Naturwissenschaften

Licht als Fotonenströmung - RCL "Fotoeffekt"

Veröffentlicht am 05.03.2009
  • Sekundarstufe II
  • etwa 4 Stunden
  • Arbeitsmaterial, Arbeitsblatt, Lernkontrolle, Thematischer Hintergrund, Experiment
  • 1 Arbeitsmaterial

Schülerinnen und Schüler experimentieren per Fernsteuerung mit einem traditionellen Lehrerdemonstrationsexperiment zur Erarbeitung des Fotonenmodells des Lichts. Die qualitative und quantitative Untersuchung des Fotoeffekts ist aufgrund seiner historischen und physikalischen Bedeutung ein fester Bestandteil des Physikunterrichts der Sekundarstufe II.

Didaktisch-methodischer Kommentar

Wellen- und Fotonenmodell des Lichts sind in ihrer Struktur sehr unterschiedlich: Ist beim Wellenmodell die Lichtenergie über den Raum verteilt, abhängig von der Amplitude und unabhängig von der Frequenz der elektromagnetischen Welle, so ist beim Fotonenmodell die Lichtenergie in einzelnen Fotonen konzentriert und frequenzabhängig. Schülerinnen und Schüler mit dem Fotoeffekt vom Wellen- zum Fotonenmodell zu führen, ist nicht einfach: Anhand eines Versuchs sollen relevante experimentelle Ergebnisse gewonnen und als im Wellenmodell nicht erklärbar erkannt werden. Das Fotonenmodell wird eingeführt und der Fotoeffekt damit erklärt. Die Unterrichtseinheit folgt diesem Weg und versucht die genannten Schritte zum besseren Verständnis für die Lernenden möglichst klar gegeneinander abzugrenzen. Das RCL "Fotoeffekt", eine Tabelle und Aufgaben sind dazu die wichtigsten Medien und Materialien dieser Unterrichtseinheit.

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Vermittelte Kompetenzen

Die Schülerinnen und Schüler sollen

  • qualitative Experimente zum Fotoeffekt deuten können.
  • Hypothesen zum Zusammenhang zwischen Größen des eingestrahlten Lichts und Größen der ausgelösten Elektronen formulieren.
  • den Zusammenhang zwischen der Energie der Elektronen und der Frequenz beziehungsweise der Intensität des Lichts mit dem RCL "Fotoeffekt" untersuchen.
  • begründet angeben können, welche Versuchsergebnisse zum Fotoeffekt sich im Wellenmodell nicht erklären lassen und wie diese im Fotonenmodell erklärt werden.
  • technisch-physikalische Anwendungen des äußeren und inneren Fotoeffekts kennen lernen.

Kurzinformation zum Unterrichtsmaterial

ThemaFotoeffekt und Fotonenmodell des Lichts
AutorSebastian Gröber
FachPhysik
ZielgruppeSekundarstufe II
Zeitraumetwa 4 Stunden
Technische VoraussetzungenComputer mit Internetanschluss in der Schule oder zuhause, javafähiger Browser
SoftwareTabellenkalkulationsprogramm (zum Beispiel Excel), Computeralgebrasystem (zum Beispiel Maple) oder spezielles Datenanalyseprogramm (zum Beispiel Origin) für die Hochschule

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