NASIONALE SENIOR SERTIFIKAAT EKSAMEN FISIESE WETENSKAP (P1) JUNIE 2015 EKSAMEN VRAESTEL GRAAD 11

Transcriptie

1 NASIONALE SENIOR SERTIFIKAAT EKSAMEN FISIESE WETENSKAP (P1) JUNIE 2015 EKSAMEN VRAESTEL GRAAD 11 PUNTE: 150 TYD: 3 ure Hierdie vraestel bestaan uit 18 bladsye saam met inligtingsblad.

2 INSTRUKSIES EN INLIGTING 1 Skryf jou naam op die foliopapier. 2 Die vraestel bestaan uit TIEN VRAE. Beantwoord AL DIE vrae. 3 Begin elke vraag op n nuwe bladsy op die Folio papier. 4 Jy mag n nie-progammeerbare sakrekenaar gebruik. 5 Jy mag enige geskikte wiskundige instumente gebruik. 6 MAAK GEBRUIK VAN DIE INLIGTINGSBLAD. 7 Toon al die formules en vervangings in jou berekeninge. 8 Nommer die antwoorde korrek volgens die nommers op die vraestel. 9 Rond jou finale antwoord af tot TWEE desimale syfers. 10 Gee kort motiverings, besprekings ens waar gevra. 11 Write Skryf netjies en leesbaar. 2

3 VRAAG 1 Vier opsies word gegee as moontlike antwoorde vir die volgende vrae. Elke vraag het net EEN regte oplossing. Kies die antwoord en skryf die regte antwoord (A D) langs die Vraag nommer ( ) op die Folio Papier 1.1 Watter een van die volgende kragte werk altyd loodreg op die oppervlak in? A Spanningskrag B Normaalkrag C Wrywingskrag D Gravitasiekrag (2) 1.2 Twee identiese geisoleerde liggame A en B is 200km van mekaar. Hulle ervaar n gravitasiekrag van F op mekaar. As die twee liggame n afstand van 400km van mekaar is, sal die nuwe gravitasiekrag wees A ½F B ¼F C 4F D 2F (2) 3

4 1.3 Die grootte van die resultante krag in die onderstaande diagram is A 18N B 8N C 0N D 13N (2) 1.4 Watter grafiek stel die verwantskap tussen massa en versnelling van n voorwerp die beste voor? (2) 1.5 Watter krag is n Kontakkrag? A Wrywingskrag B Gravitasiekrag C Elektrostatiese krag D Magnetiese krag (2) 4

5 1.6 n Krat met n massa van 6kg word teen n wrywinglose helling met n konstante snelheid opgetrek. 30 Die grootte van die spanning in die tou is A 58,8 N B 6 N C 29,4 N D 3 N (2) 1.7 Die wet wat verduidelik hoekom passasiers in n bewegende voertuig veligheidsgordels moet dra, is. A Newton se Eerste Wet, B Newton se Tweede Wet. C Newton se Derde Wet, D Newton se Universele Gravitasie Wet. (2) 1.8 n Denkbeeldige lyn wat die punte want in fase is verbind. Die stelling beskryf n A Diffraksie Patroon, B Nodale lyn, C Golffront, D Sirkelvormige golf. (2) 5

6 1.9 Watter een van die volgende beskryf die invalshoek as die brekingshoek gelyk is aan 90. A Weerkaatsingshoek B Totale interne weerkaatsing C Brekingshoek D Grenshoek (2) 1.10 n Musikant speel kitaar in n groot saal. Peter kan nie die musikant om die hoek sien nie, maar kan die musiek hoor. Die verskynsel wat Peter instaat stel om die musikant te hoor is: A Weerkaatsing. B Breking/Refraksie. C Diffraksie. D Fotoelektriese effek. (2) TOTAAL [2x10 = 20] 6

