Module kwantummechanica. Lerarenopleiding fysica UC Leuven-Limburg

Vergelijkbare documenten
Hoofdstuk 1 Atoombouw. Chemie 5 (2u)

De golfvergelijking van Schrödinger

Higgs-deeltje. Peter Renaud Heideheeren. Inhoud

De Broglie. N.G. Schultheiss

Ark of Inquiry. Art of Teaching Mieke Schuermans + Erica Andreotti. Vakdidactisch Centrum UCLL Campus Diepenbeek (voorheen KHLim)

7. Hoofdstuk 7 : De Elektronenstructuur van Atomen

PMN Planner: Een voorbeeld gebaseerd op 2 contacturen per week

Frequentie = aantal golven per seconde op gegeven plek = v/λ = ν. Golflengte x frequentie = golfsnelheid

Het tweespletenexperiment EN DE RELATIE TUSSEN HET INTERFERENTIEPATROON EN DE BREEDTE VAN DE SPLEET

Fluorescentie. dr. Th. W. Kool, N.G. Schultheiss

Quantummechanica 5/6 VWO

Constante van Planck bepalen met LED s. Doel: Constante van Planck bepalen

Quantummechanica = golfmechanica

Astronomische Technieken Hovo Cursus Prof.dr. Paul Groot (RU) Dr. Gijs Nelemans (RU)

Quantummechanica voor jong en oud. Gerard Nienhuis Huygens Laboratorium Universiteit Leiden

Klas 6 natuurkunde. 4 nieuwe hoofdstukken 3 toetsen 3 PO s CE training. SE: Nova, PTA CE: Syllabus + examenregels

Biofysische Scheikunde: NMR-Spectroscopie

-. afstand x van het midden en I0 de intensiteit als een van de twee spleten gesloten is.

2.1 Wat is licht? 2.2 Fotonen

Zon en Sterren. Elektromagnetische straling en materie voor 5 VWO. Paul Feldbrugge Kirsten Stadermann

Samenvatting. Samenvatting

ELEKTROMAGNETISCHE STRALING

Exact Periode 5 Niveau 3. Dictaat Licht

Exact Periode 5. Dictaat Licht

Werkblad 2.2: Doppelspalt Simulatie voor Fysische Optica en voor Quantum Verschijnselen 1

Brainstormen in Brussel Honderd jaar Solvayraden voor Fysica

In de figuur hieronder zie je een Elektromagnetische golf: een golf die bestaat uit elektrische en magnetische trillingen.(zie figuur).

1. 1 Wat is een trilling?

Fysische grondslagen radioprotectie deel 1. dhr. Rik Leyssen Fysicus Radiotherapie Limburgs Oncologisch Centrum

Spectroscopie. ... de kunst van het lichtlezen... Karolien Lefever. u gebracht door. Instituut voor Sterrenkunde, K.U. Leuven

1 f T De eenheid van trillingstijd is (s). De eenheid van frequentie is (Hz).

Inleiding Astrofysica College 2 15 september Ignas Snellen

1 Overzicht vragen mondeling examen - 6WW8/6

In deze eindtoets willen we met jullie samenvatten waar we het in het afgelopen kwartiel over gehad hebben:

Experimenten bij Quantumwereld

Meesterklas Deeltjesfysica. Universiteit Antwerpen

De herschepping van de natuurkunde

Fysische grondslagen radioprotectie deel 1. dhr. Rik Leyssen Fysicus Radiotherapie Limburgs Oncologisch Centrum

Prof.dr. A. Achterberg, IMAPP

Probus Aalsmeer 20 mei Alles en Niks. VAN DE OERKNAL TOT HIGGS Niels Tuning. Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek

Nieuwe Meer 26 okt Alles en Niks. VAN DE OERKNAL TOT HIGGS Niels Tuning. Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek

Om een zo duidelijk mogelijk verslag te maken, hebben we de vragen onderverdeeld in 4 categorieën.

