NASIONALE SENIOR SERTIFIKAAT EKSAMEN FISIESE WETENSKAPPE: FISIKA (V1) GRAAD 12 SEPTEMBER 2014

Transcript

1 NSIONLE SENIOR SERTIFIKT EKSMEN FISIESE WETENSKPPE: FISIK (V1) GRD 1 SEPTEMBER 014 PUNTE: 150 TYD: 3 UUR Hierdie vraestel bestaan uit 16 bladsye en inligtingsblaaie

2 Fisiese Wetenskappe/V1 DBE/September 014 INSTRUKSIES EN INLIGTING 1. Skryf jou naam op die antwoordstel.. Beantwoord al die vrae op die antwoordstel. 3. Hierdie vraestel bestaan uit TWEE afdelings: FDELING : (0) FDELING B: (130) 4. Jy mag n nie-programmeerbare sakrekenaar gebruik. 5. Jy mag toepaslike wiskundige instrumente gebruik. 6. Nommer die antwoorde korrek volgens die numeringstelsel wat in hierdie vraestel gebruik is. 7. JY WORD NGERI OM DIE NGEHEGTE INLIGTINGSBLIE TE GEBRUIK. 8. Gee kort motiverings, besprekings, ensovoorts waar nodig. 9. Rond jou finale numeriese antwoorde tot n minimum van TWEE desimale plekke af.

3 Fisiese Wetenskappe/V1 3 FDELING DBE/September 014 VRG 1: MEERVOUDIGEKEUSE-VRE Vier opsies word as moontlike antwoorde vir die volgende vrae gegee. Elke vraag het slegs EEN korrekte antwoord. Kies die korrekte antwoord en skryf slegs die ooreenstemmende letter ( D) langs die vraagnommer ( ), op jou NTWOORDSTEL neer. 1.1 n Bal, massa m, beweeg na n muur, bots onelasties met die terug. muur en beweeg v i v f Watter een van die volgende diagramme dui die verwantskap tussen die aanvanklike momentumm (p i ) van die bal, die eindmomentum (pp f ) van die bal en die momentumverandering ( p) wat die bal ervaar, korrek aan? p p i p f B p p i p f C p p i p f D p p i p f () 1. Twee asteroïdes, km van mekaar af, trek mekaar met n gravitasiekrag F aan. Indien die twee asteroïdes weg van mekaar tot n afstand van 000 km beweeg, sal die grootte van die nuwe gravitasiekrag wees B C D 4 ()

4 Fisiese Wetenskappe/V1 4 DBE/September n Bal word vertikaal afwaarts gegooi vanaf n sekere hoogte bokant die vloer. Die bal bons n aantal kere van die vloer af. Die snelheid-tydgrafiek hieronder stel die beweging van die bonsende bal voor van die oomblik wat dit gegooi is. Ignoreer die effek van lugwrywing. Snelheid (m s -1 ) P Q R S Tyd (s) Watter punt (P, Q, R of S) op die grafiek stel die koördinate van die maksimum hoogte na die eerste bons, voor? P B C D Q R S () 1.4 n Konstante krag F toegepas op n voorwerp, veroorsaak n verandering in posisie x. Die grafiek van krag teenoor posisie van die voorwerp word hieronder getoon. Neem aan die krag F en die verandering van posisie van die voorwerp is in dieselfde rigting. Krag (N) F x Posisie (m) Watter EEN van die volgende stellings is korrek? B C Die gradiënt van die grafiek stel die netto arbeid verrig deur die krag, voor. Die gradiënt van die grafiek stel die verandering in kinetiese energie, voor. Die oppervlak onder die grafiek stel die arbeid verrig deur die krag, voor. D Die oppervlak onder die grafiek stel die drywing gelewer deur die krag, voor. ()

