Fisiese Wetenskappe Vraestel 1 Afdeling A Vraag 1: Eenwoorditems Gee EEN woord/term vir elk van die volgende beskrywings. Skryf slegs die korrekte woord/ term langs die vraagnommer (1.1 1.5) in die ANTWOORDBOEK neer. 1.1 Die maateenheid wat gelykstaande is aan een Newton-sekonde. 1 1.2 Die tempo waarteen werk verrig word. 1 1.3 Die tipe spektrum wat gevorm word wanneer wit lig deur n koue gas gaan teen lae druk. 1 1.4 Die verhouding van die toegepaste potensiaalverskil tot die stroom deur n geleier. 1 1.5 Die eenheid vir elektriese veldsterkte. 1 5 Vraag 2: Meervoudigekeuse vrae Vier opsies word as moontlike antwoorde vir die volgende vrae gegee. Elke vraag het slegs EEN korrekte antwoord. Kies die antwoord en skryf slegs die letter (A D) langs die vraagnommer (2.1 2.10) in die ANTWOORDEBOEK neer. 1
2.1 Twee staalballe beweeg na mekaar toe. Hulle bots kop-aan-kop en kom direk na die botsing tot stilstand. Dit is slegs moontlik as A hulle spoed voor die botsing dieselfde was B hulle snelhede dieselfde was C hulle massas dieselfde was D die grootte van hulle momentums dieselfde was. 2.2 n Krag F werk in op n voorwerp. Die krag doen slegs werk op die voorwerp as A die rigting van die krag loodreg is op die rigting van beweging van die voorwerp B die krag groter as die gewig van die voorwerp is C daar geen friksie op die voorwerp is nie D die krag n resulterende komponent in die rigting van die beweging het. 2.3 Snoekerbal X beweeg aanvanklik teen n horisontale snelheid van 6ms -1 na regs en bots teen twee identiese snoekerballe Y en Z wat stilstaande is. X 6ms 1 Y Z As beide momentum en kinetiese energie behoue bly tydens die botsing, dui aan watter antwoord die korrekte horisontale snelheid in ms -1 gee vir die drie snoekerballe ná die botsing: X Y Z A 0 0 0 B 0 2 4 C 2 2 2 D 0 0 6 2.4 Twee pulse nader mekaar op n sluipveer. Elk een het n amplitude van n meter soos in die volgende illustrasie getoon word. 2
Wanneer hulle ontmoet, lyk hulle gekombineerde puls so: 2.5 Wanneer monochromatiese rooi lig deur n enkelspleet beskou word, word n sentrale band rooi lig waargeneem. Aan elke kant van die sentrale rooi band is daar donker bande wat met smaller rooi bande afwissel. Hierdie verskynsel is die resultaat van: A rooi lig bestaan uit rooi en donkerder frekwensie lig B dele van die rooi lig word na die ligbron terug weerkaats C die ligstrale word opgebreek en die opgebreekte strale toon konstruktiewe en destruktiewe interferensie D die gas waardeur die strale beweeg, absorbeer sekere frekwensies. 2.6 In die volgende stroombaan word die weerstand van die veranderlike resistor R V verlaag. Hoe sal hierdie verandering die lesings op die voltmeter en die ammeter raak? Voltmeter Ammeter A Onveranderd Neem af 3
B Neem af Verhoog C Verhoog Onveranderd D Onveranderd Verhoog 2.7 n Parallelplaatkapasitor het n elektriese veldsterkte van E tussen die plate wanneer n spanning V oor die plate toegepas word. Die plate is d meters uitmekaar. Watter van die volgende aanpassings moet gemaak word om n veldsterkte van 2E tussen die plate te verkry? Spanning oor plate Afstand tussen plate A 2V 2d B 2V ½ d C V 2d D V ` ½ d 2.8 M is n gelaaide voorwerp en X is n klein positiewe lading wat n afstand d meter van M geplaas word. As die lading op X 1μC is en die elektriese veldsterkte by X vanweë die lading op M 9x10 6 N.C -1 is, is die krag F op X vanweë hierdie elektriese veld: A 1x 10-6 N B 9N C 0N D 9x10 12 N 2.9 n Lynemissiespektrum word gevorm wanneer elektrone in die atoom beweeg van: A hoër na laer energievlakke en energie as lig vrystel B hoër na laer energievlakke en ligenergie absorbeer C laer na hoër energievlakke en energie as lig vrystel D laer na hoër energievlakke en ligenergie absorbeer 2.10 Watter een van die volgende elektromagnetiese golwe het die kortste golflengte? A X-strale B Ligstrale C Gammastrale D Radiogolwe. 10 x 2 =20 Totaal Afdeling A= 25 4
