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.
Elektron als Welle - RCL „Elektronenbeugung“
Schülerinnen und Schüler entdecken die Welleneigenschaft des Elektrons beim Experimentieren mit einem Remotely Controlled Laboratory (RCL).

Beschreibung der Unterrichtseinheit
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
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rcl_elektronenbeugung.zip
Alle Materialien: Unterrichtseinheit zum RCL, Aufgabensammlung zur Elektronenbeugung, Auswertung des Beugungsmusterbildes und der Messdaten
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.
Internetadresse
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Elektronenbeugung auf dem RCL-Portal
Das RCL finden Sie auf dem RCL-Portal der Fakultät für Informatik der Universität der Bundeswehr München unter "RCLs" - "Elektronenbeugung". Unter "Labor" können Sie das Experiment starten.
Zusatzinformationen
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Links und Literatur zum Thema
Webseiten mit für Schülerinnen und Schüler verständlichen Informationen zum Thema Elektronenbeugung, interaktive Java-Applets und Simulationen
Kurzinformation zum Unterrichtsmaterial
Thema | Elektronenbeugung - das Elektron als Welle |
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Autor | Sebastian Gröber |
Fach | Physik |
Zielgruppe | Sekundarstufe II |
Zeitraum | 2-3 Stunden |
Technische Voraussetzungen | Computer mit Internetanschluss in der Schule oder Zuhause, javafähiger Browser |
Software | Bei der Messung der Ringradien kommen ein Zeichenprogramm (zum Beispiel Paint) und ein Tabellenkalkulationsprogramm (zum Beispiel Excel) zum Einsatz. |