In der Sekundarstufe II ergeben sich aus den Themen des Rahmenplans nur wenige Möglichkeiten für die Schülerinnen und Schüler, selbst experimentell tätig zu werden. Daher bietet die Arbeit mit Computersimulationen eine Alternative. Bei der Behandlung des äußeren photoelektrischen Effekts können die Schülerinnen und Schüler mit Hilfe einer Computersimulation auf Entdeckungsreise gehen.
Im Jahre 1905, also im gleichen Jahr, in dem er die spezielle Relativitätstheorie einführte, nahm Einstein eine kühne Verallgemeinerung der Quantenidee vor, indem er eine neue Theorie des Lichts vorschlug. Das Licht sollte nur noch in Paketen oder Quanten emmitiert werden, jeweils mit der Energie EPh=h ⋅ f.
Der photoelektrische Effekt beschreibt das Phänomen, dass Elektronen von einer metallischen Oberfläche emittiert werden können, wenn Licht einfällt. Die kinetische Energie der emittierten Elektronen (Photoelektronen) ist nicht von der Intensität des Lichts, wohl aber von der Frequenz des Lichts, also seiner Farbe abhängig. Sie kann über die Gegenfeldmethode von den Schülerinnen und Schülern für verschiedene Farben und an verschiedenen Metalloberflächen „experimentell“ ermittelt werden. Wenn man berücksichtigt, dass diese kinetische Energie der Photoelektronen nur die Restenergie ist, die „übrig bleibt“, wenn das Licht die Elektronen aus der Atomhülle herausgelöst hat, kann nachgewiesen werden, dass im angenommenen Teilchenmodell für das Licht, die Energie der Lichtteilchen (Photonen) proportional zur Frequenz des Lichts (im Wellenmodell) ist.
Der Proportionalitätsfaktor ist das Plancksche Wirkungsquantum h=6,626 ⋅ 10-34 Js, welches von den Schülern als Anstieg im Ekin-f-Diagramm „experimentell“ ermittelt werden kann. Wer es selbst versuchen möchte, kann sich die Simulation einfach einmal selbst anschauen.
Olaf Lau
Lehrer für Physik
