Kwantummechanica - Deeltjesverschijnselen

Kwantummechanica

Deeltjesverschijnselen

1 / 31

Slide 1: Tekstslide

NatuurkundeMiddelbare schoolhavo, vwoLeerjaar 5,6

In deze les zitten 31 slides, met tekstslides.

Lesduur is: 45 min

Onderdelen in deze les

Kwantummechanica

Deeltjesverschijnselen

Slide 1 - Tekstslide

Hoofdstuk Kwantummechanica

Kwantummechanica - Deeltjesverschijnselen

Kwantummechanica - Golfverschijnselen

Kwantummechanica - Deeltje in een doos

Kwantummechanica - Het atoommodel (?)

Kwantummechanica - Onzekerheid

Kwantummechanica - Tunneling

Slide 2 - Tekstslide

Leerdoelen

Aan het eind van de les kun je...

...

Slide 3 - Tekstslide

Foto-elektrisch effect

In de 19de eeuw werd ontdekt dat licht golfeigenschappen heeft. Als gevolg werd gedacht dat het ontsnappen van de elektronen zou moeten afhangen van de intensiteit, oftewel de amplitude.

Dus elke kleur licht zou elektronen kunnen losmaken, zolang de intensiteit hoog genoeg zou zijn.

Slide 4 - Tekstslide

Foto-elektrisch effect

In de 19de eeuw werd ontdekt dat licht golfeigenschappen heeft. Als gevolg werd gedacht dat het ontsnappen van de elektronen zou moeten afhangen van de intensiteit, oftewel de amplitude.

Dus elke kleur licht zou elektronen kunnen losmaken, zolang de intensiteit hoog genoeg zou zijn.

Slide 5 - Tekstslide

Slide 6 - Tekstslide

Foto-elektrisch effect

In plaats van de intensiteit, bleek het de frequentie (en dus de kleur) van het licht het verschil te maken. Als de frequentie boven een bepaalde grensfrequentie (fgrens) komt, dan ontsnappen de elektronen en anders niet.

Slide 7 - Tekstslide

Volgens Einstein was licht opgebouwd uit kleine deeltjes genaamd fotonen. Het waren deze deeltjes die geabsorbeerd werden door de elektronen.

Uittree-energie

E^{​ f o t o n ​ ​} = h f = h \frac{​ c ​ ​}{​ λ ​}

Slide 8 - Tekstslide

Volgens Einstein was licht opgebouwd uit kleine deeltjes genaamd fotonen. Het waren deze deeltjes die geabsorbeerd werden door de elektronen.

Uittree-energie

E^{​ f o t o n ​ ​} = h f = h \frac{​ c ​ ​}{​ λ ​}

E^{​ f o t o n ​ ​} = E^{​ u i t t r e e ​ ​} + E^{​ k i n ​ ​}

Slide 9 - Tekstslide

Volgens Einstein was licht opgebouwd uit kleine deeltjes genaamd fotonen. Het waren deze deeltjes die geabsorbeerd werden door de elektronen.

Energie van foton

Pakketje, kwanta

Uittree-energie

E^{​ f o t o n ​ ​} = h f = h \frac{​ c ​ ​}{​ λ ​}

E^{​ f o t o n ​ ​} = E^{​ u i t t r e e ​ ​} + E^{​ k i n ​ ​}

Slide 10 - Tekstslide

Volgens Einstein was licht opgebouwd uit kleine deeltjes genaamd fotonen. Het waren deze deeltjes die geabsorbeerd werden door de elektronen.

Energie van foton Uittree-energie

Pakketje, kwanta Ionisatie-energie

Uittree-energie

E^{​ f o t o n ​ ​} = h f = h \frac{​ c ​ ​}{​ λ ​}

E^{​ f o t o n ​ ​} = E^{​ u i t t r e e ​ ​} + E^{​ k i n ​ ​}

E^{​ f o t o n ​ ​} = h f^{​ g r e n s ​ ​}

E^{​ f o t o n ​ ​} = h \frac{​ c ​ ​}{​ λ ^{​ g r e n s ​ ​} ​}

Slide 11 - Tekstslide

Volgens Einstein was licht opgebouwd uit kleine deeltjes genaamd fotonen. Het waren deze deeltjes die geabsorbeerd werden door de elektronen.

