OOFDSTUK 8 9/1/2009. Deze toets bestaat uit 3 opgaven (31 punten). Gebruik eigen grafische rekenmachine en BINAS toegestaan. Veel succes!

Transcriptie

1 NATUURKUNDE KLAS 5 INHAALPROEFWERK HOOFDSTUK OOFDSTUK 8 9/1/2009 Deze toets bestaat uit 3 opgaven (31 punten). Gebruik eigen grafische rekenmachine en BINAS toegestaan. Veel succes! Opgave 1: Afbuiging van kerndeeltjes (2p + 3p) In figuur 1 zie je een radioactieve bron. De straling die daaruit komt, bevat drie soorten deeltjes. α-deeltjes zijn heliumkernen, β - -deeltjes zijn elektronen en γ-deeltjes zijn ongeladen fotonen. De deeltjes gaan door een elektrisch veld. a) Leg uit hoe het elektrische veld gericht is. b) Leg, indien mogelijk, met behulp van figuur 1, uit of de α-deeltjes allemaal dezelfde snelheid hebben of niet. Doe hetzelfde voor de β deeltjes en de γ-deeltjes. Figuur 1 Opgave 2: Elektronen gaan toch rechtdoor (4p + 2p + 4p) Twee platen van een condensator staan horizontaal opgesteld. Er worden elektronen in de ruimte tussen de platen geschoten met een snelheid van 3, m/s en wel even-wijdig aan de platen. Voor ze de ruimte tussen de platen binnenkwamen, werden de elektronen eerst in een elektronenkanon versneld. De beginsnelheid van de elektronen in het elektronenkanon is verwaarloosbaar. a) Bereken de versnelspanning in dit kanon. Door een spanning over de platen aan te brengen worden de elektronen naar onder afgebogen met een kracht van 1, N. b) Bereken hoe groot de elektrische veldsterkte is.

2 Er wordt tegelijkertijd óók een magnetisch veld aangebracht. Daardoor blijven de elektronen rechtdoor gaan. c) Bereken hoe groot de magnetische veldsterkte is. Maak eerst een schets van de situatie waarin je de krachten tekent die op het elektron werken. Opgave 3: Elektromotortje (4p + 2p + 2p + 3p + 2p + 2p + 1p) In de les van meneer Hulshof hebben de leerlingen op een relatief eenvoudige wijze een werkend elektromotortje gemaakt. Een ietwat andere versie is weergegeven in figuur 2a. Als spanningsbron wordt een platte batterij (4,5 V) gebruikt waarbij gaatjes geprikt zijn in de aansluitlipjes. Door het spoeltje in de lipjes te hangen kan het vervolgens gaan draaien om zijn eigen as. Het benodigde magneetje ligt onder het spoeltje. Het vooraanzicht van de opstelling is schematisch weergegeven in figuur 2b. Hierin is voor de duidelijkheid al de stroomrichting in het spoeltje aangegeven, alsook de richting van het magnetische veld. Het spoeltje uit figuur 2b is vergroot weergegeven op de bijlage. a) Geef op de bijlage de richting van de lorentzkracht aan op zowel de bovenkant van de spoel (aangegeven met de letter A) als de onderkant van de spoel (aangegegeven met de letter C). Schrijf als uitleg duidelijk op je blaadje in welke richting de andere grootheden werken en welke regel je hebt gebruikt. A B C Figuur 2a: Elektromotor Figuur 2b: Schematische weergave Het spoeltje bestaat uit geïsoleerd koperdraad, waarvan de uiteinden (de horizontale stukjes draad in figuur 2b) blank geschuurd zijn omdat deze contact moeten maken met de polen van de batterijen. b) Leg uit waarom het motortje op deze manier niet of niet zo goed zal werken in vergelijking met de elektromotor met commutator, zoals beschreven staat in je theorieboek.

