Diagnostische Toets Licht als golf + Dopplereffect VWO 5

Diagnostische Toets Licht als golf + Dopplereffect VWO 5 Natuurkunde 1
Opgave 1
Test je kennis van zaken.
a) Wat verstaan we onder het dopplereffect?
b) Door welke twee verschijnselen kunnen we licht beschouwen als een golf?
c) Onder welke voorwaarde treedt bij een spleet volledige buiging op?
d) Wat verstaan we onder de tralieconstante?
e) Geef twee eigenschappen van röntgenstraling.
f) Uit welke golflengtes bestaat wit licht?
Opgave 2
Een raceauto heeft een snelheid van 180 (km/h). De luchttemperatuur is 20 (°C). Een waarnemer staat
langs de baan en hoort een frequentie van 250 (Hz) als de auto hem nadert.
a) Bereken de frequentie die de motor uitzendt.
b) Bereken de frequentie die hij hoort als de auto zich van hem verwijdert.
c) Schets hoe de waargenomen frequentie verandert in de tijd als deze waarnemer zich:
1. Direct naast de racebaan bevindt.
2. Zich op enige afstand van de racebaan bevindt.
Opgave 3
a) Bereken de golflengte van elektromagnetische straling met een frequentie van 5,00.1014 (Hz) in
lucht.
b) Welke kleur licht is dit?
c) Deze lichtstraal gaat naar water. Bereken de golflengte in water.
d) Welke kleur licht is dit?
Opgave 4
Een monochromatische lichtbron van 590 (nm) zendt licht uit dat door een tralie gaat. De tralie bevat
200 spleten per (mm). Achter de tralie wordt een lens van + 5,0 (dpt) geplaatst en op de juiste afstand
een scherm.
a) Bereken de afstand tussen de twee eerste-orde-lijnen op het scherm.
b) Bereken hoeveel orde lijnen er in theorie op het scherm terechtkomen.
We gebruiken hetzelfde tralie en de lens, maar nu met wit licht.
c) Verklaar waarom het nulde-orde-maximum wit is.
d) Bereken de breedte van het tweede orde spectrum.
Uitwerkingen
1)
a)
b)
c)
d)
e)
f)
2)
a)
b)
c)
Het verschijnsel dat de waargenomen frequentie van een golf (licht of geluid of elke
andere golf) verandert als bron en waarnemer ten opzichte van elkaar bewegen.
Hierbij is de waargenomen frequentie groter dan de uitgezonden frequentie als
waarnemer en bron elkaar naderen.
Licht kan buiging en interferentie vertonen.
Als de spleetbreedte smaller is dan de golflengte van de golven
De afstand tussen twee spleten in een tralie (in meters)
Chemische werking, Fluorescerende werking, groot doordringend vermogen,
ioniserend vermogen.
Uit alle golflengtes tussen violet (380 nm) en rood (750 nm).
vbron = 180 km/h = 50 m/s.
fw = fb v / (v-vbron) invullen levert: 250 = fb 343 / (343 - 50) dus fb = 213,56 = 214 (Hz)
fw = fb v / (v+vbron) = 213,56 . 343 / (343+50) = 186 (Hz)
Bij rakelings naderen is de overgang veel abrupter en de grafiek dus veel steiler en op
grote afstand gaat de overgang geleidelijker van 250 (Hz) naar 186 (Hz). Op het
moment van passeren is de waargenomen frequentie in beide gevallen gelijk aan 214
(Hz). Daar snijden de twee grafieken elkaar dus.
3)
a)
b)
c)
d)
= v/f = 3,00.108 / 5,00.1014 = 6,00.10-7 (m)
Met Binas tabel 19A volgt: oranje-rood
lucht/water = n = 1,33 dus water = lucht/1,33 = 4,51.10-7 (m)
De kleur (frequentie) verandert niet bij een overgang naar een ander medium,
dus blijft oranje-rood.
4)
a)
d = 0,001/200 = 5,0.10-6 (m) en f = 1/S = 1/5 = 0,20 (m) en  = 590.10-9 (m) invullen
levert voor n=1:
d sin  = n  dus 5,0.10-6 sin  = 1 . 590.10-9 dus  = 6,78o
dus x = f tan  = 2,38 (cm) dus de gevraagde afstand is 2 x = 4,8 (cm).
sin  kan maximaal 1 zijn, dus nmax = d /  = 8,47 dus maximaal n=8
dus aantal lijnen = 2.8 + 1= 17 ordelijnen (8 links, 8 rechts en 1 in het midden)
Het nulde orde maximum heeft een oplossing voor n=0 van de formule d sin  = n 
voor alle golflengtes van  = 0. Alle golflengtes samen leveren wit licht op.
rood:  = 750.10-9 (m), n=2 levert d sin  = n  ->  = 17,46o
dus x = f tan  = 6,29 (cm)
violet:  = 380.10-9 (m), n=2 levert d sin  = n  -> = 8,74o
dus x = f tan  = 3,08 (cm)
De breedte van het spectrum is dus 6,29 - 3,08 = 3,21 = 3,2 (cm).
b)
c)
d)