Pulsar Docentenhandleiding

Pulsar Docentenhandleiding
Natuurkunde 2e vwo bovenbouw deel 3
isbn: 978 9001 31129 2
Docentensite: www.pulsarnatuurkunde.noordhoff.nl
Leerlingensite: vwo.pulsarnatuurkunde.noordhoff.nl
Met medewerking van
Leo te Brinke
Ton van den Broeck
Sjef Buil
Yo van Dijk
Jan van Heugten
Gerben de Jong
Peter Koopmans
Rob Ouwerkerk
Jos Verbeek
Pulsar Natuurkunde 1 vwo deel 3 Docentenhandleiding
1
INHOUD
Algemeen
3
Hoofdstuk 16 Magneetvelden en elektrische velden . Fout! Bladwijzer niet gedefinieerd.
Planning .......................................................................................................... Fout! Bladwijzer niet gedefinieerd.
ICT………………………………………………………………………………………………………………...............Fout!
Bladwijzer niet gedefinieerd.
Voorbeeldstudiewijzer ..................................................................................... Fout! Bladwijzer niet gedefinieerd.
Eindtermen ...................................................................................................... Fout! Bladwijzer niet gedefinieerd.
Tips……........................................................................................................... Fout! Bladwijzer niet gedefinieerd.
Pulsjes ............................................................................................................. Fout! Bladwijzer niet gedefinieerd.
Practica ........................................................................................................... Fout! Bladwijzer niet gedefinieerd.
Hoofdstuk 17 Elektrische energie................................ Fout! Bladwijzer niet gedefinieerd.
Planning .......................................................................................................... Fout! Bladwijzer niet gedefinieerd.
ICT…………………… ...................................................................................... Fout! Bladwijzer niet gedefinieerd.
Voorbeeldstudiewijzer ..................................................................................... Fout! Bladwijzer niet gedefinieerd.
Eindtermen ...................................................................................................... Fout! Bladwijzer niet gedefinieerd.
Tips….. ............................................................................................................ Fout! Bladwijzer niet gedefinieerd.
Pulsjes ............................................................................................................. Fout! Bladwijzer niet gedefinieerd.
Practica ........................................................................................................... Fout! Bladwijzer niet gedefinieerd.
Hoofdstuk 18 Atoomfysica ........................................... Fout! Bladwijzer niet gedefinieerd.
Planning .......................................................................................................... Fout! Bladwijzer niet gedefinieerd.
ICT……............................................................................................................ Fout! Bladwijzer niet gedefinieerd.
Eindtermen ...................................................................................................... Fout! Bladwijzer niet gedefinieerd.
De kandidaat kan............................................................................................. Fout! Bladwijzer niet gedefinieerd.
Tips….. ............................................................................................................ Fout! Bladwijzer niet gedefinieerd.
Pulsjes ............................................................................................................. Fout! Bladwijzer niet gedefinieerd.
Practica ........................................................................................................... Fout! Bladwijzer niet gedefinieerd.
Practicumbenodigdheden ................................................................................ Fout! Bladwijzer niet gedefinieerd.
Hoofdstuk 19 Kernfysica/astrofysica .......................... Fout! Bladwijzer niet gedefinieerd.
Planning .......................................................................................................... Fout! Bladwijzer niet gedefinieerd.
ICT….. ............................................................................................................. Fout! Bladwijzer niet gedefinieerd.
Voorbeeldstudiewijzer ..................................................................................... Fout! Bladwijzer niet gedefinieerd.
Eindtermen ...................................................................................................... Fout! Bladwijzer niet gedefinieerd.
Tips…. ............................................................................................................. Fout! Bladwijzer niet gedefinieerd.
Practica ........................................................................................................... Fout! Bladwijzer niet gedefinieerd.
Pulsjes ............................................................................................................. Fout! Bladwijzer niet gedefinieerd.
Practicumbenodigdheden ................................................................................ Fout! Bladwijzer niet gedefinieerd.
Pulsar Natuurkunde 1 vwo deel 3 Docentenhandleiding
2
Algemeen
Noordhoff Uitgevers heeft ervoor gekozen om de docentenhandleiding bij Pulsar digitaal aan te
bieden. De informatie op de methodesite (www.pulsarnatuurkunde.noordhoff.nl) wordt regelmatig
geactualiseerd.
In deze docentenhandleiding vindt u op hoofdstukniveau de volgende onderdelen:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Planning met studiebelasting
Aanwijzingen bij de ICT-opdrachten
Voorbeeldstudiewijzer
Specificatie van de eindtermen
Tips
Antwoorden op de pulsjes
Aanwijzingen bij practica
Practicumbenodigdheden
Uitkomsten
De pulsjes (conceptvragen) die in alle hoofdstukken staan, zijn ook digitaal beschikbaar als
powerpointpresentatie. Met een beamer kun je de vragen projecteren en is de aandacht centraal
gericht.
De uitkomsten van de opdrachten vindt u ook op de site per deel. In de bijdruk van de leerboeken
zullen ze achterin worden opgenomen.
Methodewijzer
Wilt u meer informatie over de methode Pulsar, ga dan naar de methodesite en klik op het tabblad
Methodewijzer.
Arrangement
Bij Pulsar natuurkunde 2e vwo bovenbouw deel 3 horen de volgende onderdelen:
•
Pulsar natuurkunde 2e vwo bovenbouw deel 3 informatieboek
•
Pulsar natuurkunde 2e vwo bovenbouw deel 3 werkblok
•
Pulsar natuurkunde 2e vwo bovenbouw deel 3 uitwerkingen
•
Pulsar natuurkunde 2e vwo bovenbouw deel 3 docenten cd-rom uitwerkingen en toetsen
•
Pulsar natuurkunde Tweede fase Docentenpakket Plus
De ICT-opdrachten, i-Puls, bereikt u via de docentensite of de leerlingensite.
Docentenpakket
U kunt een vaksectieabonnement nemen op het docentenpakket plus. Hiermee krijgt u toegang tot een
presentatietool waarmee u via een beamer of digiboard plaatjes, schema’s, zo doe je datjes en pulsjes
uit leerboek of ict kunt laten zien in de klas. Bovendien vindt u hier de uitwerkingen van alle
opdrachten uit het boek, toetsen en de complete docentenhandleiding met alle aanvullende materialen.
Toetsmateriaal
Bij elk deel van Pulsar hoort een docenten cd-rom. Deze cd-rom bevat de uitwerkingen van alle
opdrachten in het informatieboek en per hoofdstuk twee voorbeeldtoetsen met uitwerkingen en
normering. U kunt zowel klant en klare toetsen uitprinten als zelf toetsen op de cd-rom aanpassen en
uitprinten.
In het informatieboek staat aan het einde van elk hoofdstuk het onderdeel proefwerkvoorbereiding.
Leerlingen kunnen de digitale toets op de i-Puls gebruiken om hun kennis van de begrippen d.m.v.
standaardvragen te toetsen.
Pulsar Natuurkunde 1 vwo deel 3 Docentenhandleiding
3
Studielasturen Pulsar natuurkunde 2e vwo
De leerstof is verdeeld over drie leerboeken. De hoofdstukken zijn zodanig over de leerboeken
verdeeld dat ze als jaardelen ingezet kunnen worden.
In het nieuwe examenprogramma staat beschreven welke onderwerpen verplicht op het SE getoetst
moeten worden. Deze onderwerpen staan in het leerboek in aparte hoofdstukken wat het toetsen
vergemakkelijkt. Het betreft de hoofdstukken 4 Meten en regelen, 12 Het elektromagnetisch spectrum,
13 Ga en vloeistof, 14 Warmte, 17 Elektrische energie en H18 Atoomfysica.
Uiteraard kunnen de andere onderwerpen ook getoetst worden in het schoolexamen, maar u kunt ook
voor andere vakonderdelen kiezen. Wel dient het volledige programma onderwezen te worden. Zie
voor een uitgebreide omschrijving van het examenprogramma de syllabus die ook op de site is te
vinden.
