Aufgabe Vorschlag B2 - 2 (2.3-2.5) · Abitur Hessen Physik GK 2021
Thema: Quantenobjekte · Aus der Prüfung GK (2021)
Aufgabenstellung
Aufgabe 2
Im Folgenden werden die Eigenschaften von Quantenobjekten betrachtet.
2.3
Im Jahre 1924 hat Louis de Broglie seine bahnbrechenden Hypothesen aufgestellt, die erst drei Jahre später bestätigt werden konnten.
Nennen Sie die De-Broglie-Gleichung und die grundsätzliche Überlegung, die zu dieser Gleichung führte.
Beschreiben Sie, worin die experimentellen Schwierigkeiten der Bestätigung lagen und wie sie gelöst wurden (z. B. durch Clinton Davisson und Lester Germer).
2.4
Zeigen Sie, dass für den Impuls eines Elektrons, welches aus der Ruhe heraus mit einer nicht zu hohen Beschleunigungsspannung beschleunigt wurde, gilt: . Dabei ist die Elementarladung und die Masse des Elektrons.
Berechnen Sie mithilfe der Formel den Impuls eines mit beschleunigten Elektrons.
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2.5
Das Auflösungsvermögen eines Mikroskops, d. h. der Abstand zweier Punkte, die gerade noch als getrennt wahrgenommen werden können, wird durch die Wellenlänge des verwendeten Lichts begrenzt. Hierbei gilt vereinfacht, dass die Wellenlänge höchstens gleich dem Auflösungsvermögen sein darf. Durch die Entwicklung von Elektronenmikroskopen, die sich die Welleneigenschaften von Elektronen zunutze machen, konnte das Auflösungsvermögen deutlich verbessert werden und der Blick in die atomare Welt wurde ermöglicht.
2.5.1
Beurteilen Sie, ob die mit beschleunigten Elektronen zur Betrachtung atomarer Strukturen im Bereich von geeignet sind.
2.5.2
Schätzen Sie ab, um welchen Faktor sich das Auflösungsvermögen bei einer Beschleunigungsspannung von im Vergleich zu sichtbarem Licht verbessert hat.

Lösung
Nach den offiziellen Korrekturhinweisen
2.3 Nennen Sie die De-Broglie-Gleichung und die grundsätzliche Überlegung, die zu dieser Gleichung führte.
Lösung: Teilchen mit einer Masse und einer Geschwindigkeit (also einem Impuls ) zeigen auch Welleneigenschaften. Sie besitzen die Wellenlänge .
2.3 Beschreiben Sie, worin die experimentellen Schwierigkeiten der Bestätigung lagen und wie sie gelöst wurden.
Lösung: Die theoretischen Berechnungen ergeben eine sehr kleine Wellenlänge im pm-Bereich. Um diese experimentell nachzuweisen, müssen Elektronen miteinander interferieren können. Ein geeignetes Gitter mit entsprechend kleiner Gitterkonstante war nicht zu realisieren. Davisson und Germer nutzten die regelmäßigen Strukturen eines Kristalls für den experimentellen Nachweis der Interferenzeigenschaften.
2.4 Zeigen Sie, dass für den Impuls eines Elektrons gilt: p = √(2·e·U·m_e).
Lösung:
2.4 Berechnen Sie mithilfe der Formel den Impuls eines mit 5 kV beschleunigten Elektrons.
Lösung: Ns
2.5.1 Wellenlänge der Elektronen:
Lösung: pm / nm / nm
2.5.1 Beurteilen Sie, ob die mit 5 kV beschleunigten Elektronen zur Betrachtung atomarer Strukturen im Bereich von 1 nm geeignet sind.
Lösung: Atomare Strukturen im Nanometerbereich lassen sich mit diesem Elektronenmikroskop gut beobachten, da ist.
2.5.2 Schätzen Sie ab, um welchen Faktor sich das Auflösungsvermögen bei einer Beschleunigungsspannung von 5 kV im Vergleich zu sichtbarem Licht verbessert hat.
Lösung: /
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Aufgabe Vorschlag B2 - Aufgabe 1 · LK 2021 ›