uitwerkingen newton natuurkunde VWO4 K3

K3 Kern- en deeltjesprocessen
Materie | vwo
Uitwerking basisboek
K3.1 INTRODUCTIE

1 [W] Deeltjestheorie

2 [W] Deeltjes versnellen en afbuigen

3 [W] Materie en straling



K3.2 ELEMENTAIRE DEELTJES

4 [W] Computersimulatie: Botsingsexperimenten

5 Waar of niet waar?
a Waar
b Niet waar: Na de ontdekkingen van Thomson, Rutherford en (vele) anderen is er sprake van drie elementaire
deeltjes: het elektron, het proton en het neutron.
c Niet waar: Het aantal protonen in de kern van een atoom is gelijk aan het aantal om de kern heen bewegende
elektronen.
d Niet waar: De kern bevat geen elektronen. Het aantal elektronen dat rondom de kern beweegt is gelijk aan het
aantal protonen in die kern.
e Waar
f Waar

6 Een atoom is opgebouwd uit een kleine zware kern van positief geladen protonen en ongeladen neutronen. De
protonen en neutronen hebben ongeveer dezelfde massa. Op ‘grote afstand’ daaromheen cirkelen de veel lichtere,
negatief geladen elektronen.

7 In het experiment van Rutherford wordt dun goudfolie beschoten met α -deeltjes uit een radioactieve bron. Uit dit
experiment blijkt dat de meeste α -deeltjes dwars door de goudatomen heen gaan en niet of slechts heel licht
worden afgebogen. Slechts 1 op de 8000 α -deeltjes botst tegen de kern van een goudatoom en wordt
teruggekaatst. Dat betekent dat deze kern heel klein is ten opzichte van het goudatoom en veel zwaarder is dan een
α -deeltje. Rondom de relatief zware kern van het goudatoom zit dus vooral lege ruimte.

8

,9
a Het eerste en het derde deeltje worden afgestoten door de kern, waardoor de baan van richting verandert. Het
tweede deeltje botst tegen de kern aan en kaatst terug. Het vierde deeltje ondervindt geen invloed van de kern
omdat het er op te grote afstand langs beweegt.




a Het positief geladen α -deeltje beweegt recht op de positief geladen kern af, en wordt door de (afstotende)
elektrische kracht eerst afgeremd tot stilstand en daarna weer in tegengestelde richting versneld. Er is dus niet
echt sprake van een ‘botsing’.
b Omdat de kern zo klein is in vergelijking tot het hele atoom zullen de meeste α -deeltjes helemaal geen kern
tegenkomen en dus gewoon rechtdoor bewegen. De paar α -deeltjes die de kern wel tegenkomen worden
hierdoor afgebogen zoals het 1e en 3e deeltje of zelfs teruggekaatst zoals het 2e deeltje.
c De oppervlakte van de dwarsdoorsnede van de kern is ongeveer 1/8000e deel van de oppervlakte van de
1
dwarsdoorsnede van het atoom. Voor de oppervlakte geldt dat A=π ∙ r 2, dus Akern = ∙A . Dat
8000 atoom
1 1 1
levert: r kern
2
= ∙r
8000 atoom
r atoom ≈ 100 ∙ r kern.
2
 r kern =
8000 √
∙r atoom  r kern ≈
100
∙ r atoom of



10
a Als de heliumkern alleen uit protonen zou bestaan zouden zowel de massa als de lading van een heliumkern
twee keer zo groot zijn als van een waterstofatoom. De verhouding tussen lading en massa blijft dan hetzelfde.
q
Omdat de verhouding voor de heliumkern anders is dan voor de waterstofkern zal er nog een deeltje (of
m
deeltjes) in de heliumkern aanwezig moeten zijn die dit verklaart.
q
d Omdat van de heliumkern 2 × zo klein is betekent dit dat de massa meer is toegenomen dan de lading. Er
m
zitten dus extra, ongeladen deeltjes in de heliumkern.
e De lading van de heliumkern is 2 × zo groot als de lading van de waterstofkern, dus er zitten 2 protonen in de
q
kern. Als 2 × zo klein is zal de massa van de heliumkern 4 × zo groot moeten zijn. Dan moeten er ook
m
2 neutronen in de heliumkern zitten.
f Koolstof heeft atoomnummer 6 en dus 6 protonen in de kern. Het aantal protonen in een koolstofkern is 6 × zo
q
groot als in een waterstofkern. Bij een tweemaal zo kleine verhouding moet de massa van de koolstofkern
m
12 × zo groot zijn, dus zitten er ook 6 neutronen in de koolstofkern.

, q
g Een C-14 kern heeft dezelfde lading als een C-12 kern, maar een grotere massa. De waarde van is dus
m
kleiner voor een C-14 kern.

11 Eigen antwoord van de leerling