QLAB TWENTE: QUANTUM OUTREACH LAB VOOR MIDDELBARE SCHOLIEREN
Ben je natuurkundedocent en wil je je leerlingen wat hands-on experience geven over quantum? Bezoek dan gratis het Qlab van de Universiteit Twente!
In ons Qlab kunnen leerlingen uit vwo 5/6 experimenten uitvoeren om zich wat meer te verdiepen in de quantum concepten die ze op school leren. De practica sluiten naadloos aan op het domein quantumwereld en zijn daarmee een ideale voorbereiding op het eindexamen.
Voor de jongere leerlingen bieden wij een workshop aan over quantumcrytografie. Deze workshop is vakoverstijgend, maar ideaal om de nieuwsgierigheid naar techniek te prikkelen!
QUANTUM PRACTICUM VOOR 5/6 VWO
Voor leerlingen uit 5/6 vwo bieden wij diverse practica aan over quantumconcepten uit het natuurkunde curriculum. De practica zijn ontwikkeld om het begrip over deze vaak abstracte onderwerpen te verdiepen en te versterken.
De practica zijn beschikbaar in twee varianten:
- Een conceptuele versie waarbij leerlingen zich in ongeveer 45 minuten richten op het begrijpen van de onderliggende ideeën.
- Een analytische versie waarin meer nadruk ligt op het werken met formules en berekeningen. Hier zijn leerlingen ongeveer 1,5 tot 2 uur mee bezig.
Momenteel hebben wij practica over de volgende onderwerpen:
Meten aan een waterstofspectrum
Dit experiment onderzoekt het spectrum van een waterstoflamp met behulp van een spectroscoop. Begrippen die aan bod komen:
- Interferentie (constructief en destructief)
- Diffractie
- sin(α_n )=(n⋅λ)/d
- Rekenen aan maxima bij een tralie
- Interferentiepatronen interpreteren als waarschijnlijkheidsverdeling
- Discrete energieniveaus
- Foton energie E=h⋅f
- E_n= -13,6 1/n^2 (in eV)
Tunnelen met licht
Dit experiment onderzoekt het verband tussen de kans op tunneling en de breedte van de barrière. Begrippen die aan bod komen:
- Prisma
- Totale interne reflectie
- Grenshoek
- Tunneling
- Invloed breedte barrière
- Waarschijnlijkheidsverdeling
Materiaal bepalen met het foto-elektrisch effect
Dit experiment onderzoekt welk materiaal er in de vacuumbuis zit met behulp van het foto-elektrisch effect.
- Foto-elektrisch effect
- Foton energie E=h⋅f
- Uittree arbeid
- Kathode/anode
- Vrij elektron
- ΔE_el=qU
- E_kin≤E_f-W_u
Hoe komen kleurstoffen aan hun kleur?
Dit experiment onderzoekt het absorptiegedrag van printerinkt (cyanine-kleurstoffen) met behulp van een transmissie spectrometer. Begrippen die aan bod komen:
- Golfkarakter van materie/elektronen
- Deeltje in een doosje
- Quantisatie
- Energieniveaus
- Pauli principe (één elektron per toestand)
- E_n=(n^2 h^2)/(8mL^2 )
- Lichtspectrum
Constante van planck bepalen met leds
Dit experiment onderzoekt het verband tussen de kleur van een LED en de drempelspanning. Hieruit wordt vervolgens de constante van Planck bepaald. Begrippen die aan bod komen:
- Banddiagram
- Valentieband, geleidingsband, band gap
- Energiebanden
- Energieniveaus
- Uitsluitingsprincipe van Pauli
- Foton energie E=h⋅f
- Constante van Planck
Dubbelspleet experiment
Dit experiment onderzoekt het golfkarakter van licht door te kijken naar het interferentiepatroon van verschillende dubbele spleten en tralies. Begrippen die aan bod komen:
- Golfkarakter van licht
- Interferentie (constructief en destructief)
- Diffractie
- Dubbelspleet
- Tralie
- Redeneren over de invloed van de spleetafstand en spleetbreedte op het interferentiepatroon
Quantumcryptografie escaperoom voor klas 3-6
Voor leerlingen zonder quantumvoorkennis hebben we een escaperoom ontwikkeld rond quantumcryptografie. In deze interactieve activiteit bouwen leerlingen zelf een opstelling om het BB84-protocol (het bekendste protocol voor quantum key distributie) na te bootsen.
Met deze opstelling proberen ze contact te leggen met Alice, die opgesloten zit in een luchtsluis in de ruimte. Lukt het de leerlingen om de geheime code te kraken en haar op tijd te bevrijden?
Tijdens de escaperoom maken de leerlingen kennis met de eigenschappen van licht, ontdekken ze wat polarisatie inhoudt en denken ze kritisch na over het belang van veilige cryptografie in het tijdperk van quantumtechnologie.
Uiteraard is de escaperoom ook mogelijk ter aanvulling op de practica voor 5/6 VWO.
Programma
Een Qlab-workshop is gratis en volledig in te richten naar de wens van de docent. Naast het uitvoeren van practica of de quantumcryptografie escaperoom bieden wij de mogelijkheid tot:
- Een demonstratiepracticum (bijvoorbeeld het dubbelspleet experiment)
- Een rondleiding door het Nanolab en laboratoria
- Campusrondleiding
- Studievoorlichting
Een voorbeeldprogramma* ziet er als volgt uit:
- 10:00 Introductie en demonstratiepracticum
- 10:30 Quantum experimenten
- 12:30 Pauze
- 13:15 Rondleiding langs laboratoria en het Nanolab
- 13:45 Quantumcryptografie escaperoom
- 14:45 Afsluiting
- 15:00 Einde
* Dit is slechts een voorbeeldprogramma. Tijden worden uiteraard afgestemd. Zo is het mogelijk om een dagdeel langs te komen, maar een volledig dagprogramma behoort ook tot de mogelijkheden. De workshops worden verzorgd op maandag, woensdag of donderdag. We verzorgen geen lunch tijdens de workshop. Leerlingen dienen hun eigen lunch mee te nemen.
Interesse in workshop(s) in het Qlab
Wil jij met jouw klas langskomen voor een workshop of heb je een vraag over de workshop? Vul onderstaand formulier in en dan nemen we zo snel mogelijk contact met je op.