3 Om de werking van het motortje te verbeteren wordt van één van de twee uiteinden de isolatie alleen aan de onderkant (spoeltje in verticale stand) verwijderd. Hiermee wordt bewerkstelligd dat het spoeltje slechts gedurende een halve omwenteling stroom geleidt. In figuur 3a is de doorsnede getekend van zo n half geleidend uiteinde. isolatie A koperen geleider Gaatje in aansluitlip Figuur 3a: Sterk vergrote doorsnede van het Figuur 3b: Zijaanzicht spoel half geleidende uiteinde van het spoeltje In figuur 3b is het complete zijaanzicht van de spoel getekend met hetzelfde (vergrote) uiteinde. In figuur 4 zijn zes opeenvolgende draaistanden van het spoeltje weergegeven. vanuit dit zijaanzicht draait het motortje rechtsom. c) Leg uit of in figuur 4 het linkeraanzicht (kijkend vanaf de - -pool) of het rechteraanzicht (kijkend vanaf de + -pool) van de tekening in figuur 2b is weergegeven. Figuur 4 staat ook vergroot weergegeven op de bijlage. d) Teken in de figuur op de bijlage de lorentzkrachten op zowel de bovenkant als de onderkant van de spoel in de verschillende draaistanden. Let hierbij op dat het uiteinde van de spoel alleen aan Figuur 4: Draaistanden de onderkant contact kan maken met de aansluitlip van de batterij (die immers niet meedraait), zoals te zien is in figuur 3a. Zie ook de stippellijn in de eerste draaistand. e) Verklaar nu waarom dit motortje beter zal werken dan het motortje met het rondom geleidende uiteinde uit vraag b. A Het spoeltje creëert zelf ook een magnetisch veld als er stroom doorheen loopt. Het spoeltje bestaat uit 5 windingen en heeft een lengte van 4 mm. De (gemiddelde) veldsterkte die het spoeltje zelf opwekt bedraagt 2,3 mt. f) Bereken de (gemiddelde) stroomsterkte in het spoeltje. C

4 g) Het vooraanzicht van het spoeltje staat nogmaals weergegeven op de bijlage. Geef hierin de richting van het door het spoeltje zelf opgewekte magnetische veld in het spoeltje aan. /EINDE

5 BIJLAGE BIJ NATUURKUNDE KLAS 5 BIJ INHAALPROEFWERK HOOFDSTUK 8 bij vraag 3a NAAM: bij vraag 3d bij vraag 3g

6 UITWERKINGEN INHAALPROEFWERK HOOFDSTUK OOFDSTUK 8 9/1/2009 Opgave 1: Afbuiging van kerndeeltjes (2p + 3p) a) (2p) Bèta-straling (negatief) wordt naar rechts afgebogen (of alfa naar links) dus links negatieve plaat, rechts positieve, dus veld van rechts naar links b) (3p) inzicht dat bij hogere snelheid de constante F e (= q E) minder tijd heeft om de deeltjes af te buigen. daarbij passende juiste conclusies omtrent beta conclusie dat gamma niet te bepalen is Opgave 2: Elektronen gaan toch rechtdoor (4p + 2p + 3p) a) (4p) E k = ½ m v 2 = ½ 9, (3, ) 2 = 6, J Δ E k = q U 6, = 1, U U = 4, V (punt aftrek voor foute lading of foute massa) (2p) (2p) b) (2p) F e = q = F e /q = 1, / 1, = 9, N/C c) (3p) tekening met daarin F e naar beneden gericht en F L naar boven F L = F e B = F L / ( q v) = 1, / (1, , ) = 2, T Opgave 3: Elektromotortje (4p + 2p + 2p + 3p + 2p + 2p + 1p) a) (4p) I B Bovenkant spoel: Linkerhandregel of kurketrekkerregel gebruiken I naar links, B naar boven

7 F L aan bovenkant papier in tekenen Aan onderkant dus papier uit + tekenen F L F L b) (2p) Bij de elektromotor met commutator draait de stroomrichting elke halve omwenteling om, dus de lorentzkracht ook. Aangezien dat hier niet gebeurt, zal het spoeltje waarschijnlijk in een horizontale stand blijven hangen. c) (2p) Bovenkant spoel beweegt papier in dus het getekende zijaanzicht moet het rechteraanzicht (kant van de + -pool) zijn. d) (3p) krachten bij de juiste standen (1,2,6) geen krachten bij standen 3,4,5 krachten horizontaal getekend ( B en I) e) (2p) Het spoeltje maakt snelheid in de standen 6,1 en 2. De andere helft van de omwenteling kan zonder lorentzkracht afgemaakt worden.

8 f) (2p) B. l I = µ N 0 = 3 2, π = 1,5 A g)