5 Fisiese Wetenskappe/V1 5 DBE/September Die rede waarom die waargenome toonhoogte van n ambulans afneem as die ambulans wegbeweeg vanaf n stilstaande waarnemer, is omdat daar n B C afname is in die amplitude van die klankgolf. toename is in die amplitude van die klankgolf. afname is in die golflengte van die klankgolf. D toename is in die golflengte van die klankgolf. () 1.6 Twee identiese metaalsfere X en Y, op geïsoleerde staanders, dra ladings van +6 nc en - nc onderskeidelik. Y word in kontak met X gebring. Daarna word Y op sy oorspronklike posisie teruggeplaas. +6 nc - nc X Y Die finale lading op elke sfeer is: X Y 0 nc 0 nc B 3 nc -1 nc C nc nc D 4 nc 4 nc ()

6 Fisiese Wetenskappe/V1 6 DBE/September In die onderstaande stroombaan is die interne weerstand van die battery weglaatbaar. V S Skakelaar S word gesluit. Watter een van die volgende stel die verandering in die lesings op die voltmeter en ammeter voor? Voltmeterlesing mmeterlesing Toeneem Toeneem B Toeneem fneem C fneem fneem D fneem Toeneem () 1.8 In die onderstaande stroombaandiagram is die drywing in die 3 Ω resistor, P. Die drywing in die 6 Ω resistor is 3 Ω 6 Ω B C D 4 ()

7 Fisiese Wetenskappe/V1 7 DBE/September n Elektriese strykyster is gemerk W ; 0 V. Dit neem 3 ure om n bondel wasgoed te stryk. Die koste aan elektrisiteitsverbruik om die wasgoed te stryk, indien die koste van elektrisiteit R1,30 per kwh is, is R 1,8 B R 5,46 C R 8,58 D R 18,0 () 1.10 Blou lig van verskillende intensiteit word op n foto-elektriese sel geskyn. Foto-elektrone word uit die metaal vrygestel. Watter EEN van die volgende grafieke toon die korrekte verwantskap tussen die maksimum kinetiese energie van die vrygestelde foto-elektrone, teenoor die intensiteit van die invallende lig? Ek Ek Intensiteit Ek Ek B Intensiteit Intensiteit Intensiteit C D () TOTL FDELING : [0]

8 Fisiese Wetenskappe/V1 8 DBE/September 014 FDELING B INSTRUKSIES 1. Begin elke vraag op n nuwe bladsy.. Laat n reël oop tussen subvrae, byvoorbeeld tussen VRG.1 en VRG.. 3. Toon die formules en vervangings / substitusies in LLE berekeninge. 4. Rond numeriese antwoorde tot TWEE desimale plekke af. VRG (Begin op n nuwe bladsy) n Ligte onelastiese tou verbind twee blokke met massas van 1,5 kg en kg onderskeidelik. n Krag word teen n hoek van 0 op blok uitgeoefen. B 1,5 kg kg 0 F Wanneer n krag F van 8,5 N op blok uitgeoefen word, beweeg die blokke teen n KONSTNTE SNELHEID oor die ruwe oppervlak..1 Bereken die horisontale komponent van die toegepaste krag F. (). Bereken die grootte van die normaalkrag wat op blok inwerk. (3).3 Bereken die kinetiese wrywingskoëffisiënt tussen die blokke en die ruwe oppervlak. (4).4 Hoe sal die wrywingskrag op blok verander, indien die hoek waarteen die krag uitgeoefen word, verander na 15? Skryf slegs TOENEEM, FNEEM of BLY DIESELFDE. (1) [10]

9 Fisiese Wetenskappe/V1 9 DBE/September 014 VRG 3 (Begin op n nuwe bladsy) n Seun skop n bal vertikaal opwaarts vanaf n hoogte van 0,6 m bokant die grond. Die bal trek verby die bopunt van n gebou, 1 m hoër as die punt vanwaar die bal geskop is. Die bal tref die dak van die gebou 3,1 s nadat die bal geskop is. Die bal bons n keer op die dak van die gebou en kom dan tot rus. Ignoreer alle effekte van lugweerstand. X 1 m 0,6 m 3.1 Skryf die grootte en rigting van die versnelling van die bal by punt X, neer. () 3. Bereken die grootte van die snelheid waarmee die bal geskop is. (4) 3.3 Bereken die maksimum hoogte wat die bal bo die grond bereik. (4) 3.4 Verwys na die skets en klassifiseer die botsing van die bal op die dak as ELSTIES of ONELSTIES. Gee n rede vir die antwoord. () 3.5 Skets n posisie-tydgrafiek vir die volledige beweging van die bal, vandat dit geskop is tot die bal tot rus kom. Gebruik die bopunt van die gebou as die verwysingspunt (nulpunt). Toon die volgende duidelik op die grafiek aan: Die posisie van die bal toe die seun dit skop. Die posisie by punt X. Die tyd wanneer die bal die dak die eerste keer tref. (5) [17]

