Questions: Albert Einstein ist es gelungen, den Fotoeffekt mithilfe des Teilchencharakters von Licht zu erklären. Die bei diesem Vorgang umgesetzte Energie lässt sich auf zwei Weisen darstellen: EPhoton =h cdot f (2) EElektron =Ekin +EA (f: Frequenz; h : Planck'sches Wirkungsquantum; Ekin : kinetische Energie; EA : Austrittsenergie) Beschreiben Sie kurz das physikalische Phänomen, das als Fotoeffekt bezeichnet wird. Erläutern Sie in diesem Zusammenhang die Bedeutung der beiden Gleichungen (1) und (2). Material 1 zeigt eine Versuchsanordnung zum Fotoeffekt mit der Gegenfeldmethode: Trifft Licht mit einer einheitlichen Wellenlänge λ auf die Fotokathode und bewirkt einen Fotostrom I, so kann die regelbare Spannung U auf einen bestimmten Wert U0 eingestellt werden, ab dem gerade kein Fotostrom mehr fließt. Material 1 enthält eine Wertetabelle, die den Zusammenhang zwischen verschiedenen Wellenlängen λ und dem jeweiligen Betrag der Spannung U0 darstellt. Geben Sie die fehlenden Kehrwerte 1 / λ der Wellenlängen in der Tabelle in Material 1 an. Zeichnen Sie den resultierenden Graphen in das 1 / λ-U0-Koordinatensystem in Material 2. Für positive Spannungswerte lässt sich der Graph aus Aufgabe wie folgt beschreiben: (3) U0(λ)=M cdot frac1λ-N quad M und N sind dabei Konstanten. Bestimmen Sie einen Wert für M und einen Wert für N, jeweils mit Einheiten, anhand von geeigneten Messwerten aus Material 1. Leiten Sie aus den Gleichungen (1) und (2) die Gleichung (3) her und zeigen Sie, dass für die Konstanten M und N gilt: M=frach cdot ce, N=fracEAe(e : Elementarladung, c : Lichtgeschwindigkeit).

Transcript text: Albert Einstein ist es gelungen, den Fotoeffekt mithilfe des Teilchencharakters von Licht zu erklären. Die bei diesem Vorgang umgesetzte Energie lässt sich auf zwei Weisen darstellen: \[ E_{\text {Photon }}=h \cdot f \] (2) $E_{\text {Elektron }}=E_{\text {kin }}+E_{\mathrm{A}}$ (f: Frequenz; $h$ : Planck'sches Wirkungsquantum; $E_{\mathrm{kin}}$ : kinetische Energie; $E_{\mathrm{A}}$ : Austrittsenergie) Beschreiben Sie kurz das physikalische Phänomen, das als Fotoeffekt bezeichnet wird. Erläutern Sie in diesem Zusammenhang die Bedeutung der beiden Gleichungen (1) und (2). Material 1 zeigt eine Versuchsanordnung zum Fotoeffekt mit der Gegenfeldmethode: Trifft Licht mit einer einheitlichen Wellenlänge $\lambda$ auf die Fotokathode und bewirkt einen Fotostrom $I$, so kann die regelbare Spannung $U$ auf einen bestimmten Wert $U_{0}$ eingestellt werden, ab dem gerade kein Fotostrom mehr fließt. Material 1 enthält eine Wertetabelle, die den Zusammenhang zwischen verschiedenen Wellenlängen $\lambda$ und dem jeweiligen Betrag der Spannung $U_{0}$ darstellt. Geben Sie die fehlenden Kehrwerte $1 / \lambda$ der Wellenlängen in der Tabelle in Material 1 an. Zeichnen Sie den resultierenden Graphen in das $1 / \lambda-U_{0}$-Koordinatensystem in Material 2. Für positive Spannungswerte lässt sich der Graph aus Aufgabe wie folgt beschreiben: (3) $U_{0}(\lambda)=M \cdot \frac{1}{\lambda}-N \quad M$ und $N$ sind dabei Konstanten. Bestimmen Sie einen Wert für $M$ und einen Wert für $N$, jeweils mit Einheiten, anhand von geeigneten Messwerten aus Material 1. Leiten Sie aus den Gleichungen (1) und (2) die Gleichung (3) her und zeigen Sie, dass für die Konstanten $M$ und $N$ gilt: $M=\frac{h \cdot c}{e}, N=\frac{E_{\mathrm{A}}}{e}(e$ : Elementarladung, $c$ : Lichtgeschwindigkeit).