MIT LEIDENSCHAFT SEIT 175 JAHREN: QUALITATIV HOCHWERTIGE AUSBILDUNG
DEMONSTRATIONSVERSUCHE PHYSIK
PHYSIK-EXPERIMENTE, DIE BEGEISTERN
Top 20 Oberstufen-Versuche aus einem Portfolio von über 1200 Experimenten
Maximale Sichtbarkeit mit garantiertem Wow-Effekt
Effizient & sicher
Digitales und interaktives Messen und Auswerten
LEYBOLD DEMONSTRATIONSVERSUCHE
EXPERIMENTE, DIE BEGEISTERN
Top 20 Oberstufen-Versuche aus einem Portfolio von über 1200 Experimenten
Zugeschnitten auf Lehrpläne der Oberstufe
Zentrale Abiturthemen abgedeckt
Didaktisch durchdacht und ausführlich aufbereitet
Maximale Sichtbarkeit mit garantiertem Wow-Effekt
Physikalische Phänomene eindrucksvoll inszeniert
Stabile und präzise Aufbauten für zuverlässige Demonstrationen
Optimierte Software für direkt sichtbare Ergebnisse und maximale Aktivierung
Effizient & sicher
Durchdachte Systemkomponenten für schnellen Aufbau
Reproduzierbare Ergebnisse im Unterrichtsalltag
Robuste LEYBOLD-Qualität für langfristigen Einsatz
Strukturierte und zeitsparende Unterrichtsabläufe
Digitales und interaktives Messen und Auswerten
Volles Potential mit CASSY-Messtechnik
Live-Darstellung von Messwerten im Großformat
Messreihen speichern und flexibel weiterverarbeiten
Mit LEYBOLD ganz einfach:
Komplexe Physik verständlich erklären
Mehr Lernzeit durch zuverlässige Versuche
Messdaten einfach und direkt teilen und auswerten
Inhaltsverzeichnis
ÜBERSICHT
(Aufwand)
einige Schritte bis zur Messung nötig, z.B. Aufbau und Verkabelung
Unsere Messtechnik auf einen Blick
LEYBOLD verbindet leistungsfähige Messgeräte, intelligente Sensorik und didaktisch optimierte Software zu einem nahtlosen Gesamtsystem.
DAS
CASSY-SYSTEM SENSOR
2. MESSGERÄT
1. SOFTWARE
3.
SENSOR‐CASSY 2
MOBILE‐CASSY 2
zwei Messgeräte zur Auswahl
für alle Schulformen und Ansprüche
intuitiv bedienbar, sofort einsatzbereit
präzise Messwerte in Sekunden
robust gebaut für den echten Schulalltag
über 60 Sensoren
für mehr als 110 Messgrössen
automatische Erkennung
über Generationen kompatibel
Messdatenerfassung & Auswertung
Freies Experimentieren
Interaktive Anleitungen
Steuern, Organisieren und Konfigurieren
MESSEN, AUSWERTEN UND STEUERN SOFTWARE
Messungen live verfolgen & auswerten
CASSY APP
Messung vom Mobile-CASSY bequem anzeigenin Browser oder App
vielfältige Darstellungs- und Auswertungsmöglichkeiten
Messreihen einfach aufzeichnen, speichern, laden und vergleichen
Präzises Auswerten - auch interaktiv
CASSY LAB 2
einfache Darstellung oder komplexe Auswertung
Experimente bequem laden, inklusive Einstellungen und Darstellungen
reale Beispielmesswerte sind integriert
vielfältig konfigurierbar
Messung mit QR-Code auf persönlichem Gerät verfolgen, individuell darstellen und speichern
Zugriff sicher - von überall
CASSY CONNECT PRO
zuverlässige Verbindung zwischen Mobile-CASSY und Endgeräten – jederzeit einsatzbereit
direkter Zugriff auf Mobile-CASSY inklusive Messdaten – auch von zuhause aus
praktische Fernsteuerung möglich
Federpendel
Lernziel Die Schwingung eines Federpendels untersuchen und unter Anwendung digitaler Werkzeuge auswerten.
Inhalt Die Auslenkung s einer schwingenden Feder wird in Abhängigkeit von der Zeit t gemessen und ausgewertet. So können verschiedene Einflussgrößen auf die Schwingung untersucht werden. Es wird beobachtet, dass die Periodendauer T abhängig von der angehängten Masse m ist, nicht jedoch von der Auslenkung s0
D1.4.1.3_A
Aufzeichnung der Schwingung eines Federpendels – Aufzeichnung mit Mobile-CASSY
Highlight Die Schwingung wird live mithilfe des Diagramms auf dem Mobile-CASSY verfolgt und daraus können direkt qualitative und quantitative Schlüsse gezogen werden.
