Ordne jede Eigenschaft der Strahlungsart zu, zu der sie gehört.
Ziehe die Karten in den passenden Korb — oder wähle eine Karte mit Tab und Enter und drücke dann die Ziffer des Korbs (0 legt sie zurück).
1α-Strahlung
2β-Strahlung
3γ-Strahlung
Drei Karten pro Korb. Die Ladung entscheidet über das Magnetfeld, die Masse über die Reichweite: schwer und geladen (α) bleibt früh stecken, leicht und geladen (β) fliegt weiter und lässt sich stark umlenken, ungeladen (γ) lässt sich weder umlenken noch ganz stoppen.
Frage dich bei jeder Karte: Ist das Teilchen geladen? Ist es schwer oder leicht?
Papier, wenige Zentimeter, Heliumkern → α. Elektron, Aluminium, stärkste Ablenkung → β. Geradeaus, nur abgeschwächt, ohne Masse und Ladung → γ.
2
Stimmt das?
AFB I
Sechs Behauptungen über Nachweis und Unterscheidung — drei stimmen, drei nicht.
Tippe auf „Stimmt“ oder „Stimmt nicht“. Danach erscheint die Begründung.
Aussage 1 von 6
Die zwei häufigsten Fehler stecken in Zeile 2 und 5: „Blei stoppt γ“ und „γ wird abgelenkt“. Beides scheitert an derselben Eigenschaft — γ hat keine Ladung und keine Masse.
Überlege bei jeder Aussage, welche Eigenschaft dahintersteckt: Ladung, Masse oder beides.
3
Gerät und Beobachtung verbinden
AFB I
Welches Nachweisgerät zeigt was? Verbinde jedes Gerät mit der Beobachtung, die es liefert.
Klicke links ein Gerät an und dann rechts die passende Beobachtung — es entsteht eine Verbindungslinie.
Alle vier Geräte nutzen denselben Effekt: Strahlung ionisiert. Das Zählrohr macht daraus einen Stromstoß, die Nebelkammer Tröpfchen, die Fotoplatte eine chemische Veränderung. Das Magnetfeld ist kein Nachweisgerät — es hilft nur beim Unterscheiden.
Was sieht oder hört man am Ende? Ein Geräusch, ein Bild, eine Spur, eine Zahl?
4
Aus der Beobachtung auf die Strahlung schließen
AFB II
Im Labor werden fünf Beobachtungen notiert. Wähle zu jeder die Strahlungsart, auf die sie am ehesten hindeutet.
Wähle in jedem Menü den passenden Eintrag. Alle fünf Felder müssen stimmen.
Beobachtung
Strahlungsart
Hinter einem Blatt Papier sinkt die Zählrate auf die Nullrate.
Papier ändert nichts, 3 mm Aluminium stoppen die Strahlung vollständig.
Hinter 5 cm Blei wird immer noch deutlich mehr als die Nullrate gezählt.
In der Nebelkammer: kurze, dicke, gerade Spuren von etwa 4 cm Länge.
Im Magnetfeld wird der Strahl stark auf eine enge Kurve gezwungen.
Ein einzelner Absorber-Versuch reicht meist nicht — erst die Kombination (Papier ändert nichts, Aluminium stoppt) ist eindeutig. Genauso beim Magnetfeld: „enge Kurve“ heißt leicht und geladen, also β.
Frage dich immer zwei Dinge: Welcher Absorber hat gewirkt — und welcher nicht?
Papier wirkt nur bei α. Aluminium wirkt bei α und β. Blei schwächt γ nur ab. Enge Kurve im Magnetfeld = leichtes Teilchen = β.
5
Der Absorber-Versuch in der richtigen Reihenfolge
AFB II
Bringe die Schritte eines sauberen Absorber-Versuchs in die richtige Reihenfolge.
Ziehe die Karten in die richtige Reihenfolge — mit der Tastatur: ↑/↓ verschiebt.
1Ohne Präparat die Nullrate des Zählrohrs messen
2Präparat vor das Zählrohr stellen und die Zählrate ohne Absorber messen
3Ein Blatt Papier zwischen Präparat und Zählrohr stellen und erneut messen
4Papier durch 3 mm Aluminium ersetzen und erneut messen
5Aluminium durch 5 cm Blei ersetzen und erneut messen
6Von allen Werten die Nullrate abziehen und die Unterschiede den Strahlungsarten zuordnen
Zwei Dinge werden gern vergessen: die Nullrate ganz am Anfang (die Umgebung strahlt immer ein wenig) und die Reihenfolge der Absorber von dünn nach dick — nur so sieht man, welcher Anteil bei welchem Absorber verschwindet.
Womit muss man anfangen, bevor das Präparat überhaupt im Spiel ist?
Erst die Nullrate, dann ohne Absorber, dann die Absorber von dünn nach dick, zuletzt auswerten.
