Natuur, leven en technologie

Transcriptie

1 Staatsexamen VWO 2016 Natuur, leven en technologie Tijdvak 1 Woensdag 11 mei uur College-examen schriftelijk Opgavenboekje Voor dit examen zijn maximaal 67 punten te behalen; het examen bestaat uit 33 vragen: 26 open en 7 gesloten vragen. Het examen duurt twee uur. Voor elke vraag is aangegeven hoeveel punten met een goed antwoord behaald kunnen worden. Bij de beantwoording van enkele vragen moet het BINAS tabellenboek 6 e druk geraadpleegd worden. Het gebruik van een grafische rekenmachine is toegestaan. Als bij een open vraag een verklaring, uitleg of berekening wordt gevraagd, worden aan het antwoord meestal geen punten toegekend als deze verklaring, uitleg of berekening ontbreekt. Geef niet meer antwoorden (redenen, voorbeelden e.d.) dan er worden gevraagd. Als er bijvoorbeeld twee redenen worden gevraagd en u geeft meer dan twee redenen, dan worden alleen de eerste twee in de beoordeling meegeteld. Geef het antwoord van meerkeuzevragen in duidelijke hoofdletters. - Tenzij anders vermeld, is er sprake van normale situaties. VF-1035-s-16-1-o 1 / 13

2 Bacteriën in een petrischaal Voor een biologiepracticum kweek je bacteriën op een voedingsbodem in een petrischaaltje (zie figuur 1). De kolonie groeit in eerste instantie snel. Er zijn namelijk geen beperkende factoren. Iedere bacterie deelt binnen enkele uren in tweeën. Naarmate de voedingsbodem steeds meer bedekt raakt door bacteriën, neemt de groeisnelheid af. Figuur 1: Petrischaaltjes. 1p 1 1p 2 Groeit het aantal bacteriën (in eerste instantie) lineair of exponentieel? Licht uw antwoord toe. Noem een beperkende factor waar de bacteriën na verloop van tijd mee te maken krijgen. Vervolgens maakt u een dynamisch model van de bacteriegroei. In figuur 2 ziet u een aantal symbolen die in zo n model voor kunnen komen. Figuur 2: Vier symbolen uit een Coachmodel. 2p 3 Neem de symbolen in dezelfde volgorde over en zet de juiste namen erbij. Kies uit: constante, relatiepijl, stroomicoon en voorraadgrootheid. 2 / 13

3 2p 4 Teken een dynamisch model dat de groei van de bacteriekolonie beschrijft. We gaan er gemakshalve van uit dat er geen sterfte van bacteriën is. Maak in ieder geval gebruik van de symbolen uit de vorige vraag. Zet de volgende termen op de juiste plek in het model: groei_kolonie, groeisnelheid en grootte_totale_kolonie. Met een begingrootte van 100 bacteriën in de kolonie en een groeisnelheid van 0,2 laat u het model zeven tijdstappen lopen. U krijgt dan een grafiek zoals in figuur 3. Figuur 3: Grafiek van de groei van bacteriën. 2p 5 De grootte van de tijdstappen is in figuur 3 niet aangegeven. Wat is een realistische tijdsduur voor één tijdstap? A Een seconde. B Een uur. C Een week. D Een jaar. Zoals u in de grafiek kunt zien is bij onbeperkte groei sprake van een terugkoppelingsmechanisme (a). Naarmate de voedingsbodem steeds meer bedekt raakt door bacteriën, verandert de groeisnelheid door een tweede terugkoppelingsmechanisme (b). Bekijk figuur 4. 3 / 13

4 Figuur 4: Terugkoppelingsmechanismen 2p 6 Neem de diagrammen in figuur 4 over en geef met plusjes en/of minnetjes aan of er sprake is van positieve of negatieve terugkoppeling. Magnitudes Als je op een heldere avond naar de sterrenhemel kijkt, zie je heldere en zwakke sterren. De helderheid van de ster wordt bepaald door het soort ster en door de afstand van die ster tot de Aarde. Sommige sterren zijn helder, maar lijken erg zwak, doordat ze ver weg staan. Andere sterren zijn zwak, maar lijken juist heel helder, doordat ze dichtbij de Aarde staan. De schijnbare magnitude m van een ster is een maat voor de helderheid zoals we deze vanaf de Aarde waarnemen. Je meet deze helderheid ten opzichte van een referentiester. Figuur 5: Sterren 4 / 13

