Les 50.2 - leerdoel 3

• Natuurkunde
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 6

Leerdoel 3 

golf-deeltje dualiteit

Lesplanning:

1. klassikaal golf-deeltje dualiteit
2. Werken aan leerdoel 3
3. Bespreken opgave speedskiën
4. Herhaling energie a.d.h.v. meerkeuzevragen
5. Oefenopgave kracht, beweging energie of werken aan leerdoel 3

Begrippen:
waarschijnlijkheid, waarschijnlijkheidsverdeling

Golf-deeltje-dualiteit

Licht en materiedeeltjes hebben zowel golfeigenschappen als eigenschappen van deeltjes. Maar nooit gelijktijdig.

Lange tijd zijn er twee theorieën geweest over licht. 

• Licht is een deeltje; rechtlijnige beweging, schaduwvorming en terugkaatsing van licht goed te verklaren.
• Licht is een golf; lichtbreking en terugkaatsing van licht goed te verklaren.

Twee experimenten hebben ervoor gezorgd dat de wetenschap tot de conclusie is gekomen dat echt zowel golfeigenschappen heeft als eigenschappen van deeltjes, het golf-deeltje dualiteit.

Met welk experiment is het golfkarakter van licht aangetoond? En met welk experiment het deeltjeskarakter?

Deeltjeskarakter van licht

foto-elektrisch effect.

Golfkarakter van licht

dubbelspleetexperiment

Pas wanneer je licht laat vallen op een voorwerp in de orde van grote van de golflengte neem je het golfkarakter van licht waar.

Golfkarakter van deeltjes

dubbelspleetexperiment met elektronen

Eén elektron tegelijkertijd afvuren en door een dubbelsleet laten gaan. lln eerst voorspellen.

Hoe kan dit? Elektronen interfereren met zichzelf 

Conclusie: Elektronen hebben zowel een deeltjes- als een golfkarakter

Wat als je meet door welke spleet het elektron is gegaan? Volgende dia

Eén voor één worden fotonen afgevuurd op een dubbelspleet. Achter de dubbelspleet bevindt zich een detector. Het patroon dat daarop ontstaat is gelijk aan een interferentiepatroon.
Het experiment wordt herhaald maar de eerste helft van het experiment wordt spleet 1 afgedekt en de tweede helft van het experiment wordt spleet 2 afgedekt. Het patroon dat ontstaat bij het tweede patroon...

1. is gelijk aan het eerste experiment.
2. de som van de verdelingen die men voor elke spleet afzonderlijk krijgt.
3. geen van beide.

Is de opstelling zo dat je het deeltjeskarakter kun waarnemen, dan is er geen golfverschijnsel en omgekeerd.

• Patroon dat ontstaat is het patroon van een tennisbal wanneer je meet door welk gat het elektron gaat.
• Licht dat je gebruikt om te meten beïnvloed het resultaat. 
• Licht zachter zetten: Niet gemeten elektronen veroorzaken golfpatroon, gemeten elektronen veroorzaken tennisbalpatroon. 
• Hoe je ook meet, je verstoort altijd het interferentiepatroon. Ook als je kan voorspellen door welk gat het elektron gaat. 

Golf-deeltje dualiteit

Licht en materiedeeltjes hebben zowel golfeigenschappen als eigenschappen van deeltjes. Maar nooit gelijktijdig.

Golf

• buiging en interferentie
• dubbelspleetexperiment
• Golfkarakter manifesteert zich de spleet dezelfde orde grootte heeft als de golflengte vab het foton/deeltje.

λ=​p​​h​​=​m⋅v​​h​​

Deeltje

• emissie en absorptie
• foto-elektrische effect

Aan de slag

Werken aan leerdoel 3 

 volgens de studiewijzer

Om de quantumwereld te begrijpen moet je accepteren dat het een wereld van kansen is (waarschijnlijkheidsverdeling). Einstein kon die stap niet maken.

Vandaag is het les 2 van de 3 waarin je werkt aan leerdoel 3.

Bespreken opgave speedskiën

gegeven 1

t = 3 s

Δ v = 90 km/h =   25 m/s

gegeven 2

Δ v = 200 km/h

s = 400 m

Herhaling energie

meerkeuzevragen

Vormen van energie.

01:04

Welke baan is sneller?

1. De bovenste, recht baan.
2. De onderste, de baan met een hobbel erin.

Bowlingbalmachine
Hoeveel kracht moet de machine op de bal (5,0 kg) uitoefenen om deze omhoog te duwen?

1. 200 N
2. 50 N
3. 25 N
4. 5,0 N

Een sportwagen versnelt van 0 tot 30 mph in 1,5 s. Hoe lang doet deze auto erover om te versnellen van 0 tot 60 mph. Neem aan dat het nuttig vermogen van de motor niet afhankelijk is van de snelheid en verwaarloos de wrijving.

1. 2 s
2. 3 s
3. 4,5 s
4. 6 s

W —> Ek
Pnut * t = 1/2 m * v2   

v twee keer zo groot dus t vier keer zo groot want P en m zijn constant.

Een persoon staat op de rand van een klif. Hij gooit de ene bal recht omhoog en een andere bal recht omlaag met dezelfde beginsnelheid. Welke bal bereikt de grond met de grootste snelheid? Verwaarloos de luchtwrijving.

1. De bal die omhoog wordt gegooid.
2. De bal die omlaag wordt gegooid.
3. Ze bereiken de grond met dezelfde snelheid.

De bal die omhoog gegooid wordt; Ek —> Ez —> Ek dus als de bal weer op het punt is waar deze omhoog gegooid heeft, heeft de bal dezelfde snelheid als de bal die je naar beneden gooit.

Wanneer je de veer van een pijltjes pistool volledig indrukt en een pijltje recht omhoog afschiet bereikt het pijltje een hoogte van 24 m. Hoe hoog komt het pijltje wanneer je de veer maar voor de helft indrukt? Verwaarloos de wrijving en neem aan dat het een ideale veer is.

1. 24 m
2. 12 m
3. 6 m
4. 3 m

Eveer —> Ez 1/2*C*u2 = m*g*h u twee keer zo klein dus h is 4 keer zo klein.

Oefenopgave kracht, beweging en energie

Of verder werken 

aan leerdoel 3.

Eva trekt een blok met een massa van 5,0 kg voort aan een touw (hoek van 20 ⁰ met de horizontaal).  Het blok versnelt van 0,6 m/s naar 2,3 m/s. 
 

1. Bereken de arbeid die Eva heeft geleverd. De wrijving mag verwaarloosd worden.
    
2. Bereken de afstand die Eva heeft afgelegd gedurende de versnelling