Thema: Elektrische Ladungsträger und Ladung

BLK-Programm Sinus Set 2 Schleswig-Holstein
Gerd Boysen, Max-Planck-Schule Kiel, März 2000
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Thema: Elektrische Ladungsträger und Ladung
Das Wichtigste in Kürze:
Aufgabe für Physik 9, Elektrostatik; Beobachtung und Interpretation eines Demonstrationsexperimentes mit dem Elektroskop;
ein Schülerinnen und Schüler überraschender, motivierender Versuch, der eine kontroverse Diskussion aufkommen ließ.
Die Erklärung macht die Bedeutung eines Modells bewusst.
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1 Aufgabentext
Versuch:
Mit einem Elektroskop führt der Lehrer einen Versuch vor:
1. Das Elektroskop ist ungeladen.
2. Ein geladener Mipolamstab wird in die Nähe des Elektroskoptellers gebracht, das Elektroskop schlägt aus.
3. Der Mipolamstab wird entfernt, der Ausschlag des Elektroskops verschwindet.
4. wie 2.
5. Mit einem Finger wird der Stator des Elektroskops berührt, der Ausschlag verschwindet, der Mipolamstab bleibt unverändert an seinem Ort.
6. Der Mipolamstab wird entfernt, das Elektroskop schlägt wieder aus.
(7) Nach der Deutung: Mit einer Glimmlampe wird die positive Ladung des Elektroskops nachgewiesen.
Aufgabe:
1. Beschreibe den Versuchsablauf und nenne Versuchsergebnisse!
2. Ist das Elektroskop am Ende positiv oder negativ geladen? Begründe!
2 Rahmendaten
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Autor, Schule
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Max-Planck-Schule Kiel
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Fach
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Physik
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Klasse /Jahrgang
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9
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Thema
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Steuerung elektrischer Energietransporte;
Themenbereich Elektrischer Strom und Spannung
Hier: Vorbereitende Versuche und Überlegungen zum Ladungsträgermodell und zu Leitungsmechanismen sowie nachbereitende Überlegungen zum elektrischen Strom
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Lehrplan
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Modellvorstellung des elektrischen Stroms
Elektronen
Glühelektrischer Effekt
Elektronenstrahlröhre
Am Beispiel der Fernsehbildröhre lässt sich das Elektronenmodell entwickeln, welches den Leitungsmechanismus in Metallen und im Vakuum beschreibt.
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3 Lösungswege und Ergebnisse
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1.1 Das Elektroskop ist ungeladen.
1.2 Ein (negativ geladener) Mipolamstab wird in die Nähe des Elektroskoptellers gebracht.
1.3 Das Elektroskop schlägt aus.
1.4 Der Mipolamstab wird entfernt, der Ausschlag des Elektroskops verschwindet.
1.5 wie 1.2 und 1.3
1.6 Der Finger berührt den Stator des Elektroskops, der Ausschlag verschwindet, der Mipolamstab bleibt dabei unverändert in der Nähe des Elektroskoptellers.
1.7 Der Finger wird entfernt, der Mipolamstab bleibt dabei unverändert in der Nähe des Elektroskoptellers, der Zeiger des Elektroskops bleibt in seiner Ruhestellung.
1.8 Der Mipolamstab wird entfernt, das Elektroskop schlägt aus.
2.1 Auf dem (Im) Elektroskop befinden sich bewegliche Ladungsträger.
2.2 Auf dem Teller des Elektroskops sammeln sich positive Ladungsträger, d.h.,
entweder sind Ladungsträger herübergesprungen oder
es wandern positive Ladungsträger nach oben (ungleichnamige Ladungen ziehen sich an) oder
negative Ladungsträger wandern in den unteren Teil des Elektroskops (gleichnamige Ladungen stoßen sich ab) oder
beides.
2.3 Ladungsträger sind nicht übergesprungen (Begründung 1.4).
2.4 Negative Ladungsträger aus dem unteren Bereich des Elektroskops werden abgeleitet, positive Ladungsträger bleiben auf dem Teller durch den negativ geladenen Mipolamstab gebunden.
2.5
Die auf dem Teller befindlichen positiven Ladungsträger verteilen sich über das Elektroskop (gleichnamige Ladungen stoßen sich ab), das Elektroskop schlägt aus und ist positiv geladen oder
frei bewegliche negative Ladungsträger vor allem aus dem unteren Bereich des Elektroskops werden von den auf dem Elektroskopteller befindlichen positiven (Überschuss-)Ladungen angezogen, das Elektroskop schlägt aus und ist positiv geladen.
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4 Unterrichtskontext
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Voraussetzungen
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Die Schülerinnen und Schüler haben die Begriffe Ladung, Ladungsträger kennen gelernt, vermuten, dass es zwei Sorten - positive und negative - gibt.
Sie kennen den Nachweis der Ladungsart mit der Glimmlampe.
Sie wissen, dass sich gleichnamige Ladungen abstoßen und ungleichnamige sich anziehen.
Influenzversuche wurden durchgeführt.
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Enthaltene Wiederholung
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keine
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Anforderungsbereiche
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II
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Unterrichtsphase
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Siehe Voraussetzungen
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Sozialform
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Lehrerdemonstrationsexperiment
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Außerfachliche Bezüge
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Aufladungen in der Umwelt, "Reibungselektrizität“
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5 Bearbeitung durch die Schüler
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Motivationswirkung
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Sehr gut insbesondere, weil in der Diskussion kontroverse Meinungen über die verbliebene Ladungsart entstanden
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Bearbeitungsdauer
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Versuch: 5 min
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Erzielte Ergebnisse
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Das Ladungsträgermodell erweist sich als tragfähig. Insbesondere die nicht eindeutige Erklärung (Welche Sorte von Ladungsträgern bewegt sich denn nun?) macht die Bedeutung eines Modells deutlich. Die Erkenntnis, dass auf einem Leiter frei bewegliche Ladungsträger vorhanden sind, bereitet das Folgende vor.
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Fehler
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Vorschnelle Urteile; Annahme, dass doch Ladungen übergesprungen sind
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6 Auswertung der Bearbeitung
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Dauer
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45 min
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Folge-/Zusatzaufgabe
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weitere Anwendungsaufgaben
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Beitrag zum folgenden Unterricht
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Vorbereitung des glühelektrischen Effektes
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Leistungsmessung
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Bewertung sachlicher Beiträge im Unterrichtsgespräch
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7 Zusammenfassende Einschätzung, Erwartungen
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Ein Schülerinnen und Schüler überraschender, motivierender Versuch, der eine kontroverse Diskussion aufkommen ließ. Die Erklärung macht die Bedeutung eines Modells bewusst.
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