NASIONALE SENIOR SERTIFIKAAT EKSAMEN GRAAD 12 FISIESE WETENSKAPPE: FISIKA (V1) SEPTEMBER 2015

Transcriptie

1 NASIONALE SENIOR SERTIFIKAAT EKSAMEN GRAAD 1 FISIESE WETENSKAPPE: FISIKA (V1) SEPTEMBER 015 PUNTE: 150 TYD: 3 uur Hierdie vraestel bestaan uit 17 bladsye en 3 inligtingsblaaie

2 Fisiese Wetenskappe/V1 DBE/September 015 INSTRUKSIES EN INLIGTING 1. Skryf jou naam op die antwoordstel.. Hierdie vraestel bestaan uit ELF vrae. Beantwoord al die vrae op die antwoordstel. 3. Begin elke vraag op n NUWE bladsy in die antwoordstel. 4. Nommer die antwoorde korrek volgens die nommeringstelsel wat in hierdie vraestel gebruik is. 5. Laat EEN reël oop tussen twee subvrae, byvoorbeeld tussen VRAAG.1 en VRAAG. 6. Jy mag n nieprogrammeerbare sakrekenaar gebruik. 7. Jy mag toepaslike wiskundige instrumente gebruik. 8. Jy word aangeraai om die aangehegte GEGEWENSBLAAIE te gebruik. 9. Toon ALLE formules en substitusies in ALLE berekeninge. 10. Rond jou finale numeriese antwoorde tot n minimum van TWEE desimale plekke af. 11. Gee kort (bondige) motiverings, besprekings, ensovoorts waar nodig. 1. Skryf netjies en leesbaar.

3 Fisiese Wetenskappe/V1 3 DBE/September 015 VRAAG 1: MEERVOUDIGEKEUSE-VRAE Vier opsies word as moontlike antwoorde vir die volgende vrae gegee. Elke vraag het slegs EEN korrekte antwoord. Skryf slegs die letter (A D) langs die vraagnommer ( ) op jou ANTWOORDSTEL neer, byvoorbeeld 1.11 D. 1.1 n Leerling trek n blok teen n KONSTANTE SPOED oor n ruwe horisontale oppervlak met n horisontale krag F. Die onderstaande kragtediagram toon al die kragte wat op die blok inwerk. F X Y Z Watter een van die volgende verhoudings tussen die groottes van die kragte F, X, Y en Z is waar? A F > Y en X = Z B F > Y en X < Z C F = Y en X = Z D F = Y en X < Z () 1. n Klip word vertikaal opwaarts in die lug op gegooi. Watter kombinasie in die onderstaande tabel toon die verandering in die momentum en potensiële energie van die klip, korrek aan? Momentum Potensiële energie A Neem toe Neem af B Neem af Neem toe C Neem toe Neem toe D Neem af Bly konstant ()

4 Fisiese Wetenskappe/V1 4 DBE/September Twee massas Mx en My is n vaste afstand r van mekaar. n Derde massa Mz ervaar n NUL resulterende horisontale gravitasiekrag wanneer dit 3 r vanaf Mx op 4 die verbindingslyn tussen Mx en My geplaas word. Mx 3 4 r Mz My r Die verhouding van die twee massas Mx : My is: A 3 : 1 B 4 : 3 C 9 : 1 D 16 : 1 () 1.4 Twee gelaaide sfere V en W is op n reguit lyn geplaas. X, Y en Z is drie punte op dieselfde reguit lyn. Die posisies van punte X, Y en Z is soos getoon en die rigting van die NETTO elektriese veld by onderskeidelik punte X, Y en Z is in die diagram aangetoon. X V Y W Z Watter EEN van die volgende kombinasies gee die ladings van elk van die sfere V en W? Lading van V Lading van W A Positief Positief B Neutraal Positief C Negatief Negatief D Positief Negatief ()

