Kontrolle Physik Grundkurs Klasse 12 1. Welche Aussagen zum ...

Kontrolle Physik Grundkurs Klasse 12
1. Welche Aussagen zum äußeren lichtelektrischen Effekt sind wahr, welche falsch? (6)
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 heraus
gelösten 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.
2. Welche Aussage macht die Heisenbergsche Unbestimmtheitsrelation? (2)
3. In einem Nachtsichtgerät wird eine Fotozelle aus der Metalllegierung AgCsO verwendet,
das eine Austrittsarbeit von 1,04 eV hat.
a) Ab welcher Wellenlänge werden beim Bestrahlen mit Licht aus der Legierung Elektronen
herausgelöst. (4)
b) Aus welchem Lichtwellenbereich stammt dieses Licht? (1)
Nun wird die Fotozelle mit rotem Licht der Wellenlänge 680 nm bestrahlt.
c) Beschreiben Sie, wie sich die Energie der Lichtquanten beim Auftreffen auf die Fotozelle
verteilt. (4)
d) Mit welcher Geschwindigkeit verlassen die Elektronen jetzt die Katode. (5)

Lösungen
1.
a) wahr
b) falsch
c) wahr
d) wahr
e) falsch
f) falsch
2. Das Produkt gewisser physikalischer Größen (komplementärer Größen)weist
grundsätzlich eine Unbestimmtheit (Unschärfe, Ungenauigkeit) auf. Das ist eine prinzipielle
Eigenschaft der Materie. Diese Unschärfe tritt nur im Bereich der Mikrowelt zutage.
Beispiel: Ort-Impuls-Unsicherheit: ∆x ∆p ≥ h/2π
∆x Genauigkeit, mit der eine Ortskoordinate des Teilchens bekannt ist
∆p Genauigkeit, mit der eine Impulskomponente bekannt ist
h Plancksches Wirkungsquantum
3. a) Wenn das Photon auf das Material trifft, muss es soviel Energie besitzen, dass es
gerade die Austrittsarbeit verrichten kann. Die Energie des Photons ist
E = h⋅ f
Ph
Die Frequenz ist die des gesuchten Lichtes und hängt mit der Wellenlänge über die
Lichtgeschwindigkeit zusammen:
c =λ⋅ f
c
f =
λ
und eingesetzt:
c
EPh = h⋅
λ
Nach der gesuchten Wellenlänge umgestellt:
c
λ = h⋅ E
Ph
Damit kann die gesuchte Wellenlänge berechnet werden. Zuvor muss die gegebene
Austrittsarbeit noch in Joule umgerechnet werden:
−19 −19
E = 1,04eV = 1,04 ⋅1,602 ⋅ 10 J= 1,666 ⋅ 10 J
8
2,998 ⋅10
−34
6,626 10 J s s
−19
1,666 10 J
λ = ⋅ ⋅ ⋅
λ = ⋅
−6
1,19 10 m
⋅
m
b) Das ist Licht aus dem infraroten Bereich. (eben Nachtsichtgerät)
c) Wenn das Photon auf die Fotozelle trifft, wird es vernichtet und gibt seine gesamte
Energie an ein Elektron ab. Ein Teil der Energie wird zum Herauslösen des Elektrons aus
dem Metall verwendet. der Rest dient dann dazu, das Elektron zu beschleunigen.
d) Die Geschwindigkeit der Elektronen lässt sich über die kinetische Energie bestimmen, mit
der sie nach dem Herauslösen die Metalloberfläche verlassen. Dazu wird wieder die
Energiebetrachtung herangezogen:
E = W + E
Ph A kin
Die kinetische Energie ist

m 2
Ekin = ⋅ v
2
Da steckt nun auch die gesuchte Geschwindigkeit drin. Also Einsetzen und Umstellen:
E = E − W
kin Ph A
m 2
⋅ v = EPh − WA
2
2
m
2
v = ⋅EPh − WA
v =
( )
2⋅ E − W
Ph A
m
Die Photonenenergie erhält man aus der gegebenen Wellenlänge des roten Lichtes:
v =
v =
v =
( )
2⋅ h⋅f − W
m
A
⎛ c ⎞
2⋅ h⋅ − W
⎝ λ ⎠
m
⎜ A ⎟
⎛ 8 m
⎞
⎜ 2,998 ⋅10
34 s
⎟
− −19
2⋅⎜ 6,626 ⋅10 Js⋅ −1,666 ⋅10
J
−9
⎟
⎜ 680⋅10 m
⎟
⎝ ⎠
−31
9,109⋅10 kg
m
v = 524990
s
km
v = 525
s
Die Elektronen verlassen die Katode mit 525 km/s.