Vorteile Motivierend:
+ anschaulicher Einsatz von hilfreichem Sensor
Praktisch:
+ automatische Übertragung der Messwerte ins interaktive Versuchsprotokoll
+ unmittelbare Auswertung im Dokument
LEITFRAGE
Von welchen Größen hängt die Schwingung eines Federpendels ab?
Vorbereitung
Messtechnik Durchführung
Weitere Infos
Schraubenfederpendel
Vorteile + Schülerversuch
+ misst mit einem Messsystem aus dem Alltag der Schülerinnen und Schüler (Stoppuhr)
+ interaktive Versuchsanleitung verfügbar
Weitere Infos
Wellenwanne
Lernziel Mithilfe der Wellenwanne auf der Grundlage des Huygens’schen Prinzips Beugung erläutern.
Inhalt Ebene Wasserwellen werden an Doppel-, Dreifachund Mehrfachspalt bei festem Spaltabstand d gebeugt.
Beugungsmaxima werden mit zunehmender Spaltzahl n schärfer ausgeprägt. Die Orte der Beugungsmaxima bleiben erhalten.
P1.6.5.4
Beugung von Wasserwellen am Mehrfachspalt
Highlight Einmal aufgebaut, lassen sich mit der Wellenwanne eine ganze Reihe von Wellenphänomenen zeigen. Die Projektion bei verdunkeltem Raum und das Stroboskopgeräusch erzeugt eine Lernatmosphäre, die in Erinnerung bleibt.
Vorteile Wow-Effekt durch optimierte Demonstration:
+ praktischer Beobachtungsschirm für verzerrungsfreie Projektion
+ regulierbare Amplituden und Frequenzen
+ Stroboskop ermöglicht Analyse statischer oder verlangsamter Wellen
Praktisch:
+ einfacher Aufbau durch Dreipunkt-Justage
Maßband Analog
Vorbereitung
LEITFRAGE
Wie verhalten sich Wasserwellen an Hindernissen, wie z.B. Spalten?
Messtechnik Durchführung
Abb. 1: Huygenssches Prinzip an Wasserwellen: Überlagerung von Kreiswellen zu einer geraden Welle
Abb. 3: Doppler-Effekt an kreisförmigen Wellen in Wasser mit bestimmter Erregergeschwindigkeit
Abb. 2: Stehende Wasserwellen vor einer Reflexionswand
Abb. 4: Reflexion von geraden Wasserwellen an einem geraden Hindernis
Außerdem: Die Wellenwanne ist vielfältig einsetzbar, um verschiedene Wellenphänomene zu demonstrieren, wie die Ausbreitung, Reflexion, Brechung, Interferenz, Beugung und den Doppler-Effekt.
Weitere Infos
Interferenz am Gitter und am Doppelspalt
Lernziel Anhand des Interferenzmusters die Wellennatur des Lichts nachweisen.
Inhalt Im Versuch werden Intensitätsmaxima I konstruktiver Interferenz sichtbar. Ihre Winkel und die Intensität werden durch die Geometrie der Spaltanordnung bestimmt. Die Überlagerung der Elementarwellen jedes Einzelspalts führt zu einem Beugungs- und Interferenzbild, in dem bei Mehrfachspalten zusätzliche Nebenmaxima auftreten und die Intensität der Maxima variiert.
P5.3.1.2
Beugung am Doppelspalt und an Mehrfachspalten
Highlight Der stabile Versuchsaufbau ermöglicht präzises und sicheres Experimentieren.
Vorteile
Wow-Effekt durch optimierte Demonstration:
+ deutliche Leuchterscheinung im Schattenraum erzeugt Widerspruch zur geometrischen Optik
Praktisch:
+ viele Variationen mit Grundausstattung möglich
+ einfach, exakt messen dank Schiene und praktischen Optikreitern
LEITFRAGE
Welche Rolle spielen Geometrie und Anzahl der Spalte für das Beugungsmuster?
Vorbereitung
Messtechnik Durchführung
Vorteile + Beugungsmuster wird als Intensitätsverteilung quantitativ erfasst
+ Diagramm wird automatisch in CASSY Lab generiert und kann dort präzise ausgewertet werden
+ durchdachter Messvorgang wird demonstriert
Vorbereitung
Messtechnik Durchführung
Michelson-Interferometer
Lernziel Anhand des Interferenzmusters von monochromatischem Licht dessen Wellenlänge bestimmen.
Inhalt Auf dem Schirm wird das Interferenzmuster beobachtet, während der Spiegel des Interferometers verschoben wird. Mit der Anzahl n, der an einem Punkt „vorbeilaufenden“ Maxima und dem zugehörigen Gangunterschied Δs wird die Wellenlänge λ des He-Ne-Lasers bestimmt.
P5.3.4.2
Bestimmung der Wellenlänge eines He-Ne-Lasers mit einem Michelson-Interferometer
Highlight Erschütterungsfreie Lagerung ermöglicht störungsfreie Präzisionsmessung.
