Eindexamen natuurkunde 1-2 compex vwo 2008-I

Transcriptie

1 Eindexamen natuurkunde - compex vwo 008-I Beoordelingsmodel Opgave Kerncentrale maximumscore voorbeeld van een antwoord: In een reactor met een constant vermogen wordt elke splijting gevolgd door één nieuwe splijting (, zodat de vermenigvuldigingsfactor k = ). Dit wordt bereikt door de regelstaven tot de juiste diepte in de reactorkern te steken (zodat de overtollige neutronen worden weggevangen). Wil men nu een hoger, constant vermogen produceren dan zal men eerst de regelstaven iets uit de reactorkern moeten halen (, waardoor de vermenigvuldigingsfactor k > wordt), maar als het vereiste vermogen bereikt is, zal men de regelstaven weer naar het oude niveau terug moeten brengen (, zodat de vermenigvuldigingsfactor k weer wordt). inzicht dat de regelstaven iets uit de reactorkern moeten worden gehaald inzicht dat de regelstaven daarna weer tot de juiste diepte in de reactorkern moeten worden gestoken www. - -

2 Eindexamen natuurkunde - compex vwo 008-I maximumscore 4 uitkomst: m = 0,077 kg voorbeeld van een berekening: De centrale produceert een totaal vermogen van =,58 0 W. 0,38 9 Per uur wordt dus, = 5,68 0 J geproduceerd. 3 Per splijting komt vrij 80,60 0 =,884 0 J. 5, Per uur worden dus =,97 0 uraniumkernen gespleten.,884 0 Deze kernen hebben een massa van 3 7, , = 0,077 kg. Pnuttig gebruik van η = 00% Ptotaal geproduceerde energie inzicht dat aantal gespleten kernen = energie per splijting gebruik van m = massagetal u completeren van de berekening 3 maximumscore 4 voorbeeld van een antwoord: Fe+ n Fe Fe+ 0n 6Fe Fe+ 0n 6Fe Co+ 0n 7 Fe Co+ e Co inzicht in herhaaldelijk invangen van neutronen door ijzerisotopen notie dat Fe via β-verval overgaat in 7 Co inzicht dat 59 7Co neutron invangt completeren van het antwoord Opmerking Wanneer geëindigd met Fe Co + e : goed rekenen. www. - -

3 Eindexamen natuurkunde - compex vwo 008-I 4 maximumscore 3 voorbeeld van een antwoord: Voor het aantal kernen geldt: () ( 0 )( ) t N t = N τ met τ = 5,7 jaar. Na 40 jaar geldt dus: ( ) ( ) ( ) 5,7 3 N = N = 5,9 0 N( ) Het aantal kernen is dus 93 keer zo klein geworden. De uitspraak is dus niet juist. inzicht dat () ( 0 )( ) t N t = N τ met τ = 5,7 jaar completeren van de berekening consequente conclusie 5 maximumscore 3 uitkomst: x = 46 cm voorbeeld van een berekening: Voor de verzwakking van de γ-straling geldt: = x d ( ) I( 0) I x Invullen leidt tot met d = 4,6 cm. x 4,6 = 0,000 en hieruit volgt dat x = 46 cm. x d gebruik van I( x) = I( 0) inzicht dat d = 4,6 cm completeren van de berekening www

4 Eindexamen natuurkunde - compex vwo 008-I Opgave Schudlamp 6 maximumscore voorbeeld van een antwoord: Bij het naderen van de magneet neemt de magnetische flux in de spoel toe. (Hierdoor ontstaat er een spanningspuls) Als de magneet de spoel verlaat, neemt de flux weer af. Hierdoor ontstaat een tegenovergestelde spanningspuls. noemen van respectievelijke fluxtoename en fluxafname completeren van de uitleg 7 maximumscore 3 voorbeeld van een schets: t 0 t t inzicht dat het tijdsinterval groter wordt inzicht dat de maximale waarde van de spanning kleiner is inzicht dat de spanning begint met een positieve puls www

