Opgave 1 - science.uu.nl project csg

Correctievoorschrift
SE Moderne Natuurkunde 2009 versie 2
20 april 2009
Antwoorden MC-vragen
1D 2D 3B 4D 5D 6C 7A 8A
Vraag
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
8.
A
B
C
D
1 punt per vraag
Antwoord
Scores
Opgave 1 Kleine ster?
1
maximumscore 2
R
uitkomst: a = 8,2
Rb
voorbeeld van een berekening:
Ogle b bedekt 1,5% van de oppervlakte van Ogle a, dus geldt Ab = 0,015·Aa
R
1
Hieruit volgt: R b 2 = 0,015·R a 2 en a =
 8, 2
Rb
0, 015
 inzicht Ab = 0,015·Aa
 inzicht Ra2 = 0,015·Ra2 en completeren van de berekening
Opmerking: geen aftrek indien
Rb
= 0,12 als uitkomst is gegeven
Ra
1
1
2
maximumscore 3
voorbeeld van een uitleg:
Voor Ogle a geldt dat de middelpuntzoekende kracht geleverd wordt door de
gravitatiekracht, dus Fmpz = Fg.
In de formule voor de Fmpz moeten de gegevens van Ogle a ingevuld worden, dus
m v2
Fmpz  a a
ra
In de formule voor de Fg moet de afstand tussen Ogle a en Ogle b ingevuld worden,
Gma mb
dus. Fg 
(ra  rb ) 2
Bij gelijkstelling valt ma weg en blijft de gevraagde uitdrukking over.
 inzicht dat Fmpz en Fg gelijk zijn
 inzicht dat deze gelijkheid toegepast moet worden op Ogle a en
dat ma dus wegvalt
 inzicht dat in Fmpz de baanstraal en in Fg de afstand tot de andere
ster ingevuld moet worden
3
1
1
1
maximumscore 4
antwoord: pijl J
voorbeeld van een berekening:
In het laboratorium heeft de absorptielijn een golflengte van 518,360 nm
De fotonenergie is:
E 
hc

6, 626 1034  2, 998 108
 3,832 1019 J = 2,391 eV

518, 360 10
Dit energieverschil is gelijk aan 5,11 eV – 2,72 eV.
De pijl moet omhoog omdat er sprake is van absorptie.
9
 gebruik van E 
hc
en opzoeken van h en c

 berekenen van de fotonenergie in eV
 consequente keuze van de betrokken energieniveaus
 pijl omhoog gekozen
1
1
1
1
Opmerking: geen aftrek als voor λ 518,343 nm of 518,377 nm is genomen.
4
maximumscore 3
antwoord: 9,8 km/s
voorbeeld van een berekening:
 
518, 377  518, 343
2
 0, 017 nm dus v  c

0
 3, 0  108
0, 017
518, 360
 9,8  103 m/s
v
en opzoeken van c
c
 inzicht in de factor 2 bij het berekenen van Δλ
 completeren van de berekening
 gebruik van   0
Opmerking: geen aftrek als voor λ 518,343 nm of 518,377 nm is genomen.
1
1
1
5
maximumscore 4
voorbeeld van een antwoord:
Voor de zon geldt:
k
Tc zon Rzon
M zon

13, 6  106  6, 96 108
1, 989 10
Dus voor Ogle b: Tc  k
mb
Rb
 4, 759  1015 K  m  kg 1
30
 4, 759 1015
2,1 1029
9,5  10
7
 1,1 107 K
Ogle b kan dus als een gewone ster beschouwd worden.
 inzicht dat k met behulp van de gegevens van de zon berekend kan worden
 opzoeken van Tc , R en M van de zon
m
 inzicht dat voor Ogle b Tc  k b met juiste waarden voor mb en Rb
1
1
 berekenen Tc en conclusie
1
Antwoord
Scores
Rb
Vraag
1
Opgave 2 De Ultrasnelle Elektronenmicroscoop
6
maximumscore 3
Voorbeeld van een berekening:
Energie van een foton: E foton
Aantal fotonen in de puls: n 
h.c


6,63 10 34  3,00 10 8
E puls
E foton
4,00 10

7
5,00  10 10
4,97  10
19
 4,97 10 19
J
 1,01  10 9
 berekenen van de energie van een foton
 inzicht dat n 
E puls
E foton
 completeren van de berekening
7
1
1
1
maximumscore 2
Voorbeeld van een antwoord:
Als licht in dit experiment een golfkarakter zou hebben zouden bij
voldoende lichtintensiteit altijd (bij elke golflengte) elektronen vrijkomen.
Dat dit bij rood licht niet gebeurt is te verklaren door aan te nemen dat licht
uit deeltjes (fotonen) bestaat die bij violet licht voldoende en bij rood licht te
weinig energie hebben om een elektron los te maken.
 inzicht dat een lichtgolf bij voldoende intensiteit altijd elektronen vrij zou
maken
 verklaring met behulp van deeltjes waarom rood licht nooit elektronen
vrijmaakt
1
1
8
maximumscore 4
Voorbeeld van een antwoord:
1
2 mv

2
2 1,92 10 14
 120 10 3 1,6 10 19  1,92 10 14 J, dus v 
9,1 10
31
 2,05 10 8
m/s
h
6,63  10 34

 3,6  10 12 m

31
8
mv 9,1  10  2,05  10
Dit is veel kleiner dan de gegeven 0,1 nm.




omrekenen van eV naar J
berekenen van de snelheid (zou eigenlijk relativistisch moeten)
gebruik van de formule van De Broglie
completeren van de berekening en vergelijken van het antwoord met 0,1 nm
1
1
1
1
Opmerking: (uiteraard) geen aftrek indien de snelheid relativistisch is berekend.
9
maximumscore 4
Voorbeeld van een berekening:
h2
Energieverschil: E 
2
8mL
Frequentie: f 


 2 1 
2
2


3  6,63  10 34


2
8  12  1,66  10 27  1,0  10

10 2
 8,28  10 22 J
22
E 8,28  10
1

 1,25  1012 Hz , dus T   8,0  10 13 s (800 fs)

34
h
f
6,63  10
Dit is inderdaad groter dan 100 fs.
 inzicht dat E 
h2
8mL2

 2 2  12

1
 inzicht dat m = 12 u
1
1
 gebruik van E  h  f en T 
f
1
 completeren van de berekening en conclusie
1
Opmerking: het filmpje van het trillende grafiet is te vinden op
ust.caltech.edu/movie_gallery.
10
maximumscore 3
Voorbeeld van een antwoord:
Het quantumgetal is n = 2.
 inzicht dat n = 2
 een hele sinus getekend tussen – 0,05 nm en 0,05 nm
 de getekende golffunctie komt boven de gegeven golffunctie uit
1
1
1