In het examenprogramma zijn 40 uren gereserveerd voor de oefening van praktische vaardigheden. De
onderzoeksopdrachten aan het eind van ieder hoofdstuk zijn uitermate geschikt om vaardigheden te
oefenen. Deze opdrachten zijn geschreven voor een studielast van ca. 4 uren maar kunnen gemakkelijk
uitgebreid worden tot een grote praktische opdracht of zelfs een profielwerkstuk.
Hieronder staat een tabel met een mogelijke verdeling van de studielasturen over de verschillende
onderwerpen die in het programma staan. Ook is er tijd opgenomen voor examenvoorbereiding en een
praktische opdracht. Opgemerkt dient te worden dat de tabel schattingen bevat voor een gemiddelde
leerling.
Overzicht studielasturen Pulsar natuurkunde vwo
Hoofdstuk
Deel 1
1
2
3
4
5
6
7
Titel
Studielasturen
Bewegen in grafieken
Bewegen en rekenen
Elektriciteit
Meten en regelen (SE)
Licht
Kracht en beweging
Krachten in evenwicht
Totaal Deel 1
19
20
19
19
22
18
21
138
8
9
10
11
12
13
14
15
Energie omzetten
Trillingen
Golven
Werpen en draaien
Het elektromagnetisch spectrum (SE)
Gas en vloeistof (SE)
Warmte (SE)
Straling
Totaal Deel 2
18
21
20
23
16
19
14
22
153
16
17
18
19
Magneetvelden en elektrische velden
Elektrische energie (SE)
Atoomfysica (SE)
Kernfysica/Astrofysica
Totaal Deel 3
25
20
16
16
77
Deel 2
Deel 3
Totaal
totaal theorie
oefening praktische vaardigheden
praktische opdracht
(school)examenvoorbereiding
Totaal
Pulsar Natuurkunde 1 vwo deel 3 Docentenhandleiding
368
40
20
52
480
4
Coach
Coach is een meet- en regelprogramma voor de natuurwetenschappelijke vakken. Het is de Windowsversie van het veel gebruikte programma IP-Coach. Naast regelen (Techniek) en meten (aansluiten van
sensoren op de computer) is ook modelleren en meten aan videobeelden (het zogenaamde videometen)
mogelijk. Het programma Coach en bijbehorende meetpanelen en sensoren is verkrijgbaar bij het
Centrum voor Microcomputer Applicaties (CMA) in Amsterdam: http://www.cma.science.uva.nl.
Pulsar Natuurkunde en Coach
In de tweede editie van Pulsar Natuurkunde tweede fase zijn practica opgenomen die gebruik maken
van Coach. Elk practicum bestaat uit twee onderdelen: een practicuminstructie in het werkblok en
de voor Coach benodigde bestanden die u van de docentensite kunt downloaden. De bestanden
(zogenaamde projecten) zijn per deel havo en vwo opgenomen in een zip-bestand met bijvoorbeeld de
naam PROJH501 (havo deel 1 Coach 5) of PROJV602 (vwo deel 2 Coach 6).
Installatie projecten in Coach 5
•
download het betreffende zip-bestand vanaf de Pulsar-docentensite en sla het bestand op een
voor u bekende locatie op uw harddisk;
•
‘unzip’ het bestand;
•
start het programma Coach 5 in de docentmodus;
•
open in de menubalk het menu Gereedschap en start Projectbeheer;
•
schuif in het rechter schermdeel de schuifbalk naar beneden en zoek de locatie waar u een
Coach-project hebt opgeslagen (u vindt een mapicoon met een rode letter c en een mapnaam als
‘Pulsar Natuurkunde havo deel 1');
•
selecteer een project en druk op de knop ‘Kopieer’;
•
sluit projectbeheer.
Starten projecten in Coach 5
•
start het programma Coach 5;
•
zoek in het scherm ‘Kies een Project’ naar de Pulsar projecten;
•
als dit scherm niet verschijnt, klik dan in de knoppenbalk op de knop ‘Kies een Project’;
•
selecteer een Pulsar project en klik op de knop ‘Kies’;
•
selecteer een activiteit en klik op de knop ‘Kies’.
Openen projecten in Coach 6
•
download het betreffende zip-bestand vanaf de Pulsar-docentensite en sla het bestand op een
voor u bekende locatie op uw harddisk;
•
‘unzip’ het bestand;
•
start het programma Coach in de docentmodus;
•
klik in het openingsscherm in de knoppenbalk op de knop ‘Openen’;
•
zoek de locatie van de Coach projecten op de harddisk;
•
selecteer de gewenste map en klik op ‘Openen’, u ziet de activiteiten staan;
•
selecteer een activiteit en klik op ‘Openen’, als er nog geen meetpaneel is aangesloten, klikt u
op ‘Negeren’.
Pulsar Natuurkunde 1 vwo deel 3 Docentenhandleiding
5
Hoofdstuk 16 Magneetvelden en elektrische velden
Planning
Studiebelasting van dit hoofdstuk
16.1 Magneetvelden
16.2 Elektromagneten
16.3 De lorentzkracht
16.4 Elektrische velden
16.5 Versnellen en afbuigen
Onderzoek
Afsluiting
25 slu
(29 slu)
2 slu
4 slu
5 slu
5 slu
5 slu
(4 slu)
4 slu
ICT
19 Dit is een proef met coach 5. Het zip bestand van de coach opdrachten moet worden uitgepakt in
de "projects" map van IP- Coach. Bij een gewone installatie is dat de map C:\Coach5V2\Projects\.
Na het uitpakken is er dan een map: C:\Coach5V2\Projects\ Pulshn1.c5t bijgekomen waarin alle
opdrachten staan.
De proef duurt ongeveer een lesuur. Je kunt spoelen gebruiken met bijvoorbeeld 250 en 500
windingen.
Nodig per opstelling:
- PC met coachlab2 en het programma IP-coach5.
- De magneetsensor 024BT of een vergelijkbare.
- Weerstand van 3 Ω.
- Spoelen van bijvoorbeeld 250, 500 en 1000 windingen.
- Variabele spanningsbron
- snoertjes
43 Deze applet staat op de i-puls en gaat over de werking van de elektromotor. Deze kunnen
leerlingen ook thuis uitvoeren. Deze activiteit duurt 10 minuten. In het werkblok tekenen de
leerlingen de richting van de lorentzkrachten en ze beantwoorden enkele vragen.
79 Dit is een applet over de lorentzkracht op bewegende lading. Op de i-puls zit deze direct na de
applet over de elektromotor. Je kunt er voor kiezen om ze direct na elkaar te doen. Samen nemen
de opdrachten niet meer dan 20 minuten in beslag.
Als extra oefening kan er door de leerling thuis of op school met de cd-rom geoefend worden met de
eenheid extra oefening en door het maken van de ‘Test je zelf’ als proefwerkvoorbereiding.
Pulsar Natuurkunde 1 vwo deel 3 Docentenhandleiding
6
Voorbeeld studiewijzer
Leerstof
16.1
16.2
16.3
16.4
Opmerkingen
- Doe opdracht 1 klassikaal
- Maak de opdrachten 2, 3 en 4
door de bronnen 1 t/m 3 te
bestuderen.
- Doe pulsje 7 klassikaal
- Maak de opdrachten 5 t/m 13.
- Doe practicum 10 over de
vorm van het magneetveld van
verschillende magneten.
- Controleer al je antwoorden
met het uitwerkingenboek.
- Doe opdracht 14 klassikaal
- Maak de opdrachten 15, 16
en 17 door de bronnen 5 t/m 7
te bestuderen.
- Doe practicum 18 en i-puls
19.
- Maak de opdrachten 20 t/m
24 en bespreek 23 klassikaal.
- Maak de opgaven 25 t/m 29
en controleer de antwoorden
van deze paragraaf.
