Quantumfysica - DT

• Natuurkunde
• Middelbare school
• havo, vwo
• Leerjaar 4-6

Quantumfysica - Diagnostische Toets

Je mag alle hulpmiddelen gebruiken, behalve je klasgenootjes!

Hieronder 2 stellingen:
I. Het foto-elektrisch effect berust op golfverschijnselen
II. De uittree-energie is een stofeigenschap.

1. Beide stellingen zijn waar
2. Stelling I. is waar, stelling II. is niet waar
3. Stelling I. is niet waar, stelling II. is waar
4. Beide stellingen zijn niet waar

Zie de opstelling hiernaast.
I. De maximaal mogelijke stroomsterkte wordt bepaald door de sterkte van de batterij (U).
II. Bij de kathode kunnen elektronen uit het metaal worden vrijgemaakt.

1. Beide stellingen zijn waar.
2. Stelling I. is waar, stelling II. is niet waar
3. Stelling I. is niet waar, stelling II. is waar
4. Beide stellingen zijn niet waar

Zie de opstelling hiernaast.
I. Als er bij de kathode geen elektronen worden vrijgemaakt, moet je straling met een grotere golflengte gebruiken.
II. Wanneer de batterij geschakeld is zoals in de tekening, is dat gunstig voor de elektronen om de anode te bereiken.

1. Beide stellingen zijn waar.
2. Stelling I. is waar, stelling II. is niet waar
3. Stelling I. is niet waar, stelling II. is waar
4. Beide stellingen zijn niet waar

Zie de opstelling hiernaast.
I. De remspanning zegt iets over zowel de gebruikte straling als het materiaal van de kathode.
II. Als de spanning negatief wordt gemaakt (de -pool rechts), zal er nooit stroom kunnen lopen.

1. Beide stellingen zijn waar.
2. Stelling I. is waar, stelling II. is niet waar
3. Stelling I. is niet waar, stelling II. is waar
4. Beide stellingen zijn niet waar

Zie de opstelling hiernaast. Het kathodemateriaal is van Koper.
I. Als je de remspanning weet, kun je de golflengte van de gebruikte straling uitrekenen.
II. De remspanning zal nooit groter zijn dan 4,48 V.

1. Beide stellingen zijn waar.
2. Stelling I. is waar, stelling II. is niet waar
3. Stelling I. is niet waar, stelling II. is waar
4. Beide stellingen zijn niet waar

Zie de opstelling hiernaast. De fotonen van de straling hebben een energie van 3,47 eV.
I. Als de remspanning 0,95 V is, is het materiaal gemaakt van Thorium.
II. Als je stroom kan meten, is het materiaal niet gemaakt van Magnesium.

1. Beide stellingen zijn waar.
2. Stelling I. is waar, stelling II. is niet waar
3. Stelling I. is niet waar, stelling II. is waar
4. Beide stellingen zijn niet waar

Zie de opstelling hiernaast. De kathode wordt beschenen met straling met een frequentie van 689 THz. Vervolgens wordt bij verschillende waardes van de spanning U de stroom nauwkeurig gemeten. De resultaten staan in de grafiek. Maak de opdrachten op papier en lever op de volgende sheet een foto van je uitwerkingen in (zover als je gekomen bent).

a. Bereken de fotonenergie van de straling. 

b. Bereken de golflengte van de straling. 

c. Bepaal de remspanning uit de grafiek.

d. Laat met een berekening zien dat er maximaal 9,36 10^14 elektronen per minuut uit de kathode worden vrijgemaakt.

e. Bereken hiermee het (minimale) stralingsvermogen dat op de katode valt.

f. Laat met een berekening zien van welk materiaal de kathode is gemaakt.

Heb je de opgave niet binnen de tijd af, lever dan wel wat je hebt in via een foto op de volgende pagina.

a. E = hf = 6,63... 10^-34 x 689 10^12 = 4,56 10^-19 J (= 2,85 eV)

b. λ = c / f =. 2,99.. 10^8 / 689 10^12 = 4,35 10^-7 m (of 435 nm)

c. Aflezen waar de stroom net 0 is U = (-) 0,60 V

d. Aantal elektronen zie je terug in de stroom (als de de 'overkant' halen).
Maximale stroom is 2,5 10^-6 A. I = Q / t --> Q  = I t = 2,5 10^-6 x 60 = 1,5 10^-5 C (Coulomb).
Elk elektron heeft 1,602 10^-19 C. Dat zijn dus 1,5 10^-5 / 1,602 10^-19 = 9,36... =  9,4 10^14 elektronen.

e. Elk foton heeft 4,56 10^-19 J (vraag a.). Er zijn minimaal 9,4 10^14 fotonen aanwezig(= vraag d; aantal elektronen) in 60 s. Per seconde valt er dus 4,56 10^-19 x 9,36.. 10^14 / 60 = 7,1 10^-6 J/s of 7,1 microWatt

f. Ef = Eu + Erem waarbij de Eu het materiaal bepaalt.
Eu = Ef - Erem = 2,85 eV - 0,60 eV = 2,25 eV --> het materiaal is Kalium (T24)

Lever hier een foto van je resultaten van de vorige opgave in en ga verder. Ben je nog niet klaar, lever dan in wat je wel hebt.

