NASIONALE SENIOR SERTIFIKAAT GRAAD 11

Transcriptie

1 NASIONALE SENIOR SERTIFIKAAT GRAAD 11 FISIESE WETENSKAPPE V1 (FISIKA) NOVEMBER 007 PUNTE: 150 TYD: 3 uur Hierdie vraestel bestaan uit 16 bladsye, 'n datablad van 3 bladsye, 'n 1 bladsy-antwoordblad en bladsye met grafiekpapier.

2 Fisiese Wetenskappe/V1 (Fisika) INSTRUKSIES EN INLIGTING Skryf jou naam en/of eksamennommer (en sentrumnommer waar van toepassing) in die toepaslike spasies op die ANTWOORDEBOEK, ANTWOORD- BLAD en GRAFIEKPAPIER voorsien. Beantwoord AL die vrae. Beantwoord AFDELING A op die aangehegte ANTWOORDBLAD. Beantwoord AFDELING in die gegewe ANTWOORDEBOEK, BEHALWE vir VRAE 6., 6.4 en VRAAG 8.3 wat op die aangehegte GRAFIEKPAPIER beantwoord moet word. Nie-programmeerbare sakrekenaars mag gebruik word. Toepaslike wiskundige instrumente mag gebruik word. Nommer die antwoorde korrek volgens die nommeringstelsel wat in hierdie vraestel gebruik is. 'n Datablad is vir jou gebruik aangeheg. Gee kort motiverings, besprekings, ensovoorts, waar nodig.

3 Fisiese Wetenskappe/V1 (Fisika) 3 AFDELING A Beantwoord hierdie afdeling op die aangehegte ANTWOORDBLAD. VRAAG 1: EENWOORD-ITEMS Gee EEN woord/term vir ELK van die volgende beskrywings. Skryf slegs die korrekte woord/term langs die vraagnommer ( ) op die aangehegte antwoordblad neer Die tempo van verandering in snelheid Die produk van die loodregte komponent van die krag ( F ) en die afstand vanaf die punt van inwerking na die draaipunt (spil) 'n Golf waarin die deeltjies parallel met die voortplantingsrigting van die golf versteur word Die wet waarvolgens die geïnduseerde emk in 'n geleier gelyk aan die tempo van verandering van die magnetiese vloed gekoppel met die geleier Die teorie wat elektriese geleiding in halfgeleiers verduidelik (1) (1) (1) (1) (1) [5] VRAAG : PASITEMS Kies 'n item uit KOLOM B om by 'n beskrywing in KOLOM A te pas. Skryf slegs die letter (A I) langs die vraagnommer (.1.5) op die aangehegte antwoordblad neer. KOLOM A KOLOM B.1 Verhouding van las tot krag A doeltreffendheid van 'n krag. Heelgetalveelvoude van die fundamentele frekwensie (grondfrekwensie) B C konvekse lens oortone Vorm altyd 'n virtuele en verkleinde beeld Ruimtegebied waarin 'n elektriese lading 'n krag ondervind Serieskakeling van weerstande in 'n elektriese stroombaan D E F G H meganiese voordeel konkawe lens harmonieë elektriese veld potensiaalverdeler I stroomverdeler [5]

4 Fisiese Wetenskappe/V1 (Fisika) 4 VRAAG 3: WAAR OF ONWAAR Dui aan of die volgende stellings WAAR of ONWAAR is. Skryf slegs 'waar' of 'onwaar' langs die vraagnommer ( ) op die aangehegte antwoordblad neer. Indien 'n stelling ONWAAR is, skryf die KORREKTE stelling neer Newton se wet van universele gravitasie stel dat 'die aantrekkingskrag tussen enige twee deeltjies, direk eweredig is aan die produk van hulle massas en omgekeerd eweredig is aan die afstand tussen hulle'. Die spoed van klank in 'n medium word deur die tipe medium bepaal en nie deur die frekwensie van die bron nie. Die golflengte van 'n longitudinale golf kan as die afstand tussen enige twee opeenvolgende verdigtings gegee word. 'n Elektronstraal wat parallel aan 'n magneetveld beweeg, ervaar 'n maksimum krag. In metaalgeleiers neem die weerstand met toename in temperatuur toe, terwyl die weerstand in halfgeleiers met toename in temperatuur afneem. [10]