Energie van foton Uittree-energie Kinetische energie

Pakketje, kwanta Ionisatie-energie snelheid ten gevolge

van de spanning

Uittree-energie

E^{​ f o t o n ​ ​} = h f = h \frac{​ c ​ ​}{​ λ ​}

E^{​ f o t o n ​ ​} = E^{​ u i t t r e e ​ ​} + E^{​ k i n ​ ​}

E^{​ k i n ​ ​} = E^{​ e l e k ​ ​} = q U = e U

E^{​ f o t o n ​ ​} = h f^{​ g r e n s ​ ​}

E^{​ f o t o n ​ ​} = h \frac{​ c ​ ​}{​ λ ^{​ g r e n s ​ ​} ​}

Slide 12 - Tekstslide

Foto-elektrisch effect experiment

Slide 13 - Tekstslide

Ga na of blauw licht sterk genoeg is om elektronen in een stuk zilver te ioniseren.

Vraag 4 & 5 van WS

Slide 14 - Tekstslide

Ga na of blauw licht sterk genoeg is om elektronen in een stuk zilver te ioniseren.

Zilver --> Ag

BINAS T24:

Euittree = 4,70 eV

fgrens = 1,14·1015 Hz

λgrens = 264 nm

Ionisatie-energie van zilver-atoom: Euittree = 4,70 eV

Blauw licht:

Vraag 4 & 5 van WS

E^{​ f o t o n ​ ​} = h f = h \frac{​ c ​ ​}{​ λ ​}

E^{​ f o t o n ​ ​} = 0, 414 \cdot 1 0^{​ - 18 ​ ​} J

Blauw licht:

f = 0,60·1015 - 0,65·1015 Hz

λ = 460 - 500 nm

E^{​ f o t o n ​ ​} = 2, 58 e V

Slide 15 - Tekstslide

Ga na of blauw licht sterk genoeg is om elektronen in een stuk zilver te ioniseren.

Zilver --> Ag

BINAS T24:

Euittree = 4,70 eV

fgrens = 1,14·1015 Hz

λgrens = 264 nm

Ionisatie-energie van zilver-atoom: Euittree = 4,70 eV

Blauw licht:

Vraag 4 & 5 van WS

Fotonen met een golflengte van 300 nm worden op een stuk zink geschoten. Leg uit of de elektronen in het zink zullen ioniseren.

E^{​ f o t o n ​ ​} = h f = h \frac{​ c ​ ​}{​ λ ​}

E^{​ f o t o n ​ ​} = 0, 414 \cdot 1 0^{​ - 18 ​ ​} J

Blauw licht:

f = 0,60·1015 - 0,65·1015 Hz

λ = 460 - 500 nm

E^{​ f o t o n ​ ​} = 2, 58 e V

Slide 16 - Tekstslide

Ga na of blauw licht sterk genoeg is om elektronen in een stuk zilver te ioniseren.

Zilver --> Ag

BINAS T24:

Euittree = 4,70 eV

fgrens = 1,14·1015 Hz

λgrens = 264 nm

Ionisatie-energie van zilver-atoom: Euittree = 4,70 eV

Blauw licht:

Vraag 4 & 5 van WS

Fotonen met een golflengte van 300 nm worden op een stuk zink geschoten. Leg uit of de elektronen in het zink zullen ioniseren.

