Eindexamen natuurkunde 1 vwo 2008-II

Transcriptie

1 Beoordelingsmodel Opgave Friteuse maximumscore 3 uitkomst: R = 9,4 Ω voorbeeld van een berekening: P = UI 800 = 30I I = 7,86 A U 30 R = = = 9,4 Ω I 7,86 gebruik van P = UI met U = 30 V gebruik van U = IR completeren van de berekening maximumscore 4 uitkomst: c =,8 0 J kg K 3 voorbeeld van een bepaling: Temperatuurverschil na 00 s: Δ T = 9 = 69 C. 5 Toegevoerde warmte van 0 s tot 00 s: Q = Pt = = 3,60 0 J. Q = c m Δ T + C ΔT c vet vet vet pan Q C ΔT = = =, 8 0 J kg K m ΔT, vet 5 3 pan 3,60 0, bepalen van de temperatuurstijging in de eerste 00 s (met een marge o van C ) inzicht dat Q = Pt inzicht dat Q = cvetmvet Δ T + Cpan Δ T completeren van de bepaling www. - -

2 3 maximumscore 3 voorbeelden van een antwoord: methode De temperatuurdaling per seconde als er geen warmte wordt toegevoerd, kan met de steilheid van een dalend stuk van een zaagtand bepaald worden. De afgestane warmte per seconde is: ( Cvet + Cpan ) temperatuurdaling per seconde. C pan is gegeven en C vet kan berekend worden met Cvet = mc, waarin m de massa van het vet is en c de in de vorige vraag bepaalde soortelijke warmte (of op te zoeken in de literatuur). inzicht dat de temperatuurdaling per seconde, als er geen warmte wordt toegevoerd, met de steilheid van een dalend stuk van een zaagtand bepaald kan worden inzicht dat de afgevoerde warmte per seconde berekend kan worden met warmtecapaciteit temperatuurdaling per seconde inzicht dat warmtecapaciteit = Cvet + Cpan en dat Cvet berekend kan worden methode Tijdens één zaagtandperiode wordt de afgevoerde warmte gecompenseerd door de toegevoerde warmte van het verwarmingselement: Q toe = Q af. De toegevoerde warmte in een periode Δ t bedraagt Qtoe = Pverw Δ t, waarin Δ t de tijdsduur is van het stijgende stukje van een zaagtand en P verw het vermogen van het verwarmingselement. Gedurende de hele periode wordt er warmte afgestaan aan de omgeving: Qaf = Ptrans Δ t' waarbij Δ t ' de tijdsduur is van één zaagtand en P trans de warmte die per seconde door de wanden verdwijnt. Het warmteverlies per seconde kan dus berekend worden met: Pverw Δt Ptrans =. Δt ' inzicht dat in een zaagtandperiode de toegevoerde warmte gelijk is aan de afgevoerde warmte inzicht dat de toegevoerde warmte berekend kan worden met de tijdsduur van het stijgende stuk van de zaagtand inzicht dat er warmteverlies plaatsvindt gedurende de hele periode www. - -

3 4 maximumscore 3 uitkomst: Δ t = 3,8 C Een 4-bits AD-omzetter heeft 6 verschillende codes en kan dus 6 verschillende intervallen aangeven. Het kleinst meetbare temperatuur verschil is 0 3,8 C. 6 = inzicht dat een 4-bits AD-omzetter 4 = 6 digitale codes heeft inzicht dat het temperatuurverschil van 0 o C in 6 intervallen verdeeld wordt completeren van de berekening Opmerking Gerekend met 5 intervallen in plaats van 6: maximaal punten. 5 maximumscore 5 aan/uit schakelaar temperatuursensor 8 4 & EN-poort & EN-poort & EN-poort relais verwarmingselement ADomzetter schakelaar via een EN-poort verbonden met het relais uitgang 8 en 4 verbonden met een EN-poort uitgang verbonden met de EN-poort van 4 en 8 gebruik van invertor in sensordeel van de schakeling completeren van de schakeling Opmerking Als door extra verbindingen en/of verwerkers een niet naar behoren werkende schakeling is getekend: maximaal 3 punten. www

4 Opgave Valtoren 6 maximumscore 4 uitkomst: het percentage is 35% voorbeeld van een bepaling: E = mgδ h= m 9,8 0 J z,begin Ek,eind = mv = m 37,5 J Het gevraagde percentage is gelijk aan: m 9,8 0 m 37,5 00% = 35%. m 9,8 0 inzicht dat het gevraagde percentage gelijk is aan Ez,begin Ek,eind 00% E z,begin gebruik van E k = mv en aflezen van v eind (met een marge van 0,5 m s ) gebruik van Ez = mgδh met Δ h = 0 m completeren van de bepaling www