5 Fisiese Wetenskappe/V1 (Fisika) 5 VRAAG 4: MEERVOUDIGEKEUSE-VRAE Vier moontlike opsies word as antwoorde vir die volgende vrae verskaf. Elke vraag het slegs EEN korrekte antwoord. Kies die korrekte antwoord en maak 'n kruisie (X) oor die letter (A D) langs die ooreenstemmende vraagnommer ( ) op die aangehegte antwoordblad. 4.1 'n Seun pas 'n krag F op 'n krat soos hieronder aangedui, toe. Die krat beweeg konstant teen konstante snelheid, v. v Die krat word dan op sy ent gedraai, wat die oppervlakte in kontak met die vloer met die helfte verminder. In hierdie nuwe oriëntasie stoot hy die krat met dieselfde konstante snelheid oor die vloer. v Die krag wat hy nou uitoefen, is... A B C D 1 F F F 4F (3) 4. 'n Persoon ly aan bysiendheid (miopie). Watter EEN van die volgende omtrent die ooglens en die posisie van die beeld is WAAR? OOGLENS POSISIE VAN DIE BEELD A Te rond Agter die retina B Te plat Agter die retina C Te rond Voor die retina D Te plat Voor die retina (3)

6 Fisiese Wetenskappe/V1 (Fisika) Twee sfere, S en T, op geïsoleerde staanders, dra ladings van +4µC en -µc onderskeidelik en is 'n afstand r van mekaar af. Die krag wat sfeer S op sfeer T uitoefen, is F. S +4µC -µc T r Sfeer T word nou na 'n afstand r van sfeer S beweeg. Wat is die krag wat sfeer S nou op sfeer T sal uitoefen? A B C D 1 F 4 1 F F 4F (3) 4.4 In die onderstaande stroombaan is drie gloeilampe in serie met 'n battery geskakel. L S 1 S S 3 Watter EEN van die volgende skakelaars moet gesluit wees om gloeilamp L die helderste te laat gloei? A B C D Slegs S 1 Slegs S Slegs S 3 S 1 en S (3)

7 Fisiese Wetenskappe/V1 (Fisika) Halfgeleiers gelei stroom deur die beweging van... A B C D positiewe ione. negatiewe ione. gedelokaliseerde elektrone. holtes en elektrone. (3) [15] TOTAAL AFDELING A: 35

8 Fisiese Wetenskappe/V1 (Fisika) 8 AFDELING B INSTRUKSIES EN INLIGTING Beantwoord AFDELING B in die ANTWOORDEBOEK verskaf, BEHALWE vir VRAE 6., 6.4 en VRAAG 8.3 wat op die aangehegte GRAFIEKPAPIER beantwoord moet word. Die formules en vervangings moet in ALLE berekeninge getoon word. Rond jou antwoorde tot TWEE desimale plekke af. VRAAG 5 'n Koeël met 'n massa van g word horisontaal in 'n stilstaande houtblok met 'n massa van 1 kg gevuur. Die koeël tref die houtblok teen 'n snelheid van 490 m s -1. Die slag veroorsaak dat die blok-koeëlsisteem oor 'n afstand van 0 cm vanaf sy oorspronklike posisie gly voordat dit tot rus kom. Veronderstel dat die blok 'n konstante wrywingskrag ondervind. g 490 m s -1 1 kg cm Benoem en stel die wet, in woorde, wat gebruik kan word om die snelheid van die blok-koeëlsisteem onmiddellik na die botsing te bepaal. Bereken die grootte van die snelheid van die blok-koeëlsisteem onmiddellik na die botsing. Teken 'n vryliggaamdiagram van die blok-koeëlsisteem. Toon en benoem ALLE kragte wat op die blok-koeëlsisteem inwerk terwyl dit beweeg. Veronderstel die blok-koeëlsisteem ondervind 'n konstante versnelling van,4 m s - terwyl dit beweeg. Bereken die kinetiese wrywingskoëffisiënt tussen die houtblok en die oppervlak. (3) (5) (3) (5) [16]

