Opgave 1

Correctievoorschrift
SE Moderne Natuurkunde versie 1
6 april 2009
Antwoorden MC-vragen
1C 2B 3C 4A 5C 6B 7D
1.
A
B
C
D
2.
A
B
C
D
3.
A
B
C
D
4.
A
B
C
D
5.
A
B
C
D
6.
A
B
C
D
7.
A
B
C
D
1 punt per vraag
Opgave 1 Nanobuisjes
1□
maximumscore 2
Voorbeeld van een antwoord:
Een nanobuisje wordt door het absorberen van een radiofoton aangeslagen naar een hoger energieniveau.
Een radiofoton heeft maar weinig energie. Het nieuwe energieniveau moet dus wel dicht boven het oude
liggen.


2□
Inzicht dat het verschil tussen de energieniveaus gelijk moet zijn aan de fotonenergie
Inzicht dat een radiofoton maar weinig energie heeft en conclusie.
[1]
[1]
maximumscore 3
Voorbeelden van tekeningen :
Voorbeeld van uitleg:
Bij een even aantal buiken sluiten golfbergen en golfdalen netjes op elkaar aan. Bij een oneven aantal is
er een aansluiting tussen twee golfbergen of twee golfdalen en daar zit een vreemde knik in de golf.



Tekening met zes buiken
Tekening met zeven buiken
Uitleg over de knik.
[1]
[1]
[1]
3□
maximumscore 3
Voorbeeld van antwoord:
En 
pn2
h2
n2 h2

 2
2
2m 2mn 2π md 2



4□
Gebruik van p = h/ λ
Gebruik van E = p2/2m
Completeren van de afleiding
maximumscore 3
Voorbeeld van een antwoord:
De energie van een radiofoton is maximaal ongeveer 10 –3 eV (Binas, 19B)
De omtrek van het nanobuisje is πd = 3·10 -9 m.
Het energieverschil tussen de niveaus is dus van de orde van grootte van
h2/2m(πd)2  10 –20 J  10 -1 eV.
Dit is veel meer dan de energie van een radiofoton. Monika heeft dus gelijk.



5□
[1]
[1]
[1]
Opzoeken van de energie van een radiofoton
Berekenen van (de orde van grootte van) het verschil tussen de energieniveaus
Conclusie
[1]
[1]
[1]
maximumscore 3
Uitkomst:
Voorbeeld van een berekening:
De energie van dit radiofoton is Ef = hf =hc/ λ =2,0·10 –24 J.
De energie nodig voor een overgang van n = 1  n = 2 is
E2  E1 
(22  12 )h 2
 2, 0 1024 J
8mL2
dus
(22  12 )h2
3  (6, 63 1034 ) 2

 3, 0 107 m
8m( E2  E1 )
8  9,111031  2, 0 10 24
L



Toepassen van Ef = hc/ λ
Gebruik van n = 1  n = 2
Completeren van de berekening
[1]
[1]
[1]
Opgave 2 Vreemde Baryonen
6□
maximumscore 3
voorbeeld van een antwoord: Voor de hoeveelheid energie die nodig is om een quark naar een hoger
energieniveau te brengen geldt: E = E2 - E1 = 3h2/8mL2. h en L zijn voor het up en down gelijk.
De massa m van het up is kleiner dan die van het down.
Omdat de massa in de noemer staat, zal de energieverandering voor het up groter zijn.



7□
gebruik van E = n2h2/8mL2
opzoeken dat de massa van het up kleiner is dan die van het down
completeren van de uitleg
[1]
[1]
[1]
maximumscore 3
voorbeeld van een antwoord: De twee bedoelde baryonen hebben samenstelling uuu en ddd.
Volgens het pauliprincipe kunnen er slechts twee identieke deeltjes in dezelfde energietoestand zitten.
Bij deze deeltjes zou het derde quark dus in een hogere energietoestand moeten zitten dan de andere twee.



inzicht dat het om de baryonen gaat met samenstelling uuu en ddd
formulering van het pauliprincipe
completeren van de verklaring
[1]
[1]
[1]
8□
maximumscore 2
voorbeeld van een antwoord: Voor de punten in het vlak geldt: #u + #d + #s = 3.
Dit komt dus overeen met het feit dat een baryon uit drie quarks bestaat.


9□
[1]
[1]
inzicht dat voor het getekende vlak geldt: #u + #d + #s = 3
completeren van de uitleg
maximumscore 3
voorbeeld van een antwoord: Het kunnen zijn uus, uds en dds; deze hebben respectievelijk ladingen van:
+1, 0 en –1. Het moet dus de laatste zijn: dds.



inzicht dat de ladingen voor de mogelijke combinaties opgeteld moeten worden
inzicht dat de samenstelling van het deeltje dds is
consequent aangeven van het deeltje in de figuur
[1]
[1]
[1]
10 □ maximumscore 3
voorbeeld van een antwoord: Vóór de eerste reactie is er alleen het antilabdadeeltje  0 , dus is
het baryongetal -1, na de reacties is het antiproton het enige (anti)baryon, dus ook dan is het
baryongetal -1. Bij de eerste reactie spelen de leptonen geen rol.
Vóór de tweede reactie is er alleen een pion (leptongetal = 0), na de reactie is er een lepton en
een antilepton (het leptongetal is dus 1 - 1 = 0). Bij de tweede reactie zijn er geen baryonen in
het spel.



goede uitleg voor het behoud van baryongetal bij de eerste reactie
goede uitleg voor behoud van het leptongetal bij de tweede reactie
inzicht dat bij de eerste reactie leptonen en bij de tweede reactie baryonen geen rol spelen
[1]
[1]
[1]
11 □ maximumscore 3
voorbeeld van een antwoord: De massa van het  bedraagt 2184 me, die van het p– 1836 me en die van
het + 274 me. Het massadefect: m = (274 + 1836 – 2184)·me < 0.
Er verdwijnt massa, dus komt er energie vrij.
0



opzoeken van de massa’s van  , p– en +
aantonen dat er massa verdwijnt
completeren van het antwoord
0
[1]
[1]
[1]
Opmerking:
Rekenen met de massa's in MeV c-2 leidt tot het foutieve antwoord als met tabel 26 van
de 5e druk van Binas wordt gewerkt: daarin is voor de massa van
gegeven van 184 in plaats van de juiste 1116 MeV c-2.
 0 een waarde
12 □ maximumscore 3
antwoord:



pion links en positron en neutrino rechts
pijlrichtingen bij positron en neutrino juist
gammadeeltje met golfje rechts
Opmerking:
Bij pion een pijl aangegeven: geen punt aftrekken.
[1]
[1]
[1]