PrOp 3 - HAVO - natuurkunde

Deze Praktische Opdracht gaat over ioniserende straling, licht en elektriciteit. De bijbehorende hoofdstukken vind je in de PeriodePlanner op Magister.
Daarin staat ook het laatste tijdstip van inleveren vermeld. De PrOp bestaat uit 10 deelvragen. De titels:

1. Afstanden
2. Actinium
3. Stralend lichaam
4. Splijtend
5. Spiegeltje
6. Breking
7. Constructief
8. Vergroting
9. FlatScream
10. Fietslampje



1. Afstanden

Een kubusvormig blok keukenzout (NaCl) met ribbe 3,0 cm, bevat ongeveer 12·1023atomen. Keukenzout heeft een kubische kristalstructuur (de atomen bevinden zich op de hoekpunten van een kubus). Hiernaast zie je een stukje uit het kristal.

  1. Bereken met deze gegevens de onderlinge afstand tussen twee naast elkaar gelegen atomen (Na en Cl).

    In 24 liter lucht zitten onder normale omstandigheden ongeveer 6,0·1023 moleculen.

  2. Bereken de gemiddelde afstand tussen de moleculen onderling.
het rooster van keukenzout

naar boven


2. Actinium

Actinium-228 is radioactief isotoop. Bij verval zendt het β-straling uit (zie BINAS tabel 25).
Een preparaat met dit isotoop wordt bij een GM-telbuis gezet. Om de 2,0 uur wordt gedurende 10 s het aantal pulsen gemeten. De resultaten zijn als volgt:

verval van Ac-228

Maak een grafiek van deze metingen en bepaal daarmee de halveringstijd van Ac-228. Handig: grafiekpapier.

naar boven


3. Stralend lichaam

In het spierstelsel van een volwassene bevindt zich kalium, dat voor een klein deel uit het isotoop 40K bestaat.
Kalium-40 is radioactief (zie BINAS) en vervalt onder uitzending van β-straling.

  1. Geef de vervalreactie van 40K.

    De activiteit (A) van een radioactieve stof hangt af van het aantal kernen (N) en de halveringstijd (t½). Hiernaast vind je de formule.

    De gemiddelde activiteit van het radioactieve kalium in het spierstelsel van een volwassene bedraagt 3,1·103 Bq.

    Er zitten in kalium 1,54·1022 atomen per gram. Kalium bestaat voor 0,012% uit de isotoop 40K.

  2. Bereken de massa van al het kalium in het spierstelsel van een volwassene.

    De energie die een β-deeltje uit de kaliumkern afstaat aan het spierstelsel is gemiddeld 0,44 MeV.
    Zoals je weet: 1 MeV = 1,6·10-13 J.
    Een volwassene heeft gemiddeld 30 kg spierweefsel.

  3. Bereken de stralingsdosis die het spierweefsel in 1,0 jaar van dit kalium absorbeert.

de activiteit hangt af van het aantal atoomkernen

naar boven


4. Splijtend

In een kernreactor wordt het isotoop uranium-235 m.b.v. neutronen gespleten. Daarbij komt veel energie vrij. Één van de mogelijke splijtingsreacties is als volgt:
 · de U-235 kern wordt door één neutron getroffen
 · bij de splijting ontstaan twee neutronen,
 · één strontium-90 kern en nog
 · één onbekende kern X.

  1. Stel de splijtingsreactie op en bepaal welk isotoop de onbekende kern voorstelt.

    De onbekende kern X heeft een massa van 143,93823 u.

  2. Bereken hoeveel kg massa er bij deze splijting verdwijnt.

  3. Bereken de hoeveelheid energie E (in joule) die uit deze verdwenen massa ontstaat.
splijting van U-235

naar boven


5. Spiegeltje

Deze opdracht moet je op papier tekenen. Je kunt het document hier downloaden.


naar boven


6. Breking

Op de website van de Duitse professor Walter Fendt staat een mooi Java-applet over breking. Met behulp daarvan maak je de volgende opdrachten.

