Radioaktivität

Radioactivity

Physik Klasse 9 17 Aufgaben

AtomphysikRadioaktivitätStrahlungKerncurriculum

Instabile Atomkerne wandeln sich um und senden dabei α-, β- oder γ-Strahlung aus — mit sehr unterschiedlicher Reichweite, Durchdringungsfähigkeit und biologischer Wirkung: α wird schon von Papier gestoppt, γ erst von dickem Blei. Natürliche Quellen wie Radon, kosmische Strahlung und medizinische Anwendungen liefern die alltägliche Dosis; nachgewiesen wird sie mit dem Geiger-Müller-Zähler. Strahlung ist messbar und dosisabhängig, nicht magisch „ansteckend" — Schutz beruht auf Abstand, Abschirmung und Zeit. Trägt Kernphysik, Halbwertszeit und die Kernenergie-Debatte.

Voraussetzungen (1)

Atommodell nach Dalton und Periodensystem

Klasse 8

›

Ermöglicht (2)

Kernenergie

Klasse 9

›

Kernphysik und Atomaufbau

Klasse 10

›

Leicht

Multiple Choice #1 15s ▶ Testen

Welche drei Strahlungsarten gibt es bei radioaktivem Zerfall?

● Alpha-, Beta- und Gammastrahlung
○ Röntgen-, UV- und Infrarotstrahlung
○ Mikrowellen, Radio- und Lichtwellen
○ Neutronen-, Protonen- und Elektronenstrahlung

Beim radioaktiven Zerfall unterscheidet man α-Strahlung (Heliumkerne), β-Strahlung (Elektronen) und γ-Strahlung (energiereiche elektromagnetische Wellen).

Lückentext #2 15s ▶ Testen

Alpha-Strahlung besteht aus ___-Kernen (2 Protonen und 2 Neutronen).

✓ Antwort: Helium

Ein Alphateilchen ist identisch mit einem Helium-4-Kern: Es besteht aus 2 Protonen und 2 Neutronen.

Wahr / Falsch #3 15s ▶ Testen

Gammastrahlung besteht aus geladenen Teilchen.

✓ Falsch

Falsch! Gammastrahlung ist elektromagnetische Strahlung (Photonen) und hat keine Ladung. Sie entsteht, wenn ein Atomkern von einem angeregten in einen niedrigeren Energiezustand übergeht.

Multiple Choice #4 20s ▶ Testen

Welche Strahlungsart hat die größte Reichweite in Luft?

○ Alpha-Strahlung
○ Beta-Strahlung
● Gamma-Strahlung
○ Alle gleich

Gamma-Strahlung hat die größte Reichweite: Sie durchdringt Luft, Papier und sogar dünne Metallplatten. Alpha-Strahlung wird bereits durch Papier gestoppt, Beta-Strahlung durch Aluminium.

Sortieren #5 20s ▶ Testen

Ordne die Strahlungsarten nach zunehmender Reichweite in Luft:

✓ Antwort: Alpha-Strahlung, Beta-Strahlung, Gamma-Strahlung

Alpha: wenige cm Luft, Beta: einige Meter Luft, Gamma: sehr große Reichweite. Alpha ist am leichtesten abzuschirmen, Gamma am schwersten.

Lückentext #6 12s ▶ Testen

Die Zeit, in der die Hälfte der radioaktiven Atome zerfallen ist, heißt ___.

✓ Antwort: Halbwertszeit

Die Halbwertszeit t½ ist die Zeitspanne, nach der die Hälfte der ursprünglich vorhandenen radioaktiven Kerne zerfallen ist.

Lückentext #7 12s ▶ Testen

Licht besteht gemäß dem Photonenmodell aus einzelnen Energie-'Paketen', den sogenannten ___.

✓ Antwort: Photonen

Im Photonenmodell besteht Licht aus Photonen – diskreten Energieportionen. Die Energie eines Photons hängt von seiner Frequenz bzw. Wellenlänge ab.

Mittel

Zahleneingabe #1 25s ▶ Testen

Ein radioaktives Präparat hat eine Halbwertszeit von 10 Tagen. Wie viel Prozent sind nach 20 Tagen noch vorhanden?

✓ Antwort: 25

Nach 1 Halbwertszeit (10 Tage): 50 %. Nach 2 Halbwertszeiten (20 Tage): 50 % · 50 % = 25 %.