Vorteile
Praktisch:
+ Aufbau von verschiedenen InterferometerAnordnungen mit Grundplatte möglich
+ Interferometer entsprechend individuellem Bedarf adaptierbar
Wow-Effekt:
+ winzige Änderung des Gangunterschiedes direkt erkennbar
Motivierend:
+ elementare, für Nano- bis Pikobereiche empfindliche Messmethode erlebbar
VISUELL Analog
LEITFRAGE
Wie lässt sich durch die Veränderung des Gangunterschiedes die Wellenlänge des Lasers bestimmen?
Vorbereitung
Messtechnik Durchführung
Weitere Infos
Aufbau auf der optischen Bank
Vorteile + bei vorhandener optischer Bank müssen nur Einzelteile ergänzt werden
+ für etwas kleinere Budgets geeignet + vorbestimmter Aufbau erleichtert die Justierung
VISUELL Analog
Vorbereitung
Messtechnik Durchführung
Weitere Infos
Laden und Entladen eines Kondendators
Lernziel Den Lade- und Entladevorgang bei Kondensatoren experimentell untersuchen.
Inhalt Ein Funktionsgenerator erzeugt periodische Rechtecksignale. Strom l und Spannung U werden mit dem Mobile-CASSY aufgezeichnet. Für verschiedene Kapazitäten C wird die Zeitkonstante τ=RC=tH/ln(2) mithilfe der Halbwertszeit tH aus dem exponentiellen Verlauf des Lade- bzw. Entladestromes Ic bestimmt.
P3.6.1.4
Laden und Entladen eines Kondensators beim Ein- und Ausschalten von GleichspannungMessung mit Mobile-CASSY
Highlight Strom und Spannungsverlauf können im Live-Diagramm unmittelbar auf dem Messgerät beobachtet und ausgewertet werden.
Vorteile Motivierend:
+ Messung mit digitalem und modernem Handmessgerät Mobile-CASSY
Praktisch:
+ mehrere Signaleingänge ermöglichen gleichzeitige Messung beider relevanter Größen
Vorbereitung
Messtechnik Durchführung
LEITFRAGE
Wodurch wird die Zeit beeinflusst, die ein Kondensator zum Auf- bzw. Entladen braucht?
Weitere Infos
Laden und Entladen eines Kondensators beim Ein- und Ausschalten von Gleichspannung
Vorteile + macht ein Standard-Messwerterfassungssystem erfahrbar + Messwerte werden direkt aufgezeichnet & dargestellt + schult genaues Ablesen am Oszilloskop
Vorbereitung
Messtechnik Durchführung
Infos
Weitere
Leiterschleife
Lernziel Induktionserscheinungen bei einer Leiterschleife auf die zeitliche Änderung der magnetischen Flussdichte zurückführen.
Inhalt Ein Magnet schwingt an einem Federpendel über einer Leiterschleife. Durch die Änderung der magnetischen Flussdichte B in der Leiterschleife wird eine Spannung U induziert, die mit gleicher Frequenz periodisch variiert.
P3.4.1.2
Messung der Induktionsspannung an einer Leiterschleife bei zeitlich veränderlichem
Magnetfeld
Highlight Der einzigartige Versuchsaufbau nimmt Bezug zu dem Grundlagenversuch der Schwingungslehre mit Federpendel (siehe Seite 4) auf.
Vorteile Wow-Effekt:
+ induzierte Spannung kann live dank Diagramm auf dem Mobile-CASSY verfolgt werden
+ direkte qualitative und quantitative Auswertung dank Diagramm möglich
Praktisch:
+ direkt weitere Einflussfaktoren untersuchen (z.B. die Abhängigkeit von der Anzahl der Windungen oder von der Querschnittsfläche, etc.)
LEITFRAGE
Wie kann eine Wechselspannung kontaktlos erzeugt werden?
Vorbereitung
MOBILECASSY Digital
Messtechnik Durchführung
Alltagsbezug: Induktives Laden funktioniert, indem ein wechselndes Magnetfeld in der Spule des Geräts eine Spannung induziert, die einen Stromfluss bewirkt, mit dem die Batterie geladen wird.
Weitere Infos
Leiterschaukel
Lernziel Das Auftreten von Induktionsspannungen am Beispiel der Leiterschaukel durch die Wirkung der Lorentzkraft auf bewegte Ladungsträger erläutern.
Inhalt Eine Leiterschaukel schwingt in einem Magnetfeld. Dadurch wird in der Leiterschaukel eine Spannung U induziert, die vom Magnetfeld B und von der Geschwindigkeit v abhängt.
P3.4.1.3
Messung der Induktionsspannung bei Bewegung
eines Leiters im konstanten Magnetfeld
Highlight Der Verlauf der induzierten Spannung kann live am Diagramm auf dem Mobile-CASSY verfolgt und daraus dann unmittelbar qualitative und quantitative Schlüsse gezogen werden.