9 Fisiese Wetenskappe/V1 (Fisika) 9 VRAAG 6 Die oorlading van motorvoertuie is een van die talle oorsake van padongelukke op ons land se paaie. 'n Fisiese Wetenskappeklas het die verhouding tussen krag, massa, versnelling, stopafstand en stoptyd ondersoek. Verskillende groepe het verskillende verhoudings ondersoek. Een groep leerders het die ondersoek hieronder gedoen. Hierdie leerders het die volgende apparaat in hulle ondersoek gebruik: Vier trollies 'n Tydtikker Vier lengtes tikkerlint 'n Aanloopbaan 'n Nie-rekbare tou 'n Katrol 'n 50 g-massastuk Hulle het die apparaat soos hieronder aangedui, opgestel: Trollie Tydtikker Tikkerlint 50 g Die trolliebaan is effens gelig om vir wrywing te kompenseer. Die massastuk het die trollie teen die skuinste af versnel. Die helling is vir die duur van die eksperiment konstant gehou. Die massa is na elke lesing verhoog deur nog een trollie bo-op die ander te stapel. Na ontleding van die vier tikkerlinte, is die volgende resultate opgeskryf: KRAG (N) MASSA (Trollie-eenhede) VERSNELLING (m s - ),5 1 4,4,5,8,5 3,3,5 4 1,9 1 MASSA

10 Fisiese Wetenskappe/V1 (Fisika) Formuleer 'n ondersoekende vraag vir die bostaande ondersoek. 6. Voltooi die tabel op die aangehegte GRAFIEKPAPIER. Teken 'n grafiek van die afhanklike veranderlike op die y-as teenoor die onafhanklike veranderlike op die x-as. Dui die volgende op jou grafiek aan: Geskikte opskrif Benoemings op die asse Geskikte skaal Die vier gestipte punte Teken 'n reguitlyn deur die LAASTE DRIE punte. Maak 'n gevolgtrekking vanaf die grafiek. Ekstrapoleer (Verleng) die lyn op die grafiek. Gee 'n moontlike rede waarom die eerste punt NIE op die lyn lê nie. Gebruik jou gevolgtrekking in VRAAG 6.3 om aan motoriste te verduidelik hoekom oorlading gevaarlik is. (6) (3) [15] VRAAG 7 Jou studiegroep wil die gewig van 'n vriend bepaal. Jy het 'n 3 meter lange plank PQ met 'n massa van 8 kg. Jy stel die plank op met 'n draaipunt by punt X, 0,5 m vanaf punt P. Jou vriend staan by punt Y, 0, m vanaf die draaipunt. Ten einde die plank horisontaal te balanseer, word 'n kg-massa m vanaf die draaipunt gehang. 0,5 m m P Y X 8 kg Q 0, m kg Teken 'n benoemde kragtediagram wat AL die kragte op die vriend, die plank, en die massa aandui terwyl die plank horisontaal is. Bereken jou vriend se gewig. (3) (6) [9]

