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Aufgabe 554 (Atomphysik, äußerer lichtelektrischer Effekt)
Welche Aussagen zum äußeren lichtelektrischen Effekt sind wahr, welche falsch?
a) Je kurzwelliger das Licht, je besser werden Elektronen aus der Katode gelöst
b) Wird die Intensität des Lichts verstärkt, erhöht sich die Geschwindigkeit der herausgelösten Elektronen.
c) Die Energie des Lichtes ist von der Frequenz abhängig.
d) Das Katodenmaterial muss immer ein Metall sein.
e) Die Grenzfrequenz hängt vom Licht ab.
f) Das Plancksche Wirkungsquantum hängt vom verwendeten Katodenmaterial ab.

Ein Stern

Aufgabe 555 (Atomphysik, äußerer lichtelektrischer Effekt)
Eine Fotokatode wird mit Licht der Wellenlänge 500 nm bestrahlt.
a) Bei welcher negativen Anodenspannung geht die Stromstärke auf Null zurück? Die Austrittsarbeit des Katodenmaterials beträgt 2,4*10-19 J.
b) Wie groß ist die Grenzfrequenz für dieses Katodenmaterial?

Zwei Sterne

Aufgabe 556 (Atomphysik, äußerer lichtelektrischer Effekt)
Aus einer Silberfläche, die mit monochromatischem Licht der Wellenlänge 150 nm beleuchtet wird ( UV-Licht), werden Fotoelektronen ausgelöst. Die Wellenlänge, unterhalb der bei Silber der lichtelektrische Effekt einsetzt, ist 260 nm.
Wie groß ist die Geschwindigkeit der herausgelösten Elektronen?

Zwei Sterne

Aufgabe 557 (Atomphysik, äußerer lichtelektrischer Effekt)
Zur Untersuchung des Photoeffekts wird ein Metall im Vakuum mit Licht bestrahlt und die kinetische Energie der aus dem Metall austretenden Elektronen mit Hilfe der Gegenspannungsmethode gemessen.
a) Nennen Sie ein Ergebnis dieser Untersuchungen, das nicht mit dem Wellenmodell des Lichts erklärt werden kann.
b) Erklären Sie das unter a) genannte Ergebnis mit Hilfe des Begriffes Photon! Gehen Sie dabei auf die Energiebilanz beim Photoeffekt ein!
Bei der Bestrahlung eines Metalls mit Licht unterschiedlicher Wellenlängen werden folgende Gegenspannungen UG gemessen:
λ in nm 578 546 436 405
UG in V 0,14 0,27 0,82 1,05
c) Stellen Sie in einer Wertetabelle die entsprechenden Frequenzen des Lichtes und kinetischen Energien der Photoelektronen gegenüber!
d) Stellen Sie in einem Diagramm die kinetische Energie der Photoelektronen in Abhängigkeit von der Frequenz des Lichtes dar!
e) Ermitteln Sie anhand Ihres Diagrammes die Grenzfrequenz und die Austrittsarbeit in der Einheit eV. Um welches Metall könnte es sich handeln?
 

Drei Sterne

Aufgabe 801 (Elektrizitätslehre, äußerer lichtelektrischer Effekt)
roehre

Die Abbildung zeigt schematisch den Aufbau einer Vakuumröhre. Die Katode K ist ein Metallplättchen, das durch eine unmittelbar dahinter liegende Glühwendel geheizt wird. Die beiden quadratischen Ablenkplatten Pu und Po mit der Kantenlänge 4,0 cm sind so angeordnet, dass die kleine Öffnung in der Anode A genau in der Verlängerung der Mittelachse des Plattenpaares liegt. Der Plattenabstand beträgt 1,0 cm. Eine ebene Glasplatte mit Leuchtschicht bildet den Abschluss der Röhre.

a) Die Gleichspannung UA wird zunächst so angelegt, dass der Pluspol an A liegt. Bei UA = 200 V ist ohne Ablenkspannung am Ort M auf der Leuchtschicht ein Lichtpunkt zu erkennen. Bei diesem Wert von UA kann die Anfangsgeschwindigkeit der Elektronen beim Verlassen von K vernachlässigt werden.
* Zeigen Sie, dass die Elektronen die Stelle M mit der Geschwindigkeit  erreichen.
Nun wird eine konstante Gleichspannung Uy so an die Ablenkplatten angelegt, dass der Pluspol an der Platte Po liegt.
*Skizzieren Sie die Bahn der Elektronen von der Anode bis zum Leuchtschirm.
Beschreiben Sie für die einzelnen Abschnitte die Art der Bewegung.

Die vorderen Plattenränder haben den Abstand 14 cm von der Leuchtschicht.
* Wie weit ist der Leuchtpunkt von M entfernt, wenn Uy auf 20 V eingestellt ist?

Die Elektronen sollen trotz angelegter Ablenkspannung Uy = 20 V und positiver Platte Po im Zwischenraum nicht abgelenkt werden. Der Bereich zwischen den Platten wird dazu von einem Magnetfeld durchsetzt.
* Bestimmen Sie den Betrag und die Richtung der magnetischen Feldstärke B.

b) In einem neuen Versuch mit der Vakuumröhre  wird die Spannung UA nach Betrag und Polung verändert. Ein negativer Wert von UA bedeutet, dass der Minuspol an A liegt. Die Katode wird weiterhin durch die Glühwendel geheizt. Ein Messinstrument zeigt die Stromstärke IA an, die in Abhängigkeit von UAnotiert wird.

 

UA in V IA in µA
-4,0 0,0
-3,9 0,0
-3,8 0,1
-3,0 1,0
-2,0 2,0
0,0 5,0
10 30
20 50
30 58
40 60
50 60

 

* Zeichnen Sie ein Diagramm für IA in Abhängigkeit von UA.
* Beschreiben Sie die verschiedenen Bereiche der Kurve im UA-IA-Diagramm.
* Was kann man für die Elektronen aus dem Verlauf der Kurve im Bereich  , was im Bereich   erschließen?

c) Die Katode wird nun nicht mehr geheizt. Wird K auf der A zugewandten Seite mit gelbem Natriumlicht der Wellenlänge 589 nm beleuchtet, so wird trotzdem ein Strom IA gemessen. Dieser geht erst dann auf den Wert 0A zurück, wenn die Spannung UA auf -1,0 V eingestellt wird.
* Wir groß ist die Ablöseenergie bei dieser Katode?
*  Bei welcher Spannung UA geht IA gerade auf den Wert 0 A zurück, wenn zusätzlich zum gelben Natriumlicht auch blaues Licht der Wellenlänge 436 nm auf K trifft?
* Wie muss die Wellenlänge des eingestrahlten Lichtes gewählt werden, damit bei dieser Katode ein Fotoeffekt festgestellt werden kann?

 

Drei Sterne

Lösung nur mit Zugang

Aufgabe 1044 (Atomphysik, äußerer lichtelektrischer Effekt)
Albert Einstein bekam im Jahre 1921 den Physiknobelpreis für die Erklärung des Photoeffektes, bei dem unter bestimmten Bedingungen Elektronen aus einer Metalloberfläche austreten, wenn diese mit Licht bestrahlt wird. Mit Hilfe der Gegenspannungsmethode kann z.B. der Zusammenhang zwischen der Frequenz des eingestrahlten Lichtes und der maximalen Geschwindigkeit der ausgelösten Elektronen bestimmt werden.
Welches Diagramm stellt den Zusammenhang zwischen den beiden Größen am besten dar? diagramm

Zwei Sterne