Vorteile
Wow-Effekt:
+ simpler Versuchsaufbau mit großer Wirkung
Praktisch:
+ übersichtlicher und schneller Aufbau
Motivierend:
+ Messung mit digitalem und modernem Handmessgerät Mobile-CASSY
MOBILECASSY Digital
LEITFRAGE
Was passiert, wenn sich ein Leiter durch ein statisches Magnetfeld bewegt?
Vorbereitung
Messtechnik Durchführung
Gut zu wissen! Der Effekt lässt sich umkehren, wenn das Messgerät durch ein Netzgerät ausgewechselt, ein Widerstand und ein Schalter eingebaut wird. Sobald sich der Stromfluss durch den Leiter ändert (beim Ein- und Ausschalten) bewegt sich die Schaukel.
Generator
Lernziel Das Entstehen von Gleichspannungen in Generatoren mithilfe des Induktionsgesetzes erklären.
Inhalt Ein Zweipol- bzw. Dreipolrotor wird mithilfe einer Kurbel in einem Magnetfeld gedreht. Die Wechselspannung U, die im Rotor des Außenpolgenerators erzeugt wird, wird dann durch einen Kommutator gleichgerichtet.
P3.5.2.2
Erzeugung von Gleichspannung mit einem Außenpolgenerator
Highlight Praktische Aufhängung zur optimalen Demonstration des Generators
Vorteile
Praktisch:
+ beliebig mit verschiedenen Messsystemen, wie Oszilloskop, Mobile-CASSY etc., erweiterbar
+ weiterführende Versuche mit dem System „Elektrolehrmaschinen Basissammlung“ möglich
Motivierend:
+ Grundlagen der Energieaufbereitung einfach nachvollzieh- und untersuchbar
LEITFRAGE
Wie lässt sich aus Bewegung Strom erzeugen?
Vorbereitung
Messtechnik Durchführung
Universalgenerator - Digital
Vorteile + Schülerversuch
+ interaktive Versuchsanleitung erhältlich
+ angeleitete Untersuchung zur Erzeugung von Gleich- und Wechselspannung
+ modernes, motivierendes Handmessgerät
+ didaktisch durchdachte, übersichtliche Anordnung
Vorbereitung
Messtechnik Durchführung
Weitere Infos
Thomson‘scher Ringversuch
Lernziel Hypothesen zum Verhalten des Rings beim Thomson’schen Ringversuch aufstellen und mithilfe des Induktionsgesetzes erklären.
Inhalt Das sich ändernde Magnetfeld B der stromdurchflossenen Spule induziert in einem geschlossenen Metallring einen Strom l. Dessen Magnetfeld wirkt der Feldänderung ΔB entgegen und führt zu einer abstoßenden Kraft, durch die der Ring nach oben beschleunigt wird.
P3.4.4.3
Demonstration der Kraftwirkung von Wirbelströmen am Thomson’schen Ring
Highlight Der große und stabile Versuchsaufbau demonstriert das Phänomen sehr gut sichtbar.
Vorteile Wow-Effekt:
+ einfacher überschaubarer Versuchsaufbau erzeugt große Wirkung
Motivierend:
+ veranschaulicht Grundlagen vieler technischer Anwendungen
Vorbereitung
LEITFRAGE
Wie wirkt ein rasch veränderliches Magnetfeld auf einen leitenden Ring?
Alltagsbezug
Messtechnik Durchführung
Wirbelstrombremsen ermöglichen ein berührungsloses Abbremsen, indem sich ein leitfähiges Bauteil durch ein Magnetfeld bewegt. Die dabei entstehenden Wirbelströme erzeugen ein Magnetfeld, das der Bewegung entgegenwirkt und so eine Bremskraft hervorruft.
Weitere Infos
VISUELL Analog
Transformator
Lernziel Die gezielte Veränderung elektrischer Spannungen und Stromstärken durch Transformatoren untersuchen.
Inhalt Die Ausgangsspannung UB wird in Abhängigkeit von der Eingangsspannung UA beim unbelasteten Transformator gemessen.
Außerdem wird die Ausgangsstromstärke IB in Abhängigkeit von der Eingangsstromstärke IA beim kurzgeschlossenen Transformator gemessen.
Spannungs- und Stromumformung mit einem Transformator- Messung mit Mobile-CASSY
Highlight Die Grundlagen elektrischer Bauteile werden anschaulich und nachvollziehbar erfahrbar.
Vorteile Motivierend:
+ Messung mit digitalem und modernem Handmessgerät Mobile-CASSY
Praktisch:
+ zerlegbarer Transformatoraufbau ermöglicht Variation der Komponenten
LEITFRAGE
Wie lässt sich eine Spannung mithilfe von Induktion umwandeln?