5 Dit is een ster waarvan de helderheid bekend is. In formulevorm wordt de schijnbare magnitude gegeven door: m = m ref 2,5 log I I ref waarin: m = de schijnbare magnitude van de ster m ref = de schijnbare magnitude van de referentie ster I = de intensiteit van de ster in Watts per vierkante meter (W/m 2 ) I ref = de intensiteit van de referentie ster in Watts per vierkante meter (W/m 2 ). Betelgeuze heeft een schijnbare magnitude van m = 0,45 en een absolute magnitude van M = -5,14. 3p 7 1p 8 Bereken hoeveel keer de intensiteit van Betelgeuze uit het sterrenbeeld Orion kleiner of groter is dan de Poolster. De absolute magnitude M is gedefinieerd als de schijnbare magnitude die een ster zou hebben als hij op een afstand van 10 parsec van de zon staat. Hoeveel kilometer is 10 parsec? Om uit te rekenen of Betelgeuze op gelijke afstand helderder zou zijn dan de Poolster, gebruiken we de afstandsformule: m M = 5log D 5 waarin: m = de schijnbare magnitude M = de absolute magnitude D = de werkelijke afstand tot de zon in parsec (pc). 3p 9 Bereken de absolute magnitude van de Poolster en leg uit of Betelgeuze op gelijke afstand helderder zou zijn dan de Poolster. 5 / 13

6 Opsporing verzocht DNA-fingerprinting is een gewone techniek geworden in een forensisch lab: deze techniek wordt bijvoorbeeld gebruikt bij opsporing van criminelen. Zelfs als er maar een spoortje DNA is, kan de techniek gebruikt worden. 2p 10 Hoe is dat mogelijk? A De gel-elektroforese is heel effectief. B DNA bevat maar vier verschillende stikstofbasen. C Er zit een grote hoeveelheid DNA in elke cel. D Men kan de polymerase chain reaction (PCR) gebruiken. Om het vaderschap vast te stellen van een bepaald kind wordt een fingerprint gemaakt. In figuur 6 is een deel van die fingerprint schematisch weergegeven. Figuur 6: Fingerprint 2p 11 Is het op grond van de gegevens in de afbeelding waarschijnlijk dat de echte vader gevonden is? En wat geven de zwarte strepen weer? A Ja, de echte vader is gevonden; de zwarte strepen geven de aanwezigheid van bepaalde brokstukken van kenmerkende eiwitten weer. B Ja, de echte vader is gevonden; de zwarte strepen geven de aanwezigheid van bepaalde DNA-brokstukken weer. C Nee, de echte vader is niet gevonden; de zwarte strepen geven de aanwezigheid van bepaalde brokstukken van kenmerkende eiwitten weer. D Nee, de echte vader is niet gevonden; de zwarte strepen geven de aanwezigheid van bepaalde DNA-brokstukken weer. 6 / 13

7 Bij een verkrachting was de dader een gesteriliseerde man. 2p 12 Kan deze man via DNA-fingerprinting met behulp van het gevonden sperma op de plaats delict worden opgespoord? A Ja, want dan neem je achteraf wat bloed van de dader. B Ja, want er zitten ook andere cellen dan zaadcellen in sperma. C Ja, want in het sperma zitten toch nog wat zaadcellen. D Nee. Tot voor kort kon van materiaal via een DNA-test bepaald worden van wie dat materiaal afkomstig is. Nu kan ook bepaald worden om welk celtype van de betreffende persoon het gaat. Het NFI (Nederlands Forensisch Instituut) heeft een techniek ontwikkeld waarmee zes verschillende (vloei)stoffen kunnen worden onderscheiden: sperma, huid, vaginale vloeistof, bloed, menstruele vloeistof en speeksel. Het onderscheid wordt gemaakt door het RNA van de cellen in de (vloei)stof te onderzoeken. Het DNA van elke cel van een individu is gelijk, maar het RNA niet. Dat wordt namelijk specifiek gevormd in bepaalde cellen. 3p 13 Bij het maken van DNA-profielen wordt het DNA in stukken geknipt. Zet de stappen die daarbij gezet worden in de juiste volgorde: 1. Aflezen van het DNA-profiel. 2. DNA isoleren uit het gevonden spoor. 3. Toevoegen knip-enzymen. 4. Stroom zetten op een gel, waardoor de fragmenten zich over de gradiënt verplaatsen. 5. DNA-sporen verzamelen op de plaats delict. 6. DNA op een elektroforesegel brengen. 7. DNA vermeerderen met de PCR-techniek. Een vrouw beweert dat een man haar in bed heeft gestoken met een mes. Dat verklaart volgens haar een bloedvlek in het beddenlaken. Volgens de man is het menstruatiebloed. 1p 14 Wat moet men met de nieuwe RNA-techniek wel en wat niet vinden als de verklaring van de vrouw juist is? Ook planten kunnen een rol spelen bij forensisch onderzoek. Zo vond een botanicus (plantkundige) die werd geraadpleegd bij een moordzaak, groene dennennaalden van een soort die de naalden pas laat vallen als ze bruin zijn. Bovendien zat er zo n groene naald in het ondergoed van het slachtoffer. De botanicus: Zoiets voelt buitengewoon vervelend en als je bij je positieven bent, haal je die naald er meteen uit. 2p 15 Welke conclusies kun je verbinden aan de twee waarnemingen van de botanicus? 7 / 13

