müller-Zählrohrs ohne und mit Magnetfeld (nur eine Richtung) und tragen Sie Ihre Messwerte in der Tabelle ein.
  4. Beschreiben Sie das entstehende Diagramm und begründen Sie, warum sich die dargestellte Verteilung ergibt.
  5. Erläutern Sie, wie sich das Diagramm verändert, wenn Sie die Polung der Magneten vertauschen, und überprüfen Sie ihr Ergebnis experimentell.

Vertiefende Aufgaben

  1. Begründen Sie, wie sich das Diagramm verändern würde, wenn der Abstand zwischen den Magneten verringert würde.
  2. Begründen Sie, warum das Experiment mit α-Strahlern nicht ohne weiteres durchgeführt werden kann.
  3. Das Experiment wird mit einem α-Strahler im Vakuum durchgeführt. Begründen Sie, wie sich das Messergebnis bzw. das Diagramm von dem Diagramm des β--Strahlers unterscheiden wird.
    [Hinweis: Auf der Seite von Leifi-Physik finden Sie eine schöne Simulation, bei der Sie die Flugbahn von elektrisch gelandenen Teilchen im B-Feld in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern untersuchen können.]
  4. Schätzen Sie die Geschwindigkeit der am häufigsten vertretenden β--Teilchen dieses Strahlers ab (d. h. für den Winkel mit der maximalen Zählrate).
    Hilfsmittel:
    - IBE zur Abschätzung der Stärke des B-Feld
    - GeoGebra Datei zur Bestimmung des Bahnradius (siehe unten)
    Bewerten Sie Ihr Ergebnis möglichst differenziert.
    Erläutern Sie, was Sie verändern würden, wenn Sie ein mögliches exaktes β--Spektrum (Intensität in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit bzw. kinetischen Energie der β--Teilchen) aufnehmen wollten.

Tipp Aufg. 4

Tipp Aufg. 4

Tipp Aufg. 1

Tipp Aufg. 2+3

  • Denken Sie daran, dass Sie nur β--Strahlen untersuchen wollen.
  • Beachten Sie, dass der Strahlerstift die Strahlung in einem relativ großen Öffnungswinkel aussendet.
  • Denken Sie daran, die Kappe vom Zählrohr zu entfernen.
  • Messen Sie möglichst lange, damit die statistischen Schwankungen geringer ausfallen.
  • Denken Sie an die Lorentzkraft.
  • Erinnern Sie sich an die Drei-Finger-Regel.
  • Beachten Sie das Vorzeichen der Ladung der Strahlung, damit Sie die richtige Hand für die Drei-Finger-Regel verwenden.
  • Überlegen Sie, was Sie bei der Anwendung der Drei-Finger-Regel verändern müssen, wenn sich die Richtung des Magnetfelds verändert.

Tipp Aufg. 3

Tipp Aufg. 4

Tipp Aufg. 1

Tipp Aufg. 2

  • Überlegen Sie, welche Größe sich verändert, wenn der Abstand von zwei Permanentmagneten kleiner wird.
  • Erinnern Sie sich an die Formel für die Lorentzkraft auf einen freien, bewegten Ladungsträger.
  • Überlegen Sie, welchen Einfluss eine größere Lorentzkraft auf die Bahnkurve hat.
  • Erinnern Sie sich an die Eigenschaften von α-Strahlen.
  • Denken Sie an die Reichweite von α-Strahlen.
  • Beachten Sie, wie α-Teilchen und β--Teilchen geladen sind.
  • Achten Sie nicht nur auf das Vorzeichen der Ladung, sondern auch auf den Betrag.
  • Worin unterscheiden sich α-Teilchen und β--Teilchen noch? Welchen Einfluss haben diese Unterschiede auf die Flugbahn?
  • Alle entscheidenden Parameter / Unterschiede können Sie mit der angegebenen Simulation untersuchen.
  • Typische Geschwindigkeiten von β--Teilchen sind Ihnen bestimmt bekannt.
  • Beachten Sie auch die Ausrichtung des Detektors bei der Bewertung des Ergebnisses bzw. bei der Beschreibung einer Versuchsdurchführung zur Aufnahme eines β--Spektrums.

Tipps

Tipps

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-

+

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AC

 

Orientierung des Magnetfelds durch Anklicken des Vektorsymbols umkehren

Quellen nach Zusammensetzen des Versuchsaufbaus durch Anklicken in Halter einsetzen oder entfernen

Experimentiermaterial in der richtigen Reihenfolge einsetzen:
1. Kollimator (Bleiplatte mit Loch)
2. Papier
3. Halter für Strahler

Bitte "." bei Dezimalzahlen als Trennzeichen verwenden
und Nullrate subtrahieren.



Ergebnisse der Aufgaben 3 und 5

Lautsprecher AN/AUS

Messung durch START/STOP

Messwerte werden automatisch gespeichert. Abrufen mit <>.

Frontplatte des Digitalzählers durch Anklicken vergrößern. Dann wird er bedienbar.

Messmodi COUNTS durch oder RATE (1 s bis 60 s Torzeit) Wählbar.

S

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