Presentatie bij de werkgroep Kwantumstructuur van de materie, gegeven door Florine Meijer van het Junior College Utrecht op de Woudschotenconferentie Natuurkundedidactiek 2010.

1. Kwantumstructuur
van de materie
Woudschoten natuurkunde
10 december 2010
Florine Meijer
Junior College Utrecht

2. De werkgroep
• inhoud en opbouw van de module
• voorbeeldopgave deel A
• werkblad Hands on CERN
• ervaringen en mogelijkheden

3. Kwantumstructuur
van de materie

4. Leerling aan het woord:
Het woord kwantummechanica had
ik al vaak horen vallen, maar dan
meestal als iets onbegrijpbaar
moeilijks.
Ik heb na de module toch het idee dat
ik een stukje van deze moeilijke
materie goed onder de knie heb.

5. De module: structuur
Deel A Golven en Deeltjes
Kwantumtheorie van licht en elektronen
Deel B Elementaire deeltjes
De bouwstenen van de materie en hoe we ze kennen
Deel C Kwantumchemie
Chemische eigenschappen verklaard met
kwantumtheorie

6. De module: ingrediënten
Reader
tekst en opgaven
Werkbladen
4 per deel
Docentenmateriaal
Toetsen, antwoorden op opgaven, ppt-presentaties,
docentenhandleiding
Practicummogelijkheden
Bijv. grafietkristal (A), Hands on CERN (B),
Fluoresceïne (C)

7. De module: inhoud
Deel A Golven en Deeltjes
golf-deeltjedualiteit
waarschijnlijkheid,
E = h f; p = h / λ
Deeltje in doosje:
energieniveaus,
kleuren,
stevigheid
(gebaseerd op PMN)

8. Beelden van atomen
voorbeeld van een opgave
Onderschriften
Beschrijving
Favoriet
Verbanden

9. De module: inhoud
Deel B Elementaire deeltjes
Detectoren: sporen, botsingen
Waarnemingen en voorspellingen
Heel veel deeltjes…

10. …steeds meer deeltjes…
“Ik vond de
gehele module
erg interessant.
Het leukste
vond ik de vele
verschillende
elementaire
deeltjes, met
allemaal eigen
eigenschappen.
“… ik kreeg
hoofdpijn van
al die deeltjes…

11. De module: inhoud
Deel B Elementaire deeltjes
Detectoren: sporen, botsingen
Waarnemingen en voorspellingen
Heel veel deeltjes…
Ordening: behoudswetten, quarks
Krachten, Feynman-diagrammen
Reacties, symmetrieën
Standaardmodel

12. Hands-on CERN
voorbeeld van een werkblad
Analyseren
Onderling vergelijken
“Het verwerken van
Vergelijken theorie de metingen van
CERN heb ik als het
meest interessante
deel van de module
ervaren,
voornamelijk omdat
ik daardoor een idee
kreeg over wat het
analyseren van
metingen nu
eigenlijk inhoudt.”
http://hands-on-cern.physto.se/

13. Hands on CERN:
de detector
Track chamber
Electromagn.
calorimeter
Hadron calorimeter
Muon detector
http://hands-on-cern.physto.se/ani/ev_types/wi_evtyp.html

14. Hands on CERN:
Overzicht reacties
e+ e- e- e+ + ν
e+ e- μ- μ+ + ν
e+ e- τ- τ+ μ+ + e- + ν
e+ e- τ- τ+ μ+ + 3 hadronen + ν
e+ e- qq 2 jets
e+ e- qqg 3 jets
Voorbeeldanalyses: laatste pp handout

15. Hands on CERN
Zelf proberen…
• Gebruik werkblad in handout
• Google naar Hands on CERN
• Picture analysis: Wired help
• Collision library

16. Hands on CERN
Metingen door JCU V6

17. Vergelijken met theorie
4.59 4.59 4.59 78.4
50 30 7.5
type ν ν e e μμ ττ quarks
totaal 2 jets 3 jets 4 jets
% 20 3.67 3.67 3.67 69.9
ca 40 ca 24 ca 6

18. Gebruik van het werkblad
JCU-manier (ca. 2 uur (huis)werk)
• 25 metingen per 2 ll
• zelf analyseren + overleg met 2
• statistiek metingen hele klas
Minder tijd / minder moeilijk
• klassikaal (stemkastjes?)
• statistiek eigen metingen + van JCU
Meer tijd / extra opdracht
• ook WW-verval

19. De module: inhoud
Deel C Kwantumchemie
Orbitalen, kwantumgetallen n,l,m
Elektronenconfiguraties: periodiek systeem,
spectra
Valentiebindingstheorie
Pi-binding, sigma-binding, ruimtelijke vorm
van moleculen
(Moleculaire orbitaaltheorie)

20. Leerling aan het woord
Wat heb je geleerd van de module?
“Hoe het periodieke systeem precies in elkaar zit.
Nu heb ik een stuk meer duidelijkheid over hoe dit
systeem is bedacht, geniaal gewoon.”

21. Mogelijkheden
VWO klas 6
Bij nlt in Domein B
deel A+B, A+C of B+C* (40 slu)
deel A + B + C (60 slu)
* als inhoud A bij natuurkunde behandeld
Binnen de lessen natuurkunde
deel A in Nina Domein F
deel B in Nina Domein E
Als (basis voor) profielwerkstuk
ervaringen met 6 leerlingen

22. Mogelijkheden:
differentiatie
Opdrachten
nadruk op begrips- of rekenvragen
Keuzedeel
scheikunde (C) of meer natuurkunde (B)
Vrije ruimte nlt
bijv. voor bijspijkeren voorkennis natuurkunde
Afsluiting
toets
en/of
inleveren werkbladen
en/of
presentatie van keuzeonderwerp

23. Mogelijkheden:
excursies
Master the Universe
www.mastertheuniverse.nl
Universiteitsmuseum Utrecht
tot/met 8 mei 2011
met lesbrief onderbouw, bovenbouw
opwarmertje?
CERN, Genève
Nikhef, Amsterdam
PMN-reizen (zie www.nnv.nl > Activiteiten)

24. Beschikbaarheid
Leerlingmateriaal
www.uu.nl/jcu
www.betavak-nlt.nl
Docentenmateriaal
op aanvraag bij JCU@uu.nl
Nascholing
www.betasteunpunt-utrecht.nl

25. www.uu.nl/jcu
Leerlingmateriaal
downloaden

26. Dank voor uw aandacht!
Vragen?
f.j.meijer@uu.nl