Aufgabe 3 · Abitur NRW Physik GK · Photonen in der Zahnmedizin 2026

Thema: Atomhülle und Spektren · Aus der Prüfung GK · Photonen in der Zahnmedizin (2026)

Aufgabenstellung

Material 3: Fluoreszenzspektren

Fluoreszenz ist die spontane Emission von Licht kurz nach Anregung der Bestandteile eines Materials durch Absorption von Licht. Dabei kann das emittierte Licht eine geringere Photonenenergie als das absorbierte haben. Ein Fluoreszenzspektrum stellt die Intensitäten der verschiedenen Wellenlängen in der emittierten Fluoreszenzstrahlung dar, wobei die Anregung in diesem Fall mit einer festen Wellenlänge im UV-Bereich erfolgt. Die folgende Abbildung zeigt das Fluoreszenzspektrum eines unbehandelten Zahnes.

Um ein möglichst unauffälliges Füllmaterial im UV-Licht zu finden, wurden die Fluoreszenzspektren von drei verschiedenen Füllmaterialien untersucht.

Das Aussehen eines unbehandelten Zahns bei Bestrahlung mit UV-Licht wird durch sein Fluoreszenzspektrum bestimmt (M 3).

Damit der behandelte Zahn im Vergleich zu den unbehandelten Zähnen möglichst unauffällig erscheint, sucht man Füllmaterialien, die ähnliche Fluoreszenzeigenschaften haben wie der Zahn selbst.

a)

Beschreiben Sie mithilfe eines beschrifteten Energieniveauschemas die Entstehung des Lichtes einer Wellenlänge im Fluoreszenzspektrum in Material 3 (Abb. 2).

b)

Planen Sie ein geeignetes Experiment, mit dem sich die Fluoreszenzspektren der Füllmaterialien (M 3, Abb. 3) mithilfe eines Spektrometers (Gerät zur Aufnahme eines Spektrums) aufnehmen lassen.

Hinweise: Zu Ihrer Planung gehören eine beschriftete Skizze des Aufbaus und die Beschreibung der Durchführung des Experiments.

c)

Begründen Sie, welches der Füllmaterialien (M 3, Abb. 3) am besten geeignet ist, damit Zähne mit Füllungen unter UV-Licht (z. B. Schwarzlicht im Club) möglichst unauffällig erscheinen.

Aufgabenstellung: Aufgabe 3 · Abitur NRW Physik GK · Photonen in der Zahnmedizin 2026

Lösung

Nach den offiziellen Korrekturhinweisen

3 a) Beschriften und zeichnen Sie ein Energieniveauschema zur Fluoreszenz sowie 3 b) eine beschriftete Skizze des Versuchsaufbaus.

Lösung: 3 a) Energieniveauschema: 3 b) Skizze des Versuchsaufbaus:

a) Beschreiben Sie mithilfe eines beschrifteten Energieniveauschemas die Entstehung des Lichtes einer Wellenlänge im Fluoreszenzspektrum in Material 3 (Abb. 2).

Lösung: Die Photonen des UV-Lichts werden durch das Zahnmaterial absorbiert. Anschließend wird ein Teil der Energie durch Photonen im sichtbaren Bereich emittiert. Es müssen entweder vorher oder nachher weitere Übergänge stattfinden.

b) Planen Sie ein geeignetes Experiment, mit dem sich die Fluoreszenzspektren der Füllmaterialien (M 3, Abb. 3) mithilfe eines Spektrometers (Gerät zur Aufnahme eines Spektrums) aufnehmen lassen.

Lösung: Für die Aufnahme des Emissionsspektrums werden eine UV-Lichtquelle, ein Spektrometer und ein Gefäß mit dem jeweiligen Füllmaterial benötigt. Das Gefäß mit dem Füllmaterial wird mit der UV-Lichtquelle bestrahlt. Das Licht, das durch das Füllmaterial emittiert wird, fällt direkt in das Spektrometer, das sich auf der gleichen Seite des Gefäßes wie die Lichtquelle befindet.

c) Begründen Sie, welches der Füllmaterialien (M 3, Abb. 3) am besten geeignet ist, damit Zähne mit Füllungen unter UV-Licht (z. B. Schwarzlicht im Club) möglichst unauffällig erscheinen.

Lösung: Füllmaterial 2 ist bzgl. der Lage des Maximums der Intensität, des Verlaufs und der Intensität des Fluoreszenzspektrums am besten geeignet, da sich dieses Spektrum am wenigsten von dem der natürlichen Zähne unterscheidet.

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