Proefwerk N1 H3 vs3 N1VWO2
Electromagnetisch Spectrum
Opgave 1 (12pt)De controlaser is een modern beveiligingssysteem met als doel kop-staart-botsingen te voorkomen. Het systeem bestaat uit een laser die samen met een ontvanger achter de voorruit van de auto is gemonteerd. De laser zendt per seconde 1000 zeer korte elektromagnetische stralingspulsen naar voren toe uit. Na reflectie op een auto worden de pulsen door de ontvanger weer opgevangen.
De straling van de laser heeft een golflengte van 859 nm. Per seconde zendt de laser 0,50 mJ stralingsenergie uit. De constante van Planck is 6,63 · 10-34 Js.
a) Bereken het aantal fotonen dat per puls door de laser wordt uitgezonden. 1De golflengte van de laserbundel is bepaald met een tralie en een camera. De camera mat het eerste orde maximum onder een hoek van 8,14° t.o.v. het nulde orde maximum.
b) Maak een duidelijke tekening van lichtstraal, lens en tralie. c) Bereken de tralieconstante van het gebruikte tralie.
d) Bereken hoeveel ‘orden’ er mogelijk zijn met deze combinatie van tralie en golflengte.
Opgave 2 (5pt)
In deze opgave wordt gebruik gemaakt van een laser die monochromatisch licht uitzendt met f0 = 5,4 · 1015 Hz.
Het laserlicht wordt teruggekaatst door een bewegende glasplaat. Ondanks de kleine snelheid van de glasplaat kan met toch een frequentieverschil meten. Voor een met kleine snelheid v bewegende zender kan met het frequentieverschil f berekenen met de formule
c v f f = ×
∆ 0
a) Bereken dat frequentieverschil als de glasplaat de lichtbron nadert met een snelheid van 60 µm·s-1.
De glasplaat wordt vervangen door een stilstaand bakje, gevuld met door elkaar bewegende organismen. Deze organismen kaatsen ook laserlicht terug.
De snelheid van deze organismen ligt in de orde van grootte van 60 µm·s-1.
b) Leg uit in welke opzichten je verwacht dat het teruggekaatste laserlicht afwijkt van het teruggekaatste laserlicht bij de oorspronkelijke bewegende glasplaat.
Opgave 3 (9pt)
Eind 1995 is in Frans Guyana de astronomische satelliet ISO gelanceerd. ISO staat voor “Infra-red Space Observatory”. De satelliet meet de intensiteit van infrarood-straling met golflengten tussen 2,5 µm en 250 µm.
a) Bereken de kleinste frequentie van infraroodstraling die ISO meet.
De infrarode straling wordt door de moleculen van de glasvezel op een bijzondere manier verstrooid. In het spectrum van de verstrooide straling vindt men niet alleen straling met de oorspronkelijke frequentie f, maar onder andere ook straling met een hogere frequentie f + ∆f en met een lagere frequentie f −∆f. Dit is schematisch
weergegeven in figuur 2.
Naar analogie met zichtbaar licht spreekt men van een ’rood-verschuiving’ en een ’blauw-verschuiving’.
b) Leg uit of de lijn met frequentie f −∆f bij
de ’rood-verschuiving’ hoort of bij de ’blauw-verschuiving’.
De verstrooide straling wordt in een detector opgevangen. De frequentie wordt vergeleken met de oorspronkelijke laserfrequentie (f = 2,855 ⋅ 1014 Hz).
Het frequentieverschil ∆f is een maat voor de temperatuur van de glasvezel op de
plaats waar het laserlicht is verstrooid.
Bij een temperatuur van 20 °C blijkt het frequentieverschil ∆f gelijk te zijn aan
1,3 ⋅ 1012 Hz.
c) Bereken de grootste golflengte (in vacuüm) van het laserlicht dat na verstrooiing in een stukje glasvezel van 20 °C in de detector wordt opgevangen.