Zink ---> Zn

BINAS T24:

Euittree = 4,27 eV

fgrens = 1,03·1015 Hz

λgrens = 290 nm

Ionisatie-energie van zink-atoom: Euittree = 4,27 eV

Hoge golflengte ---> Lage energie

E^{​ f o t o n ​ ​} = h f = h \frac{​ c ​ ​}{​ λ ​}

E^{​ f o t o n ​ ​} = 0, 414 \cdot 1 0^{​ - 18 ​ ​} J

Blauw licht:

f = 0,60·1015 - 0,65·1015 Hz

λ = 460 - 500 nm

E^{​ f o t o n ​ ​} = 2, 58 e V

E^{​ f o t o n ​ ​} = h f = h \frac{​ c ​ ​}{​ λ ​}

Slide 17 - Tekstslide

Een lichtbundel bestaande uit fotonen met een golflengte van 200 nm wordt op een stuk zilver geschoten. De elektronen die hierbij vrijkomen worden afgeremd in een elektrisch veld. De minimale spanning waarbij de elektronen volledig worden afgeremd blijkt 1,5 V te zijn.

Bereken met deze gegevens de constante van Planck.

Vraag 6 van WS

Slide 18 - Tekstslide

Bereken met deze gegevens de constante van Planck.

λ = 200 nm = 200·10^-9 m

U_rem = 1,5 V

E_kin = E_elek = qU = eU

Vraag 6 van WS

Slide 19 - Tekstslide

Bereken met deze gegevens de constante van Planck.

λ = 200 nm = 200·10^-9 m

U_rem = 1,5 V

E_kin = E_elek = qU = eU

Vraag 6 van WS

E^{​ f o t o n ​ ​} = E^{​ u i t t r e e ​ ​} + E^{​ k i n ​ ​}

Slide 20 - Tekstslide

Bereken met deze gegevens de constante van Planck.

λ = 200 nm = 200·10^-9 m

U_rem = 1,5 V

E_kin = E_elek = qU = eU

Vraag 6 van WS

E^{​ f o t o n ​ ​} = E^{​ u i t t r e e ​ ​} + E^{​ k i n ​ ​}

h \frac{​ c ​ ​}{​ λ ^{​ f o t o n ​ ​} ​} = h \frac{​ c ​ ​}{​ λ ^{​ g r e n s ​ ​} ​} + e U^{​ r e m ​ ​}

Slide 21 - Tekstslide

Bereken met deze gegevens de constante van Planck.

λ = 200 nm = 200·10^-9 m

U_rem = 1,5 V

E_kin = E_elek = qU = eU

Vraag 6 van WS

E^{​ f o t o n ​ ​} = E^{​ u i t t r e e ​ ​} + E^{​ k i n ​ ​}

h \frac{​ c ​ ​}{​ λ ^{​ f o t o n ​ ​} ​} = h \frac{​ c ​ ​}{​ λ ^{​ g r e n s ​ ​} ​} + e U^{​ r e m ​ ​}

\to h \frac{​ c ​ ​}{​ λ ^{​ f o t o n ​ ​} ​} - h \frac{​ c ​ ​}{​ λ ^{​ g r e n s ​ ​} ​} = e U^{​ r e m ​ ​}

Slide 22 - Tekstslide

Bereken met deze gegevens de constante van Planck.

λ = 200 nm = 200·10^-9 m

U_rem = 1,5 V

E_kin = E_elek = qU = eU

Vraag 6 van WS

E^{​ f o t o n ​ ​} = E^{​ u i t t r e e ​ ​} + E^{​ k i n ​ ​}

h \frac{​ c ​ ​}{​ λ ^{​ f o t o n ​ ​} ​} = h \frac{​ c ​ ​}{​ λ ^{​ g r e n s ​ ​} ​} + e U^{​ r e m ​ ​}

\to h \frac{​ c ​ ​}{​ λ ^{​ f o t o n ​ ​} ​} - h \frac{​ c ​ ​}{​ λ ^{​ g r e n s ​ ​} ​} = e U^{​ r e m ​ ​}

\to h c (\frac{​ 1 ​ ​}{​ λ ^{​ f o t o n ​ ​} ​} - \frac{​ 1 ​ ​}{​ λ ^{​ g r e n s ​ ​} ​}) = e U^{​ r e m ​ ​}

Slide 23 - Tekstslide

Bereken met deze gegevens de constante van Planck.

