Vraag 18Dualiteit
Schreef je op papier? Maak een foto van je uitwerking op papier. Je foto blijft privé en de nakijker leest hem. Zet je naam er niet op.
Hoe pak je dit aan?
- Bereken eerst de energie van één foton met golflengte 635 nm, en zoek daarvoor de constante van Planck op in Binas.
- Reken daarna uit hoeveel fotonen per seconde er bij dit vermogen door de filter komen.
- Bepaal met de lichtsnelheid de afstand die elk foton gemiddeld per seconde aflegt, en gebruik die als maat voor de ruimte tussen twee fotonen.
- Vergelijk die gemiddelde afstand tussen fotonen met de afstand tussen filter en dubbelspleet in figuur 2.
Hier verliezen leerlingen punten
- Vergeet niet de eenheid van de golflengte om te rekenen naar meter voordat je invult.
- Laat de tussenstappen zien, zodat duidelijk is hoe je van vermogen naar aantal fotonen komt.
- Maak van je conclusie een duidelijke zin die terugverwijst naar de bewering in de opgave.
Met een gratis account wordt je antwoord nagekeken per scorepunt, volgens het officiële correctievoorschrift. Wat je hier typt, blijft bewaard.
De vraag als tekst
Een belangrijk principe in de quantumfysica is de golf-deeltjedualiteit. In deze opgave passen we dit dualiteitsprincipe toe op het dubbelspleet-experiment met licht. In dit experiment valt zichtbaar licht met één golflengte op twee smalle spleten en ontstaat op een scherm achter de spleten een interferentiepatroon van maxima en minima. Zie figuur 1. figuur 1
Bij het dubbelspleet-experiment kan het interferentiepatroon alleen ontstaan als er bij elk van de twee spleten buiging optreedt.
Een moderne variant van het dubbelspleetexperiment is het zogenaamde kofferexperiment van de Universiteit Twente. Met dit kofferexperiment kan bijvoorbeeld tijdens een les natuurkunde geëxperimenteerd worden. De koffer bevat een opstelling met een laser. De laserbundel wordt gericht op een filter dat slechts een heel klein gedeelte van de fotonen doorlaat. De fotonen die worden doorgelaten gaan vervolgens door een dubbelspleet. In het gebied achter de dubbelspleet tellen 100 detectoren op een rij de inkomende fotonen. Zie figuur 2. figuur 2 De aanwezigheid van de filter zorgt ervoor dat het vermogen van het − 10 laserlicht ( λ= 635 nm ) achter de filter extreem laag is, 5 · 10 W. Hierdoor zal in de praktijk op elk tijdstip gemiddeld maar één foton te vinden zijn in het gebied tussen de filter en de dubbelspleet.
Toon met een berekening aan dat dit klopt.