Hieronder staan twee praktische opdrachten over fotonica die klassikaal of individueel uitgevoerd  kunnen worden. Voor de uitvoering van de opdrachten is geen speciale apparatuur nodig; iedereen zou de opdracht met spullen die thuis voorhanden zijn uit kunnen voeren.

Praktische opdracht 1

De lichtsnelheid bepalen met chocolade

Inleiding

Een magnetron verwarmt watermoleculen in het eten door staande microgolven te creëren, die bewegen met de lichtsnelheid. Op de buik van zo’n microgolf vindt een trilling plaats met een hoge amplitude, en gaan de watermoleculen hard trillen. Op de knoop echter is de amplitude (bijna) nul, en wordt je eten nauwelijks warm. Precies daarom zit er een draaiplateau in elke magnetron. Met een sticker op het apparaat wordt de frequentie van microgolven van de magnetron aangegeven. Als je daarvan de waarde hebt, hoef je alleen nog de golflengte te bepalen om een eenvoudige benadering van de lichtsnelheid te geven: v = λ · f .  Hierbij komt een stuk chocola of een boterham met boter goed van pas.

Onderzoeksvraag

- Welke lichtsnelheid volgt uit de smeltplekken die ontstaan in een stuk chocola dat in de magnetron heeft gelegen?

Uitvoering

- Kijk op het typeplaatje van de magnetron om de frequentie van de microgolven te vinden. Noteer deze frequentie.

- Maak het draaiplateau in de magnetron “onschadelijk”, bijvoorbeeld door het plateau eruit te halen en een bord omgekeerd over de draaiende onderdelen te plaatsen.

- Leg de plakken chocola dicht tegen elkaar in het midden van de magnetron op een vel papier.

- Zet de magnetron ongeveer 20 seconden aan. (De tijd hangt een beetje af van het vermogen van de magnetron. De tijd moet lang genoeg zijn om smeltplekken in de chocola te laten ontstaan. Pas op dat de chocola niet te lang in de magnetron zit, anders krijg je soep.)

- Haal de chocola uit de magnetron en meet de afstanden tussen de smeltplekken in de chocola.

- Herhaal de proef, maar gebruik nu een rijkelijk besmeerde boterham met margarine in plaats van een stuk chocola.

Verwerking

- Maak een foto van de chocola en de boterham waarmee je kunt laten zien waar zich de smeltplekken bevinden. Hoeveel smeltplekken zijn er bij jou te zien?

- Geef de gemeten afstanden tussen de smeltplekken overzichtelijk weer.

- Bepaal uit de gemeten afstanden de golflengte van de microgolven van de magnetron.

- Bereken de lichtsnelheid die uit jouw metingen volgt.

Conclusie

- Beantwoord de onderzoeksvraag.

Maak een volledig verslag van het experiment. Ga aan het einde van het verslag in op de volgende punten:

1.       Hoe zit het met de nauwkeurigheid van deze bepaling van de lichtsnelheid?

2.       Welke verschillen zijn er in de bepaling van de lichtsnelheid met de chocola en de boterham met margarine? Welke methode zou jij adviseren en waarom?

3.       In hoeverre komt jou gemeten lichtsnelheid overeen met die in Binas? Wat zou de oorzaak kunnen zijn van afwijkingen in de door jou bepaalde waarde?

Praktische opdracht 2

De brekingsindex van water

Inleiding

De meeste experimenten om de brekingsindex van water te bepalen gebruiken een lichtkastje waarmee een lichtstraal door water gestuurd kan worden. Uit de knik die het licht maakt aan het water-lucht-grensvlak kan dan de brekingsindex bepaald worden. In dit experiment wordt ook gebruik gemaakt van de knik die licht maakt aan een grensvlak, maar dan zonder het gebruik van een lichtkastje.

Doel van de proef

- Het bepalen van de brekingsindex van water.

Doel van de proef

Uitvoering

Zet met de stift een verticale streep op de buitenzijde van het doorzichtige bakje, ergens in het midden van de achterwand van het bakje.

Vul vervolgens het doorzichtige bakje voor ongeveer de helft met water.  Plaats het bakje op een vel papier en trek de omtrek van het bakje over op het onderliggende papier.

Als het goed is zal de verticale kras vanuit de voorkant goed te zien zijn door de vloeistof heen (maar ook óver de vloeistof heen, en dan valt meteen de gebroken lichtgang op!).

Kijkend vanuit één positie kan met behoorlijke nauwkeurigheid de richting waarin de kras door de vloeistof heen gezien wordt, worden vastgelegd. Doe dit door twee spelden verticaal te plaatsen, precies in lijn met waar de kras wordt gezien; eentje dichtbij het doosje, eentje op afstand. Markeer de echte kras ook met een speld.

 Verwerking

- Construeer met behulp van de plek van de spelden de stralengang van het licht op het onderliggende papier.

- Bepaal uit de geconstrueerde stralengang de brekingsindex van water.

Conclusie

- Beantwoord de onderzoeksvraag.