Die Bestimmung der spezifischen Ladung des Elektrons ist ein zentrales Thema im Physikunterricht der Oberstufe. Abgesehen von den zahlreichen Bezügen zur Bewegung von Ladungen in elektrischen und magnetischen Feldern erfahren Ihre Schüler sehr eingängig, wie sich die atomare Größe e/m mithilfe von geschickten Versuchen auch in der Schule ermitteln lässt. Nachdem der Millikan-Versuch einen Zugang zur Elementarladung aufgezeigt hat, ergibt sich durch die Bestimmung der spezifischen Ladung so die Möglichkeit, die Masse des Elektrons quantitativ zu erfassen. Es ist daher nicht verwunderlich, dass die Bestimmung von e/m als einer wichtigen Fundamentalgröße der Physik auch im Abitur in schriftlicher oder mündlicher Form gerne abgeprüft wird.

Dabei stellt das Fadenstrahlrohr (auch Wehneltröhre genannt), das wohl in jeder Physiksammlung anzutreffen ist, unangefochten das Standardexperiment zur Bestimmung der spezifischen Ladung dar. Die Idee, e/m durch die Ablenkung von Elektronen in elektrischen und magnetischen Feldern zu bestimmen, lässt sich aber auch mit anderen Versuchsanordnungen umsetzen – z.B. mithilfe der Elektronenablenkröhre oder mithilfe der Braun‘schen Röhre. Letzteres ist auch unter der Bezeichnung „Methode von Busch“ bekannt. Beide Alternativen werden in der Schule nur selten durchgeführt – erstere, weil die Elektronenablenkröhre traditionsmäßig eher für das Thema „Geschwindigkeitsfilter“ verwendet wird, letztere, weil der Versuchsaufbau kompliziert ist und nicht selten das passende Equipment in der Physiksammlung fehlt.

Computersimulationen stellen daher eine vortreffliche Möglichkeit dar, diese Probleme zu umgehen. Zudem ermöglichen diese Programme, dass Ihre Schüler aktiv „experimentieren“, d. h. eigenständig Werte ermitteln und diese entsprechend auswerten können.

Dauer: 2-8 Unterrichtsstunden

Inhalt:

• dem Fadenstrahlrohr
• der Elektronenablenkröhre
• der Braun‘schen Röhre

e/m-Bestimmung mit relativistischen Elektronen

• Abiturvorbereitung
• Binnendifferenzierende Materialien
• 4 Computersimulationen
• Bezug zur Relativitätstheorie