Staatsexamen VWO 2014

Transcriptie

1 Staatsexamen VWO 2014 Nederl Natuur, leven en technologie Tijdvak 1 Maandag 26 mei uur College-examen schriftelijk Opgavenboekje Voor dit examen zijn maximaal 53 punten te behalen; het examen bestaat uit 30 vragen: 27 open en 3 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 5 e druk geraadpleegd worden. Het gebruik van een 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-14-1-o 1

2 Alfadeeltje Hieronder staat een fragment uit Wikipedia, de vrije encyclopedie. Een atoomkern links vervalt onder uitzending van het alfadeeltje rechts. Bij het radioactief verval van zware elementen wordt vaak een alfadeeltje uitgestoten. Dit kan de omgeving ioniseren. Dit verschijnsel staat bekend als alfastraling. Alfastraling (bovenaan in de afbeelding) wordt al tegengehouden door een stukje papier. Voor het tegenhouden van bètastraling is een aluminiumplaat nodig en gammastraling gaat zelfs nog door heel dikke materialen. Het alfadeeltje bestaat uit twee neutronen en twee protonen. De sterke kernkracht houdt het alfadeeltje zo sterk bijeen, dat deze kern heel stabiel is. De bindingsenergie bereikt bij isotopen vanaf het losse proton een eerste maximum bij het alfadeeltje. Een gevolg van deze sterke binding is dat er geen kernen met 5 en met 8 kerndeeltjes bestaan, want die zouden onmiddellijk uiteenvallen in een alfadeeltje en een proton of neutron, respectievelijk twee alfadeeltjes. Daardoor is het alfadeeltje buitengewoon stabiel en gedraagt het zich als een zelfstandig deeltje, met veel bindingsenergie. In een instabiele atoomkern met teveel neutronen ten opzichte van het aantal protonen kan een alfadeeltje makkelijker door de barrière van de sterke aantrekkende kernkracht komen dan een zwaarder deeltje. Door een alfadeeltje uit te zenden doet een kern met te veel neutronen ten opzichte van het aantal protonen de efficiëntste stap om in het stabiele gebied van isotopen in het (M=N+P,Z)-diagram te komen. Daarom is er wel alfaverval en geen "protonverval", "neutronverval" of "koolstofverval" enzovoorts. 1p 1 Noem de scheikundige atoomnaam voor een alfadeeltje. Welke fundamentele natuurkrachten heb je nog meer behalve sterke kernkracht? 2p 2 A Elektromagnetische kracht, zwakke kernkracht en zwaartekracht. B Elektrische kracht, magnetische kracht en zwakke kernkracht. C Zwakke kernkracht, van der Waalskracht en elektrische kracht. D Zwakke kernkracht, elementaire en elektromagnetische kracht. Er wordt gesproken over een zwaarder deeltje. Hoe komt dit deeltje zo zwaar? 2p 3 A Door een overmaat aan elektronen. B Dat wordt bepaald door het aantal protonen en neutronen. C Door de formule van Einstein: E = mc 2. D Door de korte onderlinge afstand met naburige atomen. 2p 4 Polonium-210 is een alfastraler. Laat met een vergelijking zien welk deeltje ontstaat. 2

3 Metingen bij cricket Bij cricket is de regel dat de werper (bowler) de bal naar de slagman (batter) gooit zonder de hoek van zijn elleboog te veranderen. Wel is het toegestaan om de pols en de vingers te laten roteren. Muttiah Muralitharan uit Sri Lanka (zie afbeelding hieronder) staat bekend als de beste bowler aller tijden. Hij is vooral befaamd om zijn doosra, een techniek waarbij de bal door roterende vingers veel tegeneffect krijgt. In het begin van zijn carrière ondervond Muttiah vaak problemen. Een aantal scheidsrechters ging ervan uit dat hij de hoek van zijn elleboog veranderde. Er zijn aan hem veel biomechanische metingen gedaan tijdens het uitvoeren van zijn worpen. Daarbij werd gebruik gemaakt van high speed camera s. Uit high speed onderzoek aan een grote groep bowlers in 2004 bleek dat het praktisch gezien niet mogelijk is, de hoek van de elleboog helemaal niet te veranderen. Bij dit onderzoek bleek namelijk geen enkele bowler hiertoe in staat is. Bij high speed onderzoek brengt men op de bowler markers aan (zie afbeelding hieronder). Vervolgens worden de snelheid van de bowl en de verandering in de hoeken van bovenarm en elleboog tijdens de bowl gemeten. 2p 5 Welke markers zijn in dit onderzoek het belangrijkst? A A en B B C en D C A en C D B en D E A en D F B en C 3

