Wie sieht die Fortbildung aus?

• Vortrag wie gesehen
• nur ein Teil der Folien
• manche Folien sind Hintergrundsinformationen für FB
• manche Folien sind bekannt (je nach Fortbildung zur Sek I)
• 1. Vertiefungsmöglichkeit
• Besprechen besonderer Aufgaben im Plenum
• 2. Vertiefungsmöglichkeit
• Schülerlösungen korrigieren

Vertiefungsmöglichkeit - Schülerlösungen korrigieren

Physik-Abitur 2006 - Aufgabe II d

Photonen einer monochromatischen Lichtquelle stehen zwei Wege zur Verfügung, die über Strahlteiler, je einen Spiegel und einen halbdurchlässigen Spiegel auf den gleichen Schirm führen (siehe Abb. 2). Auf dem Schirm sind Interferenzen beobachtbar.

• In die beiden Wege werden nun Polarisatoren geschoben, deren Ebene um +45° und -45° gegen die Horizontale gedreht sind. Beschreiben und begründen Sie die Wirkung auf das Schirmbild.
• Ein dritter Polarisator, dessen Ebene um 90° gegen die Horizontale gedreht ist, wird in den gemeinsamen Weg vor dem Schirm gebracht. Beschreiben und begründen Sie die Wirkung.

Offizielle Lösungshinweise

Ohne Polarisatoren

Sind keine Polarisatoren in der Anordnung, sind beide Wege nicht unterscheidbar: es gibt keine Information darüber, wie die Photonen zum Zielpunkt kommen. Daher erhält man eine Interferenz auf dem Schirm.

Mit Polarisatoren mit +45° und -45°

Mit den Polarisatoren werden die beiden Wege unterscheidbar. Man beobachtet nun keine Interferenz mehr. Die Photonen verhalten sich wie Teilchen.

Mit zusätzlichem dritten Polarisator mit 90°

Hinter dem dritten Polarisator mit 90° haben wieder alle Photonen, die ihn passieren, die gleiche Polarisationsrichtung. Damit wird wieder nicht mehr unterscheidbar, ob sie vorher den Weg 1 oder den Weg 2 genommen haben. Nun wird wieder Interferenz beobachtet.

Operatordefinition aus der EPA

beschreiben

Strukturen, Sachverhalte oder Zusammenhänge strukturiert und fachsprachlich richtig mit eigenen Worten wiedergeben

begründen/zeigen

Sachverhalte auf Regeln, Gesetzmäßigkeiten bzw. kausale Zusammenhänge zurückführen

Aufgabe II d - Schülerlösung 1 ¹

Das Interferenzbild auf dem Schirm verschwindet. Licht ist eine elektromagnetische Welle. Trifft diese auf den Polarisationsfilter kommt nur der Anteil nicht durch, dessen E-Vektor senkrecht zum Filter steht. Hat man einen um +45° und einen um -45° verdrehten Polarisationsfilter, kommen jeweils unterschiedlich polarisierte Wellen am Schirm an. Man könnte jetzt feststellen welchen Weg das Licht genommen hat. Betrachtet man die Teilcheneigenschaft von Licht, könnte man sagen, woher das jeweilige Photon kam.

Der Weg eines Photons von einem Punkt P ₁ zu einem Punkt P ₂ ist aber unbestimmt. Könnte man den Weg bestimmen, wie hier durch die Polarisationsfilter, gibt es keine Interferenz mehr.

Wird ein dritter Polarisationsfilter vor den Schirm gebracht gibt es wieder Interferenz. Von beiden möglichen Wegen des Lichts kommt nur der Anteil durch, dessen E-Vektoren senkrecht zum Filter stehen. Der Weg des Lichts ist wieder unbestimmt und es gibt wieder Interferenz.

Aufgabe II d - Schülerlösung 2

Auf dem ersten Weg gelangen nur Photonen hindurch, die um +45° gedreht wurden. Auf dem zweiten Weg dient der Polarisator dazu um die Photonen in die andere Richtung um -45° zu drehen. Weiß man nun welchen Weg die Photonen gegangen sind, so ergibt sich auf dem Schirm kein Interferenzbild, es entsteht ein verwaschenes Bild:

Ein dritter Polarisator, der um 90° gegen die Horizontale gedreht ist, wird auf den gemeinsamen Weg vor dem Schirm angebracht. Nun ist nicht mehr klar aus welchen der beiden Wege die Photonen gewählt haben. Aus diesem Grund entsteht auf dem Schirm ein typisches Interferenzmuster mit Maxima und Minima.

Umsetzung

Lange Version:	Kurze Version:
Besprechung EPA-Operatoren EPA-Matrix EPA-Anforderungsbereiche
Einteilen der Teilnehmer in Gruppen Austeilen der Aufgaben	Einteilen der Teilnehmer in Gruppen Austeilen der Aufgaben
Jede Gruppe ordnet die Aufgabe mit Hilfe der EPA-Kompetenzen in die EPA-Matrix ein.
Jeder Teilnehmer erstellt sich eine eigene Punkteverteilung. Jeder Teilnehmer bekommt 1 bis 3 Schülerlösungen, korrigiert diese und bewertet sie mit Punkten. Jede Gruppe vergleicht Ergebnisse und diskutieren Abweichungen. Im Plenum stellt jede Gruppe besonders interessante Abweichungen und Diskussionsergebnisse vor.	Jeder Teilnehmer erstellt sich eine eigene Punkteverteilung. Jeder Teilnehmer bekommt 1 bis 3 Schülerlösungen, korrigiert diese und bewertet sie mit Punkten. Jede Gruppe vergleicht Ergebnisse und diskutieren Abweichungen. Im Plenum stellt jede Gruppe besonders interessante Abweichungen und Diskussionsergebnisse vor.

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¹   Vielen Dank an Wolfgang Zeh, der die Schülerlösungen zur Verfügung gestellt hat.

Download des gesamten Vortrags

Vortrag Mit Aufgaben Kompetenzen überprüfen : Herunterladen [ppt] [4 MB]

Vortrag Mit Aufgaben Kompetenzen überprüfen : Herunterladen [pdf] [1,9 MB]

 

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