11 Fisiese Wetenskappe/V1 (Fisika) 11 VRAAG 8 Die volgende uittreksel was deel van 'n artikel wat in Januarie 005 gepubliseer is: 'Kaapstad aan die brand' Met uitsondering van weerlig, wat baie onwaarskynlik hier is, kan vure in werklikheid slegs op drie maniere veroorsaak word: sigaretstompies (waarskynlik die algemeenste, dus begin baie vure langs paaie), opsetlike brandstigting, of gebreekte glas wat veroorsaak dat die veld aan die brand slaan. Mense is vir al drie verantwoordelik.' Watter tipe lens moet 'n gebreekte glasbottel voorstel om 'n veldbrand te kan veroorsaak? Maak 'n benoemde skets om te verduidelik hoe 'n gebreekte glasbottel 'n veldbrand kan veroorsaak. (6) 'n Konvekse lens (L) met 'n brandpuntafstand van 8 cm word in 'n lenshouer op 'n lang bank geplaas. 'n Speld (PQ), 5 cm lank, word vertikaal voor die lens en 15 cm vanaf die optiese middelpunt van die lens geplaas. Beantwoord VRAAG 8.3 op die aangehegte GRAFIEKPAPIER. P Lens (L) 5 cm Q 15 cm 8.3 Op die aangehegte grafiekpapier: Gebruik die rooster en 'n geskikte skaal. Dui die punt F aan die regterkant van die lens op die as aan. Gebruik 'n straaldiagram om aan te dui hoe 'n beeld gevorm word. (4) 8.4 Gebruik die straaldiagram en bepaal: Die aard van die beeld 8.4. Die beeldafstand [16]

12 Fisiese Wetenskappe/V1 (Fisika) 1 VRAAG 9 Aandrang op MP3-gehoorrisiko-waarskuwing MP3-spelers behoort waarskuwings te dra dat gebruikers 'n risiko van gehoorskade loop indien die volume te hoog is. Die dofste klank wat die menslike oor kan hoor, genoem die gehoordrempel, is 0 db. Teen klanke met intensiteite van 10 db vibreer die oorbeentjies so sterk dat hulle die wande van die middeloor tref. ʼn Aanhoudende klankvlak van 85 db kan permanente skade aan die binne-oor aanrig. Die tabel hieronder toon klanke van verskillende intensiteite. KLANK KLANKVLAK (db) Gehoordrempel 0 Fluister 0 Gewone spraak 60 Eerste gevaarvlak vir oorskade 85 Walkman en MP3 teen maksimum volume 100 Voorste rye by ʼn rock-konsert 110 Harde musiek in ʼn klub 110 Pyndrempel 10 Straalvliegtuig 50 m weg 130 Onmiddellike skeur van oordrom 160 Gebruik die data in die tabel en die inligting in die bostaande leesstuk om die volgende vrae te beantwoord: Verduidelik hoekom die aanhoudende luister na musiek oor oorfone (byvoorbeeld 'n MP3-speler) teen maksimum volume jou gehoor sal beïnvloed. Mense wat naby straalvliegtuie werk, ondervind somtyds pyn in hulle ore. Verduidelik hoekom hulle oorpyn ondervind. Stel voor wat hulle kan doen om oorskade te voorkom. Verstrek 'n rede waarom huisontwikkelingsprojekte NIE te na aan 'n lughawe moet wees nie. (3)

13 Fisiese Wetenskappe/V1 (Fisika) Die onderstaande golfpatrone (A en B) is op die skerm van 'n ossilloskoop vir klanke met verskillende hardheid verkry. Een van die golfpatrone is deur 'n gefluister en die ander een deur 'n normale gesprek geproduseer. A B VRAAG 10 Watter patroon stel die normale gesprek voor? Gee 'n rede vir jou antwoord. (3) [10] ʼn Treindrywer in 'n bewegende trein sien ʼn obstruksie op die spoorlyn voor hom toe die trein by posisie 1, soos aangetoon in die diagram hieronder, is. Hy blaas die fluitjie by posisie 1 en ontvang die eggo s later by posisie. Die afstand tussen posisie 1 en posisie is 7 m. Indien die spoed van klank in lug 340 m s -1 is, bereken die afstand tussen die trein by posisie en die obstruksie. Neem aan dat die trein teen 'n konstante spoed beweeg. s Afstand? 7 m Posisie 1 Posisie [6]

