Elektronen im elektrischen Feld
Bedienung
In der Simulation unten siehst du folgenden Vorgang veranschaulicht: Ein grün dargestelltes Elektron wird in einem ersten Kondensator beschleunigt und durch einen zweiten Kondensator abgelenkt und landet dann auf einem Schirm.
Mit den verschiedenen Schieberegler kannst du manche Parameter der Simulation verändern. Beim zweiten Kondensator kannst du den Plattenabstand verändern, in dem du den blauen Punkt an der Ecke der oberen Platte verschiebst.
Hinweis: Die Ladung eines Elektrons beträgt: , seine Masse: .
Vertraut werden
Mache dich mit der Simulation vertraut. Verändere die verschiedenen Parameter und beobachte die Auswirkungen. Versuche z.B. die Parameter so einzustellen, dass das Elektron nicht auf dem Schirm landet, oder dass es möglichst weit oben auf dem Schirm landet.
Abhängigkeiten
Hier sollst du der Frage nach gehen, wie die verschiedenen Parameter den Auftreffort y auf dem Schirm beeinflussen. Verändere die Parameter, beobachte und schreibe deine Erkenntnisse in Form von „Je…, desto…“-Sätzen in das Feld unter diesem Text.
Überblick über die gesamte Bewegung
Unser Ziel ist es, den Auftreffort des Elektrons vorherzusagen mit Hilfe der angegebenen Parameter.
Der erste Schritt dazu ist, sich gedanklich die Bewegung in zwei Teilbewegungen aufzuteilen: Die Bewegung in x-Richtung und die Bewegung in y-Richtung.
Überlege für beide Bewegungsrichtungen: In welchen Abschnitten ist die Bewegung eine Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit und in welchen Abschnitten ist die Bewegung eine beschleunigte Bewegung? Schreibe deine Überlegungen in das Feld unter diesen Text.
Horizontale Geschwindigkeit
Wir wollen nun Schritt für Schritt den Auftreffort y bestimmen. Berechne dazu als erstes die horizontale Geschwindigkeit , die das Elektron nach Durchlaufen des ersten Kondensators erreicht. Trage deinen berechneten Wert in das Feld unter diesen Text ein.
Zeitpunkte berechnen
Die gerade berechnete horizontale Geschwindigkeit ändert sich nun im weiteren Verlauf nicht mehr.
Berechne damit die Zeitdauer, die das Elektron benötigt, um
- den 2. Kondensator zu durchlaufen.
- um die Strecke zwischen 2. Kondensator und Schirm zu durchlaufen.
Ablenkung im 2. Kondensator
Berechne die Strecke in y-Richtung, die das Elektron im zweiten Kondensator zurück legt.
(Tipp: Dazu musst du zuerst die Feldstärke des elektrischen Feldes, die Kraft auf das Elektron und die Beschleunigung des Elektrons bestimmen.)
Bewegung im letzten Abschnitt
Im letztem Abschnitt ist die Bewegung in y-Richtung ebenfalls eine Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit. Berechne diese konstante Geschwindigkeit . Berechne damit, welche Strecke das Elektron im letztem Abschnitt in y-Richtung zurücklegt.