8 Kiezelwieren (zie figuur 7) geven ook veel forensische informatie. Figuur 7: Kiezelwieren Ze kunnen vertellen of een slachtoffer is verdronken of al dood was toen hij of zij in het water terechtkwam en in welk water het slachtoffer is verdronken. Iemand die verdrinkt, neemt water op. Daarin zitten allerlei organismen waaronder microscopisch kleine kiezelwieren. Vanuit de longen kunnen deze het bloed bereiken en zich verspreiden naar allerlei organen. Hun kiezelskelet is bestand tegen extreme omstandigheden en blijft dus lang na de dood van het slachtoffer intact. 1p 16 Hoe komt het dat bij iemand die al dood is bij het te water raken, geen kiezelwieren in de organen te vinden zijn? 1p 17 Soms spoelt iemand aan uit zee, maar blijkt in een rivier verdronken te zijn. Hoe stelt men dat vast? 8 / 13

9 Onderzoek aan de hersenen Vijf leerlingen vergelijken hun resultaten bij een eerste poging bij een geheugenproef, waarbij ze een zo lang mogelijke reeks van gekleurde cirkels moeten onthouden. Die resultaten zijn reeksen van 16, 12, 17, 19 en 11 goed onthouden kleuren. 2p 18 Bereken met de formule hieronder de standaarddeviatie van deze resultaten. Eveline Crone (zie figuur 8) doet onderzoek aan een hersenkwab die bij pubers nog niet volledig uitgerijpt is. Figuur 8: Eveline Crone 9 / 13

10 1p 19 2p 20 Welke hersenkwab betreft het hier? Iemand wordt op 12-jarige leeftijd blind en gaat brailleschrift leren lezen. - Geef aan in welk hersengebied nu vooral pruning plaats vindt. - Geef aan in welk hersengebied nu vooral synaptogenese plaats vindt. Er zijn verschillende manieren waarop een mens kan leren. Daarvan staan hieronder twee voorbeelden. 2p 21 2p 22 Jools verhuisde naar een flat en kwam vlak naast de lift te wonen. De eerste nacht werd zij steeds wakker wanneer de lift door iemand werd gebruikt. Na drie nachten had ze daar geen last meer van. Met welk type leerproces heb je hier te maken? A Gewenning B Imitatie C Klassieke conditionering D Inzicht E Operante conditionering F Trial and error Hege heeft hard getraind op een snelle start voor de 500 meter schaatsen. Zij heeft van haar trainer geleerd zo snel mogelijk te reageren op het startschot. Welk type leergedrag is van toepassing op het gedrag van Hege? A Gewenning B Imitatie C Klassieke conditionering D Inzicht E Operante conditionering F Trial and error Er bestaan zogenaamde "split-brain-patiënten". Bij deze mensen werden de beide hemisferen (helften van de grote hersenen) die anatomisch met elkaar verbonden zijn door de hersenbalk, door doorsnijding van deze verbinding van elkaar gescheiden (zie figuur 9). De operatie wordt wel eens verricht bij patiënten met ernstige epilepsie, met het doel de beide hemisferen van elkaar te scheiden. De theorie is dat, als er een aanval optreedt in de ene hersenhelft, de andere de levensverrichtingen zou kunnen beheersen; de patiënt kan dan alsnog medicijnen innemen of een arts waarschuwen. Bij een onderzoek draagt zo'n patiënt een hoofdtelefoon die gescheiden informatie aan de oren kan verschaffen. Bij aanbieding van het woord "paal" aan het rechteroor en gelijktijdige aanbieding van "huis" aan het linkeroor, bleek dat de patiënt alleen het woord "paal" kan nazeggen. 10 / 13

