Aufgabe zu Elektron im Längsfeld.

Aufgaben zum Plattenkondensator und zur Bewegung von Ladungen in elektrischen Feldern stellen für Schülerinnen und Schüler der beginnenden Kursstufe eine gewisse Schwierigkeit dar.
Dies liegt wohl nicht so sehr daran, dass die vermittelten neuen Sachverhalte zum Plattenkondensator besonders kompliziert wären, sondern sind eher darauf zurückzuführen, dass die neuen Aspekte mit alten Kompetenzen verknüpft werden müssen.

• Die vorkommenden Größen sind entweder sehr klein (Massen, Ladungsmengen, Zeiten) oder sehr groß (Beschleunigungen, el. Feld). Daher kommt man um die Zehnerpotenzschreibweise kaum herum.
  Die haben die Schülerinnen und Schüler zwar im Mathematikunterricht in der Mittelstufe einmal gelernt, aber in Physik in der Regel nie benötigt.
  (Vergleiche hierzu diese Seite zu den Vorsilben)
• Neue "Vorsilben" für physikalische Größen tauchen auf, die den Schülern erstmals begegnen, Größen wie μC oder gar nC. Die Bedeutung neuer griechischerBuchstaben muss gelernt und mit der Potenzschreibweise verknüpft werden
  (Vergleiche hierzu diese Seite zu den griechischen Buchstaben)
• Die Bewegungsgesetze der Mechanik sind zu reaktivieren und nun auf elektrische Vorgänge zu übertragen.

Eine Aufgabe mit Brückenfunktion.

Die hier vorgestellte Aufgabe dient dazu diese Kompetenzen zu trainieren und zum Potentialbegriff hinzuführen.

Verknüpfen von neuen und alten Kompetenzen.

In den Aufgabenteilen a) bis f) werden die Schülerinnen und Schüler sehr engmaschig geführt und durch die Aufgabe geleitet. Als Grundkenntnisse benötigen sie dabei außer den neuen Zusammenhängen E = U / d und F_el = q * E noch das 2. Gesetz von Newton (F = m * a), die Zusammenhänge der gleichmäßig beschleunigten Bewegung und die Gleichung für die kinetische Energie.

Hinführung zum Potentialbegriff

Die Teile g) - j) verfolgen einen anderen Zweck. Die Schülerinnen und Schüler sollen kinetische Energie und Geschwindigkeit der Ladung genau in der Kondensatormitte bestimmen. Dies geht analog zum ersten Teil, nur mit einer anderen Laufstrecke.
Sie entdecken dabei, dass hier zwar die Geschwindigkeit nicht halb so groß ist, wohl aber die kinetische Energie!
Das könnte natürlich Zufall sein, daher sollen sie im Aufgabenteil h) zeigen, dass da wirklich eine Gesetzmäßigkeit dahinter steckt.
Sehr schnell erkennen die Schülerinnen und Schüler dann, dass eine Proportionalität zwischen der kinetischen Energie der beschleunigten Ladung und der zurückgelegten Wegstrecke vorliegt, damit ist eine wichtige Erkenntnis im Hinblick auf den Potentialbegriff gelegt, den man anschließend noch vertiefen sollte.

Sie können die Aufgabe hier herunterladen: Aufgabe zum Plattenkondensator und Potential

Lösungsblatt zur Aufgabe: Lösung zur Aufgabe