Elektron als Welle - RCL „Elektronenbeugung“

  • Astronomie / Physik
  • Sekundarstufe II
  • 2-3 Stunden
  • Ablaufplan, Experiment
  • 1 Arbeitsmaterial

Schülerinnen und Schüler entdecken die Welleneigenschaft des Elektrons beim Experimentieren mit einem Remotely Controlled Laboratory (RCL).

Beschreibung der Unterrichtseinheit

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.

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.
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Vermittelte 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

ThemaElektronenbeugung - das Elektron als Welle
AutorSebastian Gröber
FachPhysik
ZielgruppeSekundarstufe II
Zeitraum2-3 Stunden
Technische VoraussetzungenComputer mit Internetanschluss in der Schule oder Zuhause, javafähiger Browser
SoftwareBei der Messung der Ringradien kommen ein Zeichenprogramm (zum Beispiel Paint) und ein Tabellenkalkulationsprogramm (zum Beispiel Excel) zum Einsatz.

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