Hinweise zu den Interaktiven Bildschirmexperimenten

Die Interaktiven Bildschirmexperimente (IBEs) bilden real durchgeführte physikalische Experimente so ab, daß der Anwender das auf dem Bildschirm (fotorealistisch) wiedergegebene Experiment beeinflussen und steuern kann. 

I. Systemvoraussetzungen:
Bei den IBEs handelt es sich um "Quick Time Movie"-Filmdateien (bzw. um ein "Quick Time Virtual Reality"-Objekt im Fall des Photoeffekts). 
Zum Durchführen der Bildschirmexperimente auf Macintosh- oder Windows-Computern wird lediglich (als Systemerweiterung) das Programm "Quick Time" (ab Version 3) benötigt. Dieses wird z.B. von der Firma Apple kostenlos unter http://www.apple.com/quicktime/ zur Verfügung gestellt. 
Es empfiehlt sich, das IBE auf die Festplatte zu kopieren, um einen "flüssigeren" Ablauf (kürzere Reaktionszeiten) zu gewährleisten. 


II. Durchführung der Experimente:

Die Bedienung der IBEs (Auswahl des zu sehenden Einzelbildes) erfolgt mit der Maus. Beim Quick Time Movie (Compton-Effekt und Bragg-Reflexion) erfolgt der Eingriff auf das Experiment über die Tasten und den Schieberegler auf dem Steuerbereich am unteren Rand. Da es sich bei den IBEs aber nicht um herkömmliche Videofilme handelt, scheidet die Abspieltaste aus. Zu Beginn läßt sich durch wiederholtes Anklicken der "Vorwärts"-Schaltfläche der schrittweise Aufbau der Versuchsanordnung beobachten, in der sich anschlie?enden Versuchsdurchführung kann man durch Vor- oder Zurückschieben des Reglers bzw. durch "einzelbildweises Vor- und Zurückblättern" eine physikalische Größe beeinflussen, die Auswirkungen dieser Eingriffe sind unmittelbar zu erkennen. Beim Quick Time Virtual Reality-Objekt (Photoeffekt) sind die Einzelfotos in einer zwei- dimensionalen "Bildermatrix" angeordnet. Durch horizontale und vertikale Bewegung des Mauszeigers über den Bildschirm (bei gedrückter linker Maustaste) oder durch Anklicken eines Bereichs in der Nähe des Bildrandes wird das momentan zu sehende Einzelbild ausge- wählt. Somit lassen sich Experimente darstellen, bei denen auch zwei physikalische Größen unabhängig voneinander verändert werden können. Beim IBE zum Photoeffekt kann man zunächst durch Ziehen der Maus nach links den schrittweisen Aufbau des Experiments verfolgen, bei der sich anschließenden Meßreihe kann durch horizontale Mausbewegung die Gegenspannung variiert werden. Bewegt man dann den Mauszeiger nach oben (ausreichend große Weglänge wählen), sieht man eine vergrößerte Darstellung der weißen Spaltblende und kann erkennen, welche Spektrallinie gerade untersucht wird. Durch horizontales Verschieben des Mauszeigers lä?t sich nun die zu untersuchende Spektrallinie auswählen. 


III. Zusätzliche Informationen zu den Experimenten:

a) Photoeffekt
Auf der optischen Bank sind von rechts nach links angeordnet: eine Quecksilberhöchstdruck- lampe, ein Kondensor, ein optischer Spalt, eine Objektivlinse, ein Geradsichtprisma, eine Blende und eine Photozelle (Modell 558 77 von Leybold). Es fällt nacheinander das Licht der "gelben" (f=5,19*10^14 1/s), der "grünen" (f=5,49*10^14 1/s), der "blauen" (f=6,88*10^14 1/s) und der "violetten" Spektrallinie (f=7,35*10^14 1/s) auf die Kathoden- schicht der Photozelle. 

b) Compton-Effekt:
Bei der tatsächlichen Versuchsdurchführung wurden umfangreiche Bleiabschirmungen einge- setzt (als Schutzmaßnahme und, um sicherzustellen, daß nur durch den Plexiglaszylinder gestreute Strahlung den Detektor erreicht). Diese wurden bei der Aufnahme der Fotos ent- fernt, und das Präparat durch eine Attrappe ersetzt. Der Durchmesser des Plexiglaszylin- ders betrug 2 cm, die Messung des Energiespektrums der Streustrahlung erfolgte mit einem NaJ-Szintillationsdetektor der Firma MS Microsystems. 


c) Beugung von Röntgenstrahlung (Bragg-Reflexion):
Es wurde eine Röntgenröhre der Firma Leybold (Modell 554 991) verwendet. Durch Einsetzen einer Zirkon-Folie war die Wellenlänge 71 pm im Vergleich zu allen anderen Anteilen mit besonders hoher Intensität vertreten, dennoch führte das verbliebene Bremsspektrum zu dem beobachtbaren Intensitätsanstieg bei 3,5 Grad. Der Netzebenenabstand des verwendeten NaCl- Einkristalls beträgt 282 pm.


Das Interaktive Bildschirmexperiment zum Photoeffekt entstand am Institut für Fachdidaktik Physik und Lehrerbildung der Technischen Universität Berlin. 
Alle übrigen Arbeiten erfolgten am Lehrstuhl für Didaktik der Physik der Ludwig-Maximilians-Universität München.

Copyright 1999 Lutz Silbersack 