14 Quantumwereld
Deeltjes en quantumverschijnselen| vwo
Uitwerkingen basisboek
14.1 INTRODUCTIE
1 [W] Quantum in het nieuws
2 [W] Voorkennistest
3 Waar of niet waar?
a Niet waar: De energie van fotonen is evenredig met de frequentie.
b Niet waar: Atomen zijn goed vergelijkbaar met heel kleine knikkers, maar dat geldt
niet voor elektronen.
c Waar
d Niet waar: Alleen met een Atomic Force Microscope (AFM) kun je een beeld van een
atoom maken.
e Waar
4
a 𝐸f = ℎ ∙ 𝑓 met 𝑐 = 𝜆 ∙ 𝑓 geeft
𝑐 2,998∙108
𝐸f = ℎ ∙ = 6,626 ∙ 10−34 ∙ = 2,84 ∙ 10−19 J.
𝜆 700∙10−9
𝑃 = 0,28 ∙ 10−3 W = 0,28 ∙ 10−3 J/s.
0,28∙10−3 J/s
Dus is de fotonenstroom: = 9,9 ∙ 1014 fotonen/s.
2,84∙10−19 J/foton
b Elke zonnebril laat 10% van het licht door. Een stapel van 14 zonnebrillen laat dus
(0,10)14 ∙ 9,9 ∙ 1014 = 9,9 fotonen/s door, en dat is bijna 10 fotonen per seconde.
5
100
a Een liter is 1 dm 3 en op 1 dm (= 100 mm) passen = 250 zoutkorrels naast
0,4
elkaar. Dan passen er 2503 = 1,6 ∙ 107 ≈ 107zoutkorrels in een literpak zout.
b Als je al deze zoutkorrels achter elkaar legt is, dan is de lengte van de rij:
0,4 ∙ 1,6 ∙ 107 = 6,3 ∙ 106 mm ≈ 6 km lang.
c De afstand tussen twee natriumionen is ongeveer 3 cm op de foto, dat is in het echt
10 8
dus 3∙10-8 cm. Op 1 dm (= 10 cm) passen −8 = 3,3 ∙ 10 natriumionen naast
3∙10
elkaar (met daartussen de chloorionen). Er passen dus (3,3 ∙ 108 )3 = 3,7 ∙ 1025 ≈
1025 natriumatomen en ook 3,7∙1025 chlooratomen in een literpak.
d In een eendimensionaal rooster liggen alle natrium- en chloorionen naast elkaar. Als
de afstand tussen twee natriumionen dan ook 3∙10-8 cm is, dan is de lengte van de
rij:
3 ∙ 10−8 ∙ 3,7 ∙ 1025 = 1,1 ∙ 1018 cm ≈ 1016 m lang.
6
a De eerste aangeslagen toestand is een toestand met een hogere energie.
b Het elektron springt alleen naar een hogere toestand als de energie van het foton
precies gelijk is aan het verschil tussen de energieniveaus van de twee toestanden.
c Bij het terugvallen komt weer precies dezelfde hoeveelheid energie vrij in de vorm
van een foton. Het foton is dus identiek aan het foton dat eerder geabsorbeerd is.
d Nee, dat is een toevalsproces.
© ThiemeMeulenhoff bv CONCEPT Pagina 1 van 23
, 14.2 GOLFKARAKTER VAN LICHT
7 [W] Experiment: Interferentie in een magnetron
8 [W] Experiment: Buiging en interferentie bij watergolven
9 [W] Experiment: Buiging en interferentie bij geluid
10 [W] Experiment: Buiging en interferentie bij licht
11 Waar of niet waar?
a Waar
b Niet waar: Buiging treedt op bij geluid-, licht- en watergolven.
c Waar
d Niet waar: Buiging is alleen zichtbaar als de breedte van de opening tussen
ongeveer 10 x zo klein en 10 x zo groot als de golflengte is.
e Waar
12
a De magnetronstraling die door de wanden wordt weerkaatst interfereert, hierdoor
ontstaan warme en koude plekken in de kaas.
b De plekken waar de kaas smelt komen overeen met de buiken in het
interferentiepatroon.
c De afstand tussen de plekken waar de kaas smelt is gelijk aan de halve golflengte
van de magnetronstraling.
13
a
b Op de middelloodlijn hebben de golven die van beide puntbronnen komen steeds
dezelfde fase. De golven versterken elkaar hier, dus is dit een buiklijn.
c Als de afstand tussen de bronnen groter wordt gemaakt zullen er meer knooplijnen
zichtbaar zijn.
d Als de frequentie van de trillingsbron groter wordt gemaakt, zal de golflengte kleiner
worden (de golfsnelheid verandert immers niet). Bij een kleinere golflengte zullen er
meer knooplijnen zichtbaar zijn.
14
a Een buik en een knoop.
b De golfsnelheid is gelijk dus als de frequentie hoger is bij een 4G-netwerk, zal de
golflengte kleiner zijn. De ideale antenne is bij een 4G-netwerk korter dan de antenne
het 3G-netwerk.