10 Fisiese Wetenskappe/V1 10 DBE/September 014 VRG 4 (Begin op n nuwe bladsy) n Seun op rolskaatse met sy hande op n volgelaaide trollie, massa 18 kg, beweeg wes teen 5 m s -1 oor n wrywinglose oppervlak, soos in die skets getoon. Die seun stamp die trollie sodat die seun na die stamp teen 1 m s -1 oos beweeg. Die massa van die seun en sy rolskaatse is 45 kg. N 5 m s -1 W S O 18 kg 4.1 Gee die behoudswet wat geld tydens die interaksie tussen die seun en die trollie. () 4. Bereken die snelheid van die trollie direk nadat die seun dit gestamp het. (4) 4.3 Tydens die stamp-aksie van die seun op die trollie, ervaar die trollie n impuls. Hoe vergelyk die grootte van die impuls wat die seun ervaar met dié van die trollie? Skryf GROTER, KLEINER of DIESELFDE en verklaar jou antwoord. (3) 4.4 Indien die krag vir 0,4 s op die trollie uitoefen word, bereken die krag wat die seun op die trollie uitoefen. (4) [13]

11 Fisiese Wetenskappe/V1 11 DBE/September 014 VRG 5 (Begin op n nuwe bladsy) n Konstante krag F word toegepas op n krat met n massa van 5 kg om dit teen n wrywinglose skuinste op te beweeg. Wanneer die krat punt bereik, beweeg dit teen n spoed van 1 m s -1 en 10,8 m s -1 wanneer dit punt B bereik, 3,5 m verder teen die skuinste op. 1 m s -1 F 3,5 m B Teken n vrye kragtediagram om L die kragte aan te dui wat op die krat inwerk, terwyl dit teen die skuinste opbeweeg. (3) 5. Bly die meganiese energie behoue tydens die beweging? Skryf J of NEE en verduidelik die antwoord kortliks. () 5.3 Skryf die naam neer van die konserwatiewe krag wat op die krat inwerk. (1) 5.4 Verduidelik waarom die normaalkrag geen arbeid op die krat verrig tydens die beweging teen die skuinste nie. (1) 5.5 In watter rigting werk die netto krag op die blok in soos dit teen die skuinste op beweeg? Skryf slegs van N B of van B N neer. (1) 5.6 Gebruik ENERGIE-BEGINSELS om die grootte van krag F te bereken. (6) [14] VRG 6 (Begin op n nuwe bladsy) n Walvis swem teen 8 m s -1 reguit na n stilstaande duikboot. Die sonarstelsel van die duikboot het n frekwensie van Hz. Neem die spoed van die sonargolf in seewater as m s -1. Duikboot 8 m s -1 Walvis 6.1 Definieer die Doppler-effek. () 6. Hoe vergelyk die frekwensie wat die walvis waarneem met die frekwensie wat die duikboot uitstuur? Skryf slegs HOËR, LER of BLY DIESELFDE. (1) 6.3 Bereken die frekwensie van die klankgolf wat die walvis sal hoor. (4)