SLU
teller
1
2
3
4
Als je in de klas niet de
beschikking over een computer
hebt kan deze opdracht ook
thuis op je eigen computer met 5
de cd-rom.
6
- Doe pulsje 30 klassikaal.
- Maak de opdrachten 31 t/m
36 door de bronnen 9 t/m 12 te
bestuderen.
- Doe practicum 37
- Maak de opdrachten 35 t/m
42.
- Doe de i-puls 43 en practicum
45 over de elektromotor.
- Maak de opdrachten 44 en 46
t/m 48 en controleer al je
antwoorden.
- De proef met de plasmabol
kan gedemonstreerd worden en
eventueel ook de proeven van
de opdrachten 55 en 59. Maak Bij de proef van opdracht 55 is
geen werkblokpagina.
opdracht 49.
- Maak de opdrachten 50 en 51
door de bronnen 14 en 15 te
bestuderen.
- Maak de opdrachten 52 t/m
54 door de bronnen 16 t/m 18
Pulsar Natuurkunde 1 vwo deel 3 Docentenhandleiding
7
8
9
10
11
12
13
7
16.5
14
te bestuderen.
- Maak de opdrachten 56 t/m
61
- Maak de opdrachten 62 t/m
65.
- Controleer al je antwoorden.
- Doe opdracht 66 klassikaal.
- Maak de opdrachten 67 en 68
door de bronnen 20 en 21 te
bestuderen.
- Maak de opdrachten 69 t/m
71 door de bronnen 22 t/m 24
te bestuderen
- Maak de opdrachten 72 en 73
- Doe pulsje 75 klassikaal
- Maak de opdrachten 74 t/m
78.
- Doe i-puls 79 en maak
opdracht 80
- Controleer je antwoorden van
deze paragraaf
afsluiting - Maak een keuze uit
onderzoek A, B of C
15
16
17
18
19
20
21
Stel een groepje samen van 3-4
leerlingen en verdeel de taken 22
om de opdrachten goed uit te
23
kunnen voeren.
24
onderzoek - Bestudeer het overzicht.
-Bestudeer de
proefwerkvoorbereiding
- Maak de ‘test jezelf’ op de Ipuls.
- Leer het hoofdstuk.
- Maak de het voorbeeldproefwerk.
Neem Binas mee.
- Maak het proefwerk.
Pulsar Natuurkunde 1 vwo deel 3 Docentenhandleiding
25
(4
optioneel)
8
Eindtermen
Hoofdstuk 16 Magneetvelden en elektrische velden
Subdomein B3: Elektromagnetisme (CE)
De kandidaat kan elektrische en magnetische velden beschrijven, elektromagnetische verschijnselen
verklaren en analyseren.
Specificatie
De kandidaat kan
1
de effecten beschrijven van de aanwezigheid van elektrische lading:
·
positieve en negatieve lading;
·
homogeen elektrisch veld;
·
veldlijnen, veldsterkte;
·
ontladingen, onweer.
2
energieverandering van een geladen deeltje in een elektrisch veld berekenen:
·
verband tussen spanning en kinetische energie;
·
omrekenen eV naar joule en omgekeerd;
·
elektronenkanon van beeldbuis en oscilloscoop;
·
röntgenbuis;
·
lineaire versneller.
3
magnetische verschijnselen verklaren in termen van magnetisch veld:
·
veldlijnen;
·
sterkte van het magnetische veld;
·
permanente magneet, rechte stroomdraad, spoel;
·
relais, reedcontact.
4
de richting en de grootte van de lorentzkracht bepalen op stroomdraden en op geladen deeltjes:
·
elektromotor en draaispoelmeter;
·
afbuiging elektronenbundel;
·
hallsensor.
5
de volgende formules toepassen
Fel = qE , Δ Ek = qU , FL = BI l, FL = Bqv, B = μ 0
E=
NI
.
l
Fe
q
Pulsar Natuurkunde 1 vwo deel 3 Docentenhandleiding
9
Aanwijzingen
Tips
Proef 19 kun je natuurlijk ook zonder coach uitvoeren. Je kunt dan bijvoorbeeld kijken naar het aantal
paperclips dat blijft hangen aan een spoel, afhankelijk van de stroomsterkte en het aantal windingen.
Het aantonen van de lorentzkracht op bewegende lading kun je ook laten zien door een magneet voor
een oscilloscoopscherm te houden.
Op de site van de universiteit van Nijmegen (Radboud Universiteit) kun je veel informatie vinden over
de zwevende kikker. Zie http://www.ru.nl/
De horizontale component van het aardmagneetveld van de aarde kun je meten door een kompasnaald
in een spoel te zetten. De spoel moet je dan in noord-zuid richting opstellen. De stroom door de spoel
moet dusdanig van richting zijn dat er een tegengesteld gericht magneetveld aan de aarde wordt
opgewekt. Door de stroom te meten, waarbij het kompasnaaldje van richting verandert, kun je de
grootte van de horizontale component van het aardmagneetveld bepalen. Met een vertikaal opgesteld
naaldmagneetje bepaal je de richting. Uit de hoek met de horizontaal bereken je dan de grootte van het
aardmagneetveld.
Je kunt de horizontale component van het aardmagneetveld ook bepalen door de stroom zo te kiezen
dat de kompasnaald een hoek van 45° maakt met de noord-zuid richting. Het magneetveld van de
spoel is dan even groot als de horizontale component van het aardmagneetveld.
Pulsjes
7
E
Als A en B elkaar aantrekken, is minstens een van de twee een magneet en de ander van ijzer.
Of het zijn beide magneten.
Als B en C elkaar niet aantrekken, dan is C gemaakt van een niet-magnetisch materiaal zoals
koper of eventueel wel van ijzer, als ook B van ijzer was.Zie het overzicht hieronder.
1
2a
2b
3
A
magneet
magneet
magneet
ijzer
B
magneet
ijzer
ijzer
magneet
C
koper
ijzer
koper
koper
A is niet juist wegens 2a, 2b en 3
B is niet juist wegens ‘alles’
C is niet juist wegens 2a
D is niet juist wegens 1 en 3
23
C
De kompasnaald geeft hier de richting aan van de veldlijnen van de spoel.
Buiten de spoel lopen de veldlijnen van de noord- naar de zuidpool, dus B is niet juist. Dan ook
A niet.
Binnen de spoel lopen de veldlijnen van de zuid- naar de noordpool, dus C is juist.
30
B
De gloeidraad moet stroom kunnen geleiden. Dat kan in principe elk metaal zijn, maar meestal
is het wolfraam. Dus A is niet juist.
De gloeidraad gaat niet trillen als de lamp niet brandt. Dus C is niet juist.
De gloeidraad trilt alleen als er een stroom door gaat, dus B is juist. Er werkt dan een
zogenaamde lorentzkracht op de draad.
75
C
De kinetische energie neemt met een factor 2 toe. De kinetische energie is evenredig met de
snelheid in het kwadraat: Ek = ½ mv2. Neemt Ek met een factor 2 toe, dan neemt v2 ook met een
Pulsar Natuurkunde 1 vwo deel 3 Docentenhandleiding
10
factor 2 toe, dus v met een factor √2. Aangezien de snelheid van de deeltjes constant is in de
buisjes en de deeltjes in ieder buisje even lang onderweg zijn, moet de lengte van het derde
buisje ook √2 keer zo groot zijn. Immers s = vt
Practica
10
-
-
Het magneetveld van enkele soorten magneten en combinaties van magneten bekijken. Je kunt
het karton (of plexiglas) beter een halve cm boven de magneet plaatsen. Mogelijkheden van
combinaties van magneten:
Twee staafmagneten met gelijke polen naar elkaar toe en met ongelijke polen naar elkaar toe
leggen. Of twee staafmagneten evenwijdig leggen.
Twee hoefmagneten tegen over elkaar leggen. Dit kan op twee manieren.