5 Fisiese Wetenskappe/V1 5 DBE/September Die battery in die onderstaande diagram het n weglaatbare interne weerstand. Indien die stroom in die stroombaan 1 A is, is die komponent aangedui deur X, n: 1 A 5 V Ω X 4 V A B C gloeilamp. sel. ammeter. D skakelaar. () 1.6 Drie identiese gloeilampe X, Y en Z word in n stroombaan geskakel soos hieronder getoon. Die interne weerstand van die battery is weglaatbaar. Wanneer skakelaar S gesluit word is die lesing op ammeter A1,5 A. A1,5 A Y Z X S A A3 Watter EEN van die volgende kombinasies beskryf die lesings op die ammeters (in ampère) korrek wanneer gloeilamp Z uitbrand? A1 A A3 A 3, 3, 0 B,5 1,5 0 C 1,8 1,8 0 D 1, 1,1 0,1 ()

6 Fisiese Wetenskappe/V1 6 DBE/September Twee sterk staafmagnete word geplaas met die noord- en suidpole wat na mekaar wys soos in die skets getoon. n Stroomdraende geleier word tussen die twee magnete geplaas met konvensionele stroom wat in die vlak van die bladsy in vloei. K N S Die geleier ervaar n krag in die rigting van L A B C K L N D S () 1.8 In die meegaande grafiek dui die soliede kurwe aan hoe die emk wat deur n eenvoudige kragopwekker geproduseer word, met tyd wissel. Die gebroke kurwe dui die uitset van dieselfde kragopwekker aan nadat n verandering aan die kragopwekker aangebring is Emk (V) 10 0,1 0, 0,3 0,4 Tyd (s) 0 Watter verandering is gemaak om die resultaat wat getoon is, te produseer? A B C Die aantal windings in die spoel is verdubbel. Die spoed van rotasie is verdubbel. n Splitring kommutator is bygevoeg. D Die sterkte van die magnete is verdubbel. ()

7 Fisiese Wetenskappe/V1 7 DBE/September Die diagram hieronder toon moontlike oorgange van elektrone tussen ENERGIEVLAKKE (E1 tot E4) in n atoom van n spesifieke element. b c d a e E3 E4 E1 E Watter oorgang sal die lyn van KORTSTE GOLFLENGTE op die emissiespektrum van die element produseer? A B C Oorgang a Oorgang c Oorgang d D Oorgang e () 1.10 n Bundel GROEN lig word op die katode van n foto-elektriese sel geskyn. Die milli-ammeter in die stroombaan registreer n stroom wat vloei. Die groen lig word verwyder en BLOU lig met n laer intensiteit word op dieselfde foto-elektriese sel geskyn. Hoe vergelyk die aantal foto-elektrone wat per sekonde vrygestel word en die spoed waarteen die foto-elektrone beweeg wanneer die BLOU lig gebruik word? Aantal foto-elektrone per sekonde Spoed van foto-elektrone A Afneem Afneem B Toeneem Afneem C Afneem Toeneem D Bly dieselfde Toeneem () [0]

8 Fisiese Wetenskappe/V1 8 DBE/September 015 VRAAG (Begin op n nuwe bladsy) n Blok met n massa van kg rus op n ruwe horisontale oppervlak. Die blok is aan n ander blok met n massa van 1,5 kg verbind met n ligte onelastiese toutjie wat oor n wrywinglose katrol hang. Die kg blok ondervind n konstante wrywingskrag van 3,1 N wanneer n krag van 0 N daarop uitgeoefen word soos in die diagram getoon. Ignoreer die effekte van lugweerstand. kg 0 N 1,5 kg.1 Definieer die begrip kinetiese wrywingskrag. (). Teken n benoemde vrye kragtediagram wat AL die kragte wat op die kg-blok inwerk, aandui. (5).3 Pas Newton se Tweede Wet toe op elkeen van die blokke en bereken die grootte van die versnelling van die blokke. (6) [13]