12 Fisiese Wetenskappe/V1 1 DBE/September 014 Die Doppler-effek word ook gebruik om die beweging van verafgeleë sterre te monitor. Tydens so n studie van n ster, word waargeneem dat die absorpsielyn van rooi lig verskuif het na 688 nm. Op die aarde word die absorpsielyn van rooi lig waargeneem by 653 nm. 6.4 Beweeg die verafgeleë ster NDER N of VERDER WEG van die aarde? Gee n rede vir jou antwoord. (4) [11] VRG 7 (Begin op n nuwe bladsy) n Puntlading Q van -4 nc word 6 mm oos vanaf n identiese puntlading Q 1 geplaas, soos in die skets getoon. Punt X is n afstand d oos van Q. N d Q 1-4 nc 6 mm Q -4 nc X W S O 7.1 Skets die netto elektriese veldpatroon as gevolg van ladings Q 1 en Q. (3) 7. Die elektriese veld by punt X as gevolg van SLEGS Q 1 is 4, N C -1 wes. Bereken die afstand d. (5) n Lading Q 3 van -5 nc word nou 10 mm reg noord van lading Q 1 geplaas. -5 nc Q 3 10 mm Q 1 6 mm Q 7.3 Skryf Coulomb se wet in woorde neer. () 7.4 Bereken die grootte van die netto krag wat die lading Q 1, as gevolg van ladings Q en Q 3, ervaar. (6) [16]

13 Fisiese Wetenskappe/V1 13 DBE/September 014 VRG 8 (Begin op n nuwe bladsy) Leerders ondersoek die geleidingsvermoë van twee metaaldrade P en Q wat van verskillende materiale gemaak is. Hulle verbind een draad op n slag in n stroombaan soos hieronder getoon. Draad V Die potensiaalverskil oor elke draad word met gelyke hoeveelhede verhoog en die stroom word telkens in die draad gemeet. Die leerders stel hul waarnemings in die volgende sketsgrafiek voor. Draad P Stroom () Draad Q Potensiaalverskil (V) 8.1 Skryf die ondersoekende vraag neer. () 8. Noem TWEE veranderlikes wat die leerders in elk van die ondersoeke konstant moes hou. () 8.3 Deur na die gradiënte van die grafieke te verwys, bepaal watter een van die drade is die beter geleier. Skryf slegs P of Q neer en verduidelik die antwoord volledig. (3) [7]

14 Fisiese Wetenskappe/V1 14 DBE/September 014 VRG 9 (Begin op n nuwe bladsy) In die onderstaande stroombaandiagram het die gloeilamp L n weerstand van 40 Ω en die battery n interne weerstand van 3 Ω. Die lesing op die voltmeter verminder met 4,5 V wanneer die skakelaar S gesluit word. 3 Ω S V 30 Ω 0 Ω L 40 Ω 9.1 Verduidelik waarom daar n afname in die voltmeterlesing is wanneer skakelaar S gesluit word. () 9. Die skakelaar S word gesluit. Bereken die: 9..1 stroom deur die battery. (3) 9.. emk van die battery. (5) 9..3 lesing op die ammeter. (3) 9.3 Die 0 Ω resistor brand skielik uit. Hoe sal die drywing van die gloeilamp L verander? Skryf slegs TOENEEM, FNEEM of BLY DIESELFDE neer en verduidelik die antwoord volledig. (4) [17]

15 Fisiese Wetenskappe/V1 15 DBE/September 014 VRG 10 (Begin op n nuwe bladsy) Die volgende vereenvoudigde sketse toon n wisselstroom (WS) generator wat kloksgewys geroteer word. Skets Skets B N S N S X Y 10.1 Skryf die energie-omskakeling wat in n WS generator plaasvind, neer. (1) 10. Skryf die naam neer van komponent X 10.. Y (1) (1) 10.3 Die maksimum stroomuitset van hierdie WS generator is 1. n Grafiek van die potensiaalverskil-uitsette van die generator teenoor tyd, word hieronder getoon: 400 Potensiaalverskil (V) t 1 Tyd (s) Watter EEN van die sketse ( of B) toon die posisie van die spoel op tyd t 1 op die grafiek? (1) Bereken die gemiddelde drywingslewering van die generator. (5) [9]

