Äußerer lichtelektrischer Effekt Übungsaufgaben

Transkript

1 Aufgabe: LB S.66/6 Betrahlt man die Katode einer Vakuumfotozelle mit Licht verchiedener Wellenlängen, o werden die in der Tabelle angegebenen Gegenpannungen gemeen, bei denen jeweil gerade kein Fototrom mehr fließt. L in nm UG in V 1,25 0,90 0,62 0,40 0,17 a) Stellen Sie den Zuammenhang zwichen der Frequenz de einfallenden Licht und der Bewegungenergie der chnellten Fotoelektronen grafich dar! Interpretieren Sie da Diagramm! b) Ermitteln Sie au dem Diagramm da planckche WQ, die Grenzfrequenz und die für da Katodenmaterial charakteritiche Autrittarbeit! c) Berechnen Sie die Gechwindigkeiten der Fotoelektronen!

2 Löung: LB S.66/6 a) Au der Wellenlänge de Licht kann man mit der Gleichung f = c / λ die betreffende Frequenz berechnen. Die Bewegungenergie E kin ergibt ich au der jeweiligen Gegenpannung: E kin = e U G. Damit erhält man folgende Werte: f in Hz 7,50 6,67 6,00 5,45 5,00 E kin in ev 1,25 0,90 0,62 0,40 0,17 Damit erhält man folgende Diagramm:. Diagramm Je höher die Frequenz de Licht it, mit dem die Katode einer Vakuumfotozelle beleuchtet wird, deto größer it die kinetiche Energie der Fotoelektronen. E gilt E kin ~ f

3 U in V; E kin in ev Löung: LB S.66/6 f in Hz

4 Löung: LB S.66/6 b) Für da planckche WQ gilt: h = Δ E kin Δ f Au dem Diagramm ollten zwei innvolle Werte augewählt werden, z.b.: h = 1,25eV h = 1,25 1, W h = J Hz Hz Die Grenzfrequenz it der Schnittpunkt der Eintein-Geraden mit der f-ache, alo: f G 4, Hz Die Autrittarbeit erhält man, wenn man die Eintein-Gerade bi zur negativen Ekin- Ache verlängert. E ergibt ich ein Wert von etwa 1,8 ev. Die Berechnung ergibt: W A = h f G W A = 6, J 4, Hz W A = 3, = 1,9 ev

5 Löung: LB S.66/6 c) Die Gechwindigkeit der chnellten Fotoelektronen ergeben ich nach der Beziehung e U = E kin = 1 2 m v 2 zu v = 2U e m Damit erhält man unter Nutzung der angegebenen Gegenpannungen: v 1 = C 2 1,25V 1, kg = m 6,6 105 v 2 = 5, m v 3 = 4, m v 4 = 3, m v 5 = 2, m

6 Aufgabe: LB S.66/7 Licht der Wellenlänge 300 nm trifft auf eine Cäiumchicht, die eine Fläche von 1 cm² und eine Autrittarbeit von 2 ev hat. Die Stärke der Betrahlung beträgt 2 W m - 2. a) Berechnen Sie die Energie eine Lichtquant! b) Wie viele Photonen treffen jede Sekunde auf die betrahlte Fläche? c) Welche maximale kinetiche Energie beitzt ein durch Fotoeffekt au dem Caeium heraugelöte Elektron? Geben Sie die Energie in J und ev an! d) Welche maximale Gegenpannung könnte e überwinden?

7 Aufgabe: LB S.66/7 a) Die Energie eine Lichtquant ergibt ich au der Wellenlänge und der Lichtgechwindigkeit: E = h f = h c m E = 6, J λ m E = 6, J = 4,1 ev b) Die Strahlungleitung für 1 cm² beträgt W, die Anzahl N der Photonen demzufolge: N = P t E N = W 1 6, J N = 3,

8 Aufgabe: LB S.66/7 c) Mit W A = 2 ev und E = 4,1 ev erhält man: E kin E kin = h f W A = 4,1 ev 2 ev = 2,1eV Die kinetiche Energie der Elektronen beträgt 2,1 ev oder 3, J.

9 Aufgabe: LB S.66/8 Bei einem Fotoeffekt-Experiment fällt weiße Licht durch ein Farbfilter (444 nm) auf eine Caeium-Schicht mit einer Autrittarbeit von 1, J und löt dort Elektronen ab. a) Berechnen Sie die Gechwindigkeit der abgelöten Elektronen! b) Wie könnte man ihre Gechwindigkeit experimentell ermitteln Skizzieren und bechreiben Sie ein geeignete Experiment!

10 Aufgabe: LB S.66/8 a) Au h f = W A m v2 erhält man mit f = c λ v = 2( h c λ W A) m 6, J m 2( ) 1, J m v = 9, kg v = 0, m durch Umtellen nach v :

11 Aufgabe: LB S.66/8 b) Experimentell könnte man die Gechwindigkeit mit der Gegenfeldmethode betimmen. Da Prinzip it im LB S. 45 dargetellt. Für den Grenzfall I = 0 gilt: e U = 1 2 m v2 und damit : v = 2U e m e/m it die pezifiche elektriche Ladung und kann einem Tafelwerk entnommen werden. Die Gegenpannung U wird direkt gemeen.