Les 50.2 - leerdoel 2

• Natuurkunde
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 6

Leerdoel 2

foto-elektrisch effect

Lesplanning:

1. Uitleg foto -elektrisch effect
2. Starten met leerdoel 2 (20 min)
3. Uitleg impuls 
4. Aan de slag
   - opgave krachten
   - verder werken aan leerdoel 2 
5. Afsluiting: bespreken opgave krachten

Begrippen:
foton, uittree-energie, energiequantum

Leerdoel 2

foto-elektrisch effect

Je kan  het foto-elektrisch effect gebruiken om aan te tonen dat elektromagnetische straling gequantiseerd is.

Begrippen:
foton, uittree-energie, energiequantum

Toetsstof CTW 2

H2      bewegingen

H3      materialen: alleen 3.1 deeltjesmodel en dichtheid

H4      kracht

H9      energie

H10    zonnestelsel - cirkelbewegingen

H13    zonnestelsel en heelal 

K1 - komt niet terug in de toets.

Demo elektroscoop en UV-lamp

Hoe kunnen we dit verklaren?

Foto-elektrisch effect

Licht kan elektronen uit metalen losmaken.

DEMO; elektroscoop met UV-lamp beschijnen: https://maken.wikiwijs.nl/51931/3_Het_Foto_Elektrisch_Effect 

 Foto-elektrisch effect

wordt beïnvloed door de ...

• lichtintensiteit
• versnelspanning
• golflengte

Applet

Leerlingen voorspellingen laten doen

https://phet.colorado.edu/nl/simulation/photoelectric 

Verklaren:

• Lichtintensiteit
  meer licht —> meer fotonen vrijgemaakt —> toenemende stroomsterkte
• Versnelspanning
  Grotere versnelspanning —> aantrekkingskracht anode groter —> grotere snelheid elektronen —> grotere stroomsterkte
• Golflengte
  Klassieke verwachting is dat het elektron energie opneemt tot het voldoende energie heeft om te ontsnappen.
  In werkelijkheid: grensfrequentie
• Hoe kun je verklaren dat er bij rood licht geen elektronen vrijkomen, hoe hoog de intensiteit van de lamp ook is? Zie volgende dia.
  grotere frequente —> elk foton heeft meer energie —> snelheid elektronen groter —> grotere stroomsterkte

Conclusie

Licht gedraagt zich niet als een continue golf van energie, maar lijkt verdeelt in pakketjes (quanta). 

Uittree-energie

De hoeveelheid energie die een vrij elektron nodig heeft om uit het metaal los te komen. 

Bepaal de uittree-energie van het metaal in de applet.

Binas tabel 24

https://phet.colorado.edu/nl/simulation/photoelectric 

Uittree-energie natrium bepalen m.b.v. Applet

• Minimale golflengte bepalen 🡪 538 nm
• E=h*f f=c/labda = 3*10^8/(538*10^-9)=5,5762*10^14
  E=6,626*10^-34*5,5762*10^14=3,6948*10^-19J =2,3 eV

Remspanning

Aan de slag

Werken aan leerdoel 2 - volgens de studiewijzer

De volgende les lever je de check van leerdoel 2 in.

4, 

Wet van behoud van impuls

Impuls is een grootheid die gerelateerd is aan de snelheid en de massa van een voorwerp.

Binnen de klassieke mechanica is impuls 

gedefinieerd als:

Wat is de eenheid van impuls?

p=m⋅v

Kg*m/s

Impuls, ook hoeveelheid beweging genoemd. 

https://www.quantumuniverse.nl/impuls-houvast-in-een-dynamische-wereld

Wet van behoud van impuls

Wat is het impuls van een foton?

want fotonen hebben geen massa...

p=​λ​​h​​

• Bij absorptie en emissie kunnen fotonen een kleine kracht uitoefenen
• Eenheid afleiden

Radiometer van Crookes

Wordt dit effect veroorzaakt door de impulsverandering van het licht?

Nieuwsgierig geworden? In experiment 4 leer je meer over de radiometer van crookes

Als de impuls van de lichtdeeltjes de wieken zou aandrijven, zou de reflecterende zijde van de lichtbron weg bewegen, maar het omgekeerde is het geval.

Oefenopgave foto-elektrisch effect

Een plaatje Calcium wordt beschenen met een bepaalde golflengte. In de grafiek is de stroomsterkte tegen de versnelspanning uitgezet. De uittree-energie van Calcium is 3,20 eV. 
 

1. Bepaal hoeveel kinetische energie de vrijgekomen elektronen (maximaal) hadden.
   
2. Bereken de fotonenergie.
3. Bereken de golflengte van de stralingsbron.
4. Neem aan dat elk foton dat de kathode bereikt een elektron vrijmaakt. Bereken hoeveel fotonen er in één minuut op de kathode vielen. 

Tip bij vraag 4

Bedenkt dat voor de stroom altijd geldt: I = Q / t. 

Een fietser met een massa van 60 kg rijd zonder te trappen met een constante snelheid van 8,0 km/h een helling af.

Teken de krachten die op de fietser werken.

Aan de slag

Oefenopgave krachten 
+

Werken aan leerdoel 2 - volgens de studiewijzer

De volgende les lever je de check van leerdoel 2 in.

4, 

Een bundel UV-licht valt op de ongeladen metalen bal van een elektroscoop. Wordt de elektroscoop geladen?

1. Ja, het krijgt een positieve lading.
2. Ja, het krijgt een negatieve lading.
3. Nee, het blijft ongeladen.

Een xenonbooglamp is bedekt met een interferentiefilter dat alleen licht met een golflengte van 400 nm doorlaat. Wanneer het doorgelaten licht een metalen oppervlak raakt, komt er een stroom elektronen uit het metaal.
Het interferentiefilter wordt vervolgens vervangen door 300 nm filter en de lamp wordt zo afgesteld dat de intensiteit van het licht dat op het metalen oppervlak valt hetzelfde is als voor het licht van 400 nm. Met het 300 nm licht ...

1. worden meer elektronen uitgezonden in een bepaalde tijd.
2. hebben de uitgezonden elektronen meer energie.
3. zowel A als B is waar.
4. zowel A als B is niet juist.

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

Wat kun je zeggen over de foton energie van röntgenstraling.

1. die is kleiner dan van zichtbaar licht
2. die is kleiner dan van microgolven
3. die is groter dan van uv-straling
4. die is groter dan van gamma straling