16 Fisiese Wetenskappe/V1 16 DBE/September 014 VRG 11 (Begin op n nuwe bladsy) Lig van verskillende frekwensies word op die metaalkatode R van n fotosel geskyn. Die kinetiese energie van die vrygestelde foto-elektrone word gemeet en in die volgende grafiek aangedui: Ek (J) R P 5,79 Frekwensie ( Hz) 11.1 Verduidelik waarom geen foto-elektrone vrygestel word wanneer lig van frekwensie P, gebruik word nie. (1) 11. Die fotosel word nou vervang met een met n metaalkatode S en lig van verskillende frekwensies word daarop geskyn. Metaalkatode S het n hoër werksfunksie as metaalkatode R. Teken bostaande grafiek oor op jou antwoordestel. Toon die verwantskap tussen die frekwensie en kinetiese energie van die vrygestelde foto-elektrone vanuit metaalkatode S, op dieselfde assestelsel aan. Benoem die grafieke duidelik R en S. () Ultravioletlig met n frekwensie van 1, Hz word op die oppervlak van metaalkatode R geskyn. Foto-elektrone word wel vrygestel Bereken die energie van n foton van ultravioletlig. (3) 11.4 Bereken die maksimum kinetiese energie van die foto-elektrone. (4) [10]

17 Fisiese Wetenskappe/V1 17 DBE/September 014 VRG 1 (Begin op n nuwe bladsy) Die volgende stel die verskillende energievlakke van n waterstofatoom voor, asook die ooreenstemmende energiewaarde, in joule (J), van elke energievlak. ENERGIE VLK n = 4 n = 3 é ENERGIE WRDE E = -1, J E = -, J n = E = -5, J n = 1 E = -, J 1.1 Die kleur van lig en die ooreenstemmende golflengte daarvan word in die onderstaande tabel gegee. KLEUR GOLFLENGTE ( 10-9 m) Rooi 650 Oranje 590 Geel 570 Groen 510 Blou 475 Violet 400 Maak gebruik van hierdie tabel en bepaal watter kleur lig uitgestraal word wanneer die elektron van die derde na die tweede energievlak terugval. Toon LLE berekeninge. (6) [6] TOTL FDELING B: [130] GROOTTOTL: 150

18 Fisiese Wetenskappe/V1 18 DBE/September 014 GEGEWENS VIR FISIESE WETENSKPPE GRD 1 VRESTEL 1 (FISIK) TBEL 1: FISIESE KONSTNTES NM SIMBOOL WRDE Swaartekragversnelling g 9,8 m s - Universele gravitasiekonstante G 6, N m kg Radius van arde R 6, m Massa van arde M 5, kg Spoed van lig in 'n vakuum c 3,0 x 10 8 m s -1 Planck se konstante h 6,63 x J s Coulomb se konstante k 9,0 x N m C Lading op elektron e -1,6 x C Elektronmassa m e 9,11 x kg TBEL : FORMULES BEWEGING v = v + a t v f f i i f i = v + a x OF v = v + a y x 1 = v i t + a t OF y = v t + i 1 a t v i + v f v i + v f x = t OF y = t KRG F net = ma p = mv F net t = p p = mv f mv i w = mg F= Gm 1m r g= Gm r f s(maks) = µ s N f k = µ k N RBEID, ENERGIE EN DRYWING W = F x cos θ U = mgh OF E P = mgh 1 1 W net = K OF W net = E k K = mv OF E k = mv K = K f K i OF Ek = E kf - E ki W W nc = K + U OF W nc = E k + E p P= t P gem = F v gem

19 Fisiese Wetenskappe/V1 19 DBE/September 014 GOLWE, KLNK EN LIG v = f λ f v ± v 1 T = f L L = fs hf v ± v s E = OF E = h c λ E = W o + K maks OF E = W o + E k(maks) waar E = hf en W o = hf o en K maks = 1 mv maks OF E k(maks) = 1 mv maks ELEKTROSTTIK F = E = kq Q F q 1 r E = V = kq r W q n = Q e OF n = Q q e ELEKTRIESE STROOMBNE V I R = emk (E) = I(R + r) Rs = R1 + R = R R R p 1 W = Vq W = VI t W = I R t W = V t R q = I P = P = I t W t P = VI R V P = R WISSELSTROOM I I = V wgk wgk = maks V maks P P P = gemiddeld V wgk = gemiddeld I wgk gemiddeld = V R I R wgk wgk