6
Kreuztabelle: Wer macht was?
AFB II
Setze in jeder Zeile ein Kreuz bei jeder Strahlungsart, auf die die Aussage zutrifft — es können mehrere sein.
Enter setzt und löscht ein Kreuz.
Aussage
α
β
γ
wird von einem Blatt Papier gestoppt
wird von 3 mm Aluminium gestoppt
wird von 5 cm Blei nur abgeschwächt, nicht gestoppt
wird im Magnetfeld abgelenkt
hinterlässt in der Nebelkammer eine deutliche Spur
ionisiert die Luft auf ihrem Weg
Zeile 2 ist die Falle: Aluminium stoppt nicht nur β, sondern natürlich auch α — was Papier aufhält, hält Aluminium erst recht auf. Und die letzte Zeile gilt für alle drei: Ohne Ionisation gäbe es keinen Nachweis.
Ein dicker Absorber hält alles auf, was ein dünner schon aufhält.
Papier: nur α. Aluminium: α und β. Blei nur abschwächen: γ. Magnetfeld und Nebelkammerspur: die geladenen, also α und β. Ionisieren: alle drei.
7
Spuren im Magnetfeld
AFB II
Drei Strahlen verlassen die Quelle und durchqueren ein Magnetfeld. Klicke die Spur an, nach der gefragt wird.
Klicke die gesuchte Stelle an. Mit der Tastatur: Tab zum Wandern, Enter zum Auswählen.
Spur A biegt stark ab — leicht und geladen, also β. Spur C biegt schwach zur anderen Seite — schwer und entgegengesetzt geladen, also α. Spur B bleibt gerade — ungeladen, also γ. Nur was am Ende ins Zählrohr trifft, wird auch gezählt.
Ein Präparat wird mit dem Zählrohr untersucht. Gemessen wurden (in Impulsen pro Minute): Nullrate ohne Präparat 20, ohne Absorber 620, mit Papier 380, mit 3 mm Aluminium 140, mit 5 cm Blei 80. Werte die Messreihe Schritt für Schritt aus.
Rechne die Kette Schritt für Schritt. Erst wenn ein Schritt stimmt, wird der nächste freigeschaltet.
Nettozählrate ohne Absorber (Nullrate abgezogen)1/min
Wie viele Impulse pro Minute verschwinden durch das Papier? (α-Anteil)1/min
Wie viel Prozent der Nettozählrate ist das?%
Wie viele Impulse pro Minute verschwinden zusätzlich durch das Aluminium? (β-Anteil)1/min
Welche Nettozählrate bleibt hinter dem Aluminium übrig? (γ-Anteil)1/min
Wie viel Prozent dieser γ-Strahlung lässt das Blei noch durch?%
Das Präparat sendet alle drei Strahlungsarten aus: 40 % α, 40 % β, 20 % γ. Und das Blei zeigt das typische γ-Verhalten: Es halbiert die Zählrate (von 120 auf 60), stoppt sie aber nicht. Wichtig ist, immer mit der Nettozählrate zu rechnen — die Nullrate 20 steckt in jedem Messwert.
Ein unbekanntes Präparat: Papier ändert die Zählrate nicht. Hinter 3 mm Aluminium fällt sie auf etwa die Hälfte. Hinter 5 cm Blei liegt sie immer noch deutlich über der Nullrate. Welche Schlussfolgerungen sind zwingend richtig?
Mehrere Antworten sind richtig. Markiere alle zutreffenden.
Drei Beobachtungen, drei Schlüsse: Papier wirkungslos → kein α. Aluminium halbiert → ein β-Anteil war da. Hinter Blei noch Strahlung → γ. Also β und γ, und im Magnetfeld würde genau der β-Anteil abgelenkt, der γ-Anteil nicht. Blei kann γ beliebig weiter schwächen, aber nie auf null bringen.
Gehe die drei Beobachtungen einzeln durch: Was sagt jede für sich aus?
Papier → kein α. Aluminium wirkt → β vorhanden. Blei schwächt nur → γ vorhanden. Also zwei Strahlungsarten, und nur β wird im Magnetfeld abgelenkt.
10
Der Fall des unbekannten Präparats
AFB III
Du bekommst ein Präparat ohne Beschriftung und darfst nacheinander entscheiden, wie du vorgehst. Nur die physikalisch sinnvolle Entscheidung bringt dich weiter.
Nur die richtige Karte bringt dich weiter.
So arbeitet ein Physiker: erst die Nullrate, dann die Absorber von dünn nach dick, zum Schluss die Kontrolle mit dem Magnetfeld. Jede Beobachtung schließt eine Möglichkeit aus — bis nur noch eine Erklärung übrig bleibt: α und γ, kein β.
Welcher Absorber wirkt bei welcher Strahlung? Und was heißt es, wenn ein Absorber nichts ändert?