7 VRAAG 2 (Begin op n nuwe bladsy) Die diagram toon twee kragte X en Y aan,wat met gelyke groottes op n voorwerp inwerk. 2.1 Definieer die term: Resultante Vektor (2) 2.2 Bereken die Horisontale Komponente van X en Y (2) Vertikale Komponente van X en Y (2) 2.3 Gebruik die antwoorde in en en skets n vektordiagram om die resultante krag te bepaal. (3) 2.4 Bereken die resultant van X en Y (3) [12] 7

8 VRAAG 3 Bestudeer die onderstaande diagram van die kragte wat op die krat inwerk. Die massa van die krat is 50kg. Die kragte wat op die krat inwerk is in ewewig. Die krat ondervind n opwaartse krag van 300N. 3.1 Verduidelik wat die term ewewig van kragte beteken. (2) 3.2 Bereken die gewig van die blok. (3) 3.3 Bepaal die grootte van die vertikale komponent van F. (3) 3.4 Die blok ondervind n wrywingskrag van 250N. Wat is die grootte van die horisontale komponent van F (1) 3.5 Bereken die grootte van F. (3) [12] 8

9 VRAAG 4 Twee blokke, massas 2kg en 5kg word deur n onelastiese tou verbind. Die sisteem word teen n growwe helling wat n hoek van 30 met horisontaal maak, opgetrek deur n krag van 60N soos getoon in die skets. Die grootte van die Kinetiese wrywingskrag tussen die oppervlak en 5kg blok is 15N. Die kinetiese wrywingskoeffsient tussen die 2kg massa en die oppervlak is 0, Formuleer Newton se Derde bewegingswet in woorde. (2) 4.2 Skets n vryeliggaam diagram en toon al die kragte wat op die 2kg blok inwerk, aan. (5) 4.3 Bereken die gootte van die: Wrywingskrag tussen 2kg blok en die oppervlak. (4) Spanning in die tou wat die twee blokke verbind. (6) [17] 9

10 VRAAG 5 n Ligte onelastiese tou verbind twee identiese blokke A en B wat elk n massa van 5kg het, soos getoon in die skets. Die twee blokke word oor n growwe oppervlak deur n krag van 60N wat n hoek van 30 met die horisontaal maak, getrek. Die spanning in die tou wat A en B verbind is 16N. Die blokke versnel na regs teen 2m.s N A B 16 N 5 kg 5 kg Gee Newton se Tweede wet in woorde. (2) 5.2 Skets n vryeliggaamdiagram en toon al die kragte wat op blok B inwerk, aan. (5) 5.3 Bereken die wrywingskrag wat deur elke blok ondervind word. (6) 5.4 Watter effek sal die krag van 60N op die wrywingskrag wat blok B ondervind hê, as die hoek wat dit maak met die horisontaal vergroot word. Skryf: VERHOOG, VERMINDER of BLY DIESELFDE. (1) 5.5 Verduidelik jou antwoord in VRAAG 5.4. (2) [14] 10

11 VRAAG 6 Graad 11 leerders doen n ondersoek om die verwantskap tussen krag en versnelling te ondersoek. Hulle verkry die resultate in die tabel. Krag Versnelling (m.s -2 ) 1 0, , Formuleer n ondersoekende vraag vir die ondersoek. (2) 6.2 Gee die: Onafhanklike veranderlike (1) Kontrole afhanklike. (1) 6.3 Formuleer n moontlike hipotese vir die ondersoek. (2) 6.4 Behalwe die trollies, noem twee ander apparate wat nodig is om die eksperiment uit te voer. (2) 6.5 Teken n grafiek deur die resultate in die tabel te gebruik. (5) 6.6 Gebruik die grafiek en maak n gevolgtrekking (2) 6.7 Gebruik die grafiek en bereken die mass van die voorwerp. (4) [19] 11