5 7 maximumscore 4 v 50 - (ms ) t (s) De tijdsduur voor 0 m vallen volgt uit: s = gt 0 = 9,8 t t = 4,736 s. eind Voor de eindsnelheid geldt: veind = gteind = 9,8 4,736 = 46,5 m s. De grafiek is dus een rechte vanaf het punt (0;0) tot punt (4,7;46,5). eind gebruik van s= gt of inzicht dat Ez = Ek berekenen van t eind berekenen van v eind tekenen van een rechte lijn door (0;0) tot ( teind; v eind) 8 maximumscore 4 3 uitkomst: m =, 4 0 kg lucht voorbeeld van een berekening: 3,5 Vlucht = πr h =π 0 =,5 0 m lucht pv = nrt 05 0,5 0 = n 8,3 (73+ 0) n = 4,84 0 mol 3 3 mlucht = n molaire massa = n 8,8 0 =,4 0 kg inzicht dat Vlucht = πr h gebruik van pv = nrt met R opgezocht inzicht dat m = aantal mol molaire massa completeren van de berekening www

6 9 maximumscore 3 9 uitkomst: F gew = 7,5 0 N voorbeeld van een berekening: 6 Voor het gewicht geldt: Fgew = mg De massa is gelijk aan: m = ρv = 0,76 0,0 0 = 7,6 0 kg. Hieruit volgt F gew = 7,6 0 9,8 0 = 7,5 0 N. 6 inzicht dat Fgew = mg 0 inzicht dat m = ρv en opzoeken van ρ completeren van de berekening 0 maximumscore 4 voorbeelden van een antwoord: methode Δv Voor de vertraging geldt: a =. Δ t De snelheid na 0 m vrij vallen volgt uit: mv = mgh zodat v = 46,5 ms. srem 7,5 Voor het afremmen geldt: Δ t = = = 0,3 s. vgem 3,3 46,5 44 De vertraging is dus gelijk aan: a = = 44 ms = g = 5 g. 0,3 9,8 De resulterende kracht op de proefopstellingen is (gemiddeld) 5 maal de zwaartekracht onder normale omstandigheden. inzicht dat de snelheid op het eind van de vrije val bepaald moet worden Δv srem gebruik van a = en Δ t = of van v = at en s = at Δ t vgem completeren van de berekening uitleg Opmerkingen Wanneer een foutief berekende eindsnelheid uit vraag 7 is gebruikt of dezelfde foutieve berekening van de eindsnelheid als in vraag 7 is herhaald: geen aftrek. Wanneer vergeleken wordt met de afremmende kracht van 6 maal de zwaartekracht in plaats van met de resulterende kracht: geen aftrek. www

7 methode De arbeid die de afremmende kracht verricht, is gelijk aan de afname van de zwaarte-energie tijdens het afremmen plus de kinetische energie E k die de capsule bij het begin van het afremmen heeft. E = mgh= mg 0. k Wrem = Ez + Ek Frem 7,5 = mg 7,5 + mg 0 Frem = 6mg = 6 Fz. Voor de resulterende kracht F geldt: F = F F = 6F F = 5 F. res res rem z z z z De resulterende kracht op de proefopstellingen is (gemiddeld) 5 maal de zwaartekracht onder normale omstandigheden. inzicht dat de arbeid die de afremmende kracht verricht gelijk is aan de afname van de zwaarte-energie en de kinetische energie gebruik van W = Fs en Ez = mgh completeren van de berekening uitleg Opmerking Wanneer vergeleken wordt met de afremmende kracht van 6 maal de zwaartekracht in plaats van met de resulterende kracht: geen aftrek. maximumscore Zolang (vrijwel) alleen de zwaartekracht op de capsule werkt, is de vloeistof (vrijwel) gewichtloos, dus van t = 0,0 tot t = 9,5 s. inzicht dat de tijdsduur van gewichtloosheid gelijk is aan de tijdsduur dat op de capsule alleen de zwaartekracht werkt consequente conclusie Opgave 3 Thallium maximumscore antwoord: Tl e + Pb of Tl e + Pb 8 8 elektron rechts van de pijl juist symbool van het vervalproduct, mits verkregen via kloppende atoomnummers het aantal nucleonen links en rechts van de pijl kloppend www

8 3 maximumscore α- en β-straling dringen niet door het lichaam naar buiten en kunnen daarom niet gedetecteerd worden, terwijl γ-straling wel voldoende doordringend vermogen heeft. 4 maximumscore 4 uitkomst: A = 0 Bq (met een marge van 5 Bq) voorbeeld van een bepaling: 6 N (0 ) thallium 4 lood t (0 min) methode Dan is het aantal Tl-0 kernen dat per seconde vervalt gelijk aan het aantal kernen Tl-0 dat per seconde ontstaat. Dit laatste is gelijk aan de activiteit op dat moment van het Pb , 0 De steilheid van de raaklijn is de activiteit: = 0 Bq. 3, inzicht dat de activiteit van Tl-0 dan even groot is als de activiteit van Pb-0 inzicht dat de activiteit gelijk is aan de helling van de raaklijn tekenen van de raaklijn completeren van de bepaling www

