Elektron als Welle - RCL "Elektronenbeugung"

Beschießt man ein Plättchen aus Graphit mit beschleunigten Elektronen, dann beobachtet man auf einem Fluoreszenzschirm ein Muster aus konzentrischen Ringen. Das Erstaunliche dabei ist, dass mit dem "Materieteilchen" Elektron von der Struktur her die gleichen Beugungsmuster erzeugt werden wie mit elektromagnetischen Wellen (Röntgenstrahlung). Mit dem RCL "Elektronenbeugung" können Schülerinnen und Schüler dieses Phänomen im Vergleich zum traditionellen Unterricht in einem ersten Schritt eigenständiger und ohne den lenkenden Einfluss der Lehrkraft entdecken und beginnen, es zu verstehen.

Kompetenzen

Die Schülerinnen und Schüler sollen

• Kenntnisse zur Röntgenbeugung an polykristallinen Kristallen im Versuch zur Elektronenbeugung anwenden.
• erkennen, dass Elektronen Welleneigenschaften zugeordnet werden können.
• ihre Arbeitsergebnisse an der Tafel oder mit einer PowerPoint-Präsentation vorstellen.

Kurzinformation zum Unterrichtsmaterial

Didaktisch-methodischer Kommentar

Wie die Mehrzahl der Oberstufenversuche muss auch der Versuch zur Elektronenbeugung als Lehrerdemonstrationsexperiment mit eingeschränkten Beteiligungsmöglichkeiten der Schülerinnen und Schüler durchgeführt werden. Bei der Elektronenbeugung kommt hinzu, dass das Phänomen den Lernenden nicht bekannt ist und es ihnen schwer fällt, bisher klassisch betrachtete Materieteilchen als Welle zu beschreiben. Zwischen der Lehrkraft und den Schülern entsteht so häufig eine einseitige 1:n-Kommunikation, in der einseitig Informationen an andere verteilt werden. Diese Unterrichtseinheit soll durch zwei methodische Maßnahmen eine lernförderlichere Umgebung schaffen:

• Das Debye-Scherrer-Verfahren wird vor der Elektronenbeugung am Beispiel des polykristallinen Graphits behandelt (siehe Lernvoraussetzungen). Dadurch liegt der Fokus des Versuchs zur Elektronenbeugung auf dem Erkennen und Verstehen der Welleneigenschaft des Elektrons. Weiterhin kann das Debye-Scherrer-Verfahren von den Schülerinnen und Schülern vertiefend angewendet werden.
• Die Lernenden beobachten die Elektronenbeugung zum ersten Mal nicht gemeinsam im Kurs, sondern individuell (gegebenenfalls in Kleingruppen mit Mitschülerinnen und Mitschülern) mit dem RCL am heimischen Rechner. Dadurch haben sie Gelegenheit sich eigenständig, im eigenen Lerntempo und ohne den direkt-lenkenden Einfluss der Lehrperson mit dem Phänomen auseinanderzusetzen.

• Hinweise zum Unterrichtsverlauf und Materialien
  Lernvoraussetzungen, Unterrichtsverlauf, Steckbrief des RCLs "Elektronenbeugung" und Materialien zur Unterrichtseinheit

Download

Internetadresse

• Elektronenbeugung auf dem RCL-Portal
  Das RCL finden Sie auf dem RCL-Portal der AG Didaktik der Physik an der TU Kaiserslautern unter "Labs/Elektronenbeugung". Im "Labor" steht das Experiment für Sie bereit.

Zusatzinformationen

• Links und Literatur zum Thema
  Webseiten mit für Schülerinnen und Schüler verständlichen Informationen zum Thema Elektronenbeugung, interaktive Java-Applets und Simulationen

Informationen zum Autor

Sebastian Gröber arbeitet in der Physiklehrerausbildung an der TU Kaiserslautern und promoviert zum Thema "Remotely Controlled Laboratories". Er führt Lehrerfortbildungen zum Einsatz digitaler Medien im Unterricht durch.

• Mehr Infos im Autorenverzeichnis
  Hier können Sie Kontakt mit Herrn Gröber aufnehmen. Zudem finden Sie hier eine Liste mit allen Lehrer-Online-Beiträgen des Autors.

Kommentare zu dieser Unterrichtseinheit

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