9 Fisiese Wetenskappe/V1 9 DBE/September 015 VRAAG 3 (Begin op n nuwe bladsy) n Dogter staan op n platform in n klaskamer. Sy gooi n bal vertikaal afwaarts na die vloer en poog dat die bal nadat dit op die vloer gehop het, die plafon van die klaskamer sal raak. Sy gooi die bal teen n spoed van 8 m s -1 vanaf n hoogte van 1,8 m bo die vloer. Ignoreer die effekte van lugweerstand. Plafon 3,5 m 1,8 m 3.1 Skryf neer die grootte en rigting van die versnelling van die bal onmiddelik nadat die bal haar hand verlaat. () 3. Is die beweging van die bal, terwyl dit afwaarts beweeg na die vloer, vryval? Verduidelik die antwoord. () 3.3 Bereken die grootte van die snelheid waarmee die bal die vloer tref. (4) 3.4 Hoe lank neem dit voordat die bal die vloer tref? (3) Die bal hop ONELASTIES op die vloer waartydens die spoed van die bal met 0% VERMINDER. Die bal is vir 0,01 s in kontak met die vloer. 3.5 Bepaal deur van berekeninge gebruik te maak of die bal die plafon sal bereik nadat dit gehop het. (5) 3.6 Skets n snelheid-tydgrafiek vir die beweging van die bal, vandat die tyd wat dit geprojekteer is totdat dit die maksimum hoogte na die hop bereik. Toon die volgende duidelik op die grafiek aan: Die beginsnelheid van die bal. Die snelheid en tyd wanneer die bal die vloer tref. Die snelheid en tyd wanneer die bal die vloer verlaat. (4) [0]

10 Fisiese Wetenskappe/V1 10 DBE/September 015 VRAAG 4 (Begin op n nuwe bladsy) n Speelgoedkanon, massa 1,6 kg, verkeer in rus op n growwe horisontale oppervlak soos in die diagram getoon. n Staalalbaster, massa 0,8 kg, word horisontaal oos vanuit die kanon geskiet. Direk na die skoot beweeg die kanon teen 0,6 m s -1 wes. N 0,6 m s -1 W S O 0,5 m A B Bereken die spoed van die albaster direk nadat die albaster geskiet is. (4) 4. Die staalalbaster ondervind n krag F tydens die skoot. Verduidelik in terme van F hoe die krag wat die KANON ervaar vergelyk met dit wat die staalalbaster ervaar. (3) Die kanon bereik punt A teen n spoed van 0, m s -1 en beweeg dan teen n ruwe 0,5 m lange skuinsvlak AB af. 4.3 Verduidelik waarom hierdie NIE n geslote sisteem is NIE. (1) 4.4 Bereken die kinetiese wrywingskrag wat op die kanon inwerk van A na B indien die kinetiese wrywingskoëfisient (µk) 0,1 is. (3) 4.5 Gebruik slegs ENERGIEBEGINSELS en bereken die snelheid van die kanon by punt B. (5) [16]

11 Fisiese Wetenskappe/V1 11 DBE/September 015 VRAAG 5 (Begin op n nuwe bladsy) n Windpomp op n plaas word gebruik om stilstaande water, vanaf punt A, uit n put te pomp. Die water vloei verby punt B, 35 m bokant punt A, teen n spoed van,1 m s -1. B 35 m A 5.1 Definieer die term konserwatiewe krag. () 5. Bereken die maksimum drywing wat die windpomp lewer as 87 kg water uit die put gepomp word per minuut. (5) [7]

12 Fisiese Wetenskappe/V1 1 DBE/September 015 VRAAG 6 (Begin op n nuwe bladsy) n Man monteer n sirene met n konstante frekwensie van 800 Hz op die dak van sy motor. Hy ry teen n konstante spoed heen en weer in n reguit straat terwyl n stilstaande leerder die waargenome klank meet. Op n sekere stadium van die rit verkry die leerder die volgende druk-tyd grafiek van die klankgolf: druk,5 7,5 tyd ( 10-4 s) 6.1 Wat is die periode van die waargenome klankgolf? (1) 6. Bereken die frekwensie van die waargenome klankgolf. (3) 6.3 Stel die Doppler-effek in woorde. () 6.4 Bereken die spoed waarteen die motor beweeg. Neem die spoed van klank in lug as 340 m s -1. (5) 6.5 Terwyl die motor stilstaan, word die frekwensie van die sirene verander na 900 Hz. Sal die golflengte van die klankgolf wat die leerder meet TOENEEM, AFNEEM of DIESELFDE BLY? Verklaar die antwoord. (3) [14]