Kwantummechanica HOVO cursus. Jo van den Brand Lecture 2: September 29, 2016

Licht als golf. Buiging

Probus 23 apr Alles en Niks. VAN DE OERKNAL TOT HIGGS Niels Tuning. Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek

Inleiding Astrofysica

Quantummechanica. J. Hilgevoord

QUANTUM- & ATOOMFYSICA VWO

Atoom theorie. Inleiding

Quantumvloeistoffen voor electronen en koude atomen

Schrödinger vergelijking. Tous Spuijbroek Cursus Quantumwereld Najaar 2013

1. Z=A+B en Y=AB, wat is de absolute fout op Y en Z

1 Een lichtbron zendt licht uit met een golflengte van 589 nm in vacuüm.

Hoofdstuk 4: Licht. Natuurkunde Havo 2011/2012.

TENTAMEN. Van Quantum tot Materie

Tentamen. Kwantumchemie & Fysica (4051QCHFY-1314FWN) Datum: 10 April Tijd/tijdsduur: 3 uur

Samenvatting Inleiding

Licht als golf. Buiging

UCLL-BRUG. MeerSTEMmig 13/03/2017

Het Standaardmodel. HOVO college Teylers 20 maart 2012 K.J.F.Gaemers

Supergeleiding, hoe werkt dat? Samengevat. Onderwerp: elektrische stroom elektrisch veld en magnetisch veld

Week-end van de wetenschap, Groningen, 6 oktober 2013 Ivo van Vulpen

Exact Periode 5.2. Licht

Het vreemde van de Quantum mechanica

Licht als golf. Buiging

STEM-geletterdheid: Een vakdidactiek voor STEM

1. Onderzoeksvraag Wat gebeurt er wanneer we een UV-lamp in de buurt van tonic houden?

Astronomische Technieken Hovo Cursus Prof.dr. Paul Groot (RU) Dr. Gijs Nelemans (RU)

Wat is vacuüm? Jan de Boer (FNWI/IoP/ITFA, GRAPPA, D-ITP, ) NSA ouderdag 2016

Later heeft men ook nog een ongeladen deeltje met praktisch dezelfde massa als een proton ontdekt (1932). Dit deeltje heeft de naam neutron gekregen.

Figuur 1 Schematische opstelling van de STM

Kwantumstructuur van de materie versie 1.1

Het meten van gravitatie golven door middel van pulsars

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN. Tentamen Stralingsfysica (3D100) d.d. 9 januari 2008 van 9:00 12:00 uur

1. Aanleiding Kader voor een geïntegreerde STEM-didactiek: 4. Ontwikkelwerk

Zoektocht naar de elementaire bouwstenen van de natuur

Hoofdstuk 3: Licht. Natuurkunde VWO 2011/

Beste leerling, Om een zo duidelijk mogelijk verslag te maken, hebben we de examenvragen onderverdeeld in 4 categorieën.

De Kwantummechanica. Inleiding

DEMARCATIE IN DE NATUURWETENSCHAPPEN. Toetsbaarheid in principe en in de praktijk

Inleiding Optica (146012).

Het Quantum Universum. Cygnus Gymnasium

Kwantumvreemdheid De bizarre wereld van het allerkleinste

Quantum Chemie II 2e/3e jaar

Fysica voor Beginners

Relatieve massa. t.o.v. de atoommassaeenheid. m(kg) ,66 10 kg

Higgs en de Kosmos Niels Tuning (Nikhef) 31 oktober 2013

Wetenschappelijke Nascholing Deel 1: Van de alchemisten tot het Higgs-deeltje

Kwantummechanica HOVO cursus. Jo van den Brand Lecture 5: 3 november 2016

de Kosmische Tijd, Newtoniaanse tijd voldoet niet aan eigenschappen natuurlijke tijd om stil te staan bij de tijd

Geleid herontdekken van de golffunctie

Aandachtspunten voor het eindexamen natuurkunde vwo

natuurkunde vwo 2017-II

Massa: misschien denkt u er alleen aan als u op de weegschaal staat. Grote natuurkundigen hebben er mee geworsteld. Mensen zoals Newton, Einstein en

Cover Page. The handle holds various files of this Leiden University dissertation.