Afdeling B Vraag 3 Thembi besluit om die beweging van n bal te ondersoek wanneer dit op die grond hop. Die grafiek hieronder toon die snelheid-tyd-grafiek vir n bal wat vertikaal hop en wat by A bo die grond vrygelaat word en die grond by B tref. Die uitwerking van lugweerstand is buite berekening gelaat. v B 0 A D t C 3.1 Sê wat die gradiënt van n snelheid-tyd-grafiek voorstel. 1 3.2 Verduidelik waarom die gradiënt van die lyn AB dieselfde is as die lyn CD. 2 3.3 Sê wat die gebied tussen die lyn AB en die tyd-as voorstel. 2 3.4 Sê waarom die snelheid by C negatief is. 1 3.5 Sê waarom die spoed by C minder is as die spoed by B. 2 Die bal het n massa van 0.15 kg en word van n aanvanklike hoogte van 1.2 m laat val. Na die impak hop die bal weer terug tot n hoogte van 0.75 m. Bereken: 3.6 die spoed van die bal onmiddellik voor impak met die grond. 3 3.7 die spoed van die bal onmiddellik na impak met die grond. 2 3.8 die verandering in momentum van die bal as gevolg van die impak. 3 3.9 die resulterende gemiddelde krag wat gedurende die impak op die bal inwerk as dit vir 0.10 s in kontak met die grond is. 3 19 Vraag 4 4.1 Stel die wet van die behoud van momentum. 2 4.2 Tim het n massa van 70 kg en Jane het n massa van 45 kg. Hulle besoek n pretpark waar hulle besluit om op die stampkarretjies te ry. Die karretjies is identies en het n massa van 200 kg elk met n dik rubberbufferstrook rondom die karretjie om skade aan die karretjie te voorkom en om elastiese botsings te simuleer. Tim beweeg teen n spoed van 2,4 m.s -1 oor die gladde oppervlak en bots met Jane se stilstaande karretjie. Ná die botsing gaan Tim voort om in dieselfde rigting te beweeg teen 0,8 m.s -1 terwyl Jane in dieselfde rigting beweeg. 5
4.2.1 Bereken Jane se snelheid ná die botsing. 4 4.2.2 Was hierdie n elastiese botsing? Bewys jou antwoord met die nodige berekenings. 5 Vraag 5 Philemon stoot n kruiwa 10 m teen n oprit op tot n vertikale hoogte van 1,5 m. Hy pas n krag van F toe om die kruiwa te stoot wat n massa van 120 kg het. Daar is n konstante wrywingskrag van 50N tussen die wiel van die kruiwa en die oppervlak van die oprit. 5.1 Teken n vryeliggaamdiagram van al die kragte wat op die kruiwa inwerk. 3 5.2 Wat is die grootte van die netto krag wat op die kruiwa inwerk? Verduidelik jou antwoord. 2 5.3 Wat is die grootte van die netto werk wat op die kruiwa verrig word om die bopunt van die oprit te bereik? 1 5.4 Bereken die werk wat deur Philemon op die kruiwa verrig word. 5 5.5 Bereken die grootte van die krag F wat deur Philemon op die kruiwa uitgeoefen word. 4 15 Vraag 6 Die klankspan van n rockgroep is besig om die klankstelsel voor n groot konsert op te stel. Tegnikus A posisioneer twee luidsprekers, een aan elke kant van die verhoog met albei wat direk in die rigting wys waar die gehoor sal staan. Om die luidheidinstellings te toets, saai hy die klank van n enkelfrekwensie gelyktydig deur elke luidspreker uit. Tegnikus hoor n ontsettende harde klank en sê dat die volume verminder moet word. Tegnikus C hoor bykans niks nie en sê dat die volume harder gestel moet word. 6
6.1 Skets n diagram om die golffronte te illustreer wat uit die twee luidsprekers voortkom. Dui met n kruisie aan waar Tegnikus B moontlik staan en met n donker kolletjie waar tegnikus C moontlik staan. 5 6.2 Noem die golfverskynsel wat daartoe lei dat Tegnikus C omtrent geen klank hoegenaamd hoor nie. 2 6.3 Verduidelik kortliks waarom die patroon van harde en sagte streke nie tydens die werklike rockkonsert deur die gehoor opgetel word nie. 2 Vraag 7 n Ambulans jaag teen n spoed van 108km.h -1 na die hospitaal met sy sirene aan. Die sirene het n frekwensie van 400Hz. n Man wat teen n spoed van 6km.h -1 in die teenoorgestelde rigting langs die pad loop, hoor die sirene maar hou aan loop. Die ambulans gaan by hom verby en gaan voort om van hom weg te beweeg, met die sirene nog steeds aan. 7.1. Beskryf die Doppler-effek 2 7.2 Beskryf wat die man sal hoor wanneer die ambulans na hom toe beweeg en wanneer dit weg van hom af beweeg. 2 7.3 Bereken die verandering in frekwensie wat deur die man gehoor is toe die ambulans na hom toe beweeg het. (Neem die spoed van klank in lug as 340m.s -1 ) 5 7