12 VRAAG Gee Newton se Universele Gravitasie Wet in woorde (2) 7.2 Bereken die grootte van die gravitasie versnelling op Venus as die massa van Venus 4,87 x kg is en die radius 6,05 x 10 3 km is. (4) 7.3 Gestel n voorwerp massa, m, word op die oppervlak van die Aarde geplaas. Radius van Aarde = 6, 4 x 10 6 m, G = 6.67 x N m 2 kg -2 en g = 9, 8 m s Bereken die massa van die Aarde (3) As die massa van die voorwerp gehalveer word, wat sal die effek wees op die krag tussen die massa en die Aarde. Skryf slegs: TOENEEM, AFNEEM of BLY DIESELFDE (1) [10] 12

13 VRAAG n Ligstraal beweeg van lug na n deursigige reghoekige glasblok soos getoon in die diagram. Neem aan die brekingsindeks van lug is Gee die waarde van die invalshoek. (1) Gee die waarde van die brekingshoek. (2) Bereken die brekingsindeks van die blok. (4) Bereken die spoed van lig deur die glasblok. (3) n Ligstraal beweeg na n ander blok (met dieselfde invalshoek as VRAAG 8.1) met n groter brekingsindeks as die in VRAAG Hoe sal die brekinghoek van die blok vergelyk met die een in VRAAG 8.1.2? Antwoord slegs: GROTER, KLEINER of DIESELFDE. (2) 8.2 Die grenshoek van n sekere tipe glas is 42. n Ligstraal skyn op die blok soos aangetoon in skets Gebruik n stralediagram en toon wat met die ligstraal gebeur wat die glasblok tref. (4) [16] 13

14 VRAAG Defineer refraksie. (2) 9.2 Bestudeer die diagram hieronder Benoem A, B, C, en in die skets. (5) Definieer die term optiese digtheid. (2) 9.3 Bestudeer die tabel en beantwoord die vrae wat volg Tabel 1 Stof Brekings indeks Lug 1,00 Perspeks 1,49 Diamant 2,42 Water 1,33 Glas 1, Rangskik die stowwe in die tabel in volgorde van toenemende optiese digtheid. (3) Gebruik die brekingsindeks van glas en bereken die spoed van lig in glas. (4) As die invalshoek dieselfde bly, watter stof van Perspeks of water sal die lig, die meeste breek? (1) In watter stof (glas of diamant) beweeg lig die vinnigste? (1) 14 [18]

15 VRAAG 10 Munash, n Graad 11 leerling doen n eksperiment om die verwantskap tussen spleetwydte en diffraksie te bepaal. Monochromatiese lig met n golflengte van 600nm beweeg deur die spleet wat n vaste afstand van die skerm is. Die hoek van die eerste minimum word gemeet. Die eksperiment word herhaal met dieselfde lig maar die spleet verander na B. Die volgende is gemeet: Spleet Hoek van 1 st Minimum A 5 B Definieer die term diffraksie. (2) 10.2 Vir bogenoemde ondersoek, gee die volgende, Onafhanklike veranderlike (1) Afhanklike veranderlike (1) Gekontroleerde veranderlike. (2) 10.3 Gebruik die resultate en sê watter spleet (A or B) langer is. (1) 10.4 Verduidelik jou antwoord in (1) 10.5 Stel Huygens se beginsel. (2) 10.6 Verduidelik kortliks die vorming van donder en helder bande op die skerm tydens diffraksie. (2) [12] TOTAAL: 150 PUNTE 15

16 DATA FOR PHYSICAL SCIENCES GRADE 11 PAPER 1 (PHYSICS) TABLE 1: PHYSICAL CONSTANTS NAME SYMBOL VALUE Acceleration due to gravity g 9,8 m s 2 Speed of light in a vacuum c 3, m s 1 Gravitational constant G 6, N m 2 kg Coulomb s constant k 9, N m 2 C Charge on electron e 1, C Electron mass m e 9, kg Permittivity of free space 0 8, F m 1 16