Zahleneingabe #2 25s ▶ Testen

Von 800 g eines radioaktiven Stoffes sind nach 3 Halbwertszeiten noch ___ g vorhanden.

✓ Antwort: 100

Nach 1 HWZ: 400 g, nach 2 HWZ: 200 g, nach 3 HWZ: 100 g. Jede Halbwertszeit halbiert sich die Menge.

Multiple Choice #3 25s ▶ Testen

Was ist das Energiestufenmodell des Atoms?

● Elektronen besetzen diskrete Energieniveaus und können durch Photonen zwischen diesen wechseln
○ Atome haben eine kontinuierliche Energieverteilung
○ Energie wird nur als Wärme abgegeben
○ Alle Elektronen haben die gleiche Energie

Im Energiestufenmodell besetzen Elektronen bestimmte diskrete Energieniveaus. Durch Absorption eines Photons kann ein Elektron auf ein höheres Niveau wechseln, durch Emission auf ein niedrigeres.

Wahr / Falsch #4 15s ▶ Testen

Bei der Absorption eines Photons geht ein Elektron auf ein niedrigeres Energieniveau.

✓ Falsch

Falsch! Bei Absorption nimmt das Elektron die Energie des Photons auf und springt auf ein höheres Energieniveau. Bei Emission ist es umgekehrt: Das Elektron fällt auf ein niedrigeres Niveau und gibt ein Photon ab.

Multiple Choice #5 20s ▶ Testen

Welche Farbe hat Licht mit der höchsten Photonenenergie im sichtbaren Bereich?

○ Rot
○ Gelb
○ Grün
● Violett

Je kürzer die Wellenlänge, desto höher die Photonenenergie. Violettes Licht hat die kürzeste Wellenlänge im sichtbaren Bereich und damit die höchste Energie.

Multiple Choice #6 20s ▶ Testen

Eine Bindung im DNA-Molekül braucht etwa 4 eV zum Aufbrechen. Welche Strahlung schafft das mit einem einzigen Photon?

○ Infrarot, 1000 nm
● UV-B, 300 nm
○ Rotes Licht, 700 nm

Die Energie eines Photons wächst, je kürzer die Wellenlänge ist: E = h·c/λ ≈ 1240 eV·nm / λ. UV-B mit 300 nm liefert etwa 4,1 eV – genug, um Bindungen in der DNA zu brechen. Rotes Licht (≈ 1,8 eV) und Infrarot (≈ 1,2 eV) schaffen das nicht, auch wenn sich Infrarot auf der Haut warm anfühlt. Darum ist UV-Strahlung gefährlicher als sichtbares Licht.

Wahr / Falsch #7 20s ▶ Testen

Ein diskretes Spektrum (Linienspektrum) entsteht durch Übergänge von Elektronen zwischen Energiestufen.

✓ Wahr

Richtig! Jeder Übergang zwischen zwei Energieniveaus erzeugt Licht einer bestimmten Wellenlänge. Die Gesamtheit dieser Linien bildet das Linienspektrum eines Elements.

Multiple Choice #8 20s ▶ Testen

Was zeigt ein Absorptionsspektrum?

● Dunkle Linien auf einem kontinuierlichen Spektrum, wo bestimmte Wellenlängen absorbiert wurden
○ Nur helle Linien auf dunklem Hintergrund
○ Ein gleichmäßig verteiltes Farbspektrum
○ Die Intensität von Radiowellen

Ein Absorptionsspektrum zeigt dunkle Linien an den Stellen, wo Atome oder Moleküle Photonen bestimmter Wellenlängen absorbiert haben.

Zahleneingabe #9 30s ▶ Testen

Ein radioaktives Isotop hat eine Halbwertszeit von 8 Stunden. Nach wie vielen Stunden ist nur noch 12,5 % der ursprünglichen Menge vorhanden?

✓ Antwort: 24

12,5 % = 1/8. Das sind 3 Halbwertszeiten (½ · ½ · ½ = 1/8). Also: 3 · 8 h = 24 h.

Lückentext #10 15s ▶ Testen

Das Absorptionsspektrum der ___ zeigt, welche Strahlungsbereiche von verschiedenen Gasen absorbiert werden.

✓ Antwort: Erdatmosphäre

Das Absorptionsspektrum der Erdatmosphäre setzt sich aus den Absorptionseigenschaften verschiedener Gase (CO₂, H₂O, O₃ usw.) zusammen und ist wichtig für das Verständnis des Treibhauseffekts.