Vorbereitung
Messtechnik Durchführung
Spannungstransformation
Vorteile + Schülerversuch
+ Versuchsanleitung verfügbar
+ didaktisch durchdachte, übersichtliche Anordnung im praktischen Stecksystem
+ auch mit Mobile-CASSY und interaktivem Versuchsprotokoll durchführbar
Vorbereitung
Messtechnik Durchführung
Weitere
Weitere
Photoelektrischer Effekt
Lernziel Zusammenhang von Energie und Frequenz von Photonen untersuchen und die Quantisierung der Photonenenergie nachweisen.
Inhalt Leuchtdioden unterschiedlicher Wellenlänge λ beleuchten nacheinander die Photokathode einer Vakuum-Photozelle. Durch Variation der Gegenspannung UA an der Anode und die präzise Messung des Photostroms IA werden die Strom-Spannungs-Kennlinien jeweils aufgenommen, ausgewertet und daraus das Planck’sche Wirkungsquantum h bestimmt.
P6.1.4.6
Bestimmung
des Planck’schen Wirkungsquantums - Aufnahme der Strom-Spannungs-Kennlinie einer
Fotozelle mit Sensor-CASSY
Highlight Die Messung und Auswertung werden vollständig in CASSY Lab durchgeführt.
Vorteile Praktisch:
+ übersichtlicher Aufbau und einfache Handhabung
Fundamentalen Konstanten auf der Spur:
+ hier wird das Fundament der Quantenphysik bestimmt
+ Max Planck erhielt für die Entdeckung der Energiequanten 1918 den Nobelpreis
Vorbereitung
LEITFRAGE
Wovon hängt die Energie eines Photons ab?
SENSORCASSY Digital
Messtechnik Durchführung
XP6.1.4.6
Weitere Infos
Virtuelles Experiment: Bestimmung des Planck’schen Wirkungsquantums
Vorteile + beinhaltet Videos und Messwerte
+ ermöglicht es, das Experiment in der Schule oder bspw. zu Hause auszuwerten und zu protokollieren
+ Geräte- und plattformunabhängig, vollumfängliche Interaktivität
+ umfassende Informationen zum Versuch und Musterlösungen
Vorbereitung Durchführung keine
Weitere Infos
Millikan-Versuch
Lernziel Aus der statistischen Auswertung des Millikan-Versuchs auf die Existenz einer kleinsten Ladung schließen.
Inhalt Ein geladenes Öltröpfchen befindet sich in einem Plattenkondensator. Die Spannung U wird so reguliert, dass das beobachtete Öltröpfchen langsam steigt. Anschließend wird zur Bestimmung des Radius die Sinkgeschwindigkeit v1 bei abgeschaltetem elektrischem Feld gemessen. Die ermittelte Ladung q verschiedener gemessener Tröpfchen sind Vielfache der Elementarladung.
P6.1.2.4
Bestimmung der elektrischen Elementarladung nach Millikan und Nachweis der Ladungsquantelung - Messung von Steig- und Sinkgeschwindigkeit mit CASSY
Highlight Vielfache der Elementarladung sind deutlich im Histogramm durch die automatische Auswertung in CASSY Lab erkennbar.
Vorteile
Didaktisch anschaulich:
+ Aufbau mit bloßem Auge nachvollziehbar
+ Messmikroskop ermöglicht bequeme Beobachtung auch über Dokumentenkamera
Praktisch:
+ kompakter, stabiler Aufbau, der sofort einsatzbereit ist
+ einfache Auswertung in CASSY Lab; gemessene Ladungen werden automatisch im Histogramm zur Verfügung gestellt
+ Beispielmesswerte in CASSY Lab ergänzbar für umfangreichere Datenreihe trotz Zeitmangel
Fundamentalen Konstanten auf der Spur:
+ hier wird die Ladung eines Elektrons bestimmt
+ Robert A. Millikan erhielt dafür 1923 den Nobelpreis
SENSORCASSY Digital
Vorbereitung
Messtechnik Durchführung
LEITFRAGE
Wie groß ist die Ladung eines Elektrons?
Gut zu wissen!
Weitere Infos
Messung von Schwebespannung und Sinkgeschwindigkeit mit CASSY
Mit demselben Aufbau lässt sich die Elementarladung auch über die Schwebemethode bestimmen. Diese ist nicht so genau, wie die Sink-Steig-Methode, dafür aber fachdidaktisch anschaulicher: Die Spannung wird in dieser Variante so reguliert, dass das beobachtete Öltröpfchen schwebt. So macht man sich den Schwebezustand und damit ein Kräftegleichgewicht zunutze.
SENSORCASSY Digital
Vorbereitung
Messtechnik Durchführung
Weitere Infos
Fadenstrahl
Lernziel Aus den Messergebnissen des Fadenstrahlrohrs die Elektronenmasse ermitteln.