17 TABLE 2: FORMULAE MOTION v f = v i + at x = v i t at2 v f 2 = v i 2 + 2ax x = v f v i t 2 FORCE F net = ma Gm1m F = 2 r 2 = mv Ft = = mv mu s = f s (max) N k = f k N WEIGHT AND MECHANICAL ENERGY F g = mg U = E p = mgh K = E k = 1 2 mv2 WAVES, LIGHT AND SOUND v = f T = f 1 n 1 sinө 1 =n 1 sinө 2 17

18 ELECTROSTATICS F = kq 1Q 2 r 2 (k = 9, N m 2 C 2 ) E = q F E = kq r 2 (k = 9, N m 2 C 2 ) E = V d V = Q W U = kq 1Q 2 r W = QEs (k = 9, N m 2 C 2 ) C = V Q C = 0A d = N t ELECTROMAGNETISM = BA V s V p = N s N p F = qvb CURRENT ELECTRICITY I = Q t R = I V emf = I(R + r) R = r 1 + r 2 + r R r r r 3 18

19 NASIONALE SENIOR SERTIFIKAAT EKSAMEN FISIESE WETENSKAP (P1) JUNIE 2015 EKSAMEN MEMORANDUM GRAAD 11 Punte: 150 Die memorandum bestaan uit 9 bladsye

20 Physical sciences /P1 CAPS/Grade 11-Memorandum MPU DBE /June 2015 Vraag B (2) 1.2. B (2) 1.3. C (2) 1.4. C (2) 1.5. A (2) 1.6. C (2) 1.7. A (2) 1.8. C (2) 1.9. D (2) C (2) [20] Vraag n Vektor wat dieselfde uitwerking uit as twee of meer vektor hoeveelhede. (2) = 200 Cos 20 0 = 187,94 N Y = 200 Cos 30 0 = 173,21 N (2) y = 200 Sin20 0 = 68,40 N Y y = 200 Sin30 0 = 100 N (2) 2.3 X res = 14,73 N na Oos Y res = 168,40 N na Noord 14,73 N 168,40 N F net (3)

21 Physical sciences /P1 CAPS/Grade 11-Memorandum MPU DBE /June = (168,40) 2 + (14,73) 2 F net = = 169,04N (3) [12] Vraag Die netto krag/ die som van die kragte wat op die voorwerp inwerk is nul. (2) 3.2 F g = mg = 50(9,8) = 490,0N 3.3 F net y = 0 F y = 490 F y = 190N (3) (3) 3.4 F x = 250 N (1) 3.5 F 2 = F 2 x 2 + F y = 4(190) 2 + (250) 2 F = = 314,01N (3) [12] Vraag As n voorwerp A n krag op B uitoefen, sal voorwerp B n ewe groot krag op A uitoefen maar in die teenoorgestelde rigting. (2) 4.2 OF N 60 N N 60 N f T w T f w // w (5)

22 Physical sciences /P1 CAPS/Grade 11-Memorandum MPU DBE /June N = Fg = mgcosθ = 2(9.8)Cos30 0 = 16,974 N F f = µ k N = 0,3(16,974) = 5,09 N (4) F net = ma (op 5kg blok) T + f + Fg // = ma T 15 5 (9,8)Sin30 0 = 5a T - 39,5 = 5a Fnet = ma (op die 2kg) F + T + f + mgsinθ = ma 60 T 5,02 2(9,8)sin30 0 = 2a T + 45,18 = 2a : T- 39,5 + (- T+45,18) = 7a 5,68 = 7a a = 0,81 m s -1 Van 1 : T 39,5 = 5a T - 39,5 = 5(0,81) T = 43,55 N (6) [17]

23 Physical sciences /P1 CAPS/Grade 11-Memorandum MPU DBE /June 2015 Vraag Indien n netto krag op n voorwerp uitgeoefen word, sal die voorwerp in die rigting van die netto krag versnel. Die grootte van die versnelling is direk eweredig aan die netto krag en ongekeerd eweredig aan die massa van die voorwerp. (2) 5.2 N F T f OF w N F T f F // w (5) 5.3 Vir blok A F net = ma T + f k = ma 16 + (-f k ) = 5(2) F k1 = F k1 = 6N Vir blok B F net = ma F // + f k + T = ma (6)