5 Eindexamen natuurkunde - compex vwo 008-I 8 maximumscore 3 antwoord: B R S A P Q C E LED F D Uind spoel tekenen van (minimaal ) veldlijnen van Q naar P tekenen van twee diodes, één diode richting BC en één diode richting CD richting van de LED, in overeenstemming met de veldlijnen tussen P en Q 9 maximumscore 4 uitkomst: R = 6,0 0 Ω voorbeeld van een berekening: De stroomsterkte valt te berekenen met I() t I( ) = 0 e RC. Als de stroomsterkte tot 0% van de beginwaarde is gedaald, geldt: Rtotaal ( ) I( ) 4,0 60 0, 0, 0 I 0 = 0 e. Hieruit volgt R = 678 Ω. totaal Dit is de som van de ohmse weerstand R en de weerstand van de LED. Voor de waarde van R geldt: R = = 6,0 0 Ω. gebruik van I() t I( ) t = 0 e RC inzicht dat I(40) = 0,0 I(0) berekenen van R totaal completeren van de berekening t www

6 Eindexamen natuurkunde - compex vwo 008-I Opgave 3 Witte LED 0 maximumscore 3 voorbeeld van een constructie: + + M lens spleet tralie lens P scherm een constructiestraal door het optisch midden van lens naar P completeren van de constructie maximumscore antwoord: Bij het filter van 650 tot 700 nm. voorbeeld van een antwoord: Er treedt geen foto-elektrisch effect op als de opvallende golflengte groter is dan de grensgolflengte. De grensgolflengte voor cesium is 639 nm. Alleen bij het filter van nm is er dus geen foto-elektrisch effect. inzicht dat er geen foto-elektrisch effect optreedt als de golflengte groter is dan de grensgolflengte opzoeken van de grensgolflengte van Cs en consequente keuze www

7 Eindexamen natuurkunde - compex vwo 008-I maximumscore 5 uitkomst: U rem = 0,3 V voorbeeld van een berekening: De remspanning is te berekenen met: eu rem = E foton W u. 8 hc 34, Efoton = = 6,66 0 = 3,6 0 J 9 λ W u,94 ev,60 0 = =,94 = 3,08 0 J Hieruit volgt: eu rem = 3,6 0 3,08 0 = 5,04 0 J. U 0 5,04 0 = = 0,3 V, 60 0 rem 9 inzicht dat eu rem = E foton W u hc gebruik van Efoton = λ gebruik van λ = 550 nm opzoeken van W u en omrekenen naar J completeren van de berekening www

8 Eindexamen natuurkunde - compex vwo 008-I Algemene opmerking Bij de vragen 5 t/m 9 van dit deel van het examen hoeft niet te worden gelet op het aantal significante cijfers van de uitkomsten. Sommige schermafdrukken van diagrammen die in het beoordelingsmodel zijn opgenomen kunnen in Coach 5 niet als resultaat worden opgeslagen. Deze schermafdrukken zijn in het antwoordmodel opgenomen om de oplossingsmethode te illustreren. Opgave 4 Luchtschip 3 maximumscore 4 uitkomst: m = 6,9 0 kg voorbeelden van een berekening: methode Voor de massa van het heliumgas geldt: m = aantal mol molmassa. Met de algemene gaswet volgt: 5 3 pv,0 0 3, n = = =, mol. RT 8, m =, ,003 0 = 6,9 0 kg omrekenen van o C naar K gebruik van pv = nrt inzicht dat m = aantal mol molmassa completeren van de berekening www

9 Eindexamen natuurkunde - compex vwo 008-I methode Voor de massa van het helium geldt: m= ρ V. Uit Binas tabel blijkt dat bij T = 73 K en p = p 0 m 3 helium een massa heeft van 0,78 kg. pv p0v0 Met de algemene gaswet volgt: =, neem voor V T T 0 m ,0 0 V,0 0 Invullen geeft: =, hieruit volgt dat V = 0,9787 m 3, 9 73 zodat voor de dichtheid van het helium in de ballon geldt: 0,78 3 ρ = = 0,8 kg m. 0,9787 Voor de totale massa van het helium geldt dan: 3 m= ρv = 0,8 3,40 0 = 6,9 0 kg. omrekenen van o C naar K inzicht dat m= ρv en opzoeken van ρ pv p0v0 gebruik van = T T0 completeren van de berekening Opmerking 3 ρ = 0,78 kg m gebruikt zonder correctie voor p en T: maximaal punten. 4 maximumscore voorbeeld van een uitleg: De grootte van de luchtweerstand wordt bepaald door de snelheid waarmee het luchtschip ten opzichte van de lucht beweegt (u) en niet door de snelheid ten opzichte van de aarde (v). inzicht dat de luchtweerstand bepaald wordt door de snelheid ten opzichte van de lucht. inzicht dat u ten opzichte van de lucht is en v ten opzichte van de aarde www