Inhalt Ein Elektronenstrahl wird in einem homogenen Magnetfeld B auf eine Kreisbahn gelenkt. Die Lorentz-Kraft wirkt als Zentripetalkraft. Sie hängt von der Geschwindigkeit der Elektronen ab, die wiederum durch die Beschleunigungsspannung U bestimmt ist. Mithilfe des Radius r der Kreisbahn ergibt sich die spezifische Ladung
P6.1.3.1
Bestimmung der spezifischen Ladung des Elektrons
Highlight Die leuchtende Elektronenbahn garantiert einen Wow-Effekt.
Vorteile Fundamentalen Konstanten auf der Spur:
LEITFRAGE
Wie groß ist die Masse eines Elektrons?
Weitere Infos
+ hier wird die spezifische Ladung eines Elektrons bestimmt
Didaktisch durchdacht:
+ Schaltskizze veranschaulicht Verschaltung
Praktisch:
+ durchdachte Messvorrichtung erleichtert die Bestimmung des Bahndurchmessers
+ stabiler, übersichtlicher Aufbau
+ Helmholtzspulen auch für andere Experimente nutzbar
+ leichte Inbetriebnahme durch einheitliche und übersichtliche Verschaltung
Vorbereitung
Maßband Analog e me
Messtechnik Durchführung
Alltagsbezug Das Fadenstrahlrohr veranschaulicht die physikalischen Prozesse bei Polarlichtern, da in beiden Fällen geladene Teilchen durch Magnetfelder abgelenkt werden und charakteristische Leuchterscheinungen entstehen.
Elektronenbeugung
Lernziel Die De-Broglie-Hypothese anwenden, um das Beugungsbild beim Doppelspaltversuch mit Elektronen quantitativ zu erklären.
Inhalt Elektronen treffen auf einen polykristallinen Graphit und einen Leuchtschirm. Die beobachteten Ringe werden durch Beugung von Elektronen an den Netzebenen d der Mikrokristalle hervorgerufen. Die Elektronenwellenlänge λ kann mithilfe der Beschleunigungsspannung U bestimmt werden.
P6.1.5.1
Elektronenbeugung an einem polykristallinen Gitter (Debye-Scherrer-Beugung)
Highlight Die Beugung des Elektronenstrahls ist dank Leuchtmittel unmittelbar sichtbar.
Vorteile Didaktisch durchdacht:
+ eleganter, kompakter und reduzierter Aufbau
Fundamentalen Konstanten auf der Spur:
+ bei bekannten Netzebenenabständen lässt sich alternativ auch die Planck‘sche Konstante h bestimmen
Vorbereitung Messtechnik Durchführung
LEITFRAGE
Welche Welleneigenschaften zeigen Elektronen?
Weitere Infos
Gut zu wissen!
Die Welleneigenschaft der Elektronen nutzt man in Elektronenmikroskopen. Da ihre Wellenlänge viel kleiner ist als die von sichtbarem Licht, können damit Strukturen sichtbar gemacht werden, die mit Lichtmikroskopen nicht auflösbar sind – etwa Viren, Atome oder Kristallgitter.
VISUELL Analog
Flammenfärbung
Lernziel Die Bedeutung von Spektren für den Rückschluss auf charakteristische, diskrete Energiezustände von Elektronen in der Atomhülle erklären.
Inhalt Hier wird die Flammenfärbungen von Metallsalzen untersucht. Ein Spektrometer mit zugehöriger Software erlaubt die Bestimmung der auftretenden Emissionslinien.
P6.2.2.4
Aufnahme der Emissionsspektren bei einer Flammenfärbung
Highlight Im Gegensatz zur klassischen Beobachtung mit dem Auge lassen sich auch Linien im IR-Bereich nachweisen, z.B. bei Kalium.
Vorteile Wow-Effekt:
+ Veranschaulichung der Messwerte durch automatische und farblich passende Darstellung im Diagramm
+ schnelle Messung mit Spektrometer
Praktisch:
+ SpectraLab ermöglicht eine präzise und vielfältige Auswertung der Spektren
+ in SpectraLab sind Versuchsbeispiele hinterlegt, um weitere Elemente analysieren zu können
SPEKTROMETER Digital
LEITFRAGE
Wie lassen sich verschiedene Elemente eindeutig identifizieren?
Vorbereitung
Messtechnik Durchführung
LC1.6.1.5
Die Flammenfärbung
Vorteile + Phänomen kann bereits mit zwei verschiedenen Salzen demonstriert und beliebig je nach Verfügbarkeit anderer Salze beliebig erweitert werden
+ simple Durchführung mit großer Wirkung
+ lässt sich durch Prismen oder Gitter noch eindrucksvoller beobachten
Weitere Infos
Vorbereitung
Messtechnik Durchführung VISUELL Analog
Weitere Infos
Linienspektren
Lernziel Die Bedeutung von Linienspektren für die Entwicklung von Modellen der diskreten Energiezustände von Elektronen in der Atomhülle interpretieren.
Inhalt Verschiedene Spektralröhren (Helium, Neon, Wasserstoff) werden durch ein Gitter betrachtet und charakteristische Linienspektren beobachtet.
