Kontrolle Physik Leistungskurs Klasse 12 22.1.2016

Kontrolle Physik Leistungskurs Klasse 12
22.1.2016
Atommodelle
Name: .......................................................
1. Die beiden Spektren der
teilbeschichteten Leuchtstoffröhre
wurden mit Hilfe eines optischen
Gitters aufgenommen. Welche
Aussage ist richtig? (1)
a) Spektrum 1 gehört zum
unbeschichteten Teil.
b) Spektrum 2 gehört zum
unbeschichteten Teil.
c) Man kann keine Aussage über die
Zuordnung machen.
2. Schreiben Sie die Bohrschen Postulate auf. (4)
3. (LK 2015) Beim Franck-Hertz-Experiment wechselwirken bewegte Elektronen mit
Gasatomen. Ab einer bestimmten kinetischen Energie der Elektronen werden
Photonen der Vakuumwellenlänge 253 nm freigesetzt. Erklären Sie dieses
Phänomen und berechnen Sie die Energie, die auf ein Gasatom bei einer
Wechselwirkung übertragen wird. (6)
4. (LK 2015) Kreuzen Sie die richtigen Aussagen
an. Nutzen Sie das gegebene
Energieniveauschema des Wasserstoffatoms. (6)
Die Energie 10,2 eV ist auf jeden Fall
ausreichend, um ein Wasserstoffatom zu
ionisieren.
Ein Photon der Energie 3,4 eV kann von einem
Wasserstoffatom im Grundzustand absorbiert
werden.
Wasserstoffatome, in denen sich die Elektronen
auf dem Energieniveau − 0,54 eV befinden,
können Photonen im Bereich des sichtbaren
Lichts emittieren.
Elektronen, die eine Beschleunigungsspannung
von 10,5 V durchlaufen haben, können
Wasserstoffatome im Grundzustand anregen.
Wasserstoffatome können keine Quanten im ultravioletten Spektralbereich
emittieren.
Das Spektrum des angeregten atomaren Wasserstoffs ist grundsätzlich
kontinuierlich.
5. a) Begründen Sie, weshalb Rutherford aus der Streunung der Alpha-Teilchen
schließen konnte, dass die Materie in der damit beschossenen Goldfolie nicht
kontinuierlich verteilt ist. (4)
b) Wie lässt es sich deuten, dass von etwa 1 Million Alpha-Teilchen nur 1 Teilchen
zurückgestreut wurde? Begründen Sie die Deutung. (3)
Lösungen
1.
a) Spektrum 1 gehört zum unbeschichteten Teil.
Die unbeschichtete Leuchtstofflampe sendet ein Linienspektrum aus, das hauptsächlich um
blauen und ultravioletten Teil leuchtet.
Die Leuchtschicht macht dann daraus sichtbares Licht. Das Spektrum enthält dann neben
den Linien auch einen kontinuierlichen Anteil bis in den roten Teil des Spektrums hinein.
2. 1. Bohrsches Postulat: Die Elektronen bewegen sich in der Atomhülle nur auf
bestimmten Bahnen. Auf diesen bewegen sie sich strahlungsfrei. Die Radien dieser
stationären Bahnen rn werden über den Bahndrehimpuls mvr durch die Bedingung
2πrnmevn = nh; n = 1,2,…
ausgewählt (me = Masse des Elektrons, vn = Geschwindigkeitsbetrag des Elektrons auf der
n-ten Bahn).
2. Bohrsches Postulat: Geht ein Atom von einem Zustand höherer Energie En in einen
Zustand niedriger Energie Em über, so wird ein Photon der Energie hf ausgesandt. En Em = hf.
Wird ein Photon absorbiert, so geht ein Atom von einem Zustand niedriger Energie in einen
Zustand höherer Energie über; dabei gilt dieselbe Beziehung.
3.
Atome nehmen Energie nur in bestimmten Portionen auf (gequantelt). Wenn die Elektronen
die entsprechende kinetische Energie haben, erfolgen die Stöße zwischen Elektronen und
Atomen unelastisch. Die Elektronen geben ihre gesamte Energie an die Atome ab.
Diese gehen dadurch in den angeregten Zustand über. Das heißt, ein Elektron der
Außenhülle springt auf eine höhere Bahn.
Dort verweilt es eine kurze Zeit, um dann unter Abgabe eines Photons in den Grundzustand
zurückzugehen. Dieses Photon hat dann die Wellenlänge von 253 nm.
Die Energie, die bei der Wechselwirkung übertragen wird, entspricht genau der Energie der
Photonen, die die Atome beim Übergang in den Grundzustand abgeben.
Die Energie eines Photons ist
E =h⋅f
Mit dem Zusammenhang zwischen Frequenz, Wellenlänge und Lichtgeschwindigkeit
c =λ⋅f
wird daraus
c
E = h⋅
λ
m
2,998 ⋅108
s
E = 6,626 ⋅10−34 J ⋅ s ⋅
253 ⋅10−9 m
E = 7,852 ⋅10 −19 J
E = 4,9 eV
4.
Die Energie 10,2 eV ist auf jeden Fall ausreichend, um ein Wasserstoffatom zu ionisieren.
Ein Photon der Energie 3,4 eV kann von einem Wasserstoffatom im Grundzustand
absorbiert werden.
Wasserstoffatome, in denen sich die Elektronen auf dem Energieniveau − 0,54 eV
befinden, können Photonen im Bereich des sichtbaren Lichts emittieren.
Elektronen, die eine Beschleunigungsspannung von 10,5 V durchlaufen haben, können
Wasserstoffatome im Grundzustand anregen.
Wasserstoffatome können keine Quanten im ultravioletten Spektralbereich emittieren.
Das Spektrum des angeregten atomaren Wasserstoffs ist grundsätzlich kontinuierlich.
5. a) Rutherford hat die dünne, nur wenige Atome dicke Goldfolie, mit sehr kleinen, positiv
geladenen Teilchen beschossen. Durch Messungen der Anzahl der Teilchen um die
Goldfolie herum konnte der Weg der Alpha-Teilchen nach dem Kontakt mit der Folie weiter
verfolgt werden.
Bei einer kontinuierlichen Verteilung der Materie wie z.B. in einem Schwamm müssten alle
Teilchen wenig oder gar nicht abgelenkt durchfliegen.
Da einige wenige Teilchen aber eine gewaltige Richtungsänderung erfahren haben, muss es
im Atom kleine Gebiete geben, die völlig anders aufgebaut sind als der Rest.
b) Aus der äußerst geringen Anzahl an zurück gestreuten Teilchen lässt sich deuten, dass
diese Gebiete, die die Flugbahn beeinflussen, sehr klein sind. Da die Teilchen weit von ihrer
ursprünglichen Richtung abgelenkt werden, müssen diese Gebiete sehr kompakt sein, also
eine sehr große Dichte besitzen.