2. Kursarbeit - bei heidingers.de

Grundkurs Physik 12/1
2. Kursarbeit aus der Physik
20.05.2010
Aufgabe 1: Erläutere folgende Begriffe mit jeweils einem Satz und gegebenenfalls mit einer
Formel:
a) Beugung von Licht
b) Interferenzordnung
c) Linienspektrum
d) Elementarprozess
e) Grenzfrequenz
Aufgabe 2: Gitterspektroskop
a) Beschreibe den Aufbau eines optischen Gitters mit der Gitterkonstanten d.
b) Leite die Forme k*  = d*a/e für die konstruktive Interferenz von Licht mit der
Wellenlänge  am Gitter mit Hilfe einer aussagekräftigen Skizze her.
c) Skizziere und erläutere den Aufbau eines Gitterspektroskops zur Analyse von
Quecksilberlicht.
d) Notiere nacheinander die Schritte zur Versuchsdurchführung (Erzeugung eines scharfen
Spektrums)
e) Was muss geändert werden, um auch die (nicht sichtbaren) UV-Linien des
Quecksilberlichts nachzuweisen ?
Aufgabe 3: Photoeffekt
a) Skizziere und beschreibe die Vorgänge schematisch, die beim Auftreffen von Licht auf eine
Metalloberfläche auftreten (äußerer lichtelektrischer Effekt).
b) Wie sieht der experimentelle Aufbau aus, mit dem sich dieser Strom in Luft messen lässt?
c) Wie sieht der Aufbau bei einer Photozelle aus ? Warum fließt hier bereits ein Strom ohne
äußere Spannung ?
d) Aus welchem Grund wird beim Messen der Restenergie eine Gegenspannung zwischen
Anode und Kathode der Photozelle gelegt ? Woher stammt diese Restenergie und in welche
Energieform wird sie umgewandelt ?
e) Skizziere den für die Gegenfeldmethode nötigen Aufbau schematisch und erläutere ihn
durch Beschriftung. Wie kann man damit die Austrittsarbeit für Elektronen aus Cäsium
bestimmen ?
f) Die Cäsium-Photozelle wird nacheinander mit gelbem Licht der Wellenlänge 1 = 5,89 10-7
m und ultraviolettem Licht der Wellenlänge 2 = 2,54 10-7 m bestrahlt. Zur vollständigen
Abbremsung der Photoelektronen sind die Gegenspannungen U1 = 0,21 V und U2 = 3,00 V
erforderlich.
(1)
Trage die Werte in ein geeignetes Diagramm (Restenergie gegen Lichtfrequenz)
ein.
(2)
Ermittle daraus einen Näherungswert für das Planck'sche Wirkungsquantum
h (auch durch Rechnung).
(3)
Lies einen Näherungswert für die Austrittsarbeit aus Cäsium ab.
Aufgabe 4: Rechnung
a) Das kontinuierliche Spektrum 1. Ordnung des sichtbaren Lichts einer Kohlebogenlampe
erstreckt sich über den Wellenlängenbereich von 390 nm (violett) bis 780 nm (rot). Das
Spektrum soll mit einem optischen Gitter mit der Gitterkonstante d = 0,01 mm hergestellt
werden. Welchen Abstand e muss der Schirm vom Gitter haben, damit das Spektrum auf a
= 12 cm auseinander gezogen wird ?
b) Um aus einer Magnesiumschicht Photoelektronen auszulösen, dürfen die einfallenden
Lichtwellen höchstens die Wellenlänge 1 = 3,7 10-7 m haben. Auf die Photozelle fällt eine
Strahlung der Wellenlänge 2 = 2,5 10-7 m . Wie groß ist die maximale Geschwindigkeit
der ausgelösten Elektronen ?