Beispiel einer 2. Schulaufgabe - FOS-Friedberg

Fotoelektrischer Effekt
3.0 Eine Vakuum-Fotozelle soll in ein Experiment zur Bestimmung des Planckschen
Wirkungsquantums, die sogenannte Gegenfeldmethode, eingebaut werden.
3.1 Fertigen Sie für dieses Experiment eine Skizze mit den wesentlichen Bestandteilen an.
Erläutern Sie kurz, wie man mit der Gegenfeldmethode nachweisen kann, dass das
Plancksche Wirkungsquantum eine Naturkonstante ist.
3.2.0 Bei der Durchführung des Experiments werden für die Wellenlänge die
Gegenspannung und für die Wellenlänge die Gegenspannung
gemessen.
3.2.1 Berechnen Sie aus diesen Messwerten den Wert des Planckschen Wirkungsquantums
und die Austrittsarbeit des Materials, aus dem die Fotokathode besteht.
Compton-Effekt
4.0 Ein Phänomen, das durch den Teilchenaspekt des Lichts erklärt wird, ist der Compton-
Effekt.
4.1 Berechnen Sie die maximal mögliche Wellenlängenänderung der beim Compton-
Effekt beteiligten Photonen durch die Streuung an den quasifreien Elektronen.
Begründen Sie rechnerisch, dass man den Compton-Effekt bei sichtbarem Licht der
Wellenlänge nur schlecht beobachten kann, bei Röntgenstrahlung der
Wellenlänge dagegen gut.
4.2.0 Im Folgenden wird die Compton-Wechselwirkung von Röntgenphotonen (Wellenlänge
) mit den Elektronen eines Metalls betrachtet. Es werden die Photonen
betrachtet, die durch den Compton-Effekt um gestreut werden.
4.2.1 Berechnen Sie den Impulsbetrag p der Röntgenphotonen vor dem Stoß und den
Impulsbetrag p´ der gestreuten Photonen nach dem Stoß.
4.2.2 Bestimmen Sie mit Hilfe einer maßstabgetreuen Zeichnung den Winkel gegenüber der
Einfallsrichtung der Photonen, unter dem die getroffenen Elektronen wegfliegen, sowie
deren Impulsbetrag .
Neutronen als Materiewellen
5.0 Ein Strahl von Neutronen ( )
mit der Geschwindigkeit wird auf eine Grafitprobe
aus polykristallinem Grafit gelenkt. Im Abstand
ist senkrecht zum auf die Grafitfolie
einfallenden Neutronenstrahl eine Leiste (Länge
montiert, auf der ein
Neutronendetektor verschiebbar angebracht ist.
Grafitkristalle enthalten Netzebenen mit den Abständen
, und .
5.1 Zeigen Sie, dass Neutronen unterhalb der Geschwindigkeit
polykristallinem Grafit grundsätzlich keine Bragg-Reflexion erfahren können.
5.2.0 Die De-Broglie-Wellenlänge der Neutronen beträgt nun .
5.2.1 Berechnen Sie Anzahl N der mit dem Detektor nachweisbaren Interferenzmaxima.
© Schiller
Neutronenstrahl
Grafit
in
Detektor-
leiste
a
b
b
4
6
3
3
4
3
5
8