9 methode Uit Binas: ln At () = N(). t t De halveringstijd van Tl-0 volgens Binas: t = 7 h. 3 6 Aflezen: N Tl (,9 0 60) = 7,4 0. ln 6 Invullen geeft: At () = 7,40 = 0 Bq gebruik van ln At () = N(). t t opzoeken van t aflezen van N max completeren van de bepaling Opgave 4 Onderwatergeluid 5 maximumscore 3 uitkomst: 3,8 km voorbeeld van een berekening: 3 Uit Binas volgt: v zeewater =,5 0 m s. 3 3 Het geluid heeft afgelegd: s = vzeewatert =,5 0 4,35 = 6,569 0 m. 3 6,569 0 De afstand van het schip tot de rots is dan: = 3,8 km. opzoeken van de geluidssnelheid in zeewater gebruik van s = vt completeren van de berekening www

10 6 maximumscore 3 3 v,5 0 v = λ f λ = = = 0,76 m. f 3,0 0 De golflengte is groter dan de afmetingen van de vis, daarom zal er buiging om de vis optreden. Er vindt dus minder (geen) terugkaatsing plaats. Een afzonderlijke vis kan hiermee minder goed (niet) opgespoord worden. gebruik van v = λ f berekenen van λ inzicht dat er vanwege buiging minder terugkaatsing optreedt omdat de afmeting van het voorwerp kleiner is dan de golflengte Opmerking Dezelfde foutieve geluidssnelheid gebruikt als in de vorige vraag: geen aftrek. 7 maximumscore 3 8 uitkomst: P =, 0 W bron voorbeeld van een berekening: Voor het geluidsdrukniveau geldt: Hieruit volgt dat 4 I =, 0 0 Wm, dus dat 4 8 Pbron = I 4πr =, 0 0 4π 30 =, 0 W. 0 log I 60 0 log I L = = I. 0 0 gebruik van L 0log I = met I I 0 = 0 Wm 0 Pbron gebruik van I = 4πr completeren van de berekening www

11 8 maximumscore 4 voorbeelden van een antwoord: methode De afstand is 6, 0 0 m 3, = keer zo groot geworden. 30 m 4 9 3,33 0 =, 0 keer zo klein geworden. De intensiteit is ( ) Het geluids(druk)niveau is met 0 log(, 0 ) = 90 db afgenomen. Er blijft over: = 70 db. Dat is meer dan 50 db, dus ze hebben er last van. inzicht dat de intensiteit van het geluid afneemt met het kwadraat van de afstand berekenen van de afname van het geluids(druk)niveau berekenen van het geluids(druk)niveau conclusie methode 8 Pbron,3 0 I 4π 4π, 0 0 L 0 log 0 log r = 0 log = = = 70 db. I Dat is meer dan 50 db, dus ze hebben er last van. gebruik van L 0log I = met I I 0 = 0 Wm 0 Pbron gebruik van I = 4πr completeren van de berekening conclusie Opmerking Wanneer gebruik gemaakt wordt van een foutief antwoord voor P bron in de vorige vraag: geen aftrek. 9 www. - -

12 Opgave 5 Leeslamp 9 maximumscore 3 uitkomst: bedrag =,5 euro voorbeeld van een berekening: Voor de door de dimmer verbruikte energie geldt: 3 36,3 E = UIt = 30 5, = 36,3 MJ = kwh = 0 kwh. 6 3, 6 0 of: 3 3 P = UI = 30 5,0 0 =,5 W =,5 0 kw 3 E = Pt =, kwh = 0 kwh 0 kwh kost 0 0,5 =,5 euro. gebruik van E = UIt of: P = UI en E = Pt omrekenen van J naar kwh of invullen van P en t in kw en h completeren van de berekening 0 maximumscore 3 Bij elke stand in tabel kan met P = UI het verbruikte elektrische E vermogen uitgerekend worden met U = 30 V, en dus. P Stand S I (A) E (lx) P (W) E P (lx W ) 0 5, ,5 0 0,0 3,0 0,087 0, ,0,89 3 0, ,0 6,93 4 0, ,0 9,95 5 0, ,6 0, De nuttige opbrengst is het hoogste bij stand 5. berekenen van minimaal waarden van P inzicht dat nuttige opbrengst gelijk is aan E P de nuttige opbrengst uitgerekend bij de standen tot en met 5 en conclusie www. - -

13 maximumscore 3 L Bij het tekenen van de tweede lichtstraal kan ook gebruik gemaakt worden van de symmetrie in de figuur. een normaal en/of een raaklijn getekend in een punt waar een lichtstraal de spiegel raakt toepassen van hoek van inval = hoek van terugkaatsing completeren van de tekening maximumscore 3 De oppervlakte van de verlichte cirkel: A= πr = π 0,80 =,0 m. lx = lm m Φ 3 E = Φ = EA= 98,0 =,97 0 lm, en dat is A groter dan wat op de verpakking staat. berekenen van de oppervlakte van de cirkel Φ inzicht dat E = A completeren van het antwoord www

14 3 maximumscore 4 voorbeeld van de constructie: = + = + = b = 00 cm f b v 5 b 0 b 00 lamp lens tafelblad gebruik van de lenzenformule berekenen van de beeldafstand inzicht dat het beeld virtueel is en dus aan de bovenkant van de lens ligt completeren van de constructie Opmerking Wanneer de virtuele lichtstralen niet gestippeld getekend zijn: geen aftrek. www