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Photoeffekt

Grundkurs

Laut Kernlehrplan sollen Schülerinnen und Schüler im Grundkurs am Ende der Qualifikationsphase im Inhaltsfeld "Quantenobjekte" in Bezug auf den Photoeffekt folgende Kompetenzen beherrschen, die sich direkt auf den Photoeffekt beziehen oder mit ihm in Verbindung gebracht werden können:

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • demonstrieren anhand eines Experiments zum Photoeffekt den Quantencharakter
    von Licht [IBE Aufbau der Messapparatur],
  • bestimmen [im Zusammenhang mit dem Photoeffekt] den Zusammenhang von Energie, Wellenlänge und
    Frequenz von Photonen sowie die Austrittsarbeit der Elektronen [IBE Planck'sche Konstante],
  • untersuchen, ergänzend zum Realexperiment, Computersimulationen zum Verhalten von Quantenobjekten [Kondensatormethode vs. Gegenfeldmethode],
  • zeigen an Beispielen die Grenzen und Gültigkeitsbereiche von Wellen- und Teilchenmodellen für Licht und Elektronen auf. 

Die Behandlung des Photoeffekts im Grundkurs schließt sicher die ggf. gegenüber dem Leistungskurs reduzierte, aber nicht vollständig verzichtbare Ansprache der weiteren vom Kernlehrplan für den Leistungskurs benannten Ziele mit ein:

  • erläutern den Widerspruch der experimentellen Befunde zum Photoeffekt zur klassischen
    Physik und nutzen zur Erklärung die Einstein’sche Lichtquantenhypothese,
  • ermitteln aus den experimentellen Daten eines Versuchs zum Photoeffekt das
    Planck’sche Wirkungsquantum [IBE Planck'sche Konstante],
  • legen am Beispiel des Photoeffekts und seiner Deutung dar, dass neue physikalische
    Experimente und Phänomene zur Veränderung des physikalischen Weltbildes
    bzw. zur Erweiterung oder Neubegründung physikalischer Theorien und Modelle
    führen können.

Leistungskurs

Laut Kernlehrplan sollen Schülerinnen und Schüler im Leistungskurs am Ende der Qualifikationsphase im Inhaltsfeld "Quantenphysik" folgende Kompetenzen beherrschen, die sich direkt auf den Photoeffekt beziehen:

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • erläutern den Widerspruch der experimentellen Befunde zum Photoeffekt zur klassischen
    Physik und nutzen zur Erklärung die Einstein’sche Lichtquantenhypothese,
  • ermitteln aus den experimentellen Daten eines Versuchs zum Photoeffekt das
    Planck’sche Wirkungsquantum [IBE Planck'sche Konstante],
  • deuten die Entstehung der kurzwelligen Röntgenstrahlung als Umkehrung des
    Photoeffekts,
  • legen am Beispiel des Photoeffekts und seiner Deutung dar, dass neue physikalische
    Experimente und Phänomene zur Veränderung des physikalischen Weltbildes
    bzw. zur Erweiterung oder Neubegründung physikalischer Theorien und Modelle
    führen können,
  • Die Schülerinnen und Schüler beschreiben und erläutern Aufbau und Funktionsweise von komplexen Versuchsaufbauten (u. a. zur h-Bestimmung und zur Elektronenbeugung) [IBE Aufbau der Messapparatur].

IBE

IBE

IBE

SIM

IBE

IBE

Verfügbare Materialien

             RE: eigenes Realexperiment / IBE: Interaktives Bildschirmexperiment / ME: Experiment im Modell
             SIM: Simulation / VID: Video (-auswertung)

 

 
 

GK

LK

Einfluss des Kathodenmaterials und Planck'sche Konstante

Mit diesem IBE kann untersucht werden, inwieweit unterschiedliche Kathodenmaterialien die maximale Geschwindigkeit der ausgelösten Elektronen bei ein- und derselben Wellenlänge des eingestrahlten Lichts beeinflussen.
Darüber hinaus ermöglicht das IBE anhand mehrerer Photozellenmaterialien die Messung der jeweiligen Einstein-Geraden, anhand derer man die Planck'sche Konstante ermitteln kann.

Strukturmap: Die Quantenobjekte Elektron und Photon

Diese Seite enthält eine Art Mindmap zur Übersicht und Einordnung der Gemeisamkeiten der beiden Quantenobjekte Elektron und Photon.

Vermischte Aufgaben zum Photoeffekt

Diese Seite enthält Aufgaben mit unterschiedlichen Inhalten und Thematiken aus dem gesamten Bereich der in diesem tet.folio bereitgestellten physikalischen Inhalte zum Photoeffekt.

Vergleich Kondensatormethode vs. Gegenfeldmethode

Es wird die zweite in der Schulphysik geläufige Methode zur quantitativen Messung zum Photoeffekt vorgestellt: die Gegenfeldmethode, bei der die Bestimmung der kinetischen Energie der ausgelösten Elektronen über die Anpassung einer Gegenspannung erfolgt.

IBE

ME

Exkurs: Abbildung mit Sammellinse

Das IBE stellt erlaubt, eine Perl-Eins mittels dreier Sammellinsen mit verschiedenen Brennweiten auf eine Mattscheibe abzubilden, wenn Perl-Eins und Mattscheibe einen festen Abstand voneinander haben.

Exkurs: Aufladekurve eines Kondensators

Mit Hilfe eines zuvor bearbeiteten IBE kann an dieser Stelle die Aufladekurve des Kondensators im Elektrometerverstärker experimentell ermittelt werden und mit der theoretisch herleitbaren verglichen werden.

SIM

Exkurs: Informationen zum Licht der Sonne

Auf dieser Informationsseite geht es um das Licht der Sonne, das darin enthaltene UV-Licht und um wichtige Strahlungsgesetze.

SIM

ME

Exkurs: Spektrale Aufspaltung des sichtbaren Lichts mit Prisma und Gitter

Hier werden verschiedene Methoden der Aufspaltung des Lichts in
einzelne Farben gegenübergestellt: mit Prisma, Gitter und Farbfilter.

Einfluss der Wellenlänge bzw. der Frequenz des eingestrahlten Lichts

Das IBE zeigt - innerhalb des sichtbaren Bereichs des Farbspektrums - die Existenz einer Einsatzschwelle, ab der aus dem Kathodenmaterial einer Photozelle Elektronen herausgelöst werden können.

Einfluss der Intensität des eingestrahlen Lichts

Das IBE erlaubt, das zeitliche Verhalten der Aufladung eines Kondensators infolge auftretenden Photoeffekts in der Photozelle bei zwei unterschiedlichen Beleuchtungsstärken zu erfassen.

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Exkurse

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Übersicht

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Zwei Messmethoden im Vergleich

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Die grundlegenden Experimente

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