NATUURKUNDE PROEFWERK

Transcriptie

1 ATUURKUNDE 1 KLAS 5 10/05/06 NATUURKUNDE PROEFWERK N1V EN EN HOOFDSTUK 3 Proefwerk bestaat uit 2 opgaven. Geef duidelijke uitleg en berekeningen. Totaal: 33 punten. Opgave 1: een tl-buis Een tl-buis bevat kwikdamp onder lage druk. In de wand van de buis zijn twee metalen elektroden gesmolten. Wanneer de elektroden worden aangesloten op een voldoende hoge spanning, kan de tl-buis licht gaan geven. Zowel de lage druk van de damp als de hoge spanning zijn nodig om de tl-buis licht te laten geven. a) Leg uit waarom er lage druk van de damp nodig is en leg uit waarom er een hoge spanning op de elektroden nodig is om de lamp licht te laten geven.{2p} De kwikdamp zendt een aantal golflengtes uit. De vier sterkst uitgezonden golflengtes zijn 546 nm, 436 nm, 405 nm en 365 nm. Adriaan bekijkt het licht dat van de buis afkomt en constateert dat het niet wit is, maar paarsblauw. b) Leg uit waarom het licht er paarsblauw uitziet. {2p} De vragen c) en d) gaan over het licht van 546 nm. c) Bereken de frequentie van het licht van 546 nm. {2p} De tl-buis heeft door toedoen van (alleen) het licht van 546 nm een vermogen van 10 W. d) Bereken hoeveel fotonen van 546 nm er per minuut door de tl-buis worden uitgezonden. {3p} Om de verschillende golflengtes zichtbaar te maken, gebruikt Adriaan een tralie. De situatie is weergegeven in de figuur op de bijlage. Het tralie wordt vanaf links beschenen met een evenwijdige bundel licht van de tl-buis. Het licht valt via een lens op een scherm. Het midden van de positieve lens M en het brandpunt F zijn weergegeven in de figuur, evenals vijf stralen in de lichtbundel. De afstand tussen lens en scherm is weergegeven. De weergegeven stralen tussen het tralie en de lens zijn de eerste-orde-maxima van de lichtgolven met een golflengte van 436 nm. Deze stralen maken een hoek van 11,3 met de rechtdoorgaande stralen. e) Bereken de afstand tussen F en de plaats van dit 1 e -orde-maximum bij 436 nm. {2p} f) Bereken de tralieconstante van het hier gebruikte tralie in μm. {3p} g) Teken het verdere verloop van de vijf stralen tot aan het scherm. {2p} Natuurlijk ziet Adriaan niet alleen het eerste-orde-maximum van het licht van 436 nm, maar ook dat van de andere golflengtes van kwik (zie boven). h) Leg uit van welke golflengte(s) Adriaan het eerste-orde-maximum dichter bij F ziet en van welke golflengte(s) hij het eerste-orde-maximum verder van F vandaan ziet (t.o.v. het maximum van 436 nm). {3p}

2 Het n-de orde maximum is het hoogste orde maximum bij dit tralie voor golven van 405 nm. i) Bereken n {3p}

3 Opgave 2: bungeejumpen Adriaan maakt een bungeejump vanaf een brug in een ravijn. Hij is erg gespannen als hij de sprong waagt, waardoor hij het uitschreeuwt tijdens zijn val: Eeeeeeeeeehh! De frequentie van de eerste formant van deze kreet is 600 Hz. Een formant is een van de resonantiefrequenties die kunnen ontstaan in de mond- en keelholte bij het voortbrengen van een klank door de stembanden. Beschouw de mondholte van Adriaan als een aan één zijde gesloten buis, waarbij de eerste formant de grondtoon van deze buis is. De lucht in Adriaans mond mag beschouwd worden als lucht van 40 C. a) Bereken de lengte van Adriaans mondholte. {4p} Op het moment dat Adriaan zijn kreet slaakt, valt hij met een snelheid van 22 m/s. De temperatuur van de lucht is 20 C. b) Bereken de frequentie van de eerste formant van de kreet zoals die wordt waargenomen door een toeschouwer op de brug recht boven Adriaan. {3p} In werkelijkheid bestaat het klankkastcomplex niet uit één buis. Vandaar het ontstaan van meer dan één formant. De frequentie van de tweede formant van de door Adriaan geslaakte kreet is 1080 Hz. Ook is bekend dat het bereik van de grondtoon van zijn stembanden ergens tussen 110 en 180 Hz ligt. We nemen aan dat de frequenties van de eerste en de tweede formant gelijk zijn aan frequenties van boventonen van zijn stembanden; bovendien beschouwen we stembanden (uiteraard) als snaren die aan beide kanten zijn ingeklemd. c) Bereken de frequentie van de grondtoon van zijn stembanden tijdens het slaken van de kreet. {4p}

4 BIJLAGE BIJ PROEFWERK NAAM:.. lens + scherm tralie M F 40 cm RESERVE-FIGUUR (indien nodig) lens + scherm tralie M F 40 cm

5 UITWERKING OPGAVE 1 a) hoge spanning: nodig om elektronen vrij te maken uit de kathode. {1} lage druk: nodig zodat elektronen voldoende snelheid kunnen maken alvorens ze weer botsen (voldoende kinetische energie om atoom aan te slaan) {1} b) tabel 19A: 365 nm: niet zichtbaar, 405 nm: violet, 436 nm: blauwviolet, 546 nm: groen {1} dus: 4 lijnen samen zien er paarsblauw uit {1} c) c = 3, m/s {1} f = c/λ = 3, / = 5, Hz {1} d) E f = h f = 6, , = 3, J {1} per seconde: 10 J / 3, J = 2, fotonen {1} per minuut: x60 1, fotonen {1} e) tan 11,3 = x/40 cm {1} x = 40 tan 11,3 = 8,0 cm {1} f) d sin α = n λ, met n=1, λ= , hoek=11,3 {1} d = /sin 11,3 = 2, m {1} = 2,23 μm {1} g) bijas tekenen door M tot aan scherm {1} alle 5 stralen naar snijpunt bijas en scherm {1} h) grotere golflengte sinus groter afbuighoek groter {1} dus: 546 nm verder weg, 405 nm dichter bij {1} 365 nm ziet hij niet, want niet-zichtbare deel spectrum {1} i) sinus is maximaal 1 {1} dan: n = d/λ = 2, / = 5,5 {1} dus maximale orde is 5 {1} OPGAVE 2 a) grondtoon bij 1 dicht en 1 open uiteinde: l = ¼ λ {1} v opzoeken bij 313 K : 354 m/s {1} λ = v/f = 354/600 = 0,59 m {1} dus mondholte = ¼ 0,59 = 0,15 m = 15 cm {1} b) Formule Doppler-effect: f w = f b (v/v-v b ), met f b =600Hz, v=343 m/s {1} verwijderen van toeschouwer, dus v b = 22 m/s (ofwel: + in formule) {1} invullen: f w = 600 (343/(343+22) = 564 Hz {1} c) voor snaren geldt: f boven = n f grond (met n=2,3,4,5, ) {1} dus: f grond = 600/n 1 en f grond = 1080/n 2 {1} tussen 110 en 180 Hz: n 1 =4 of 5 f grond = 150 Hz of 120 Hz n 2 = 6,7,8,9 f grond = 180/154/135/120 Hz {1} Dus: f grond = 120 Hz {1}