Bezoek aan CERN met Vendelinus februari Vendelinus 10/03/18

Deeltjes en velden. HOVO Cursus. Jo van den Brand 10 oktober

Verhaaltje ZX ronde 3 juli 2011

Transcriptie:

Module kwantummechanica Lerarenopleiding fysica UC Leuven-Limburg

Module kwantummechanica - Quantum SpinOff traject - Leerlijn leerstations - Hands-on: aan de slag! - Traject 2017-2018 - Link met onderzoekend leren: Quantum SpinOff en Ark of Inquiry 2

Quantum SpinOff 2011-2016: Vlaams project van Agentschap Innoveren en Ondernemen (Vlaamse overheid) 2013-2015: EU LLP-Comenius project in BE, EE, GR, CH 2016-2017: gesubsidieerd door UCLL zelf (5 klassen nemen deel) Een brug tussen school, moderne wetenschappen en technologie en hun toepassingen in hoogtechnologisch ondernemen Voor wie? Derde graad ASO en TSO 3

SpinOff traject 1. De moderne fysica leren kennen: leerstations & hands-on 2. In contact met science in the making : onderzoekers en ondernemers ontmoeten 3. Creatieve fase: Technologie en Ondernemerschap -> product/dienst (virtuele spinoff) Fysica -> een experiment Fascinatie voor wetenschap -> een kunstwerk of demo of (3D)-model 4

SpinOff traject 1. De moderne fysica leren kennen: leerstations & hands-on Leerstations deel 1, I-V: basis begrippen kwantummechanica Leerstations deel 2, VI-XII: technologische toepassingen Hands-on experimenten Business model canvas (ondernemerschap) Richtlijnen voor leerkrachten 5

SpinOff traject Beschikbaar materiaal Via Ark of Inquiry: http://arkofinquiry.eu 6

Leerstation I Voor klassieke fysica onbegrijpelijke fenomenen? Klassieke fysica: Gegeven de beginpositie en beginsnelheid van een massa en de nettokracht die erop werkt, is het mogelijk om de baan van een voorwerp voor te spellen. Dubbelspleetexperiment voor elektronen Baan? Kwantummechanica: baan van deeltjes niet gedefinieerd Golf-deeltje dualiteit: alle deeltjes hebben eigenschappen zowel van een golf als van een deeltje. Het interferentie patroon wordt deeltje per deeltje gevormd! 7

Leerstation I Voor klassieke fysica onbegrijpelijke fenomenen? Emissie & absorptiespectra van elementen Klassieke fysica: versnellende elektronen in het Rutherford atoommodel doen elektromagnetische golven (licht) ontstaan! Klassieke fysica kan het uitzenden van elektromagnetische golven (licht) uit atomen verklaren Discrete emissielijnen! + MAAR 2 problemen Rutherford elektronen verliezen energie en vallen op de kern Kwantummechanica: De kwantum atoommodellen van Bohr en De Broglie (en later Schrödinger) kunnen de discrete kleurenlijnen van elementen verklaren (LS V). 8

Leerstation II Wat is licht? Klassieke fysica: Newton verklaart de eigenschappen van licht met de deeltjestheorie MAAR Breking kan echter niet verklaard worden met deeltjestheorie (Foucaults experiment) Principe van Huygens: Klassieke fysica: De eigenschappen van licht kunnen verklaard worden met golftheorie Elk golffront kan beschouwd worden als een reeks puntvormige bronnen 9

Leerstation III Wat golft er bij licht? Klassieke fysica: mechanische golven Trillingen die zich voortplanten in een middenstof Heeft licht een medium nodig? Wat trilt er bij licht? Klassieke fysica: begrip veld. Elektrisch, magnetisch, zwaarteveld. Velden hebben geen middenstof nodig! Klassieke fysica: Informatie over de verandering van een veld, kan getransporteerd worden van de ene plaats naar de andere via een golf in dat veld. Licht is een zich voortplantende golf in het elektromagnetisch veld. 10

Leerstation IV Deeltje-golf dualiteit kwanta van velden Dubbelspleetexperiment met licht van lage intensiteit (LS II) Het interferentiepatroon (typisch van golven) wordt deeltje per deeltje opgebouwd! Kwantummechanica: Deeltje-golfdualiteit: zowel licht als materie hebben deeltje en golf eigenschappen Precies verband? Planck: verband tussen energie foton E (deeltjeeigenschap) en frequentie lichtgolf f (golfeigenschap) Planck-Einstein relatie: E=h f discrete pakketjes! Constante van Planck = h = 6.63 x 10-34 J s 11

Leerstation IV Deeltje-golf dualiteit kwanta van velden Golflengte = λ Golfeigenschap in Klassieke fysica Hypothese van De Broglie λ = h mv Hoeveelheid van beweging p = mv Deeltjeseigenschap in Klassieke fysica Waarneming λ van elektronen in dubbelspleetexperiment Deeltjes zijn kwanta van een materiegolf / materieveld 12