11 Figuur 9: Split-brainhersenen 2p 23 Wat wordt met dit experiment aangetoond? 2p 24 Welke stof komt vrij in de hersenen, als iemand zich heel gelukkig voelt? A Cafeïne B Endorfine C Melatonine D Morfine 1p Onder invloed van alcohol kunnen je hersencellen minder goed met elkaar communiceren. 25 Welke stoffen in je hersenen kunnen hun werk niet meer goed doen als je te veel gedronken hebt? 11 / 13

12 Blue energy nu echt in praktijk gegaan Figuur 10: De RED-installatie op de Afsluitdijk Op de Afsluitdijk draait inmiddels een proefinstallatie op basis van Reverse Electro Dialysis (RED, zie figuur 10). Hiermee kan blue energy worden opgewekt. Nu nog gaat het om 400 m 2 Fujifilm-membranen die 220 m 3 zout en 220 m 3 zoet water/uur verwerken. In de huidige installatie hebben we acht posities waar we nu twee jaar allerlei configuraties gaan uittesten, vertelt directeur Rik Siebers. Daarna is opschaling, via een demo naar een eventuele commerciële elektriciteitscentrale aan de orde. Komt het tot een commerciële fase, dan is het potentieel enorm. Het mooie is dát er veel valt uit te testen: innovaties uit onderzoek, zoals bij projectpartner Wetsus plaatsvindt. Onderzoekers werken daar op hun beurt samen met de Universiteit Twente en Wageningen University, onderzoek waarin ook Fujifilm participeert. (bewerkt naar 3p 26 Verklaar waarom blue energy kan worden gezien als een indirecte vorm van zonne-energie. 4p 27 Leg uit waarop Reverse Electro Dialysis (RED) is gebaseerd. In de module Blue energy wordt de werking van de Daniell-cel verklaard. In de Daniell-cel wordt een halfcel met een kopersulfaatoplossing en een koperen elektrode verbonden met een halfcel met een zinksulfaatoplossing en een zinkelektrode. Voor het berekenen van de bronspanning kan bij de Daniell-cel de vergelijking van Nernst worden gebruikt. Voor het berekenen van de bronspanning bij een RED geldt een aangepaste versie van de Nernstvergelijking: V bron = 0,059 log ([Na + ] zout / [Na + ] rivier ) 4p 28 Verklaar de aangepaste versie van de vergelijking van Nernst voor de RED ten opzichte van de Daniell-cel. Verwerk in uw antwoord ook de theoretische berekening van de bronspanning van de Daniell-cel. Bij een RED-proefopstelling wil men een stack voltage bereiken van 2,1V. Het gebruikte rivierwater bevat 1,0 g NaCl L -1, het zeewater bevat 30 g NaCl L -1. 3p 29 Bereken hoeveel membranen er moeten worden gebruikt. 2p 30 Geef twee aandachtspunten voor het opschalen naar een commerciële installatie. 12 / 13

13 Kernfusie Albert Einstein ( , zie figuur 11) was een natuurkundige die de beroemde formule: E = mc 2 heeft opgesteld. Hierbij is E de energie in Joule, m de massa in kilogram en c de lichtsnelheid in m/s. Figuur 11: Einstein 2p 31 Toon met deze formule aan dat er kg aan massa moet worden omgezet om 1,0 Joule aan energie vrij te laten komen. In een fusiereactor vindt de volgende reactie plaats: 2p 32 Toon aan dat er per reactie 0,01888 atomaire massaeenheden verloren gaan. 2p 33 Bereken hoeveel reacties er moeten optreden om 1,0 Joule aan energie vrij te laten komen. 13 / 13 einde