1. Aufgabe: Kinetische Gastheorie
In einem würfelförmigen Behälter der Kantenlänge a = 0,20 m befinden sich 6,0·10^-5 kmol Argongas mit der Temperatur T= 450 K. In der Mitte einer Seite des Würfels ist ein kleines Loch mit der Querschnittsfläche A = 0,10 mm². Außerhalb des Würfels ist Vakuum.

a)	Leiten Sie eine Beziehung her, die zeigt, wie viele Atome Δ N von N im Würfel vorhandenen Atomen in der Zeit Δ t anfänglich den Würfel verlassen. Nehmen Sie vereinfachend an, dass alle Atome sich nur parallel zu den Würfelkanten mit der einheitlichen Geschwindigkeit v = bewegen. Berechnen Sie wie viele Atome in der ersten Sekunde nach Freigabe der Öffnung austreten. (10 BE)
b)	Wie würde sich qualitativ das Ergebnis von Teilaufgabe a ändern, wenn sich im Würfel unter sonst gleichen Bedingungen statt der Argonatome die gleiche Anzahl an Heliumatomen befände? Begründen Sie Ihre Antwort. (3 BE)

2. Aufgabe: Comptoneffekt
Zur Erklärung des Comptoneffekts dient der Teilchenaspekt elektromagnetischer Strahlung. ¹³⁷Ba emittiert γ -Strahlung der Energie Wγ = 662 keV. Im folgenden wird ein Prozess beobachtet, bei dem diese Strahlung an einer Graphit-Probe unter d = 90° gestreut wird.

a)	Berechnen Sie die Energie Wγ´ der gestreuten Quanten [Ergebnis: Wγ´ = 288 keV] (11 BE)
b)	Berechnen Sie die Geschwindigkeit des Comptonelektrons. (9BE)

3. Aufgabe: Untersuchung von Elektronen
Zur Strukturanalyse von Nickel werden im Hochvakuum mit einem Strahl monoenergetischer Elektronen aus einer Elektronenkanone K folgende Versuche durchgeführt.

a)	Der Elektronenstrahl trifft senkrecht in ein (abschaltbares!) homogenes Magnetfeld (B = 4,15·10-3 ) und im Abstand von 4,6 cm von der Eintrittsöffnung wieder auf den Schirm S. Berechnen Sie die Energie der Elektronen in eV und die de-Broglie-Wellenlänge! Ist relativistische Rechnung nötig? (12 BE)
b)	Bei abgeschaltetem Magnetfeld trifft der unabgelenkte Strahl mit der Geschwindigkeit v = 1,68·107 auf einen Nickelkristall. Das 2.Maximum der Intensität wird unter einem Winkel α = 25° registriert. Bestimmen Sie den Netzebenenabstand d dieses Einkristalls! (10BE)
c)	Welche Aussage über die Elementarladung e konnte man mit dieser Versuchsanordnung treffen? (Keine Berechnung, nur historische Begründung!) (2BE)

4. Aufgabe: Photoeffekt

a)	Welche beim lichtelektrischen Effekt auftretenden experimentellen Befunde sind vom Wellenbild her nicht zu deuten? (3BE)
b)	Erläutern Sie, wie man mit dem Photonenmodell die Widersprüche von a)zum Wellenmodell beseitigen kann. (3BE)
c)	Mit Hilfe einer Vakuumphotozelle kann man die kinetische Energie der Photoelektronen bestimmen. Fertigen Sie eine sorgfältige Skizze der Versuchsanordnung an, beschreiben Sie kurz aber präzise den Messvorgang und leiten Sie die zur h-Bestimmung erforderliche Gleichung her. (12BE)
d)	Bei der Durchführung von c) erhielt man beim Quecksilberspektrum folgende Messdaten: Wellenlänge in nm 577,0 546,1 491,5 435,8 404,7 Gegenspannung in V 0,20 0,33 0,59 0,92 1,14 Tragen Sie die maximale kinetische Energie der Photoelektronen in Abhängigkeit von der Frequenz des einfallenden Lichts in ein kartesisches Koordinatensystem ein. Bestimmen Sie rechnerisch oder graphisch die Plancksche Konstante h, die Austrittsarbeit W0 und die Grenzfrequenz fg des verwendeten Kathodenmaterials. (10BE)

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