© ThiemeMeulenhoff bv CONCEPT Pagina 2 van 23
Deeltjes en quantumverschijnselen| vwo
Uitwerkingen basisboek
14.1 INTRODUCTIE
1 [W] Quantum in het nieuws
2 [W] Voorkennistest
3 Waar of niet waar?
a Niet waar: De energie van fotonen is evenredig met de frequentie.
b Niet waar: Atomen zijn goed vergelijkbaar met heel kleine knikkers, maar dat geldt
niet voor elektronen.
c Waar
d Niet waar: Alleen met een Atomic Force Microscope (AFM) kun je een beeld van een
atoom maken.
e Waar
4
a 𝐸f = ℎ ∙ 𝑓 met 𝑐 = 𝜆 ∙ 𝑓 geeft
𝑐 2,998∙108
𝐸f = ℎ ∙ = 6,626 ∙ 10−34 ∙ = 2,84 ∙ 10−19 J.
𝜆 700∙10−9
𝑃 = 0,28 ∙ 10−3 W = 0,28 ∙ 10−3 J/s.
0,28∙10−3 J/s
Dus is de fotonenstroom: = 9,9 ∙ 1014 fotonen/s.
2,84∙10−19 J/foton
b Elke zonnebril laat 10% van het licht door. Een stapel van 14 zonnebrillen laat dus
(0,10)14 ∙ 9,9 ∙ 1014 = 9,9 fotonen/s door, en dat is bijna 10 fotonen per seconde.
5
100
a Een liter is 1 dm 3 en op 1 dm (= 100 mm) passen = 250 zoutkorrels naast
0,4
elkaar. Dan passen er 2503 = 1,6 ∙ 107 ≈ 107zoutkorrels in een literpak zout.
b Als je al deze zoutkorrels achter elkaar legt is, dan is de lengte van de rij:
0,4 ∙ 1,6 ∙ 107 = 6,3 ∙ 106 mm ≈ 6 km lang.
c De afstand tussen twee natriumionen is ongeveer 3 cm op de foto, dat is in het echt
10 8
dus 3∙10-8 cm. Op 1 dm (= 10 cm) passen −8 = 3,3 ∙ 10 natriumionen naast
3∙10
elkaar (met daartussen de chloorionen). Er passen dus (3,3 ∙ 108 )3 = 3,7 ∙ 1025 ≈
1025 natriumatomen en ook 3,7∙1025 chlooratomen in een literpak.
d In een eendimensionaal rooster liggen alle natrium- en chloorionen naast elkaar. Als
de afstand tussen twee natriumionen dan ook 3∙10-8 cm is, dan is de lengte van de
rij:
3 ∙ 10−8 ∙ 3,7 ∙ 1025 = 1,1 ∙ 1018 cm ≈ 1016 m lang.
6
a De eerste aangeslagen toestand is een toestand met een hogere energie.
b Het elektron springt alleen naar een hogere toestand als de energie van het foton
precies gelijk is aan het verschil tussen de energieniveaus van de twee toestanden.
c Bij het terugvallen komt weer precies dezelfde hoeveelheid energie vrij in de vorm
van een foton. Het foton is dus identiek aan het foton dat eerder geabsorbeerd is.
d Nee, dat is een toevalsproces.
© ThiemeMeulenhoff bv CONCEPT Pagina 1 van 23
, 14.2 GOLFKARAKTER VAN LICHT
7 [W] Experiment: Interferentie in een magnetron
8 [W] Experiment: Buiging en interferentie bij watergolven
9 [W] Experiment: Buiging en interferentie bij geluid
10 [W] Experiment: Buiging en interferentie bij licht
11 Waar of niet waar?
a Waar
b Niet waar: Buiging treedt op bij geluid-, licht- en watergolven.
c Waar
d Niet waar: Buiging is alleen zichtbaar als de breedte van de opening tussen
ongeveer 10 x zo klein en 10 x zo groot als de golflengte is.
e Waar
12
a De magnetronstraling die door de wanden wordt weerkaatst interfereert, hierdoor
ontstaan warme en koude plekken in de kaas.
b De plekken waar de kaas smelt komen overeen met de buiken in het
interferentiepatroon.
c De afstand tussen de plekken waar de kaas smelt is gelijk aan de halve golflengte
van de magnetronstraling.
13
a
b Op de middelloodlijn hebben de golven die van beide puntbronnen komen steeds
dezelfde fase. De golven versterken elkaar hier, dus is dit een buiklijn.
c Als de afstand tussen de bronnen groter wordt gemaakt zullen er meer knooplijnen
zichtbaar zijn.
d Als de frequentie van de trillingsbron groter wordt gemaakt, zal de golflengte kleiner
worden (de golfsnelheid verandert immers niet). Bij een kleinere golflengte zullen er
meer knooplijnen zichtbaar zijn.
14
a Een buik en een knoop.
b De golfsnelheid is gelijk dus als de frequentie hoger is bij een 4G-netwerk, zal de
golflengte kleiner zijn. De ideale antenne is bij een 4G-netwerk korter dan de antenne
het 3G-netwerk.
© ThiemeMeulenhoff bv CONCEPT Pagina 2 van 23