Vier staafmagneten met de polen naar elkaar toe leggen. Ook hier kun je een of meerdere
magneten draaien.
Het is aardig de leerling digitale foto’s te laten maken van de veldlijnen, eventueel met hun
mobieltje en deze in een verslag te laten verwerken. De prachtigste kunstwerken zijn het
resultaat.
Nodig per opstelling:
Minimaal twee staafmagneten, een hoefmagneet en een ringmagneet.
Busje ijzervijlsel
Stuk stevig karton (of plexiglas)
Plakband
18 Dit is de proef van Orsted. Neem een dikke koperdraad en een spanningsbron die veel stroom kan
leveren. Zorg er wel voor dat je de schakelaar korte tijd sluit, anders kan de draad te heet worden.
Tik even een paar keer tegen het karton als je de proef met ijzervijlsel uitvoert. Dan kan het
ijzervijlsel zich makkelijker richten.
Nodig per opstelling:
- Een spanningsbron
- Schakelaar
- Dikke koperdraad
- Twee snoertjes en twee krokodillenklemmen
- Een kompasnaald
- Busje ijzervijlsel
- Dik stuk karton
37
-
Bij deze proef meet je de Lorentzkracht met een weegschaal. Neem wel een nauwkeurige
weegschaal. Mochten leerlingen bij N1 nog niet Fz = mg hebben gehad, dan verdient het
aanbeveling dit even toe te lichten. Neem ook hier een spanningsbron die behoorlijk wat
stroom kan leveren.
Nodig per opstelling:
Nauwkeurige weegschaal
Spanningsbron
Hoefmagneet
Koperdraad
Twee snoertjes met twee krokodillenklemmen in een statief.
Magneetsensor en computer toebehoren (zie practicum 19)
45 Je kunt het elektromotortje uit de opening van deze paragraaf heel eenvoudig bouwen. Gebruik
twee paperclips die je verbuigt en in de klei prikt. Deze ondersteunen het spoeltje. Rol het
koperdraad op tot een spoeltje met een diameter van ca. 2 cm. Zorg ervoor dat er ongeveer 1,5 cm
koperdraad aan beide kanten overblijft om op de paperclips te leggen. Schraap met een mesje aan
de uiteinden van het spoeltje het isolatiemateriaal aan één kant weg. Maak vier paperclips vast aan
de uiteinden van de twee stroomdraadjes. Verbind de polen van de batterij met de twee steunen.
Leg het spoeltje erop en geef het een zetje.
Pulsar Natuurkunde 1 vwo deel 3 Docentenhandleiding
11
55
-
59
I.p.v. paperclips kun je natuurlijk ook krokodillenklemmen gebruiken.
Nodig per opstelling:
Batterij van 9 V
Dun stuk geïsoleerd koperdraad
Zes paperclips
Beetje klei
Twee geïsoleerde stroomdraadjes
Voorbeelden van proefjes met statische elektriciteit:
Stukjes papier, watten of haar aantrekken met een geladen plastic of glazen.
Waterstraal afbuigen met een geladen buis.
Een gewreven ballon aan het plafond “plakken”.
Twee geladen plastic buizen elkaar laten afstoten en een plastic buis een glazen buis laten
aantrekken. (er zijn dus twee soorten lading)
Met de Van de Graaff generator:
Papiersnippers of watten in de buurt van de kap houden en loslaten. De snippers en watten
worden aangetrokken, maar na een korte tijd weer afgestoten.
Een staaf met lange papierreepjes op de kap plaatsen.
Een leerling opladen door hem of haar de kap vast te laten pakken, terwijl ze geïsoleerd staat.
Een tl-buis laten branden door hem met een kant tegen de kap houden. Zelf moet je dan niet
geïsoleerd staan. Denk erom dat je eerst de kap vastpakt en dan pas de generator aanzet.
Anders krijg je een schok.
Op de kap een stapel aluminium wegwerpbordjes plaatsen. Bij het opladen van de kap zweven
de bordjes elegant door het lokaal.
Deze proef kun je goed uitvoeren met een Van de Graaff generator of met een
elektriseermachine. Deze proef is het best geschikt als demonstratie. Gebruik bijvoorbeeld
slaolie of vloeibare paraffine om de griesmeelkorrels in te strooien.
Pulsar Natuurkunde 1 vwo deel 3 Docentenhandleiding
12
Practicumbenodigdheden
hoofdstuk opdracht omschrijving
16
10
busje ijzervijlsel
staafmagneet
hoefmagneet
ringmagneet
stuk karton
plakband
16
18
spanningsbron
schakelaar
dik stuk koperdraad
snoertjes
krokodillenklemmen
kompasnaald
busje ijzervijlsel
stuk karton
16
19
PC met coachlab2
magneetsensor 024BT
weestand van 3 ohm
variabele spanningsbron
spoelen
snoertjes
16
37
digitale weegschaal
spanningsbron
hoefmagneet
koperdraad
snoertjes
krokodillenklemmen (in statief)
magneetsensor
16
45
batterij van 9 V
dun stuk geisoleerd koperdraad
paperclips
klei
geisoleerd stroomdraadje
16
55
plastic buis
glazen buis
Van de Graaff generator
papiersnippers en watten
tl-buis
16
59
Van de Graaff generator
griesmeel
slaolie/paraffine-olie
verschillend gevormde elektroden
overheadprojector
Pulsar Natuurkunde 1 vwo deel 3 Docentenhandleiding
aantal per opstelling opmerking
1
2
eventueel 4
1
eventueel 2
1
1
1
1
1
1
2
2
1
1
1
1
1
1
1
3 (verschillend aantal windingen)
5
1
1
1
1
2
2
1
1
6
1
2
2
2
1
1
1
demonstratie
demonstratie
13
Hoofdstuk 17 Elektrische energie
Planning
Studiebelasting van dit hoofdstuk
17.1 Inductiespanning
17.2 Wisselspanning
17.3 Transformator
17.4 Energietransport
Onderzoek
Afsluiting
20 slu
(24 slu)
4 slu
4 slu
4 slu
4 slu
(4 slu)
4 slu
ICT
In opdracht 16 wordt met een simulatie duidelijk gemaakt hoe een magnetische zweeftrein met behulp
van inductiespoelen gedragen en geleid kan worden. In het tweede deel een simulatie van de werking
van een (elektrodynamische) microfoon. Aan de hand van beide simulaties worden de beginselen van
het verschijnsel inductie nogmaals belicht.
Inclusief de werkblokopdracht duurt dat ongeveer 20 minuten.
Dit hoofdstuk bevat nog enkele practica waarbij de computer als meetinstrument gebruikt kan worden.
Zie de toelichting bij de proeven: 28, 34 en 37.
Pulsar Natuurkunde 1 vwo deel 3 Docentenhandleiding
14
Voorbeeld studiewijzer
Leerstof
17.1
17.2
17.3
17.4
Opmerkingen
SLU
teller
1
-Doe pulsje 1 klassikaal.
-Doe eventueel eerst proef 7; De verschillende proeven
kunnen ook gedemonstreerd
gebruik je werkblok.
worden.
2
- Maak opdracht 2 t/m 6 en
gebruik daarbij bron 1 t/m 4.
-Maak opdracht 8 t/m 14.
Gebruik de bronnen.
3
-Doe proef 15.
Als je moet wachten voor je een
-Doe ict-opdracht 16.
-Maak opdracht 17 tot en met computer kunt gebruiken ga je
gewoon verder met de volgende 4
19; lees daarbij bron 5.
opdrachten. Deze opdracht kun
-Doe proef 20.
-Maak opdracht 21 t/m 23.
je ook thuis doen of in je eigen
Controleer je antwoorden met tijd op een computer ergens op
het uitwerkingenboek.
school.
5
-Maak opdracht 24
-Maak opdracht 25 t/m 27 en
gebruik daarbij bron 6 t/m 8.
6
Als je voor practicum op je
-Doe proef 28; gebruik je
beurt moet wachten ga je
werkblok.