λ = 200 nm = 200·10^-9 m

U_rem = 1,5 V

E_kin = E_elek = qU = eU

Vraag 6 van WS

E^{​ f o t o n ​ ​} = E^{​ u i t t r e e ​ ​} + E^{​ k i n ​ ​}

h \frac{​ c ​ ​}{​ λ ^{​ f o t o n ​ ​} ​} = h \frac{​ c ​ ​}{​ λ ^{​ g r e n s ​ ​} ​} + e U^{​ r e m ​ ​}

\to h \frac{​ c ​ ​}{​ λ ^{​ f o t o n ​ ​} ​} - h \frac{​ c ​ ​}{​ λ ^{​ g r e n s ​ ​} ​} = e U^{​ r e m ​ ​}

\to h c (\frac{​ 1 ​ ​}{​ λ ^{​ f o t o n ​ ​} ​} - \frac{​ 1 ​ ​}{​ λ ^{​ g r e n s ​ ​} ​}) = e U^{​ r e m ​ ​}

\to h = \frac{​ e U ^{​ r e m ​ ​} ​ ​}{​ c ( \frac{​ 1 ​ ​}{​ λ ^{​ f o t o n ​ ​} ​} - \frac{​ 1 ​ ​}{​ λ ^{​ g r e n s ​ ​} ​} ) ​}

Slide 24 - Tekstslide

Bereken met deze gegevens de constante van Planck.

λ = 200 nm = 200·10^-9 m

U_rem = 1,5 V

E_kin = E_elek = qU = eU

Vraag 6 van WS

E^{​ f o t o n ​ ​} = E^{​ u i t t r e e ​ ​} + E^{​ k i n ​ ​}

h \frac{​ c ​ ​}{​ λ ^{​ f o t o n ​ ​} ​} = h \frac{​ c ​ ​}{​ λ ^{​ g r e n s ​ ​} ​} + e U^{​ r e m ​ ​}

\to h \frac{​ c ​ ​}{​ λ ^{​ f o t o n ​ ​} ​} - h \frac{​ c ​ ​}{​ λ ^{​ g r e n s ​ ​} ​} = e U^{​ r e m ​ ​}

\to h c (\frac{​ 1 ​ ​}{​ λ ^{​ f o t o n ​ ​} ​} - \frac{​ 1 ​ ​}{​ λ ^{​ g r e n s ​ ​} ​}) = e U^{​ r e m ​ ​}

\to h = \frac{​ e U ^{​ r e m ​ ​} ​ ​}{​ c ( \frac{​ 1 ​ ​}{​ λ ^{​ f o t o n ​ ​} ​} - \frac{​ 1 ​ ​}{​ λ ^{​ g r e n s ​ ​} ​} ) ​}

\to h = \frac{​ 1 , 6 0 2 \cdot 1 0 ^{​ - 19 ​ ​} \cdot 1 , 5 ​ ​}{​ 2 , 9 9 7 9 2 \cdot 1 0 ^{​ 8 ​ ​} ( \frac{​ 1 ​ ​}{​ 2 0 0 \cdot 1 0 ^{​ - 9 ​ ​} ​} - \frac{​ 1 ​ ​}{​ 2 6 4 \cdot 1 0 ^{​ - 9 ​ ​} ​} ) ​}

Slide 25 - Tekstslide

Bereken met deze gegevens de constante van Planck.

λ = 200 nm = 200·10^-9 m

U_rem = 1,5 V

E_kin = E_elek = qU = eU

Vraag 6 van WS

E^{​ f o t o n ​ ​} = E^{​ u i t t r e e ​ ​} + E^{​ k i n ​ ​}

h \frac{​ c ​ ​}{​ λ ^{​ f o t o n ​ ​} ​} = h \frac{​ c ​ ​}{​ λ ^{​ g r e n s ​ ​} ​} + e U^{​ r e m ​ ​}