Vraag 8 Die diagram toon twee klein metaalsfere P en Q op geïsoleerde staanders. P dra n lading van-4μc terwyl C n lading van +6μC dra. Die sfere is 10 mm uitmekaar. 8.1 Stel Coulomb se konstante in woorde. 2 8.2 Skets die elektriese veldpatroon tussen die twee sfere. 2 8.3 Bereken die oortollige elektrone op P. 1 8.4 Bereken die grootte van die krag wat die twee ladings op mekaar uitoefen. 3 8.5 Wat sal met hierdie krag gebeur as die afstand tussen die sfere verdubbel word? 2 8.6 Is hierdie krag aantrekkend of afstotend? 1 8.7 Die twee sfere word in kontak met mekaar gebring en dan na hulle oorspronklike posisies teruggeplaas. Wat is die nuwe lading(s) nou op elke sfeer? 2 13 Vraag 9 Jy word die volgende elektriese komponente gegee: n battery met emk van 12 volt n voltmeter met reeks 0-12V n ammeter met reeks 0-10A n veranderlike resistor 1 meter nichroomdraad met onbekende weerstand geïsoleerde koperdraad met onbeduidende weerstand. 9.1 Stel Ohm se wet. 2 9.2 Gebruik die komponente wat gegee is en teken n stroombaandiagram om die weerstand van die nichroomdraad te bepaal. 3 9.3 Die volgende lesings is uit n soortgelyke eksperiment verkry: Potensiaalverskil oor die nichroomdraad (V) : 1,5 3,0 4,5 6,0 Stroom deur die nichroomdraad (A) : 1,0 2,0 3,0 4,0 Gebruik hierdie resultate om n grafiek van potensiaalverskil teen stroom te teken. 3 9.4 Dui aan watter die afhanklike veranderlike is en watter die onafhanklike v eranderlike is. 2 9.5 Ohm se wet skryf een voorwaarde voor vir die wet om van toepassing te wees. Watter veranderlike moet gedurende die eksperiment beheer word? 1 9.6 Gebruik die grafiek om die verhouding van potensiaalverskil tot stroom vir die nichroomdraad te bepaal. 2 9.7 Wat is die weerstand van die nichroomdraad? 1 14 8
Vraag 10 n Battery met n emk van 24V en n weerstand van r Ω word aan die volgende stroombaan gekonnekteer. Voltmeter V toon n lesing van 21V. 10.1 Bereken die volgende: 10.1.1 Die totale eksterne weerstand van die stroombaan 2 10.1.2 Die stroom deur R 2 2 10.1.3 Die potensiaalverskil oor R 2 2 10.1.4 Die weerstand van R 1 2 10.1.5 Die effektiewe weerstand van die parallelkombinasie van R 1 en R 2 2 10.1.6 Die weerstand van R 3 2 10.1.7 Die interne weerstand van die battery. 3. 15 Vraag 11 Die volgende figuur toon die basiese onderdele van n ac-kragopwekker: 9
11.1 Wanneer die spoel in die magnetiese veld beweeg, word n emk in die geleier opgewek. Wat word hierdie verskynsel genoem? 1 11.2 Watter energie-oordrag vind in die kragopwekker plaas? 2 11.3 Die opgewekte stroom word by die kommutators A en B gelewer. Wat word komponente C en D genoem en wat is hulle funksie? 1 11.4 Die kragopwekkers in ESKOM se kragstasies lewer ac-stroom. Hoekom word wisselstroom gebruik om elektrisiteit van kragstasies te versprei? 2 11.5 n Direkte stroom-motor se konstruksie is baie soortgelyk aan n wisselstroomopwekker. Wat is die enigste verskil in die struktuur tussen n ac-opwekker en n dc-motor? 1 11.6 n Waterverhittingstoestel is 2000W, 230V, 50Hz gemerk. Bereken die maksimum spanning deur die toestel. 2 9 Vraag 12 Albert Einstein het in 1921 die Nobelprys vir Fisika ontvang vir sy ontdekking van die Fotoëlektriese Effek. Sy werk het die argument oor of lig partikeleienskappe het, beëindig. Die diagram hieronder toon n eksperimentele opstelling wat gebruik word om aspekte van die fotoëlektriese effek te demonstreer. Blou lig met n golflengte van of 4,5x10-7 m word gestraal op n barium-metaaloppervlak met n werkfunksie W o = 2,48 ev (1eV =1,6x10-19 J) 12.1 Beskryf die fotoëlektriese effek. 2 12.2 Bereken die energie van n foton van die blou lig. 3 12.3 As hierdie lig elektrone uit die metaal kan vrystel, wat sal die spoed van hierdie elektrone wees? 4 12.4 Sal die elektrone vinniger of stadiger beweeg as lig met n golflengte van 9,5x10-7 m gebruik word? Verduidelik jou antwoord. 2 11 15 10