-Maak de opdrachten 29 t/m gewoon verder met de volgende 7
opdracht en doe je het practicum
33.
later. De proeven kunnen ook in 8
-Doe proef 34 m.b.v. het
een andere volgorde worden
werkblok.
gedaan of gedemonstreerd
-Maak opdracht 35 en 36.
-Doe proef 37 in je werkblok. worden.
-Maak opdracht 38 en 39; lees
daarbij bron 9.
Controleer je antwoorden met
het uitwerkingenboek.
9
-Maak opdracht 40.
-Doe eventueel eerst proef 43; Als je moet wachten om dit
gebruik je werkblok.
practicum uit te kunnen voeren 10
- Maak opdracht 41 en 42 en ga je eerst verder met de
11
gebruik daarbij bron 10 t/m 12. opdrachten.
-Maak opdracht 44 t/m 51 en
12
lees daarbij ook bron 13.
Controleer je antwoorden met
het uitwerkingenboek.
-Maak opdracht 52 tot en met
55 en bestudeer bron 14 en 15
13
goed.
-Maak opdracht 56 tot en met Als je lang moet wachten om dit
58.
practicum uit te kunnen voeren,
14
-Doe practicum 59 in je
ga je gewoon verder met de
werkblok.
opdrachten.
-Maak opdracht 60.
15
-Doe practicum 61 in je
Practicum 61 kan ook
werkblok
gedemonstreerd worden. Als je
16
-Maak opdracht 62-64
moet wachten, ga je gewoon
Pulsar Natuurkunde 1 vwo deel 3 Docentenhandleiding
15
-Controleer je antwoorden met verder met de opdrachten.
behulp van het
uitwerkingenboek.
afsluiting - Maak een keuze uit
Stel een groepje samen van 3-4
onderzoek A of B
leerlingen en verdeel de taken 17
om de opdrachten goed uit te
18
kunnen voeren.
19
onderzoek - Bestudeer het overzicht.
-Bestudeer de
proefwerkvoorbereiding
- Maak de ‘test jezelf’ op de Ipuls.
- Leer het hoofdstuk.
- Maak de het voorbeeldproefwerk.
- Maak het proefwerk.
Neem Binas mee.
Pulsar Natuurkunde 1 vwo deel 3 Docentenhandleiding
20
(4
optioneel)
16
Eindtermen
Hoofdstuk 17 Elektrische energie
Subdomein B4: Inductie en wisselstromen (SE)
De kandidaat kan het principe van elektromagnetische inductie toepassen, het gedrag van
wisselspanningen en –stromen beschrijven en analyseren.
Toelichting
De kandidaat kan
1
het principe van elektromagnetische inductie kwalitatief toepassen:
- bewegende magneet in een spoel;
- draaiend draadraam in homogeen magneetveld;
- dynamo;
- in- en uit-schakelverschijnselen.
2
stroom door en spanning over de spoelen van een transformator berekenen:
- formules voor de ideale transformator;
- creëren van zeer hoge spanningen of stromen;
- energietransport over lange afstand;
- scheiden van circuits met het oog op veiligheid en ontkoppeling.
3
wisselspanningen en wisselstromen meten en gelijkrichten:
- oscilloscoop, multimeter en computer;
- diodebrugcel;
- maximale waarde van de wisselspanning;
- effectieve waarde van de wisselspanning;
- periode en frequentie.
4
de volgende formulestoepassen:
Φ = Bn A, U ind = N
ΔΦ
Δt
,
Up
Us
=
Np
Ns
I (t ) = I max sin(2πft ), U eff =
1
2
, Pp = Ps , U (t ) = U max sin(2π ft ),
2 U max , I eff =
1
2
2 I max , η =
Pulsar Natuurkunde 1 vwo deel 3 Docentenhandleiding
Pnuttig
Pin
⋅100%, .
17
Aanwijzingen
Pulsje
B. In het aluminium ontstaan kringstromen door de draaiende magneet, die stromen
ondervinden lorentzkrachten van de magneet. In een dynamo ontstaat ook stroom door het
draaien van een magneet, maar dan in een spoel met koperdraad. In plastic kan geen stroom
lopen dus met plastic lukt het niet. Met ijzer ook niet want dan wordt de plaat tegen de magneet
aan getrokken.
1
Practica
7
-
15
-
Inductieverschijnselen onderzoeken. Hier wordt kwalitatief onderzocht onder welke
omstandigheden inductiespanningen ontstaan en waar die spanning van afhangt. Voor wie dat
liever kwantitatief onderzoekt is er de extra proef.
De metingen kunnen ook met een stroommeter i.p.v. een spanningsmeter, maar dan moet de
inwendige weerstand groot zijn, anders klopt de vergelijking van verschillende spoelen niet
vanwege hun verschillende weerstand.
Wie bij het laatste onderdeel een voedingskast gebruikt moet nagaan of die snel genoeg in- en
uitschakelt. Als de spanning een beetje traag opbouwt of wegvalt gebeurt er weinig; dan kan
beter een losse schakelaar gebruikt worden.
Nodig per opstelling:
verschillende spoelen,
sterke en zwakke staafmagneet,
gevoelige analoge spanningsmeter met de nulstand in het midden,
batterij of andere gelijkspanningsbron,
minstens vier aansluitsnoeren,
schakelaar,
ijzeren staafje (bv. ijzeren statiefpen; een stalen schaar kan ook)
weekijzeren kern.
De proef duurt ongeveer 20 minuten, als de proef alleen kwalitatief wordt uitgevoerd.
Enkele klassieke proeven die de krachtwerking ten gevolge van inductiestroom duidelijk maken.
De eerste leent zich ook voor een ‘verrassende’ demonstratie met twee ringen. Uiteraard moet
dan niet te zien zijn dat één van de ringen doorgezaagd is. De ringen moeten zó opgehangen zijn
dat ze wel kunnen slingeren maar niet kunnen draaien.
De vierde proef is niet zo bekend. Een snel draaiende magneet uit een fietsdynamo kan een
aluminiumstrook in beweging brengen, bijvoorbeeld op een luchtkussenvoertuig. Natuurlijk kan
zo’n voertuig ook magnetisch afgeremd worden, bijvoorbeeld met een staafmagneet.
Nodig per opstelling:
staafmagneet,
twee aluminiumringen waarvan er één doorgezaagd is (ca 4 cm middellijn is handig),
garen of dun touw,
statief met horizontale staaf erin,
lichtlopende fietsdynamo met aansluitsnoeren
fietsvóórlampje in fitting,
PVC buis waar staafmagneet doorheen kan,
precies even lange en dikke aluminium of koperen buis,
opvangkussen voor de magneet,
luchtkussenbaan met blazer
luchtkussenglijder met aluminiumstrook erop,
(accu)boormachine,
ronde magneet uit fietsdynamo.
Pulsar Natuurkunde 1 vwo deel 3 Docentenhandleiding
18
Alle proeven samen duren wel 50 minuten, zeker als er wordt stilgestaan bij de verklaring van
de proeven tijdens de uitvoering.
20
-
28
-
34
Enkele zelfinductieproeven met in- en uitschakelverschijnselen en het effect van een
smoorspoel.
Het is zaak de combinatie spoel-lampjes zo te kiezen dat het lampje in serie met de spoel nog
goed brandt en het inschakeleffect toch goed te zien is. (Uitschakeleffecten zijn moeilijk te zien
omdat het lampje toch al nagloeit.) Het lukte ons het best met een spoel met 200-400 windingen
en twee fietsvóórlampjes. De spanningspiek bij het uitschakelen is goed voelbaar als de kring
eerst gesloten wordt door twee stekkers tegen elkaar te houden en ze dan weer van elkaar te
halen terwijl je het metaal van beide stekkers vasthoudt. Bij een flinke zelfinductie (gesloten
kern, spoel met veel windingen) kan dat zelfs bij een paar volt voedingsspanning al stevig
aankomen. Wie dat de leerlingen wil laten voelen moet eerst zelf proberen of het verantwoord
is.