Hieronder 2 stellingen:
I. Twee golven zijn in fase als hun weglengteverschil 0, 1, 2 etc. is.
II. Hoe groter de tralie-constante 'd', hoe minder lijnen er per mm (of inch) zitten

1. Beide stellingen zijn waar
2. Stelling I. is waar, stelling II. is niet waar
3. Stelling I. is niet waar, stelling II. is waar
4. Beide stellingen zijn niet waar

Hieronder 2 stellingen:
I. Hoe groter de massa van een deeltje, hoe kleiner zijn Broglie-golflengte.
II. De golf-functie van een deeltje zegt iets over de golfeigenschappen (zoals trillingstijd en frequentie) van een deeltje.

1. Beide stellingen zijn waar
2. Stelling I. is waar, stelling II. is niet waar
3. Stelling I. is niet waar, stelling II. is waar
4. Beide stellingen zijn niet waar

Hieronder 2 stellingen:
I. Wanneer twee bronnen verder uit elkaar staan, zullen er meer minima en maxima te vinden zijn.
II. Buiging treedt op als de verstoring (gat of obstakel) heel groot is t.o.v. de golflengte.

1. Beide stellingen zijn waar
2. Stelling I. is waar, stelling II. is niet waar
3. Stelling I. is niet waar, stelling II. is waar
4. Beide stellingen zijn niet waar

Straling met een frequentie van 6,2 10^14 Hz valt op een dubbelspleet. Beide spleten zijn 0,8 μm breed. De afstand tussen de spleten is 5,6 μm. Maak de opgaven op papier en lever op de volgende pagina een foto van je antwoorden in (zover als je gekomen bent).

a. Leg met een berekening uit of er buiging zal optreden bij elk van de spleten

b. Leg uit dat er achter de dubbelspleet een interferentiepatroon zal ontstaan met knoop- en buiklijnen.

Op een bepaalde plek achter de dubbelspleet is het weglengteverschil tussen het licht uit beide spleten 1,7 μm.
c. Leg uit of je je daar op een buik- of knooplijn bevindt.

d. Hoeveel buik- en knooplijnen zullen er in totaal ontstaan achter de dubbelspleet?

e. Leg uit wat er met dit aantal gebeurt als...
      1. er straling met een grotere frequentie wordt gebruikt

      2. er een opstelling met smallere spleten wordt gebruikt
      3. er een opstelling wordt gebruikt waar de spleten dichter bij elkaar zitten

Heb je de opgave niet binnen de tijd af, lever dan wel wat je hebt in via een foto op de volgende pagina.

a. Buiging treedt op als de spleet dezelfde orde-grootte heeft als de golflengte. λ =  c/ f = 4,83... 10^-7 m. De spleet is 8 10^-7 m. Er is dus buiging.

b. De golven uit de twee spleten gaan interfereren. Er is een weglengteverschil tussen de golven uit de twee verschillende bronnen. Als dit weglengteverschil 0λ, 1λ, 2λ etc. is is er versterking (buiklijnen). Als het verschil 1/2λ, 1 1/2 λ 2 1/2 λ etc. is, is er verzwakking (knooplijn).

c. 1,7 10^-6 m komt overeen met 3,5 λ. Dit is verzwakking dus op een knoop.

d. Het maximale weglengteverschil is gelijk aan de (oorspronkelijke) afstand tussen de spleten. Hierin passen 5,6 10^-6 / 4,83.. 10^-7 = 11,57.

Dit betekent 11 x een versterking en ook 11 x een verzwakking.

Verzwakkingen zijn links en rechts, dus 22 knooplijnen. Versterkingen ook maar ook precies in het midden dus 22 + 1 = 23 buiklijnen.

e. 

1. golflengte wordt kleiner, dus er passen MEER golflengtes in het (gelijke) weglengteverschil, dus meer knoop- en buiklijnen.

2. De buiging wordt sterker, maar de golflengte verandert niet, dus gelijk aantal knoop- en buiklijnen.

3. Het maximale weglengteverschil (de afstand tussen de spleten) wordt kleiner, dus minder knoop- en buiklijnen.

Lever hier een foto van je resultaten van de vorige opgaven in. Ben je nog niet klaar, lever dan in wat je wel hebt.

Geef hier zo duidelijk mogelijk aan wat je nog niet snapt. Lever eventueel ook een foto van je vraag in (dus wat je nog wel kon en waar je vastliep).

Fouten en suggesties

Heb je een fout gevonden in deze Lessonup, op de website of in het filmpje?

Geef het door via het foutenformulier!

Bedankt voor je inzet!