Leerstation V Emissielijnen verklaard met kwantummechanica LS 1: Discrete emissie & absorptie spectra van elementen Johann Jakob Balmer, Basel 1885 f 2 1 cr 1 1 ( 2 2 n1 n2 ) The formula of Balmer gives the frequencies of the hydrogen spectral lines in a game of integer numbers! Maar waarom? 13

Leerstation V Emissielijnen verklaard met kwantummechanica De Broglie hypothese Golflengte electron: λ = h/mv De golf van het elektronmaterieveld in een atoom is een opgesloten golf Analogie met staande golven op een snaar! Het electron is ook een deeltje Coulomb kracht kern-elektron Gekwantiseerde afstanden tussen het elektron en de kern De elektrongolf kan enkel bestaan in een welbepaalde discrete rij van golven. Kwantisatievoorwaarde: n λ = L(r) E tot f E p E 4 m. e 2 8.. h k 1 n 1. n1 1 n 2 8 n2 n1 3 2 2 0 2 me 2 0 4 h 2 14

Leerstations deel 2 Deel 2: Kwantumeigenschappen en technologie Leerstation VI: Van foto-elektrisch effect tot digitale beeldvorming Leerstation VII: Halfgeleiders Leerstation VIII: Tunneling & STM Leerstation IX: Spin en zijn toepassingen Leerstation X: Atomic Force Microscopy Leerstation XI: Nanodeeltjes en hun toepassingen Leerstation XII: Biobrandstofcel Bendable Organic Solar Cells Source: plasticphotovoltaics.org MRI-scan based on spin relaxation of nuclei (Source: Prof. dr. Jan Sijbers Visielab, Universiteit Antwerpen) 15

SpinOff traject Hands-on: - Emissielijnen van He meten - De constante van Planck meten met LED s - De dikte van een haar bepalen met diffractie van licht - De golflengte van elektronen bepalen 16

SpinOff traject 2. In contact met science in the making Wetenschappelijk artikel lezen Onderzoeker ontmoeten Bedrijfsbezoek Onderzoek van het onderzoek - tijdslijn: hoe is het onderzoek en de valorisatie verlopen rond een bepaald onderwerp in de tijd? Tijdslijn: - Wetenschappelijke ontdekkingen: founding fathers en grounding insights - Verbonden technologie: welke technologie werd/wordt gebruikt en welke spins off - Ontwikkeling van technologie, maatschappelijke relevantie -RRI en ondernemerschap 17

SpinOff traject 3. Creatieve fase: kunstwerk of demo of (3D)-model of experiment of een product/dienst (spin-off) a) Spin-Off Ambassadeurschap deelnemende klassen stellen het traject voor aan andere klassen (ter inspiratie en als voorbereiding) b) Spin-off-dag presentaties en wedstrijd met een jury van experten 18

SpinOff traject 2017-2018 Max 5-tal klassen in traject Deelnemen zonder in het traject te stappen Spin-off-dag presentaties en wedstrijd met een jury van experten - Leerstations & Hands-on via Ark of Inquiry platform + login aan ons aanvragen - Bedrijven: DSP-Valley - Eindresultaat/ingevulde LS bij ons indienen (zie later) - Ons feedback geven 19

Quantum SpinOff Een brug tussen school, moderne wetenschappen en technologie en hun toepassingen in hoogtechnologisch ondernemen Authentieke onderzoekende aanpak 20

Quantum SpinOff, RRI en onderzoekend leren Traject: Uitdagende, authentieke leerervaringen voorzien Gelegenheid voorzien voor leerlingen om deel te nemen aan wetenschappelijke praktijken Authentiek onderzoekend leren

Quantum SpinOff, RRI en onderzoekend leren Jongeren bewust maken van verantwoordelijk onderzoek en innovatie (Responsible Research and Innovation - RRI) door authentiek onderzoekend leren. Burgers in een democratische maatschappij nemen deel in het beslissingsproces rond nieuwe technologieën, als culturele, maatschappelijke, economische, ethische, milieu gerelateerde waarden bij betrokken zijn. Hoe werkt wetenschap? Eerste stap: interesse in de wereld wekken!