De proef met wisselspanning kan eventueel uitgebreid worden door met een toongenerator de
frequentie-afhankelijkheid te onderzoeken.
Nodig per opstelling:
spoel met passende U-kern en sluitstuk,
minimaal vijf aansluitsnoertjes,
twee lampjes in fitting,
schakelaar,
gelijk- en wisselspanningsvoeding.
eventueel toongenerator met instelbare frequentie.
De proef duurt ongeveer 15 minuten.
Onderzoek aan een fietsdynamo door de geleverde spanning te bestuderen en eventueel door
demontage. Natuurlijk kunt u ook een reeds gedemonteerde dynamo klaarleggen. Tenslotte kan
de leerling zijn of haar creativiteit tonen door zelf een originele(?) dynamo te ontwerpen en
bouwen.
De dynamo kan in draaiing gebracht worden met een rubber wieltje in een accuboormachine,
maar gewoon het wieltje over je arm of been rollen gaat ook prima. De tafelrand is meestal te
glad en kan beschadigd raken door het metalen wieltje!
Een zelfbouwdynamo kan werken met draaiende magneten, maar ook met trillende of
slingerende magneten of spoelen. Of een golfslagdynamo??? Enige zorg voor een juiste
behandeling van de magneten is wel aan te bevelen. Dit zou ook een prima onderzoeks- of
ontwerpopdracht kunnen zijn. Ook een vergelijkend onderzoek naar verschillende
fietsdynamo’s is mogelijk.
Nodig per opstelling:
fietsdynamo,
oscilloscoop of computer met spanningssensor,
fietsvóórlampje in fitting,
schakelaar,
aansluitsnoeren (minstens 5).
Als de dynamo ook gedemonteerd wordt:
gereedschap,
staafmagneet of kompasje.
Voor het zelf maken van een dynamo:
(staaf)magneten, spoelen of wikkeldraad, spijkers, veren, draaitafel, statiefmateriaal…
Afhankelijk van de keuze tussen de verschillende mogelijkheden duurt de proef 15 minuten tot
zeker een hele les. (wanneer dynamo’s worden vergeleken of ontworpen en gebouwd)
Zelf uitzoeken wanneer gelijk- en wisselspanning hetzelfde effect hebben. Daarbij wordt een
klassieke methode gebruikt om de lichtsterkte van twee lampjes te vergelijken: de
‘vetvlekfotometer’.
Pulsar Natuurkunde 1 vwo deel 3 Docentenhandleiding
19
-
37
-
43
-
59
De gebruikte gelijkspanningsbron moet goed afgevlakt zijn; de gelijk- óf de wisselspanningbron
moet regelbaar zijn. Een ‘schakelbord’ waarop de lampfittingen vastgezet kunnen worden is
hier handig.
Voor deze proef hoeft het niet pikdonker te zijn maar de verlichtingsomstandigheden moeten
wel constant zijn.
Nodig per opstelling:
twee gelijke lampjes (niet te zwak, bv. fietsvóórlampjes)
fittingen,
gelijk- en wisselspanningsbron (één van beide regelbaar),
tweekanaals oscilloscoop of computer met twee spanningssensoren,
aansluitsnoeren (minstens 4),
papiertje in stabiele verticale houder,
olie, bv. in pipet
De proef duurt met uitwerking ongeveer 15 minuten.
Een diodebrug met lichtgevende diodes, aangesloten op een toongenerator. Bij een frequentie
van 1 Hz kun je goed zien wat er gebeurt.
Gebruik twee kleuren diodes met ongeveer dezelfde drempelspanning, anders heeft de
gelijkgerichte spanning verschillend hoge ‘toppen’. Het is handig als de leds al op
componenthouders zitten, met het diodesymbool erop in de juiste richting. Wie tijd wil besparen
kan ook de hele brug op één houder maken, met vier stekerbusjes én de symbolen van de diodes
erop. Maar het helemaal zelf in elkaar zetten heeft natuurlijk wel meerwaarde voor de leerling.
Gebruik een lampje dat niet veel stroom nodig heeft, bijvoorbeeld een fietsachterlampje. De
stroommeters moeten een daarbij passend meetbereik hebben, en analoog zijn met de nulstand
in het midden.
Bij het meten van twee spanningen in één schakeling met een oscilloscoop of computer kunnen
‘nulproblemen’ (kortsluiting t.g.v. een gemeenschappelijke nuldraad) ontstaan. Het kan
natuurlijk ook met twee oscilloscopen, maar dan nog kunnen via de randaarde problemen
optreden. Gebruik in dat geval een ongeaard stopcontact, als dat verantwoord is in de
betreffende ruimte.
Nodig per opstelling:
vier leds in houder (2 kleuren),
lampje in fitting,
toongenerator,
snoertjes (aantal afhankelijk van de montage van de leds),
twee stroommeters (analoog, nulstand in het midden),
tweekanaals oscilloscoop of computer met twee spanningssensoren
De proef duurt ongeveer 20 minuten als de schakeling nog opgebouwd moet worden.
De werking van een transformator en onderzoek naar de primaire en secundaire spanningen en
stromen.
Het is handig te beginnen met een spoel met niet teveel windingen. De proef kan ook met één
spanning- en stroommeter maar dan kost het wat meer tijd.
Nodig per opstelling:
verschillende spoelen (minstens drie, bv. 100, 200, 400 windingen),
bijpassende U-kern met sluitstuk,
aansluitsnoeren, waaronder één lange,
regelbare wisselspanningbron,
2 wisselstroommeters,
2 wisselspanningsmeters,
lampje in fitting.
Deze proef duurt ongeveer 20 minuten.
Het rendement van een zonnecel.
Pulsar Natuurkunde 1 vwo deel 3 Docentenhandleiding
20
Dit is een aardige proef om de leerlingen te laten zien dat het rendement van een zonnecel
laag is en dat je dus veel zonnecellen nodig hebt om een behoorlijk elektrisch vermogen te
kunnen leveren. Bij de proef wordt aangenomen dat 100 lux overeen komt met een zonneinstralingsvermogen van 1 W per m2. Dat is misschien voor de ware kenner wat discutabel,
maar het werkt op leerlingen niveau prima.
Nodig per opstelling:
zonnecel
luxmeter
statiefmateriaal
2 verschillende kleine weerstanden
Spanningsmeter
Stroommeter
minstens 5 snoertjes
geodriehoek
61
-
Het energieverlies in een luidsprekersnoer beperken door onder een hogere spanning te
transporteren. Dit is een variant op proef 43 in hoofdstuk 11. Ook hier geldt dat er niet
overdreven getransformeerd moet worden omdat wisselspanningen boven 40 V gevaarlijk
kunnen zijn. Een transformatieverhouding van ongeveer 1:25 voldoet prima.
Nodig per opstelling:
toongenerator,
versterker,
luidspreker,
wisselspanningsmeter,
dun luidsprekersnoer (minstens 25 m),
twee identieke transformatoren (oude luidsprekertrafo’s uit een buizenversterker zijn geschikt)
muziekbron (CD-speler, MP3-speler…)
De proef duurt 10 minuten.
Een klassieke proef met de transformator is het doorsmelten van een fietsspaak. Die is niet in het boek
opgenomen omdat dan de verrassing er al af is, en omdat lang niet iedereen een daarvoor geschikte
transformator heeft. Laat u niet weerhouden de proef te demonstreren, bijvoorbeeld als introductie op
paragraaf 3. Natuurlijk laat u dan ook zien dat de secundaire spanning slechts enkele volts is en dat
aanraken ongevaarlijk is.