\to h \frac{​ c ​ ​}{​ λ ^{​ f o t o n ​ ​} ​} - h \frac{​ c ​ ​}{​ λ ^{​ g r e n s ​ ​} ​} = e U^{​ r e m ​ ​}

\to h c (\frac{​ 1 ​ ​}{​ λ ^{​ f o t o n ​ ​} ​} - \frac{​ 1 ​ ​}{​ λ ^{​ g r e n s ​ ​} ​}) = e U^{​ r e m ​ ​}

\to h = \frac{​ e U ^{​ r e m ​ ​} ​ ​}{​ c ( \frac{​ 1 ​ ​}{​ λ ^{​ f o t o n ​ ​} ​} - \frac{​ 1 ​ ​}{​ λ ^{​ g r e n s ​ ​} ​} ) ​}

\to h = \frac{​ 1 , 6 0 2 \cdot 1 0 ^{​ - 19 ​ ​} \cdot 1 , 5 ​ ​}{​ 2 , 9 9 7 9 2 \cdot 1 0 ^{​ 8 ​ ​} ( \frac{​ 1 ​ ​}{​ 2 0 0 \cdot 1 0 ^{​ - 9 ​ ​} ​} - \frac{​ 1 ​ ​}{​ 2 6 4 \cdot 1 0 ^{​ - 9 ​ ​} ​} ) ​}

\to h = 6, 6 \cdot 1 0^{​ - 34 ​ ​} J \cdot s

Slide 26 - Tekstslide

Bereken met deze gegevens de constante van Planck.

λ = 200 nm = 200·10^-9 m

U_rem = 1,5 V

E_kin = E_elek = qU = eU

Vraag 6 van WS

E^{​ f o t o n ​ ​} = E^{​ u i t t r e e ​ ​} + E^{​ k i n ​ ​}

h \frac{​ c ​ ​}{​ λ ^{​ f o t o n ​ ​} ​} = h \frac{​ c ​ ​}{​ λ ^{​ g r e n s ​ ​} ​} + e U^{​ r e m ​ ​}

\to h \frac{​ c ​ ​}{​ λ ^{​ f o t o n ​ ​} ​} - h \frac{​ c ​ ​}{​ λ ^{​ g r e n s ​ ​} ​} = e U^{​ r e m ​ ​}

\to h c (\frac{​ 1 ​ ​}{​ λ ^{​ f o t o n ​ ​} ​} - \frac{​ 1 ​ ​}{​ λ ^{​ g r e n s ​ ​} ​}) = e U^{​ r e m ​ ​}

\to h = \frac{​ e U ^{​ r e m ​ ​} ​ ​}{​ c ( \frac{​ 1 ​ ​}{​ λ ^{​ f o t o n ​ ​} ​} - \frac{​ 1 ​ ​}{​ λ ^{​ g r e n s ​ ​} ​} ) ​}

\to h = \frac{​ 1 , 6 0 2 \cdot 1 0 ^{​ - 19 ​ ​} \cdot 1 , 5 ​ ​}{​ 2 , 9 9 7 9 2 \cdot 1 0 ^{​ 8 ​ ​} ( \frac{​ 1 ​ ​}{​ 2 0 0 \cdot 1 0 ^{​ - 9 ​ ​} ​} - \frac{​ 1 ​ ​}{​ 2 6 4 \cdot 1 0 ^{​ - 9 ​ ​} ​} ) ​}

\to h = 6, 6 \cdot 1 0^{​ - 34 ​ ​} J \cdot s

Slide 27 - Tekstslide

Maken opgaven 1 t/m 7 van WS

Opgaven

Slide 28 - Tekstslide

Wereldbeeld

In het heelal draaien objecten vaak in cirkelbanen om elkaar heen. De formules die in dit hoofdstuk volgen kunnen goed gebruikt worden om objecten in het heelal beter te begrijpen. Een bekend voorbeeld is het bewegen van de aarde om de zon. De aarde maakt namelijk nagenoeg een cirkelvormige baan om de zon.