10 Eindexamen natuurkunde - compex vwo 008-I 5 maximumscore 3 uitkomst: v =,6 m s voorbeeld van een antwoord: Door in de laatste modelregel 00 te vervangen door een getal groter dan 507, het model te runnen, het (v,t)-diagram te herschalen en de waarde van v af te lezen, blijkt v te naderen tot,6 m s. de laatste modelregel wijzigen het aangepaste model runnen en het diagram herschalen uitlezen constante snelheid Opmerking Als v is afgelezen bij 50 t 507 dan maximaal punten. Als v is afgelezen bij t 50 dan 0 punten. 6 maximumscore 4 voorbeeld van een controleberekening: Fresultante = 0dus Fstuw = Fluchtweerstand = 0,5ρ cw Au u = = = 34,9 0,5ρ c A 0,5,8 0,0 π 4,0 w u =,6 ms v= u 9,0 =,6 ms inzicht dat F resultante = 0 inzicht dat Fstuw = Fluchtweerstand gebruik van Fluchtweerstand = 0,5ρ cw Au gebruik van v= u+ vwind www

11 Eindexamen natuurkunde - compex vwo 008-I 7 maximumscore 3 uitkomst: tijdsduur = 50 s voorbeeld van een bepaling: Met simulatie voor t_ = 50 s valt de (x,t)-grafiek het best samen met de meetpunten. De motor is dus = 50 s uit geweest. selecteren van t_ om aan te passen bepalen van t_ completeren van de bepaling 8 maximumscore uitkomst: afstand = 3,9 0 m voorbeeld van een bepaling: Oppervlakte onder de (u,t)-grafiek bepalen. inzicht dat de oppervlakte onder de (u,t)-grafiek de verplaatsing is completeren van de bepaling www. - -

12 Eindexamen natuurkunde - compex vwo 008-I 9 maximumscore 5 voorbeeld van de berekening van de toename van de kinetische energie: Op t = 350 s is de snelheid volgens het model,89 m s. De toename van de kinetische energie ten opzichte van de lucht is: Δ E = mu = 3 5 4, 0,89 = 3, 4 0 J. () kin voorbeeld van de bepaling van de netto verrichte arbeid met behulp van het model: De door de resulterende kracht verrichte arbeid is: Oppervlakte van s = 0 m tot s= 94,08 m onder het ( F, s )-diagram. 94,08 resultante 5 3,4 0 J () 0 W = F ds= De uitkomsten van () en () zijn gelijk. resultante snelheid aflezen in ( ut, )-diagram gebruik van Δ E kin = mu het maken van het ( Fresultante, s )-diagram de oppervlakte bepalen completeren van het antwoord Opmerkingen Als niet exact de waarde voor de verplaatsing uit de vorige vraag gebruikt maar wel een waarde binnen 00 m van die waarde waarbij de motoren gestopt worden: geen aftrek. Als oppervlakte bepaald onder ( Fstuw, s)-diagram: maximaal 3 punten. www. - -

13 Eindexamen natuurkunde - compex vwo 008-I 0 maximumscore 6 voorbeeld van een automatisch systeem: de referentiespanningen juist ingesteld de uitgang van 3,0V-comparator verbinden met de aan/uit van de teller de uitgang van,8v-comparator via de invertor aansluiten op de reset van de geheugencel de 4-uitgang van de teller aansluiten op de set van de geheugencel de drukschakelaar voor de handbediening op een OF-poort aansluiten tussen de geheugencel en het relais de uitgang van de OF-poort of die van de geheugencel verbinden met de reset van de teller Opmerking Als door extra verbindingen en/of verwerkers een niet naar behoren werkende schakeling is getekend: maximaal 4 punten. Bronvermeldingen opgave naar De Volkskrant, april 003 www