14 Fisiese Wetenskappe/V1 (Fisika) 14 VRAAG 11 Halfgeleiers is ʼn klein groepie materiale wat vandag baie belangrik is. Hulle is die hart van die elektronikanywerheid en word in talle elektroniese toestelle soos rekenaars gebruik. Die Bandteorie van Geleiding verduidelik hoe dit moontlik is dat nie-geleiers kan afbreek, vir halfgeleiers om geleiers te word en hoekom metale goeie geleiers is Met behulp van 'n benoemde skets, en die gebruik van die Bandteorie van Geleiding, verduidelik hoekom stroom deur 'n metaal kan vloei. Halfgeleiers word uitstekende geleiers teen hoë temperature. Gee 'n rede vir hierdie verskynsel. (4) [6] VRAAG 1 ʼn Kapasitor is ʼn elektriese komponent wat elektriese energie kan stoor. Kapasitors word in talle toestelle en elektroniese stroombane gebruik, soos radio s, kameraflitse, rekenaarsleutelborde, as energiebystand in rekenaars en skootrekenaars in geval van kragonderbrekings, tydvertragingstroombane soos alarmstelsels, ensovoorts. 1.1 Wat is die primêre funksie van 'n kapasitor in 'n elektriese stroombaan? (1) Twee parallelle plate word gerangskik om 'n kapasitor te vorm. Die oppervlakte van elke plaat is 0,0 m. Die plate is deur 'n 0,004 m-luggaping geskei. 1. Bereken die kapasitansie van die kapasitor. (4) Die kapasitor is oor 'n 500 V-bron, soos hieronder getoon, geskakel: +Q -Q 500 V Bereken die lading op elke plaat. Noem TWEE praktiese maniere waarop die lading wat op die plate van die kapasitor gestoor is, vergroot kan word. Watter naam word aan die nie-geleidende materiaal wat die spasie tussen die plate van 'n kapasitor vul, gegee? Deur van jou kennis van kapasitors gebruik te maak, verduidelik aan 'n vriend hoekom dit vir 'n ongekwalifiseerde persoon gevaarlik is om die agterkant van 'n televisie oop te maak terwyl dit in werking is. (3) (1) [13]

15 Fisiese Wetenskappe/V1 (Fisika) 15 VRAAG 13 'n Transformator is 'n belangrike toepassing van Faraday se wet. Dit word vervaardig deur koperdraad om 'n sagte ysterkern te draai. Transformators werk op die beginsel van wedersydse induksie. 'n Transformator in 'n skoollaboratorium word gebruik om 0 V na 1 V om te skakel soos benodig vir die werking van 'n tydtikker Verduidelik wat met wedersydse induksie bedoel word. Verduidelik hoekom 'n sagte ysterkern gebruik word om die koperdraad om te draai. Is dit 'n spanningsverlagings- of spanningsverhogingstransformator? Bereken die aantal windings in die sekondêre klos indien die primêre klos 50 windings het. (3) (1) (4) [10]

16 Fisiese Wetenskappe/V1 (Fisika) 16 VRAAG 14 In die stroombaan hieronder het elke sel 'n EMK van 1,6 V en 'n interne weerstand van 0,5 Ω. Twee weerstande van 10 Ω en 30 Ω is in parallel geskakel en die ammeter is so geskakel dat dit die stroombaan se stroomsterkte meet. V S 10 Ω A 30 Ω Skakelaar S is oop. Wat is die lesing op die volgende: Voltmeter V Ammeter A (1) (1) Skakelaar S is nou gesluit. Bereken die volgende: Die effektiewe weerstand van die parallelle kombinasie van weerstande Die lesing op ammeter A Die lesing op voltmeter V TOTAAL AFDELING B: GROOTTOTAAL: (4) (5) (3) [14]