Pulsar Natuurkunde 1 vwo deel 3 Docentenhandleiding
21
Practicumbenodigdheden
Hoofdstuk opdracht omschrijving
17
7 verschillende spoelen
staafmagneet
batterij of andere
(gelijk)spanningbron
spanningsmeter
schakelaar
aansluitsnoeren
ijzeren staafje
17
weekijzeren kern
15 staafmagneet
aluminium ringen
garen of dun touw
statief met horizontale
staaf
fietsdynamo
lampje in fitting
pvc of perspex buis
aluminium of koperen
buis
opvangkussen
luchtkussenbaan met
blazer
luchtkussenglijder met
aluminiumstrook erop
(accu)boormachine
ronde magneet uit
fietsdynamo
17
20 spoel
passende U-kern en
sluitstuk
aansluitsnoeren
aantal per
opstelling opmerking
minstens 2
1 sterke en 1
2 zwakke
1
analoog,
nulstand in het
1 midden
1
minimaal 4
1 bv. statiefpen
passend door
twee spoelen
1
ca 4 cm
middellijn; één
2 doorgezaagd
ca 1 m
1
1
1
1
1
1
lichtlopend;
liefst met vaste
aansluitsnoeren
fietsvoorlampje
karton kan ook
precies even
groot als de pvc
buis
1
strook ca 5 cm x
1 25 cm
1
1
zie de
aanwijzingen bij
1 de proeven
1
minstens 5
lampje in fitting
schakelaar
zie de
aanwijzingen bij
2 de proeven
1
gelijk- en
wisselspanningsvoeding
1
Pulsar Natuurkunde 1 vwo deel 3 Docentenhandleiding
22
17
liefst met vaste
1 aansluitsnoeren
28 fietsdynamo
oscilloscoop of
computer met
spanningssensor
lampje in fitting
schakelaar
aansluitsnoeren
1
1 fietsvoorlampje
1
minstens 5
eventueel; zie de
aanwijzingen bij
de proeven
gereedschap
staafmagneet of kompas
1 idem
gedemonteerde dynamo
1 idem
zie de
aanwijzingen bij
de proeven
niet te zwak, bv.
2 dezelfde fietsvoorlampjes
één van beide
1 regelbaar
materiaal voor zelf
maken van dynamo
17
17
34 lampje in fitting
gelijk- en
wisselspanningsbron
tweekanaals
oscilloscoop of
computer met twee
spanningsensoren
aansluitsnoeren
papiertje in houder
olie
1
minstens 4
1 verticaal; stabiel
bv. in pipet
twee kleuren; 2
4 x2
moet niet veel
stroom nodig
hebben; bv.
1 fietsachterlampje
1
analoog;
nulstand in het
2 midden
zie de
aanwijzingen bij
de proeven
37 led in houder
lampje in fitting
toongenerator
stroommeter
aansluitsnoertjes
tweekanaals
oscilloscoop of
computer met twee
spanningsensoren
17
1
verschillende;
bv. 100-200-400
minstens 3 windingen
43 spoel
passende U-kern en
sluitstuk
aansluitsnoeren
1
minstens 8
Pulsar Natuurkunde 1 vwo deel 3 Docentenhandleiding
één lange (ca 1
m)
23
17
17
59
61
regelbare
wisselspanningsbron
wisselspanningmeter
wisselstroommeter
lampje in fitting
zonnecel
luxmeter
statiefmateriaal en
klemmen
spanningsmeter
stroommeter
geodriehoek
weerstand 5 ohm
weerstand
toongenerator
audioversterker
luidspreker
wisselspanningmeter
dun luidsprekersnoer
transformator
muziekbron
1
2
2
1
1
1
1
1
1
1
1
bv. 20 ohm of 1
1 ohm
1
1
1
1
minimaal 25 m
2 dezelfde bv. 1:25
1 bv. MP3-speler
Pulsar Natuurkunde 1 vwo deel 3 Docentenhandleiding
24
Hoofdstuk 18 Atoomfysica
Planning
16 slu
(20 slu)
18.1 Het begin van de moderne natuurkunde 4 slu
18.2 Het atoommodel van Bohr
4 slu
18.3 Golf of deeltje?
4 slu
Proefwerk (met voorbereiding)
4 slu
Onderzoek, optioneel
(4 slu)
Studiebelasting van dit hoofdstuk
ICT
Als extra oefening kan er door de leerling thuis of op school met de cd-rom geoefend worden met de
eenheid extra oefening en door het maken van de ‘Test je zelf’ als proefwerkvoorbereiding.
Pulsar Natuurkunde 1 vwo deel 3 Docentenhandleiding
25
Voorbeeld studiewijzer
Leerstof
18.1
18.2
Opmerkingen
- Bestudeer bron 1, 2 en 3 aan
de hand van de opdrachten 1
t/m 4.
- Doe practicum 5 klassikaal.
- Maak de opdrachten 6 t/m 15. De docent voert de proef uit.
- Doe pulsje 8 klassikaal.
- Doe practicum 14 klassikaal.
- Doe vraag 16 klassikaal.
- Bestudeer bron 5 en 6 aan de
hand van de opdrachten 16 t/m
18.
- Maak de opdrachten 19 t/m
28.
- Doe practicum 24 klassikaal. De docent voert de proef uit.
SLU
teller
1
2
3
4
5
6
7
8
18.3
9
10
- Bestudeer bron 8 en 9 aan de
hand van de opdrachten 29 t/m
31.
- Maak de opdrachten 32 t/m
40.
11
12
Onderzoek - Maak een keuze uit
onderzoek A of B
afsluiting - Bestudeer het overzicht.
- Bestudeer de
proefwerkvoorbereiding.
- Maak de test jezelf op de ipuls.
- Leer het hoofdstuk.
- Maak het
voorbeeldproefwerk.
- Maak het proefwerk.
Stel een groepje samen van 3-4 4 extra
leerlingen en verdeel de taken
om de opdrachten goed uit te
kunnen voeren.
17
18
19
Neem Binas mee
Pulsar Natuurkunde 1 vwo deel 3 Docentenhandleiding
20
26
Eindtermen
Hoofdstuk 18 Atoomfysica
Subdomein E3: Elektromagnetisch spectrum (SE)
De kandidaat kan het elektromagnetisch spectrum en toepassingen daarvan beschrijven, absorptie en
emissie van licht in verband brengen met de spectraallijnen van atomen, het foto-elektrisch effect en
de golfdeeltje dualiteit toelichten.
Toelichting
De kandidaat kan
1 een overzicht geven van het elektromagnetisch spectrum met voorbeelden en toepassingen:
- verband tussen stralingssoort en frequentie;
- lichtsnelheid, golflengte, frequentie;
- frequentie en kleur.
2 uitleggen dat emissie en absorptie van licht samenhangen met energieveranderingen in een atoom:
- gloeilampen; gasontladingsbuizen (waterstof, kwik, helium, neon, natrium);
- de werking van fluorescentiepoeders;
- spectrum van keukenzout in gasvlam;
- fraunhoferlijnen in het spectrum van de zon.
3 uitleggen hoe eigenschappen van laserlicht worden gebruikt in de gezondheidszorg, de
telecommunicatie en voor de bewerking van materialen:
- coherentie, intensiteit;
- evenwijdige bundel;
- monochromatische lichtbron.
4
de uitkomst van experimenten met de fotocel verklaren met de fotonhypothese:
- fotonstroom en remspanning;
- fotonenergie en de uittree-energie;
- bepaling van de constante van Planck;
- historische betekenis voor de moderne natuurkunde.
5 met behulp van gegeven energieschema's golflengtes en frequenties van spectraallijnen berekenen:
- atoommodel van Bohr kwalitatief;
- ionisatie-energie;
- emissie- en absorptiespectra.
6 de dualiteit van golf en deeltje toelichten op grond van de buigings- en interferentie-verschijnselen
die worden waargenomen in elektrondiffractie-experimenten:
- de Broglie-golflengte;
- elektronenmicroscoop.
