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Der Fotoeffekt

Photonenenergie, Grenzfrequenz und Gegenfeldmethode: Fotoeffekt-Aufgaben vom Hallwachs-Versuch bis zur Bestimmung der Planck-Konstante.

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Übungsaufgaben

30 Aufgaben zum Fotoeffekt, fortlaufend nummeriert: Aufgaben zum Klicken, Ziehen und Knobeln wechseln sich mit Rechen- und Eingabeaufgaben ab. Jede Aufgabe gibt Ihnen sofort eine Rückmeldung, und zu jeder gibt es zwei gestufte Tipps.

A1
Der Hallwachs-Versuch
AFB I

Eine frisch geschmirgelte Zinkplatte sitzt auf einem Elektroskop und wird mit einer Quecksilberdampflampe beleuchtet.

Geben Sie für jede Versuchsvariante an, was mit dem Ausschlag des Elektroskops passiert.

Öffnen Sie jedes Menü und wählen Sie den passenden Eintrag.

Platte negativ geladen, direkt beleuchtet: Der Ausschlag .

Platte positiv geladen, direkt beleuchtet: Der Ausschlag .

Platte negativ geladen, Glasscheibe im Lichtweg: Der Ausschlag .

Platte negativ geladen, Glasscheibe im Lichtweg, Lampe doppelt so hell: Der Ausschlag .

Nur die negativ geladene Platte verliert Elektronen; bei positiver Ladung werden ausgelöste Elektronen sofort zurückgezogen. Glas hält den ultravioletten Anteil ab – und der übrig bleibende sichtbare Anteil reicht bei Zink auch mit doppelter Helligkeit nicht aus, weil jedes einzelne Photon zu wenig Energie hat.
Welche Ladung verliert die Platte, wenn Licht Elektronen herauslöst – und was passiert mit Elektronen vor einer positiv geladenen Platte?
Glas lässt kein Ultraviolett durch. Helleres sichtbares Licht liefert nur mehr Photonen derselben Energie.
A2
Energie eines violetten Photons
AFB II

Die violette Quecksilberlinie hat die Wellenlänge λ = 405 nm. h = 6,626·10−34 J·s, c = 3,00·108 m/s, e = 1,602·10−19 C, 1 eV = 1,602·10−19 J.

Berechnen Sie die Energie eines Photons dieser Linie in eV.

Rechnen Sie selbst und tragen Sie das Ergebnis ein — Enter prüft direkt.
eV
f = c : λ = 3,00·108 m/s : 405·10−9 m = 7,41·1014 Hz, also E = h·f = 4,91·10−19 J. Geteilt durch 1,602·10−19 J/eV ergibt das 3,06 eV.
Berechnen Sie zuerst die Frequenz aus f = c : λ; nm in m umrechnen.
E = h·f liefert Joule. Teilen Sie durch 1,602·10−19 J/eV.
A3
Begriffe rund um den Fotoeffekt
AFB I

Ordnen Sie jedem Begriff seine Bedeutung zu, indem Sie die passenden Kartenpaare aufdecken.

Decken Sie immer zwei Karten auf. Passen sie zusammen, bleiben sie offen liegen — sonst drehen sie sich wieder um.
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Die fünf Begriffe bauen aufeinander auf: Ein Photon löst nur dann ein Elektron aus, wenn seine Energie die Ablöseenergie erreicht – das legt die Grenzfrequenz fest. Die Grenzspannung misst, wie viel Energie danach übrig ist, und das Elektronvolt ist die passende Einheit dafür.
Achten Sie auf die Wörter „Grenze“ und „Mindest-“: Sie gehören zu Frequenz bzw. Energie.
Die Grenzspannung ist eine Spannung, das Elektronvolt eine Energie.