Photoelektrische Effekte – Probleme und Lösungen
1. Die korrekte Aussage zum photoelektrischen Effekt lautet …
A. Lässt sich erklären, indem man Licht als Welle betrachtet.
B. Die Anzahl der von der Metalloberfläche freigesetzten Elektronen nimmt ab, wenn die Lichtfrequenz zunimmt.
C. Die Lichtintensität beeinflusst nicht die Energie der aus der Metalloberfläche austretenden Elektronen.
D. Der photoelektrische Effekt tritt im Infrarotbereich auf.
E. Der photoelektrische Effekt tritt auf, wenn die Lichtintensität des Metalls groß ist.
Lösung
A. Der photoelektrische Effekt lässt sich erklären, indem man Licht als Teilchen und nicht als Welle betrachtet. Die Lichtenergie breitet sich nicht kontinuierlich aus, sondern besteht aus kleinen Paketen, sogenannten Photonen oder Lichtquanten (man kann es sich wie Regenwasser vorstellen).
B. Mit zunehmender Frequenz des Lichts steigt auch die Anzahl der aus der Metalloberfläche austretenden Elektronen. Denn mit steigender Frequenz erhöht sich auch die Energie des Lichts. Je mehr Energie absorbiert wird, desto mehr Elektronen treten aus der Metalloberfläche aus.
C. Die Lichtintensität entspricht der Geschwindigkeit der Energieemission bzw. der Lichtenergieausbreitung auf der Metalloberfläche. Eine erhöhte Lichtintensität bedeutet nicht zwangsläufig eine erhöhte Lichtenergie. Die Photonenenergie (E = hf) hängt von der Frequenz (f) bzw. Wellenlänge und dem Planckschen Wirkungsquantum (h) ab.
D. Der photoelektrische Effekt tritt bei der Frequenz bzw. Wellenlänge ultravioletten Lichts, auch Ultraviolettstrahlung genannt, auf. Die Ultraviolettfrequenz ist die Schwellenfrequenz, ab der die Photonenenergie Elektronen von der Metalloberfläche freisetzen kann. Infrarotstrahlung scheidet aus, da sie zu gering ist; andernfalls kämen Röntgen- und Gammastrahlen mit ihren höheren Frequenzen als Ultraviolettstrahlung infrage.
E. Die Lichtintensität hat keinen Einfluss auf den photoelektrischen Effekt .
Die richtige Antwort ist C.
2.
(1) Der photoelektrische Effekt lässt sich erklären, indem man annimmt, dass Licht aus Energiepaketen besteht.
(2) Der photoelektrische Effekt kann beweisen, dass sich Licht wie ein Welle
(3) Die aus der Metalloberfläche austretende Elektronenenergie hängt von der Frequenz ab
(4) Der photoelektrische Effekt tritt in der Nähe des Infrarotbereichs auf
Die korrekte Aussage über den photoelektrischen Effekt lautet…
A. (1) und (2)
B. (1) und (3)
C. (1) und (4)
D. (2) und (3)
E. (2) und (4)
Lösung
Die richtige Antwort ist B.
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3.
(1) Die Ablösung von Elektronen aus dem Metall wird durch die Wellenlänge des einfallenden Lichts bestimmt.
(2) Die Intensität des einfallenden Lichts garantiert nicht die Entfernung von Elektronen von der Metalloberfläche.
(3) Unterhalb der Schwellenfrequenz bleiben die Elektronen außerhalb des Metalls, da die Intensität des einfallenden Lichts verstärkt wird.
Die korrekte Aussage zum photoelektrischen Effekt lautet…..
Lösung
Aussage (1): Diese Aussage ist richtig. Wenn die einfallende Wellenlänge kleiner ist als die Schwellenwellenlänge des Metalls, werden keine Elektronen freigesetzt.
Aussage (2): Diese Aussage ist richtig. Der Austritt von Elektronen aus der Metalloberfläche hängt von der Frequenz bzw. Wellenlänge der Lichtenergie ab.
Aussage (3): Diese Aussage ist falsch. Elektronen treten aus Metallen aus, wenn die Lichtfrequenz die Schwellenfrequenz des Metalls überschreitet. Das Fehlen von Elektronen an der Metalloberfläche hängt von der Lichtenergie und nicht von der Lichtintensität ab. Die Lichtenergie ist abhängig von der Frequenz bzw. Wellenlänge (E = hf). Die Lichtintensität ist mit der Rate der emittierten Lichtenergie verknüpft.
4.
(1) Elektronen können aus Metalloberflächen austreten, wenn Metall von elektromagnetischen Wellen bestrahlt wird.
(2) Die Ablösung von Elektronen von der Metalloberfläche hängt von der Frequenz des einfallenden Lichts ab.
(3) Die Austrittsarbeit ist für jedes Metall gleich
Die korrekte Aussage zum photoelektrischen Effekt lautet…..
Lösung
Aussage (1): Diese Aussage ist richtig. Elektromagnetische Wellen bestehen aus vielen verschiedenen Wellentypen mit unterschiedlichen Frequenzen oder Wellenlängen. Nur elektromagnetische Wellen, deren Frequenz oder Wellenlänge größer als die Schwellenfrequenz ist, können Elektronen aus dem Metall entfernen.