24 Physical sciences /P1 CAPS/Grade 11-Memorandum MPU DBE /June Cos f k - 16 = 5(2) 51,9615 f k -16 = 10 f k = 25,96N 5.4 Verminder. (1) 5.5 As die hoek groter word, neem die N = F g - FSinθ af. Van f = µ k N = f N dus wrywing verlaag. (2) [14] Vraag Wat is die verwantskap tussen die toegepaste krag op die voorwerp en sy versnelling? (2) Krag (1) Massa (1) 6.3 Krag is direk eweredig aan die versnelling OF Krag is omgekeerd eweredig aan die versnelling OF n krag verhoog/verlaag as die versnelling verhoog of verlaag (2) 6.4 Tydtikker Trolliebaan Massastukkies (Enige twee) (2) 6.5 Riglyne vir Merk Korrekte opskrif Korrekte byskrifte Punte korrek aangedui Korrekte vorm van die grafiek (5) 6.6 Krag is direk eweredig aan die versnelling van die voorwerp. (2)

25 Physical sciences /P1 CAPS/Grade 11-Memorandum MPU DBE /June Gradient = = (Enige twee punte kan gebruik word). = = 0,25 Gradient = 0,25 = Massa = = 4 kg (4) [19] Vraag Elke voorwerp in die heelal trek elke ander voorwerp in die heelal aan met n krag wat direk eweredig is aan die produk van hulle massas en omgekeerd eweredig aan die kwadraat van die afstand tussen hulle middelpunte. (2) 7.2 g = = = 8, = 8,75 m s -1 g = (4) 9.8 = M = 6.02 x kg (3) Afneem (1) [10]

26 Physical sciences /P1 CAPS/Grade 11-Memorandum MPU DBE /June 2015 Vraag (1) = 35 0 (2) n 1 Sinθ 1 = n 2 Sinθ 2 n 1 sin59 0 = n 2 Sin35 0 n 2 = n 2 = 1,49 (4) n = 1,49 = V = 2,01 X 10 8 m s -1 (3) Kleiner as (2) (4) [16] Vraag Dit is die buiging van lig as dit van een medium na n ander medium van verskillende optiese digthede beweeg. (2) A Invallende ligstraal B Normaal C Gebreekte listraal θ 1 Invalshoek θ 2 Brekingshoek (5)

27 Physical sciences /P1 CAPS/Grade 11-Memorandum MPU DBE /June Optiese digtheid word gemeet deur die snelheid van lig wat deur n medium beweeg te vergelyk met die snelheid van lig deur n vakuum. (2) Lug, water, perpeks, glas, diamant (3) Vraag n = 1,52 = = 1,97 x 10 8 ms -1 (4) Perspeks (1) glas (1) [18] 10.1 Diffraksie is die buiging van golwe as die golwe deur n klein opening of versperring beweeg. (2) Spleetwydte. (1) Graad van diffraksie/diffraksiehoek. (1) Monochromatiese lig en die afstand tussen die spleet en die skerm (2) 10.3 Spleet A (1) 10.4 Hoe groter die spleetwydte hoe kleiner die mate van diffraksie. OF Soos die spleetwydte toeneem sal die mate van diffraksie afneem. (1) 10.5 Elke punt op die golf dien as bron vir sekondêre golwe wat in al die rigtings teen dieselfde spoed as die oorspronklike golf beweeg. (2) 10.6 Golwe wat mekaar uit fase ontmoet veroorsaak destruktiewe interferensie en vorm donker bande. Golwe wat mekaar in fase ontmoet veroorsaak konstruktiewe interferensie en veroorsaak helder bande op die skerm. (2) [12] TOTAL = 150