Abitur Physik üben: Quantenphysik und Atomphysik (Übungstest)
- Quanten-, Atom- und Kernphysik
- 10 Fragen
- 15 Minuten
10 Aufgaben zu Fotoeffekt, Welle-Teilchen-Dualismus, Atommodellen und radioaktivem Zerfall. Rechne Energien in der Atomphysik am besten in Elektronvolt (1 eV = 1,6 · 10⁻¹⁹ J), das spart Zehnerpotenzen.
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Frage 1
Bei einem Fotoeffekt-Versuch wird die Intensität des Lichts verdoppelt, die Frequenz bleibt gleich.
Was ändert sich?
Richtige Antwort: B
Mehr Intensität bedeutet mehr Photonen gleicher Energie h · f, also mehr Elektronen. Die Energie jedes einzelnen Elektrons hängt nur von der Frequenz ab; genau das konnte die Wellentheorie nicht erklären.
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Frage 2
Photonen mit der Energie 3,0 eV treffen auf ein Metall mit der Austrittsarbeit 2,3 eV.
Welche maximale kinetische Energie haben die ausgelösten Elektronen?
Richtige Antwort: A
Nach Einstein gilt E_kin = h · f − W_A = 3,0 eV − 2,3 eV = 0,7 eV. Wer die Energien addiert, kommt auf 5,3 eV.
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Frage 3
Die Austrittsarbeit eines Metalls beträgt 2,0 eV (h = 6,63 · 10⁻³⁴ Js, 1 eV = 1,6 · 10⁻¹⁹ J).
Wie groß ist ungefähr die Grenzfrequenz?
Richtige Antwort: C
f_G = W_A / h = 3,2 · 10⁻¹⁹ J / 6,63 · 10⁻³⁴ Js ≈ 4,8 · 10¹⁴ Hz. Unterhalb dieser Frequenz werden keine Elektronen ausgelöst, egal wie hell das Licht ist.
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Frage 4
Grünes Licht hat eine Wellenlänge von 500 nm (h · c ≈ 1240 eV · nm).
Welche Energie hat ein Photon dieses Lichts?
Richtige Antwort: C
E = h · c / λ = 1240 eV · nm / 500 nm ≈ 2,5 eV. Das passt zum sichtbaren Bereich, dessen Photonen etwa 1,6 bis 3,3 eV haben.
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Frage 5
Die Geschwindigkeit eines Elektrons wird verdoppelt (nicht relativistisch).
Wie ändert sich seine de-Broglie-Wellenlänge λ = h / (m · v)?
Richtige Antwort: D
λ ist umgekehrt proportional zum Impuls m · v. Doppelte Geschwindigkeit bedeutet doppelten Impuls und damit halbe Wellenlänge. Ein Viertel ergäbe sich nur bei vierfachem Impuls.
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Frage 6
Ein Elektronenstrahl fällt auf einen Doppelspalt. Auf dem Schirm entsteht ein Muster aus hellen und dunklen Streifen.
Was zeigt dieser Versuch?
Richtige Antwort: A
Ein Interferenzmuster ist typisch für Wellen. Dass es auch bei Elektronen auftritt, bestätigt de Broglies Hypothese vom Wellencharakter der Materie.
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Frage 7
Für das Wasserstoffatom gilt E_n = −13,6 eV / n².
Welche Energie hat das Photon, das beim Übergang von n = 3 nach n = 2 ausgesandt wird?
Richtige Antwort: B
ΔE = 13,6 eV · (1/4 − 1/9) ≈ 1,89 eV, das ist die rote H-alpha-Linie der Balmer-Serie. 12,1 eV gehört zum Übergang von n = 3 nach n = 1.
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Frage 8
Beim Franck-Hertz-Versuch mit Quecksilberdampf sinkt der Anodenstrom jeweils nach etwa 4,9 V Beschleunigungsspannung deutlich ab.
Was folgt daraus?
Richtige Antwort: A
Elektronen geben bei unelastischen Stößen genau 4,9 eV ab, die Anregungsenergie des Quecksilbers. Das belegt gequantelte Energiezustände im Atom.
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Frage 9
Was besagt die Heisenbergsche Unschärferelation?
Richtige Antwort: D
Δx · Δp ≥ h / (4π) ist eine grundsätzliche Eigenschaft von Quantenobjekten, keine Schwäche der Messtechnik. Je genauer der Ort feststeht, desto unschärfer ist der Impuls.
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Frage 10
Eine radioaktive Probe enthält 80 mg eines Nuklids mit der Halbwertszeit 5 Tage.
Wie viel dieses Nuklids ist nach 15 Tagen noch vorhanden?
Richtige Antwort: D
15 Tage sind drei Halbwertszeiten: 80 mg → 40 mg → 20 mg → 10 mg. Radioaktiver Zerfall verläuft exponentiell, die Menge wird also nie in drei Schritten null.
Leer gelassene Fragen zählen nicht als falsch.
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