17 Fisiese Wetenskappe/V1 (Fisika) GEGEWENS VIR FISIESE WETENSKAPPE GRAAD 11 DATA FOR PHYSICAL SCIENCES GRADE 11 TABEL 1: FISIESE KONSTANTES/TABLE 1: PHYSICAL CONSTANTS NAME/NAAM SYMBOL/SIMBOOL VALUE/WAARDE Swaartekragversnelling Acceleration due to gravity Spoed van lig in 'n vakuum Speed of light in a vacuum Swaartekragkonstante Gravitational constant Coulomb se konstante Coulomb's constant Lading op elektron Charge on electron Elektronmassa Electron mass Permittiwiteit van ʼn vakuum Permittivity of free space g 9,8 m s - c 3,0 x 10 8 m s -1 G 6,67 x N m kg k 9,0 x N m C e - m e -1,6 x C 9,11 x kg ε 0 8,85 x 10-1 F m -1

18 Fisiese Wetenskappe/V1 (Fisika) TABEL : FORMULES/TABLE : FORMULAE BEWEGING/MOTION 1 vf = vi + a t x = vi t + a t v v vf = vi + a x x f + i = t KRAG/FORCE F net = ma p = mv Gm m 1 F= (G = 6,67 x N m kg - ) i f µ = s τ = r s(maks) F r F N F t = p = mv f mv µ k fk = F GEWIG EN MEGANIESE ENERGIE/WEIGHT AND MECHANICAL ENERGY F g = mg U = = mgh K = E k 1 = mv GOLWE, LIG EN KLANK/WAVES, LIGHT AND SOUND E p N v = f λ or/of v = νλ 1 T = or/of f T = 1 ν ELEKTROSTATIKA/ELECTROSTATICS kq1q F = (k = 9,0 x 10 9 N m C F - ) E = r q kq E = (k = 9,0 x 10 9 N m C - V ) E= r d W V = W = QEs Q kq1q U= (k = 9,0 x 10 9 N m C - Q ) C= r V ε C = 0A ( ε 0 = 8,85 x 10-1 F m -1 ) d

19 Fisiese Wetenskappe/V1 (Fisika) TABEL : FORMULES/TABLE : FORMULAE (vervolg/continued) ELEKTROMAGNETISME/ELECTROMAGNETISM Φ ε = N t Φ = BA V s N = s V N F = qvb p p STROOMELEKTRISITEIT/CURRENT ELECTRICITY Q V I = R = t I EMF /EMK = I(R+ r) R = r1 + r + r = R r r r 1 3

20 Fisiese Wetenskappe/V1 (Fisika) NAAM/EKSAMENNOMMER: NAME/EXAMINATION NUMBER: ANTWOORDBLAD/ANSWER SHEET VRAAG 1/QUESTION (1) 1. (1) 1.3 (1) 1.4 (1) 1.5 (1) [5] VRAAG /QUESTION.1 (1). (1).3 (1).4 (1).5 (1) [5] VRAAG 3/QUESTION [10] VRAAG 4/QUESTION A B C D 4. A B C D 4.3 A B C D 4.4 A B C D 4.5 A B C D (5 x 3) [15] TOTAAL AFDELING A/TOTAL SECTION A: 35

21 Fisiese Wetenskappe/V1 (Fisika) NAAM/EKSAMENNOMMER: NAME/EXAMINATION NUMBER: VRAAG 6./QUESTION 6. KRAG (N) MASSA (Trollie-eenhede) VERSNELLING (m s - ),5 1 4,4,5,8,5 3,3,5 4 1,9 1 MASSA

22 Fisiese Wetenskappe/V1 (Fisika) NAAM/EKSAMENNOMMER: NAME/EXAMINATION NUMBER: VRAAG 8.3/QUESTION 8.3 P 5 cm F Q Lens (L)