D5.6.3.1_A
Spektren leuchtender Gase
Highlight Einfacher Versuchsaufbau erzielt maximale Wirkung.
Vorteile Wow-Effekt:
+ spezifische Unterschiede der Gase sind deutlich erkennbar
Praktisch:
+ auch mit Spektrometer durchführbar
+ verschiedene Spektralröhren erhältlich
Vorbereitung
VISUELL Analog
Messtechnik Durchführung
LEITFRAGE
Woher weiß man, aus welchen Elementen Sterne bestehen?
Infos
Ausmessung der Linienspektren von Edelgasen und Metalldämpfen mit einem Gitterspektrometer
Vorteile + demonstriert durchdachte Anwendung optischer Instrumente als Präzisionsmesstechnik
+ Aufbau erleichtert präzise Messung für möglichst genaue Ergebnisse
Vorbereitung
VISUELL Analog
Messtechnik Durchführung
Fraunhofer Linien
Lernziel Vorhandene Stoffe in der Sonnen- und Erdatmosphäre anhand von Spektraltafeln des Sonnenspektrums identifizieren.
Inhalt Die Strahlung der Sonne wird mit einem Spektrometer untersucht. Es werden die Fraunhoferschen Absorptionslinien beobachtet, die auf die Identität zahlreicher Elemente in der solaren Photosphäre schließen lassen.
P6.2.2.5 Aufnahme der Fraunhoferschen Linien mit einem kompakten Spektrometer
Highlight Das Spektrum wird unmittelbar in SpectraLab angezeigt und ist direkt auswertbar.
Vorteile Vielfältig einsetzbar: + umfangreiche und präzise Auswertungsmöglichkeiten in SpectraLab + mit dem Versuchsaufbau sind verschiedene Versuche zur Spektralanalyse durchführbar
LEITFRAGE
Welche Elemente lassen sich zwischen Sonne und Erdoberfläche nachweisen?
Vorbereitung
SPEKTROMETER Digital
Messtechnik Durchführung
Alltagsbezug Mit der Spektralanalyse kann nicht nur die chemische Zusammensetzung von Sternen, sondern auch deren Temperatur, Bewegung, Geschwindigkeit und Alter bestimmt werden.
Weitere Infos
Franck-Hertz-Versuch an Neon
Lernziel Quantisierte Anregungsenergien bzw. Energieniveaus in Atomen nachweisen.
Inhalt Elektronen durchlaufen ein mit Neon gefülltes Rohr und werden durch die Beschleunigungsspannung U auf immer höhere Energien gebracht. Erreicht ihre kinetische Energie den Anregungswert der Neonatome, kommt es zu inelastischen Stößen, wodurch der Elektronenstrom I charakteristische Minima aufweist. Die dabei auftretenden diskreten Energieverluste der Elektronen werden zusätzlich durch rötlich leuchtende Zonen hoher Anregungsdichte sichtbar.
P6.2.4.4
Aufzeichnung und Auswertung mit Sensor-CASSY
Highlight Die Messwerte werden automatisch in CASSY Lab aufgenommen, visualisiert und können anschließend präzise ausgewertet werden.
Vorteile Didaktisch durchdacht:
+ Schaltskizze auf der Fassung veranschaulicht verständlich den Aufbau der Röhre und erleichtert die Beschaltung
Wow-Effekt:
+ die Leuchterscheinung demonstriert deutlich die diskreten Energiebeträge
Motivierend:
+ für das Experiment erhielten James Franck und Gustav Hertz 1925 den Nobelpreis
LEITFRAGE
Nehmen
Atome Energie kontinuierlich oder in diskreten
Beträgen auf?
Vorbereitung
SENSORCASSY Digital
Messtechnik Durchführung
P6.2.4.3
Weitere Infos
Aufzeichnung mit dem Oszilloskop
Vorteile + macht ein Standard-Messwerterfassungssystem erfahrbar
+ Messwerte werden unmittelbar erfasst und dargestellt
+ schult genaues Ablesen am Oszilloskop
OSZILLOSKOP Digital
Vorbereitung
Messtechnik Durchführung
Weitere
Geiger-Müller-Zählrohr
Lernziel Charakteristik des Zählrohrs untersuchen.
Inhalt Die Zählrate R eines Geiger-Müller-Zählrohres wird in Abhängigkeit von der Spannung U aufgenommen. Sie steigt bei kleinen Spannungen mit der Spannung an und erreicht bei höheren Spannungen einen Sättigungswert, der von der Stärke bzw. vom Abstand d zu der Quelle abhängt.
P6.4.1.4 Aufnahme der Charakteristik eines GeigerMüller-Zählrohres
Highlight Messreihen demonstrieren deutlich die Einsatzspannung und damit die Funktionsweise eines Geiger-Müller-Zählrohrs.
