Das β-Spektrometer — Messung der kontinuierlichen ...

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4 Die Einbindung in den SchulunterrichtAlternativ könnte man bei einfachen β-Übergängen 3 von der FaustregelE w ≈ 1 3 E maxGebrauch machen, die eine Bestimmung von E max über die wahrscheinlichste EnergieE w ermöglicht. Der Hochpunkt der Verteilung lässt sich grafisch einfacher und mitgrößerer Genauigkeit bestimmen als die verschmierte Endenergie.Ob auch die Transformation der Zählraten mitberücksichtigt werden sollte, bleibtdem betreuenden Lehrer überlassen. Die Umsetzung der Messdaten in eine korrekteImpulsverteilung N(p), d.h. Zahl der Impulse pro Impulsintervall ∆p ∼ Br, wird für dieSchüler nicht unmittelbar einleuchtend sein. Die entstehende Verformung des Impulsspektrumsaufgrund der Division der zu hohen Zählraten durch das Produkt Br, mussdiskutiert werden. Wesentlich schwieriger wird die Transformation des ImpulsspektrumsN(p) in das Energiespektrum N(E), wobei die UmrechnungN(E) = dNdE= N(p) · dpdEbenötigt wird. Über Gl. (4.2) erhält man den hinteren Faktor, mitdpdE = E kin + m e c 2c√E kin 2 + 2E .kinm e c 2Wie in Abschn. 3.3.3 dargestellt, ergeben sich durch diese Transformation stark deformierteVerteilungen. Es stellt sich die grundsätzliche Frage, ob man im Praktikumauf die Umrechnung der Zählimpulse ganz verzichten sollte. Meiner Meinung nachgenügt die Auftragung der Zählimpulse N gegen den Impuls und die Energie, um dasCharakteristische des β-Spektrums aufzeigen und diskutieren zu können.Mit einer selbständigen Planung, Durchführung, Auswertung und grafischen Veranschaulichungentsteht für die Schüler ein in sich abgeschlossener und interessanterPraktikumsversuch, der die wenigen schulischen Experimente des Themengebiets „Kerneund Teilchen“ bereichert. An dieser Stelle sei nochmal darauf hingewiesen, dass dasβ-Spektrometer auch anderweitig einsetzbar ist. Ich sehe jedoch im Rahmen des Praktikumsdie meisten und effektivsten Möglichkeiten, um die im Unterricht besprocheneβ-Strahlung und ihre Eigenschaften experimentell zu verdeutlichen.Im nächsten Kapitel ist die Versuchsanleitung für das Demonstrationspraktikumangehängt. In dieser Form könnte sie auch, bis auf kleine Anpassungen für das Physikpraktikumder Kursstufe übernommen werden.3 Bei Überlagerung mehrerer Spektren (z.B. bei 90 Sr) hat die wahrscheinlichste Energie keinerleiAussagekraft!82
5. Versuchsanleitung für dasDemonstrationspraktikumDie Prüfungsordnung schreibt seit 2001 vor, dass Lehramtsstudierende der Physik währendder Studienzeit einen „Kurs zur Durchführung von Demonstrationsexperimenten“absolvieren müssen. Nach Verabschiedung dieser Regelung fand ein Experimentalpraktikumin provisorischer Form in Zusammenarbeit mit der Pädagogischen HochschuleFreiburg statt. Im Rahmen einer wissenschaftlichen Arbeit wurde 2008 von drei Studierendenein neues Demonstrationspraktikum am Physikalischen Institut der UniversitätFreiburg gestaltet und aufgebaut, das seit dem Wintersemester 2008/09 fester underfolgreicher Bestandteil des Lehrangebots für Lehramtskandidaten ist. Ziel ist es,vor Erreichen des Referendariats (Vorbereitungsdienst) im Aufbau, der Durchführungund Präsentation von schultypischen Experimenten ausgebildet zu werden und derendidaktisch sinnvolle Einsatzmöglichkeiten zu diskutieren bzw. kennenzulernen.Bisher existieren insgesamt 26 Versuche, die ausgewählte Themengebiete aus denBereichen Mechanik, Optik, Akustik, Wärmelehre, Elektromagnetismus, Atom- undKernphysik aufgreifen.Das β-Spektrometer wird das Angebot der Versuche zur Kernphysik bzw. Radioaktivitäterweitern und die Besonderheit des β-Zerfalls aufzeigen. Die Aufnahme derkontinuierlichen β-Verteilung zweier radioaktiver Präparate ist im Rahmen der Praktikumszeitrealisierbar, da der Versuchsaufbau und das Messprinzip einfach zu handhabensind. Die Auswertung der Messwerte soll über einen im Demo-Praktikum vorhandenenLaptop mit dem Tabellenkalkulationsprogramm Excel erfolgen, mit dem die gemessenenZählraten direkt veranschaulicht und diskutiert werden können. Die Grundgedankenzur Umsetzung des Versuchs im Demonstrationspraktikum werden hier nicht mehrwiederholt; sie sind dem vorigen Kapitel 4 zu entnehmen.Die folgenden Seiten zeigen die entworfene Versuchsanleitung zum Experiment. Um dieEinheitlichkeit innerhalb des Praktikums zu bewahren, übernahm ich das Design und dieGliederung der jetzigen Anleitungen, siehe [1], [2] und [3]. Nach einer klaren Formulierungder Aufgabenstellung folgt eine kurze theoretische Einführung, die einen Überblicküber den physikalischen Hintergrund geben soll. Zum Versuchsaufbau werden genugInformationen und Tipps gegeben, die eine selbständige Durchführung des Experimentserleichtern. Kontrollfragen am Ende der Anleitung regen zum weiteren Nachdenken an83
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WISSENSCHAFTLICHE ARBEITFÜR DAS ST
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6. Zusammenfassung und Ausblick 95A
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2. Physikalische Grundlagen2.1. Die
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2.2 Stabile und instabile Kerne2.2.
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2.2 Stabile und instabile Kerne•
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2.3 Der β-ZerfallDer Kehrwert der
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2.3 Der β-Zerfall2.3.2. Zerfallspr
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2 Physikalische Grundlagenβ + -Zer
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2 Physikalische GrundlagenAbb. 2.8.
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2 Physikalische GrundlagenFormt man
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2 Physikalische GrundlagenAbb. 2.14
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3 Das β-Spektrometer(a)(b)Abb. 3.1
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3 Das β-SpektrometerDas Geiger-Mü
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Seite 60 und 61: 3 Das β-Spektrometer3.4. Der Kurie
Seite 62 und 63: 3 Das β-SpektrometerDie eingezeich
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Seite 70 und 71: 3 Das β-SpektrometerWie im Kurie-P
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Seite 74 und 75: 3 Das β-SpektrometerN(eta)14121086
Seite 76 und 77: 3 Das β-SpektrometerN(eta)10864Dat
Seite 78 und 79: 3 Das β-SpektrometerDie gestrichel
Seite 80 und 81: 4 Die Einbindung in den Schulunterr
Seite 88 und 89: 5 Versuchsanleitung für das Demons
Seite 90 und 91: Versuch 27 - β-Spektrometer Seite
Seite 98 und 99: 5 Versuchsanleitung für das Demons
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