Stoßanregung, Einbruchspannungen und UV-Photon: Kennlinien lesen, Stöße zählen und die Energieportion deuten.
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Übungsaufgaben
Dreißig Übungen, fortlaufend nummeriert: Aufgaben zum Klicken, Ziehen und Knobeln wechseln sich mit Rechen- und Eingabeaufgaben ab. Jede Übung gibt Ihnen sofort eine Rückmeldung, und zu jeder Aufgabe gibt es zwei gestufte Tipps.
A1
Energie nach 7,3 V
AFB I
Elektronen durchlaufen in einer Franck-Hertz-Röhre die Beschleunigungsspannung U = 7,3 V. Bestimmen Sie ihre kinetische Energie unmittelbar vor dem Gitter in Elektronenvolt und in Joule (Elementarladung e = 1,602·10−19 C).
eV
·10−19 J
Ein Elektron, das die Spannung U durchläuft, gewinnt die Energie E = e·U. In Elektronenvolt ist der Zahlenwert genau die Spannung in Volt.
Für die Umrechnung gilt 1 eV = 1,602·10−19 J. Multiplizieren Sie also 7,3 mit 1,602 und schreiben Sie das Ergebnis als Vielfaches von 10−19 J.
A2
Wie fällt der Stoß aus?
AFB III
Die Beschleunigungsspannung beträgt \(U=11\,\mathrm V\), die Anregungsenergie von Quecksilber \(\Delta E=4{,}9\,\mathrm{eV}\).
Entscheiden Sie anhand des Entscheidungsbaums, wie viele Anregungen dieses Elektron auslösen kann.
Beantworten Sie die Fragen des Entscheidungsbaums mit Ja oder Nein und schauen Sie, wo Sie herauskommen.
Der Baum macht sichtbar, dass die Frage immer dieselbe ist, nur mit wachsenden Schwellen: 4,9 − 9,8 − 14,7 eV. Abkürzen können Sie mit einer Division und anschließendem Abrunden: 11 : 4,9 = 2,24 → zwei Anregungen. Achte darauf, dass „11 V“ und „11 eV“ hier dasselbe meinen — das gilt nur, weil ein einfach geladenes Elektron beschleunigt wird.
Gehen Sie die Fragen des Baums der Reihe nach durch: Reicht die Energie für die erste Portion, dann für die zweite, dann für die dritte?
11 V entsprechen 11 eV. Vergleichen Sie mit den Schwellen 4,9 eV, 9,8 eV und 14,7 eV: Die ersten beiden werden erreicht, die dritte nicht.
A3
Rechenfehler in der Mitschrift
AFB II
Ein Mitschüler hat Aussagen zum Franck-Hertz-Versuch mit Quecksilber (ΔE = 4,9 eV) notiert. Überprüfen Sie jede Zeile, markieren Sie die fehlerhaften Zeilen und tragen Sie den richtigen Wert ein.
Klicken Sie die Zeilen an, die Sie für falsch halten – dabei klappt ein Feld für die Korrektur auf. Geprüft werden die Auswahl und die Korrekturen.
Richtig (in eV):
Richtig (in nm):
Zeile 3: Nach der Anregung fehlen dem Elektron 4,9 eV – es behält 7,0 − 4,9 = 2,1 eV, es gewinnt nichts dazu. Zeile 5: Die Wellenlänge folgt aus λ = 1240 eV·nm : 4,9 eV ≈ 253 nm; es wird geteilt, nicht multipliziert. Kurze Wellenlänge bedeutet große Photonenenergie, und 253 nm liegt im Ultravioletten.
Rechnen Sie jede Zeile kurz nach. Fragen Sie sich bei Energien, ob sie nach dem Stoß größer oder kleiner werden, und bei der Wellenlänge, ob durch ΔE geteilt oder mit ΔE multipliziert wird.
Genau zwei Zeilen sind falsch. Nach einem Stoß hat das Elektron E − ΔE, und die Wellenlänge folgt aus λ = 1240 eV·nm : ΔE.
