Klassenstufen 11 bis 13

Fallen

Experimentierkoffer mit Analogieexperimenten zum Thema Teilchenfallen in der Atom- und Quantenphysik (GFS)

Kurzbeschreibung

Teilchenfallen sind ein Hilfsmittel der Experimentalphysiker*innen, mit deren Hilfe es möglich ist „Teilchen“ frei und stabil schweben zu lassen. Während in „echten“ Teilchenfallen mikroskopische Teilchen (Atome, Ionen, Elektronen,…) gefangen werden, fangen die Fallen im Koffer makroskopische Teilchen.

Als Einstieg in das Thema wird dabei auf die Atomuhr eingagengen. Zielgruppe sind Oberstufenschüler*innen, die sich den Koffer bei uns im Rahmen einer GFS (Gleichwertige Feststellung von Schülerleistungen) zur selbständigen Ausarbeitung und Präsentation vor ihrer Klasse ausleihen oder Lehrer*innen, die die Experimente in den Unterricht einbinden möchten.

Zielgruppe

Klassen 11 und 12
und Lehrer*innen

Ausleihdauer

1 Woche oder nach
Absprache.

Einführung

in die Versuche für
Interessierte auf Nachfrage

Ausleihe

Stationen und Lernziele

Folgende Fallen sind im Koffer enthalten:

Paulfalle - Mit einem elektrischen Wechselfeld können elektrisch geladene Teilchen gefangen und gespeichert werden. Eine Analog-Experiment und ein Real-Experiment sind im Koffer enthalten.
Levitron - Ein magnetischer Kreisel hält sich durch seine Drehung in einem statischen Feld.
Diamagnetisches Schweben - Eine Graphitplatte wird von starken magnetischen Nord- und Südpolen abgestoßen. Es entstehen Gleichgewichtspositionen, in denen sich die Platte halten kann.
Geregeltes Schweben (schwebender Globus) - Mittels eines Magnetischen Feldes wird eine magnetische Kugel gegen die Schwerkraft nach oben gedrückt.

Die Schüler*innen erarbeiten sich selbständig ein Themengebiet der elektrischen und magnetischen Felder. Sie können die Analogversuche im Fallenkoffer auf Anwendungen in der aktuellen physikalischen Forschung übertragen. Sie lernen wie die makroskopischen Fallen funktionieren und wenden beispielsweise ihr Wissen zu elektrischen Feldlinien auf die Teilchenbewegung in der Paulfalle an. Den Unterschied von makroskopischen Fallen im Koffer und Fallen für Atome oder Elementarteilchen können sie von ihren Kenntnisse über die Struktur der Materie und den Aufbau des Atoms ableiten.

Vorwissen

Die Schüler*innen können mit dem elektrischen und magnetischen Feldbegriff umgehen. Die Begriffe "Ferro-" und "Diamagnetismus" sollten bekannt sein. Außerdem verstehen sie das bohrsche und das eventuell das quantenmechanische Atommodell.

Anknüpfung an den aktuellen Bildungsplan

Die Schüler*innen vertiefen und erweitern ihre physikalischen Kompetenzen in einem Themengebiet der elektrischen und magnetischen Felder selbstständig. Dabei vertiefen sie die Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen magnetischen, elektrischen und Gravitationsfeldern.

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