  1. Kies de overgang van lucht naar water, met een invalshoek van 45°. Hoe groot is de brekingshoek ? Laat met een snelle berekening zien of dat klopt.

  2. Kies nu in het applet de overgang van lucht naar de vloeistof "benzeen". Bij welke hoek van inval is de brekingshoek precies half zo groot als de hoek van inval ?

  3. Vergroot de hoek van inval tot 90°. Hoe groot wordt de brekingshoek, dat wil zeggen de grenshoek voor deze overgang ?

  4. Maak nu de omgekeerde overgang, van benzeen (boven) naar lucht (onder) en bepaal de grenshoek. Klopt dat met opgave c ?


breking

naar boven


7. Constructief

Ook deze opdracht moet je op papier tekenen. Je kunt het document hier downloaden.


naar boven


8. Vergroting

het Lens-applet van professor Hwang
de Sony alfa

Voor de volgende opdrachten gebruiken we het Lens-applet van professor Hwang (zie het screenshot hiernaast).




De Sony-α is een digitale spiegelreflex camera. Deze camera heeft een zoomlens; je kunt daarmee dus zelf een brandpuntsafstand kiezen. Het bereik van de zoomlens gaat van 18 tot 72 mm.

De lens wordt nu zo ingesteld dat de brandpuntsafstand 5,0 cm (=50 mm) bedraagt. In die situatie is de afstand tussen de lens en de lichtgevoelige CCD-chip in de camera 7,3 cm.

  1. Gebruik het applet om te bepalen op welke afstand een voorwerp vóór de lens moet staan om een scherp beeld op de chip te krijgen.

  2. Laat nu met een berekening zien of dit klopt.

  3. Bereken de vergroting in deze situatie.

    We gaan nu maximaal inzoomen. De brandpunts-afstand komt dus op 7,2 cm. Bij deze zoomlens wordt daardoor ook de beeldafstand groter.

  4. Hoe ver moet een voorwerp nu vóór de lens staan zodat het beeld even groot is als het voorwerp (Nlin = 1) ?

naar boven


9. Flatscream

Bij een moderne 19-inch flatscreen kun je verschillende resoluties instellen. Ook de kleurdiepte is aan te passen.

  1. Noteer de resolutie ( ... x ... pixels) en de kleurdiepte ( ... bits) van het beeldscherm waarvoor je nu zit te werken.

  2. Bereken het aantal pixels van het beeldscherm bij de ingestelde resolutie.

    De kleurdiepte wordt in bits weergegeven. Acht bits vormen één byte. Per kleur wordt namelijk één byte aan informatie gebruikt. Ook is er nog één byte voor de helderheid van elk pixel.

  3. Bereken het aantal megabytes (Mb) dat nodig is voor de informatie van één beeldscherm.

naar boven


10. Fietslampje

Op een fietslampje staat 6 V, 50 mA. We sluiten dit lampje aan op een spanningsbron van 6,0 V.

  1. Bereken de hoeveelheid lading (in Coulomb) die in één seconde door dit lampje stroomt.

  2. Bereken hoeveel elektronen in één seconde door dit lampje stromen.


    Deze elektronen geven in het lampje elektrische energie af die wordt omgezet in licht (en warmte).

  3. Bereken hoeveel energie in één seconde in het lampje wordt omgezet.


    Nu draaien we de spanning terug naar 3,0 V. Ga er bij het beantwoorden van de volgende vragen vanuit dat de weerstand van het lampje hetzelfde is als bij 6,0 V.

  4. Bereken de hoeveelheid lading (weer in Coulomb) die in één seconde door dit lampje stroomt .

  5. Bereken hoeveel energie in één seconde in het lampje wordt omgezet.

  6. Vergelijk je antwoord bij e met je antwoord bij c. Wat is je conclusie?

fietslampjes



naar VAVO matters