Het werd niet altijd geloofd dat de aarde om de zon draait. Er werd geloofd dat de aarde zich in het centrum van het heelal bevond en dat alle hemellichamen om dit centrum heen draaide. Dit wordt het geocentrische wereldbeeld genoemd (zie afbeelding links). In de 16de eeuw vond Copernicus voor het eerst bewijs dat de aarde om de zon heen draait. Dit wordt het heliocentrische wereldbeeld genoemd (zie afbeelding onder).

Slide 29 - Tekstslide

Opgaven

Opgave 1

Copernicus kwam als eerste met bewijs voor het heliocentrische model.

a. Wat is het heliocentrische model?

b. Welk bewijs vond hij? Gebruik in je antwoord in ieder geval het woord retrograde beweging.

Opgave 2

Galileo vond tevens een bewijs dat het geocentrische model verwierp. Welk bewijs vond hij en waarom verwierp dit het geocentrische model?

Opgave 3

Toen men nog geloofde dat de aarde niet om zijn eigen as draait, moest men aannemen dat de sterren elke 24 uur een rondje om de aarde maakten. Leg uit waarom men dit dacht.

Opgave 4

De maan draait in iets meer dan 27 dagen in een baan om de aarde.

a. Leg uit wanneer zons- en maansverduisteringen plaatsvinden tijdens deze beweging.

b. Leg uit waarom niet elke 27 dagen een zons- of maansverduistering plaatsvindt.

c. Leg uit of er in de middag een volle maan zichtbaar kan zijn.

Slide 30 - Tekstslide

Opgaven

Opgave 1

Copernicus kwam als eerste met bewijs voor het heliocentrische model.

a. Wat is het heliocentrische model?

b. Welk bewijs vond hij? Gebruik in je antwoord in ieder geval het woord retrograde beweging.

Opgave 2

Galileo vond tevens een bewijs dat het geocentrische model verwierp. Welk bewijs vond hij en waarom verwierp dit het geocentrische model?

Opgave 3

Toen men nog geloofde dat de aarde niet om zijn eigen as draait, moest men aannemen dat de sterren elke 24 uur een rondje om de aarde maakten. Leg uit waarom men dit dacht.

Opgave 4

De maan draait in iets meer dan 27 dagen in een baan om de aarde.

a. Leg uit wanneer zons- en maansverduisteringen plaatsvinden tijdens deze beweging.

b. Leg uit waarom niet elke 27 dagen een zons- of maansverduistering plaatsvindt.

c. Leg uit of er in de middag een volle maan zichtbaar kan zijn.

Slide 31 - Tekstslide

Kwantummechanica - Deeltjesverschijnselen

Onderdelen in deze les

Slide 1 - Tekstslide

Slide 2 - Tekstslide

Slide 3 - Tekstslide

Slide 4 - Tekstslide

Slide 5 - Tekstslide

Slide 6 - Tekstslide

Slide 7 - Tekstslide

Slide 8 - Tekstslide

Slide 9 - Tekstslide

Slide 10 - Tekstslide

Slide 11 - Tekstslide

Slide 12 - Tekstslide

Slide 13 - Tekstslide

Slide 14 - Tekstslide

Slide 15 - Tekstslide

Slide 16 - Tekstslide

Slide 17 - Tekstslide

Slide 18 - Tekstslide

Slide 19 - Tekstslide

Slide 20 - Tekstslide

Slide 21 - Tekstslide

Slide 22 - Tekstslide

Slide 23 - Tekstslide

Slide 24 - Tekstslide

Slide 25 - Tekstslide

Slide 26 - Tekstslide

Slide 27 - Tekstslide

Slide 28 - Tekstslide

Slide 29 - Tekstslide

Slide 30 - Tekstslide

Slide 31 - Tekstslide

Meer lessen zoals deze

Paragraaf 9.5 Energieniveaus en fotonen.

Natuurkunde

Kwantummechanica - Golfverschijnselen

15.1 Licht: Golf of deeltje

§9.6 Structuur van het heelal - les 1

dualiteit

6 vwo quantummechanica les 5

Les 49.2- leerdoel 2