13 Fisiese Wetenskappe/V1 13 DBE/September 015 VRAAG 7 (Begin op n nuwe bladsy) Sfeer A het n lading van +4 µc en word in n geïsoleerde buis geplaas. n Tweede identiese, maar teenoorgesteld gelaaide sfeer B, massa 500 g, hang in rus op n afstand r reg bokant sfeer A. Sfeer B is aan n skaal verbind soos in die skets getoon. 19 N 0 N B - 4 μc r A + 4 μc 7.1 Skets die netto elektriese veldpatroon as gevolg van sfere A en B. (3) 7. Skryf Coulomb se wet in woorde neer. () 7.3 Teken n benoemde kragtediagram van al die kragte wat op sfeer B inwerk. (3) 7.4 Wat is die grootte van die netto opwaartse krag wat op sfeer B inwerk? (1) 7.5 Bereken die afstand r tussen sfere A en B. (6) [15]

14 Fisiese Wetenskappe/V1 14 DBE/September 015 VRAAG 8 (Begin op n nuwe bladsy) Graad 1 leerlinge voer n eksperiment uit om die INTERNE WEERSTAND van n battery te bepaal. Die leerlinge is in twee groepe verdeel en elke groep ontvang die volgende stroombaankomponente: n battery n reostaat n ammeter n voltmeter verbindingsdrade n skakelaar 8.1 Verduidelik die term interne weerstand in woorde. () 8. Teken n stroombaandiagram, deur van bogenoemde komponente gebruik te maak, om die eksperimentele opstelling aan te toon. () Groep 1 gebruik battery 1 met n interne weerstand r1. Groep gebruik battery met interne weerstand r. Die resultate van elke groep word in die grafiek hieronder aangetoon. 1 Voltmeterlesing (V) Groep 1 Groep 8.3 Verwys na die grafiek en noem EEN grootheid van die twee batterye wat dieselfde is. (1) 8.4 Verduidelik waarom die lesing op die voltmeters afneem soos die stroom toeneem. Toepaslike vergelykings mag gebruik word in jou verduideliking. (3) 8.5 Watter groep, 1 of, het die battery met die hoogste interne weerstand gebruik? Verduidelik die antwoord deur na die grafiek te verwys. () [10] 1 3 Ammeterlesing (A)

15 Fisiese Wetenskappe/V1 15 DBE/September 015 VRAAG 9 (Begin op n nuwe bladsy) n 8 Ω resistor, n gloeilamp en n reostaat word aan n 8,4 V battery, met n interne weerstand van 0,4 Ω, verbind soos in die onderstaande stroomdiagram getoon. Die drywing van die gloeilamp is 8,1 W. Die reostaat is verstel totdat die ammeter n lesing van 1,5 A toon wanneer die skakelaar gesluit word. ε = 8,4 V 0,4 Ω S V 1 8 Ω 8,1 W A 9.1 Bereken die weerstand van die gloeilamp. (3) 9. Bereken die weerstand van die reostaat wanneer die ammeterlesing 1,5 A is. (6) Die reostaat word verstel sodat die weerstand daarvan aansienlik VERHOOG. 9.3 Hoe sal die volgende lesings beïnvloed word? Skryf slegs TOENEEM, AFNEEM of BLY DIESELFDE neer Die totale weerstand in die stroombaan. (1) 9.3. Die emk van die battery. (1) Die lesing op V1. (1) [1]

16 Fisiese Wetenskappe/V1 16 DBE/September 015 VRAAG 10 (Begin op n nuwe bladsy) Die onderstaande diagram toon n vereenvoudigde skets van n wisselstroom (WS) generator. N S Ω 10.1 Gee die energie-omskakeling wat in n WS-generator plaasvind. (1) 10. n Ω resistor is aan die WS-generator verbind. Bereken die maksimum stroom wat deur die resistor vloei indien die resistor n gemiddelde drywing van 80 W het. (5) n Televisie in n huishouding is gemiddeld 14 uur per maand aangeskakel. Die televisie is gemerk 1 00 W ; 0 V Indien die ESKOM tarief R1,5 per eenheid is, bereken die maandelikse koste vir die elektrisiteitsverbruik van die televisie. () [8]