Vorteile Einzigartig:
+ diesen Versuch gibt es nur bei uns
Vorbereitung
LEITFRAGE
Welche Betriebsspannung
ermöglicht eine zuverlässige Detektion ionisierender Strahlung?
Weitere Infos
Interessante Fakten
Digital
Messtechnik Durchführung
Das Zählrohr zählt in einem großen Spannungsbereich fast gleich viele Impulse. In diesem PlateauBereich löst jedes ionisierende Teilchen genau einen gleich großen Impuls aus, unabhängig davon, wie viel Energie es mitbringt. Das macht das Zählrohr sehr robust und zuverlässig.
MOBILECASSY
Absorptionsexperimente
Lernziel Absorption von ionisierender Strahlung durch Metalle in Abhängigkeit der Dicke untersuchen.
Inhalt Im Versuch wird die Abschwächung der β-Strahlung von Sr-90 in Aluminium und Blei in Abhängigkeit von der Absorberdicke d gemessen. Das Experiment zeigt eine exponentielle Abnahme der Intensität.
P6.4.4.2
Schwächung von β-Strahlung beim Durchgang durch Materie
Highlight Einfache, zeitsparende Handhabung
Vorteile Praktisch:
+ Zählrate unmittelbar am Bildschirm des Zählgerätes ablesbar
Wow-Effekt:
+ einschlägige Demonstration von Strahlenschutzmaßnahmen
Vorbereitung
LEITFRAGE
Wie lässt sich radioaktive Strahlung abschirmen?
ZÄHLGERÄT Analog
Messtechnik Durchführung
P6.5.5.3
Absorption von y-Strahlung
Vorteile + Messbeispiele können in CASSY Lab geladen werden + präzise Messung und komfortable Auswertung direkt in CASSY Lab möglich
Weitere Infos
Vorbereitung
SENSORCASSY Digital
Messtechnik Durchführung
Infos
Weitere
Nachweis von Myonen
Lernziel Hochenergetische, kurzlebige und ionisierende kosmische Teilchen (Myonen) nachweisen.
Inhalt Myonen werden von Zählrohren registriert. Sprechen zwei übereinander angeordnete Zählrohre gleichzeitig an, stammt das Ereignis mit hoher Wahrscheinlichkeit von einem Myon, da dieses Teilchen Materie sehr gut durchdringt.
P6.6.2.1
Myonennachweis bei der Untersuchung der kosmischen Strahlung
Highlight Nachweis von Elementarteilchen, die auch unseren Körper ständig unbemerkt durchdringen.
Vorteile Praktisch:
+ mit wenig Material phänomenale Teilchen detektierbar
Wow-Effekt:
+ Zeitdilatation durch Myonennachweis auf der Erdoberfläche erfahrbar
Vorbereitung
LEITFRAGE
Wie lassen sich Elementarteilchen in der kosmischen Strahlung auf der Erdoberfläche nachweisen?
SENSORCASSY Digital _Q01
MOBILECASSY Digital
Messtechnik Durchführung
P6.6.2.1
Nachweis von Myonen
Vorteile + Messwerte werden unmittelbar aufgezeichnet
+ automatische Darstellung in einer Häufigkeitsverteilung
Weitere Infos
Vorbereitung
Messtechnik Durchführung
Weitere Infos
Röntgenspektren
Lernziel Den Netzebenenabstand verschiedener Kristalle mithilfe eines Beugungsspektrums von Röntgenstrahlung bestimmen.
Inhalt In Abhängigkeit des Reflexionswinkels β wird die Beugungsintensität gemessen. Mithilfe der Winkel der Maxima und der zugehörigen Beugungsordnung n wird der Netzebenenabstand d0 von NaCl- und LiF-Einkristallen bestimmt.
P7.1.2.1
Bragg-Reflexion: Bestimmung der Gitterkonstanten von Einkristallen
Highlight Automatische Messung und automatische Darstellung im Diagramm erleichtert Auswertung.
Vorteile
Praktisch:
+ Software erleichtert umfangreiche Messung und zielgerichtete Auswertung
+ Beispielmessungen nutzbar
+ vielseitige Messungen zu Festkörperphysik, Angewandter Analytik und Atom- und Kernphysik durchführbar
RÖNTGENGERÄT + SOFTWARE Digital
Vorbereitung
Messtechnik Durchführung
LEITFRAGE
Wie weit liegen die Netzebenen verschiedener Kristalle auseinander?
Vorteile + beinhaltet Videos und Messwerte
+ ermöglicht es, das Experiment in der Schule oder bspw. zu Hause auszuwerten und zu protokollieren
+ Geräte- und plattformunabhängig, vollumfängliche Interaktivität
+ umfassende Informationen zum Versuch und Musterlösungen verfügbar
Vorbereitung Durchführung keine
RÖNTGENGERÄT + SOFTWARE
Messtechnik
Weitere Infos
Wir sind für Sie da!
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LEYLAB
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