Aussage (2): Diese Aussage ist richtig. Ist die Lichtfrequenz kleiner als die Schwellenfrequenz des Metalls, so ist das Elektron untrennbar mit dem Metall verbunden. Umgekehrt werden Elektronen aus dem Metall freigesetzt, wenn die Lichtfrequenz größer als die Schwellenfrequenz des Metalls ist.
Aussage (3): Diese Aussage ist falsch. Die Austrittsarbeit eines Metalls ist die minimale Arbeit bzw. die minimale Energie, die erforderlich ist, um Elektronen von der Metalloberfläche zu entfernen. Die Austrittsarbeit jedes Metalls hängt von dessen Eigenschaften ab.
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5.
( 1) Die beim photoelektrischen Effekt freigesetzten Elektronen werden als Photonen bezeichnet.
(2) Die Abstrahlrate der Elektronen hängt nicht von der Intensität des auf die Metalloberfläche auftreffenden Lichts ab.
(3) Die kinetische Energie der emittierten Elektronen hängt von der Energie der Lichtwellen auf der Metalloberfläche ab.
(4) Um Elektronen von einer Metalloberfläche unabhängig von der Schwellenfrequenz (f) zu entfernen.o)
Die korrekte Aussage über den photoelektrischen Effekt lautet…
Lösung
(1) Die emittierten Elektronen werden als Photoelektronen bezeichnet.
(2) Die Emissionsrate der Elektronen entspricht der Anzahl der in einem bestimmten Zeitraum emittierten Elektronen. Die Emissionsrate wird von der Lichtintensität beeinflusst, die wiederum mit der Lichtdurchlässigkeit zusammenhängt. Die Lichtintensität hat nur dann einen Einfluss, wenn ihre Energie die Schwellenenergie des Metalls überschreitet. Liegt die Lichtenergie unterhalb der Schwellenenergie des Metalls, ist die Lichtintensität unbeeinflussbar.
(3) Diese Aussage ist richtig. Die kinetische Energie der emittierten Elektronen hängt von der Energie der auf die Metalloberfläche treffenden Lichtwellen ab. Ein Elektron wird nur dann von der Metalloberfläche freigesetzt, wenn die Lichtenergie die Schwellenenergie des Metalls überschreitet.
(4) Diese Aussage ist falsch. Wenn die Frequenz der einfallenden Lichtwelle kleiner als die metallische Schwellenfrequenz ist, werden keine Elektronen freigesetzt. Die Elektronenentladung hängt also von der Schwellenfrequenz ab.
6.
(1) Die Frequenz des Lichts, das die Kathode beleuchtet, muss größer als die Schwellenfrequenz sein.
(2) Die Arbeitsleistung der Metallkathode ist größer als die Energie des Lichts, das die Kathode beleuchtet.
(3) Die Schwellenwellenlänge muss größer sein als die Wellenlänge des auf die Kathode fallenden Lichts.
(4) Die kinetische Energie der von der Kathode freigesetzten Elektronen muss größer als die Schwellenenergie sein.
Damit Photoelektronen entstehen können:
Lösung
(1) Diese Aussage ist richtig. Der photoelektrische Effekt tritt auf, wenn die Frequenz des Lichts, das auf das Kathodenmetall trifft, größer ist als die Schwellenfrequenz des Kathodenmetalls.
(2) Diese Aussage ist falsch. Die Austrittsarbeit ist die minimale Arbeit bzw. die minimale Energie, die erforderlich ist, um Elektronen freizusetzen. Damit ein photoelektrischer Effekt auftritt, muss die Lichtenergie größer sein als die Austrittsarbeit der Metallkathode.
(3) Diese Aussage ist falsch. Der photoelektrische Effekt tritt auf, wenn die Wellenlänge des auf die Kathode treffenden Lichts größer ist als die Schwellenwellenlänge der Metallkathode.
(4) Diese Aussage ist richtig. Um das Metall zu verlassen, muss die kinetische Energie der Elektronen größer sein als die Schwellenenergie des Kathodenmetalls.
Die richtigen Antworten sind (1) und (4).
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7. Beachten Sie die folgende Aussage:
(1) Die Arbeitsfunktion des Metalls muss kleiner sein als die Lichtenergie, die die Metallkathode beleuchtet.
(2) Die Schwellenenergie der Kathode ist größer als die Lichtenergie, die das Kathodenmetall beleuchtet.
(3) Die kinetische Energie der von der Kathode freigesetzten Elektronen ist stets größer als die Kathodenschwellenenergie.
(4) Die kinetische Energie der von der Kathodenoberfläche freigesetzten Elektronen ist proportional zur Energie des Lichts, das die Kathode beleuchtet.
Die genaue Aussage zum photoelektrischen Effekt lautet…..
Lösung
(1) Diese Aussage ist wahr
(2) Diese Aussage ist falsch.
(3) Diese Aussage ist wahr
(4) Diese Aussage trifft nur dann zu, wenn die Energie des auf die Kathode einfallenden Lichts größer ist als die Schwellenenergie des Kathodenmetalls. Ist die Lichtenergie kleiner als die Schwellenenergie des Metalls, können die Elektronen nicht von der Oberfläche des Kathodenmetalls getrennt werden.
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