Correctievoorschrift Schoolexamen Moderne Natuurkunde

Transcriptie

1 Correctievoorschrift Schoolexamen Moderne Natuurkunde Natuurkunde 1, VWO 6 9 maart 004 Tijdsduur: 90 minuten Regels voor de beoordeling: In zijn algemeenheid geldt dat het werk wordt nagekeken volgens de algemene en vakspecifieke regels bij het eindexamen natuurkunde. Daarnaast gelden nog: 1. De docent geeft op het werk van de leerlingen de toegekende score aan.. De score wordt ook ingevoerd in de aangeleverde Excel-file. 3. In overleg met de projectmedewerkers wordt aan een bepaalde score een cijfer toegekend. 4. Een kopie van het leerlingenwerk wordt opgestuurd naar de projectmedewerkers.

2 Opgave 1 Caroteen p 1 voorbeeld van een antwoord: Als atomen elektronen delen, komt er voor de elektronen een grotere ruimte ter beschikking. De kinetische energie per elektron wordt dan lager. het noemen van de toename van de beschikbare ruimte p voorbeeld van een antwoord: Bij helium zijn er twee elektronen in de grondtoestand. Volgens het uitsluitingspricipe van Pauli passen er verder geen elektronen meer bij. Omdat de grondtoestand vol is, kan het atoom pas elektronen delen als er een elektron naar een hoger energieniveau kan gaan en dat kost zoveel energie dat het niet leidt tot een energieverlaging. het noemen van het uitsluitingsprincipe van Pauli 3 voorbeeld van een antwoord: Een groot deel van het licht met golflengten beneden de ~500 nm wordt geabsorbeerd, d.w.z. de blauwe kleur wordt weggefilterd. Wat overblijft zijn de langere golflengten, d.w.z. in het rood tot groen. Samen geeft dit oranje. het gebruik van de grafiek om te concluderen welke golflengten worden geabsorbeerd het relateren van deze golflengten aan kleuren 4 antwoord: In ieder energieniveau passen volgens het uitsluitingsprincipe van Pauli twee elektronen. Als er π-elektronen zijn, dan zijn er dus 11 niveaus volledig bezet. De minimale energie die nodig is om een elektron aan te slaan komt dan overeen met de overgang van n = 11 naar n = 1. gebruik van het uitsluitingsprincipe noemen van het aantal volle niveaus 4p 5 uitkomst: 1, m nh Volgens de energie van het deeltje in een doos geldt E = 8mL Voor de energieovergang van n = 11 naar n = 1 geldt dus dat: 19,76 ev 4, 4 10 J E = = en tevens Hieruit volgt 34 (144 11)(6, ) L = = , , ,77 10 m h (1 11 ) 8 E = ml

3 het gebruik van nh E = 8mL het opzoeken van h en m omrekenen ev naar J completeren van de berekening. Opmerking: Gebruik van de verkeerde energieniveaus alleen in de vorige vraag aftrekken. Opgave Pentaquark p 6 voorbeeld van een antwoord: De reactie kan niet vanwege ladingbehoud. Links is de lading 0 en rechts +e (positief Kaon in het molekuul als je het pentaquark zo opvat) bepaling van de lading links en rechts noemen van de wet van behoud van lading opmerking: redenering gebaseerd op behoud van strangeness goedkeuren 7 antwoord: 1, MeV m = 1, = 1, MeV/c. Het foton moet dus minstens 1, MeV meebrengen. Gebruik van m(pentaquark) en opzoeken van de overige massa's Inzicht dat m = m(p) + m(k) m(n) Completeren van de berekening 4p 8 antwoord: deeltjes links deeltjes rechts pijlen voor neutron en pentaquark geen pijl voor het foton 4p 9 voorbeeld van een antwoord: origineel: γ + n P+ K + Χ( K ) γ + n+ K P + Χ( γ) n+ K P+ γ

4 per correcte reactie per symmetrie-operatie + Opmerking: n+ K P, verkregen door X(K ) en weglaten γ goed rekenen. Het γ is niet nodig als het n of het K + zelf genoeg energie meenemen. 10 voorbeeld van een antwoord: De impuls van het kaon wordt bepaald uit straal van baan in magnetisch veld, via p = BeR. Je moet dus de straal van de baan meten. Ook moet de sterkte van het veld bekend zijn. inzicht F L = F mpz p = BeR inzicht dat B en R gemeten moeten worden Opgave 3 Het Starkeffect 11 voorbeelden van opzichten in een waterstofatoom kan een elektron door ionisatie een atoom verlaten terwijl in een doosje het deeltje opgesloten is. het waterstof heeft een bolvormige symmetrie, in elk geval in s-toestanden terwijl het doosje een kubussymmetrie heeft. de energieniveaus van waterstof kloppen niet met die van het deeltje in een doos. bij het deeltje in een doos hebben we alleen een elektron. Het waterstofatoom heeft ook nog een ander deeltje: het proton. per genoemd opzicht tot een maximum van 3 1p 1 Voorbeelden van redenen het deeltje in een doos geeft discrete energieniveaus, dus quantisatie, de meest essentiële eigenschap van kwantumfysica. bij een kleiner doosje, wordt de energie groter, dat klopt met het waterstof atoom. bet deeltje in een doos model kan ook de ontaarding laten zien die optreedt bij een 3-dimensionaal doosje i.p.v. een 1-dimensionaal doosje. een genoemde reden p 13 Voorbeeld van een antwoord: De eerste aangeslagen toestand kan gevormd worden door de kwantumgetalcombinaties: (,1,1), (1,,1) en (1,1,) en elk van de drie resulteert in dezelfde energie. het noemen van (,1,1), (1,,1) en (1,1,) p 14 Voorbeeld van een antwoord: De energieverandering hangt niet af van n y en n z maar wel van n x. Van de eerder genoemde drie kwantumgetalcombinaties hebben er twee n x = 1. Voor deze twee is de energieverandering gelijk, dus ze blijven ontaard. De overgebleven combinatie heeft n x = en deze krijgt dus wel een andere energieverandering dan de andere twee. constatering dat twee toestanden dezelfde n x hebben uitleg dat de energieverandering voor twee van de drie toestanden hetzelfde is.

5 15 antwoord: λ = 1, 10 7 m E =19,9 9,7 = 10, ev = 1, J λ = hc / E =1, 10 7 m bepaling van het juiste energieverschil gebruik van λ = hc / E of berekenen van f completeren van de berekening 16 Voorbeeld van een antwoord: De goede keuze is C. A is fout want het gaat bij deze figuur niet om de grondtoestand. B is fout want in het elektrisch veld is het waarschijnlijker dat het elektron aan de positieve kant van het veld zit en dat is links. Het gemiddelde van de kansverdeling zit dus iets links van het midden. redenering m.b.t. A redenering m.b.t B consequente