Correctievoorschrift - science.uu.nl project csg

Correctievoorschrift
Schoolexamen Moderne Natuurkunde
Natuurkunde 1,2 VWO 6
29 maart 2004
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.
2.
3.
4.
De docent geeft op het werk van de leerlingen de toegekende score aan.
De score wordt ook ingevoerd in de aangeleverde Excel-file.
In overleg met de projectmedewerkers wordt aan een bepaalde score een cijfer
toegekend.
Een kopie van het leerlingenwerk wordt opgestuurd naar de
projectmedewerkers.
Opgave 1 Caroteen
2p
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.
▪
▪
2p
2□
3□
4□
5□
het gebruik van de grafiek om te concluderen welke golflengten worden geabsorbeerd
het relateren van deze golflengten aan kleuren
conclusie
[1]
[1]
[1]
antwoord:
In ieder energieniveau passen volgens het uitsluitingsprincipe van Pauli twee elektronen. Als er 22
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 = 12.
▪
▪
▪
4p
[1]
[1]
het noemen van het uitsluitingsprincipe van Pauli
conclusie
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.
▪
▪
▪
3p
[1]
[1]
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.
▪
▪
3p
het noemen van de toename van de beschikbare ruimte
conclusie
gebruik van het uitsluitingsprincipe
noemen van het aantal volle niveaus
conclusie
[1]
[1]
[1]
uitkomst: 1,77·10 –9 m
voorbeeld van een berekening:
Volgens de energie van het deeltje in een doos geldt E 
n2h2
8mL2
Voor de energieovergang van n = 11 naar n = 12 geldt dus dat:
2
E  2,76 eV  4, 278 1019 J en tevens E  (122  112 ) h 2
8mL
Hieruit volgt
L
(144  121)(6,626 1034 )2
 1,77 109 m
8  9,109 1031  4, 278 1019
▪
▪
▪
▪
2 2
het gebruik van E  n h
8mL2
het opzoeken van h en m
omrekenen eV naar J
completeren van de berekening.
[1]
[1]
[1]
[1]
Opmerking: Gebruik van de verkeerde energieniveaus alleen in de vorige vraag aftrekken.
Opgave 2 Pentaquark
2p
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
[1]
[1]
opmerking: redenering gebaseerd op behoud van strangeness goedkeuren
3p
7 □ antwoord: 1,09·103 MeV
voorbeeld van een berekening:
Δm = 1,54·10 3 + 494 – 940 = 1,09·103 MeV/c2. Het foton moet dus minstens 1,09·103 MeV meebrengen.



4p
[1]
[1]
[1]
8 □ antwoord:




4p
Gebruik van m(pentaquark) en opzoeken van de overige massa's
Inzicht dat Δm = m(P) + m(K) – m(n)
Completeren van de berekening
9□
deeltjes links
deeltjes rechts
pijlen voor neutron en pentaquark
geen pijl voor het foton
voorbeeld van een antwoord:
origineel:   n  P  K 
( K  )    n  K   P
( )  n  K   P  
[1]
[1]
[1]
[1]


per correcte reactie
per symmetrie-operatie
[1]
[1]

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.
3p
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 Fz = Fmpz
p = BeR
inzicht dat B en R gemeten moeten worden
Opgave 3
3p
Het Starkeffect
11 □ voorbeelden van opzichten





1p
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
[1]
12 □ 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
2p
[1]
[1]
[1]
[1]
13 □ Voorbeeld van een antwoord:
De eerste aangeslagen toestand kan gevormd worden door de kwantumgetalcombinaties: (2,1,1), (1,2,1)
en (1,1,2) en elk van de drie resulteert in dezelfde energie.


2p
het noemen van (2,1,1), (1,2,1) en (1,1,2)
conclusie
[1]
[1]
14 □ Voorbeeld van een antwoord:
De energieverandering hangt niet af van ny en nz maar wel van nx. Van de eerder genoemde drie
kwantumgetalcombinaties hebben er twee nx = 1. Voor deze twee is de energieverandering gelijk, dus ze
blijven ontaard. De overgebleven combinatie heeft nx = 2 en deze krijgt dus wel een andere
energieverandering dan de andere twee.


constatering dat twee toestanden dezelfde nx hebben
uitleg dat de energieverandering voor twee van de drie toestanden hetzelfde is.
[1]
[1]
3p
15 □ antwoord:  = 1,22 ·10–7 m
voorbeeld van een berekening:
ΔE =19,9 – 9,7 = 10,2 eV = 1,63·10–18 J
 = hc / ΔE =1,22·10–7 m



3p
bepaling van het juiste energieverschil
gebruik van  = hc / ΔE of berekenen van f
completeren van de berekening
[1]
[1]
[1]
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 conclusie
[1]
[1]
[1]