7
ten minste de volgende formules toepassen
E f = hf = h
c
λ
, ΔE = hf
Pulsar Natuurkunde 1 vwo deel 3 Docentenhandleiding
27
Aanwijzingen
Tips
Doet de leerling practicum 14 (De constante van Planck bepalen met LEDs) dan kan de volgende
opdracht (15) eventueel worden overgeslagen.
Pulsjes
8
D
De energie van de vrijgemaakte elektronen is het grootst als de energie van het opvallende foton
groot is (kleine golflengte) en de uittree-arbeid van het metaal klein is (kleine grensfrequentie).
Het juiste antwoord is dus antwoord D.
Practica
5
Ontladen van een elektroscoop door UV-straling. Schuur de zinkplaat een beetje op zodat het
oxide laagje verdwijnt. Geef de elektroscoop een negatieve lading met behulp van een buisje PVC.
Doe de proef een keer zonder en een keer met een glasplaat, die het UV-licht absorbeert tussen
lamp en elektroscoop.
Nodig per opstelling:
- UV-lamp
- elektroscoop
- zinken plaatje
- schuurpapier
- glasplaatje
- Pvc-buis
Duur: 15 minuten
14 Bepaal de constante van Planck met 4 LEDs.
Sluit de LEDjes aan op een potentiometer die is aangesloten op
een spanningsbron van 5 tot 9 Volt. Om zo precies mogelijk te
meten, kun je het best gebruik maken van een precisie
potentiometer met tien of meer slagen. Met een digitale voltmeter
meet je de spanning over de LED waarbij de LED net licht gaat
geven. De gemeten spanning in volt is de energie van de fotonen
uit de LED in eV. Meet de golflengte van het licht met een tralie.
De leerling kijkt door het tralie naar de LED die licht geeft door
een gaatje in het midden van de liniaal. De plaats van de 1e orde
bundels is af te lezen op de liniaal.
Nodig per opstelling:
- spanningsbron
- 3 of 4 LEDs (rood, groen, geel, blauw)
- tralie
- potentiometer
- liniaal
Duur: 1 lesuur
Pulsar Natuurkunde 1 vwo deel 3 Docentenhandleiding
28
24 Deze proef is als demonstratie een goede inleiding voor de theorie van emissie en absorptie. Laat
het licht van een natriumlamp door een kaarsvlam gaan en je ziet wel de schaduw van de kaars
maar niet van de vlam. Gooi een beetje keukenzout (NaCl) in de vlam en je ziet plotseling ook de
schaduw van de vlam. De proef kan ook uitgevoerd worden met een in een zoutoplossing gedoopt
metalen gaasje (bijvoorbeeld van een bunsenbrander).
Nodig per opstelling:
- natriumlamp
- kaarsje
- keukenzout
- scherm
Duur: 10 minuten
Pulsar Natuurkunde 1 vwo deel 3 Docentenhandleiding
29
Practicumbenodigdheden
Hoofdstuk opdracht omschrijving
18
5 UV-lamp
Elektroscoop
zinken plaatje
Schuurpapier
Glasplaatje
Pvc-buis
18
14 spanningsbron
3 of 4 LEDs (rood,
groen, geel, blauw)
Tralie
Potentiometer
Liniaal
18
24 Natriumlamp
Kaarsje
Keukenzout
Scherm
Pulsar Natuurkunde 1 vwo deel 3 Docentenhandleiding
aantal per
opstelling opmerking
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
30
Hoofdstuk 19 Kernfysica/astrofysica
Planning
Studiebelasting van dit hoofdstuk
19.1 Deeltjes en antideeltjes
19.2 Kerncentrale
19.3 Kernfusie in de zon
Proefwerk (met voorbereiding)
Onderzoek, optioneel
16 slu
(20 slu)
4 slu
4 slu
4 slu
4 slu
(4 slu)
ICT
Als extra oefening kan er door de leerling thuis of op school met de cd-rom geoefend worden met de
eenheid extra oefening en door het maken van de ‘Test je zelf’ als proefwerkvoorbereiding.
Pulsar Natuurkunde 1 vwo deel 3 Docentenhandleiding
31
Voorbeeld studiewijzer
Leerstof
19.1
19.2
Afsluiting
Onde
rzoek
19.3
Opmerkingen
- Bestudeer bron 1 t/m 4 aan de
hand van de opdrachten 1 t/m
6.
- Maak de opdrachten 7 t/m 10.
- Maak de opdrachten 11 t/m
13.
- Maak de opdrachten 14 en
15.
- Bestudeer bron 6 t/m 10 aan
de hand van de opdrachten 16
t/m 21.
- Maak de opdrachten 22, 23
en 24.
- Maak de opdrachten 25 t/m
27.
- Maak de opdrachten 28 en
29.
- Bestudeer bron 12 t/m 16 aan
de hand van de opdrachten 30
t/m 35.
- Maak opdrachten 36 en 37.
- Maak de opdrachten 38 t/m
41.
- Maak de opdrachten 42 t/m
45.
- Kies opdracht A of B.
Stel een groepje samen
van 3-4 leerlingen.
Verdeel het werk.
- Bestudeer het overzicht.
- Bestudeer de
proefwerkvoorbereiding.
- Maak de diagnostische toets
op I-puls.
- Leer het hoofdstuk.
- Maak het voorbeeldproefwerk.
Neem Binas mee.
- Maak het proefwerk.
Pulsar Natuurkunde 1 vwo deel 3 Docentenhandleiding
SLU
teller
1
2
3
4
9
10
11
12
13
14
15
16
(4 extra)
17
18
19
20
32
Eindtermen
Hoofdstuk 19 Kernfysica/astrofysica
Subdomein E4: Radioactiviteit (CE)
De kandidaat kan eigenschappen en ontstaan van ioniserende straling beschrijven, toepassingen
daarvan verklaren en de effecten beschrijven van ioniserende straling op mens en milieu. Daarnaast
kan hij kernreacties beschrijven en de werking van een kerncentrale bespreken.
Specificatie
De kandidaat kan
1
de verschillende soorten ioniserende straling en hun eigenschappen beschrijven:
· achtergrondstraling, röntgenstraling, α-, β- en γ- straling;
· ioniserend en doordringend vermogen;
· isotopen; röntgenbuis;
· natuurlijke en kunstmatige bronnen van straling;
· detectie: GM-buis, bellenvat, dradenkamer, badge;
· fotonenergie.
2
berekeningen maken waarbij de halveringstijd een rol speelt:
· vervalkromme, activiteit.
3
een vervalvergelijking van een radioactieve kern opstellen als gegeven is welke straling wordt
uitgezonden en reactievergelijkingen aanvullen voor beschreven kern- en deeltjesreacties door
gebruik te maken van behoudsprincipes:
· atoomnummer, massagetal, isotoop;
· α - , β − -, β + -, γ -, n-straling, K-vangst.
4
de effecten bespreken van ioniserende straling op de mens en het milieu:
· schema: bron, straling, ontvanger;
· absorptie; halveringsdikte;
· bestraling en besmetting;
· stralingsdosis en dosisequivalent; stralingsnormen;
· beschermingsmaatregelen;
· afwegen van risico's.
5
de energie berekenen die vrijkomt bij kernsplijting en kernfusie:
· bindingsenergie per nucleon;
· equivalentie van massa en energie;
· massadefect.
6
kwalitatief de werking en regeling van een kernreactor beschrijven in samenhang met
veiligheidsaspecten en de invloed op natuur en milieu:
· kernsplijting, kettingreactie;
· moderator, regelstaven, kritische reactor;
· kernafval.
7
de volgende formules toepassen:
A = N + Z , N (t ) = N (0) ( 12 ) t12 , A(t ) =
t
−Δ N (t )
ln 2
, A(t ) =
N (t ), I ( x) = I (0)
Δt
t1
( 12 )
x
d1
2
, E = mc 2 ,
2
H = QD, D =
Estr
m
, Ef = hf .
Pulsar Natuurkunde 1 vwo deel 3 Docentenhandleiding
33