Golf-deeltje dualiteit van licht

Prioriteit: 🟠 Midden

In 3 van de 8 onderzochte examenjaren, als redeneervraag over het dubbelspleet-experiment met enkele fotonen of over het comptoneffect (2–5p).

Wat moet je kunnen?

• Aangeven welk verschijnsel het golfkarakter en welk het deeltjeskarakter van licht laat zien.
• Een interferentiepatroon uitleggen als waarschijnlijkheidsverdeling voor fotondetecties.
• Met het aantal fotonen per seconde aantonen dat er één foton tegelijk in de opstelling is.

De kern

Golfgedrag	Deeltjesgedrag
interferentie, diffractie (zie Diffractie en interferentie)	losse detecties op een scherm (stipjes)
patroon met maxima en minima	foton is ondeelbaar
	comptoneffect: foton botst met elektron, verliest energie ($\lambda$ groter)

• Aantal fotonen per seconde: $N=\frac{P}{E_f}=\frac{P\lambda }{hc}$.
• Eén foton tegelijk: de afstand tussen opeenvolgende fotonen ($\frac{c}{N}$) is groter dan de opstelling.
• Het patroon ontstaat toch: elk foton “interfereert met zichzelf”. De kans per foton hangt niet af van eerdere fotonen.
• Welke-weg-informatie (meten door welke spleet) laat het interferentiepatroon verdwijnen.
• Ook elektronen tonen dit: zie De Broglie-golflengte.

Zo wordt het gevraagd

• Aantonen dat er gemiddeld één foton tegelijk tussen filter en dubbelspleet is, via laservermogen en fotonenergie (2024-2 vraag 18, 5p).
• Een foutieve redenering weerleggen: de kans per foton is onafhankelijk van het al opgebouwde patroon (2024-2 vraag 20).
• Grotere golflengte van het verstrooide foton verklaren met het comptoneffect (2022-3 vraag 18, 4p).
• Weerleggen dat fotonen bij een tralie geen kansverdeling hebben (2025-2 vraag 11).

Uitgewerkt voorbeeld

Eén foton tegelijk (examenstijl, vergelijk 2024-2 vraag 18)

Een verzwakte laser van 633 nm heeft een vermogen van $1,0\cdot 10^{-12}$ W.

1. $E_f=\frac{hc}{\lambda }=3,14\cdot 10^{-19}$ J
2. $N=\frac{1,0\cdot 10^{-12}}{3,14\cdot 10^{-19}}=3,2\cdot 10^6$ fotonen per seconde
3. Afstand tussen fotonen: $\frac{c}{N}=\frac{3,0\cdot 10^8}{3,2\cdot 10^6}=$ 94 m

De opstelling is veel korter dan 94 m, dus er is meestal hoogstens één foton tegelijk. ✓

Valkuilen

• Denken dat fotonen met elkaar interfereren (bij één foton tegelijk kan dat niet).
• Het vermogen van de laser niet delen door de energie van één foton.
• Het comptoneffect als golfverschijnsel noemen.

Test jezelf

Waarom zie je bij heel weinig fotonen eerst losse stipjes en pas later een patroon?

Elke detectie is een los foton (deeltje); de verdeling van veel stipjes volgt de kansverdeling (golf).

Wat gebeurt er met het patroon als je meet door welke spleet elk foton gaat?

Het interferentiepatroon verdwijnt.

Examenvragen om te oefenen

Doe deze vragen uit echte examens

• 2024 tijdvak 2, vraag 18–21: kofferexperiment met enkele fotonen (5p + 2p + 2p + 2p)
• 2022 tijdvak 3, vraag 18–19 en 21: comptoneffect (4p + 3p + 4p)
• 2025 tijdvak 2, vraag 11: kansverdeling bij een tralie (2p)

Alle vindplaatsen

Aangetroffen in 3 van de 8 onderzochte examenjaren (2018-2026, 2020: geen examen gehouden) — 37,5%.

• 2025 tijdvak 2: vraag 11
• 2024 tijdvak 2: vraag 18, 19, 20, 21
• 2022 tijdvak 3: vraag 18, 19, 21

---

Ondersteunende onderwerpen

• Uitzending en absorptie van straling

Onderwerpen die dit ondersteunt

• Diffractie en interferentie
• De Broglie-golflengte