17 Fisiese Wetenskappe/V1 17 DBE/September 015 VRAAG 11 (Begin op n nuwe bladsy) Leerders doen n eksperiment om die invloed van die golflengte van lig op die fotoelektriese effek te ondersoek. Hulle belig n metaalskyf M met drie ligbronne van verskillende golflengtes en noteer die vrystelling van foto-elektrone vanuit die metaal. Die resultate wat verkry is, word in die tabel hieronder aangetoon: Ligbron Golflengte Vrystelling van foto-elektrone ( 10-9 m) A 480 Elektrone vrygestel wat wegbeweeg van die metaal B 60 Geen elektrone vrygestel C 570 Elektrone vrygestel en beweeg NIE weg van die metaal NIE 11.1 Definieer die foto-elektriese effek in woorde. () 11. Skryf n ondersoekende vraag vir hierdie eksperiment neer. () 11.3 Gee n rede waarom ligbron A wel elektrone vrystel uit die metaalskyf M, maar nie ligbron B nie. () 11.4 Bereken die werksfunksie van die metaal M. (3) 11.5 Bereken die maksimum spoed waarteen die elektrone uit metaalskyf M vrygestel word wanneer die metaalskyf met ligbron A belig word. (5) 11.6 Ligbron A is BLOU lig en ligbron B is ORANJE lig. Watter kleur lig is moontlik ligbron C? Kies slegs uit VIOLET, GROEN of ROOI. (1) [15] TOTAAL: 150

18 Fisiese Wetenskappe/V1 18 DBE/September 015 DATA FOR PHYSICAL SCIENCES GRADE 1 PAPER 1 (PHYSICS) GEGEWENS VIR FISIESE WETENSKAPPE GRAAD 1 VRAESTEL 1 (FISIKA) TABLE 1: PHYSICAL CONSTANTS / TABEL 1: FISIESE KONSTANTES NAME / NAAM SYMBOL / SIMBOOL VALUE / WAARDE Acceleration due to gravity Swaartekragversnelling Universal gravitational constant Universele gravitasiekonstante Speed of light in a vacuum Spoed van lig in 'n vakuum Planck s constant Planck se konstante Coulomb s constant Coulomb se konstante Charge on electron Lading op elektron Electron mass Elektronmassa Mass of Earth Massa van Aarde Radius of Earth Radius van Aarde g 9,8 m s - G 6, N m kg- c 3,0 x 10 8 m s -1 h 6,63 x J s k 9,0 x 10 9 N m C- e - me M RE -1,6 x C 9,11 x kg 5, kg 6, m

19 Fisiese Wetenskappe/V1 19 DBE/September 015 TABLE : FORMULAE / TABEL : FORMULES MOTION / BEWEGING vf vi a t v f i f i v a x or/of v v a y Δx Δx 1 viδt a t or/of Δy v Δt i 1 a t v i v f v i v f Δt or/of Δy Δt FORCE / KRAG F net ma p mv fs(max) = μsn F Δt Δp net Δp mv f mv i fk = μkn w mg F= Gm 1m r g= Gm r WORK, ENERGY AND POWER / ARBEID, ENERGIE EN DRYWING W F x cos U mgh or/of E P mgh 1 K mv or/of 1 Ek mv Wnc = K + U or/of Wnc = Ek + Ep Pav = F vav / Pgem = F vgem Wnet = ΔK or/of Wnet = ΔEk ΔK = Kf Ki or/of ΔEk = Ekf - Eki W P t WAVES, SOUND AND LIGHT / GOLWE, KLANK EN LIG 1 v f T f v v L fl fs E hf or/of E h c v v s E = Wo + Ek(max) or/of E = Wo + K(max) where/waar E = hf and/en Wo = hfo and/en Ek(max) = 1 mv max or/of K(max) = 1 mv max

20 Fisiese Wetenskappe/V1 0 DBE/September 015 ELECTROSTATICS / ELEKTROSTATIKA kq1q F r E W V q E kq r F q n = Q e OR/OF n = Q q e ELECTRIC CIRCUITS / ELEKTRIESE STROOMBANE V emf (ε) = I (R + r) R I emk (ε) = I (R + r) Rs R1 R R R R p 1 W = Vq W = VI t W = I R t W = V Δt R q I P P I t W Δt P VI V P R ALTERNATING CURRENT / WISSELSTROOM Pave V rms Irms / Pgemiddeld V wgk Iwgk Imax Imaks Irms / Iwgk P R Irms / P R ave R gemiddeld I wgk Vmax Vrms / V wgk V maks Vrms Pave / R P gemiddeld V wgk R