4 Daarom heeft de International Cricket Council grenzen gesteld, afhankelijk van de werpsnelheid van de bowler. In 2004 kwam de bond met de volgende regel: snelle bowlers mochten een hoek van 10 maken, gemiddelde bowlers een hoek van 7,5 en langzame en spin (effect) bowlers slechts 5. Bij nader onderzoek met de high speed camera s bleek deze regel nadelig voor de wat langzamere bowlers. In de tabel hieronder vindt u het percentage dat als correct bowlen moet worden geaccepteerd volgens bovengestelde eisen. Fast Fast/med Medium Slow Spin 86.7% 87.5% 100.0% 35.7% 60.0% 2p 6 Leg met behulp van de afbeelding hieronder en de regel over de geaccepteerde ellebooghoek uit waardoor dit nadeel juist voor de langzamere bowlers te verwachten valt. 4

5 Tegenwoordig is er een nog preciezere methode om correct bowlen te onderscheiden van werpen. Bekijk de twee grafieken in de afbeelding hieronder. De bovenste is van een correct gooiende bowler, de onderste van een werper. De eerste piek geeft het moment van contact van de voorvoet met de grond aan, de tweede piek is het moment dat de bowlende arm ter hoogte van de schouder is en de derde piek is het moment dat de bal wordt losgelaten. Zowel de arm als de elleboog hebben zich tussen de tweede en derde piek een kwart slag gedraaid. 1p 7 3p 8 Wat is een goed criterium om een correcte bowler van een werper te onderscheiden? Toon aan dat de hoeksnelheid van een correct bowlende speler tussen het moment dat de arm op schouderhoogte is en het loslaten van de bal 58 rad/s is. 5

6 Bekijk de afbeelding hieronder. De afstand d van elleboog tot bal is 42 cm. Nu is de afstand r f van schouder tot pols 51 cm. De bal beschrijft één rechte lijn, zodat de totale snelheid de som is van de arm- en elleboogsnelheid. 2p 9 3p 10 Toon aan met gebruikmaking van de gemiddelde ellebooghoek van een bowler dat de snelheid die de bal maakt ten gevolge van de draaiing van de elleboog 6,3 m/s is. Bereken de snelheid waarmee de bowler de bal weggooit. Muttiah Muralitharan bleek bij nader onderzoek een voordeel te hebben voor het bowlen. Zijn rechterarm is door een erfelijke aanleg nogal stijf, zodat hij de elleboog niet gemakkelijk kan buigen. Stel dat Muttiah de bal gooit met een hoeksnelheid van 50 rad/s. De massa van bal + arm is 2,5 kg. De effectieve afstand d is 12 cm. 2p 11 Bereken de kracht die een werper met een niet stijve arm in zijn bovenarm moet uitoefenen om zijn elleboog in dezelfde stand te houden. N.B. Deze kracht bespaart Muttiah dus met zijn stijve arm! 6

7 Ecolution ''De Nederlandse overheid kan de reis van Wubbo Ockels met zijn ecozeilschip Ecolution (zie afbeelding hieronder) naar Aruba aangrijpen om het Nederlandse eiland Bonaire uit de energiecrisis te helpen." Dat laat kandidaat kamerlid Ron de Haan voor de politieke partij Nederland Lokaal weten. Castricummer De Haan, ook gemeenteraadslid voor de Vrije Lijst in Castricum, praatte hierover met de natuurkundige en oudruimtevaarder Wubbo Ockels op zijn jacht in Scheveningen Haven. (zie afbeelding hiernaast). De Haan, die onlangs op Bonaire was, hoopt dat Wubbo Ockels zijn missie op Aruba wil verbinden met het eiland Bonaire, dat sinds 10 oktober 2010 samen met Saba en Sint Eustatius een bijzondere Nederlandse gemeente is geworden. Op Bonaire stijgen de energieprijzen met 50% als gevolg van een niet kostendekkend tarief en hogere kosten van het opwekken van stroom. Wubbo Ockels blijft drie maanden op Aruba om mee te helpen projecten op het gebied van duurzaamheid te ontwikkelen. Hij is daar op uitnodiging van premier Mike Eman. Het kabinet Eman heeft de ambitie om Aruba, een eigen Staat binnen het Koninkrijk, in 2020 onafhankelijk te laten zijn van energiemaatschappijen en de energievoorziening volledig te hebben vergroend. Nu wordt er op Bonaire nog deels gewerkt met dieselgeneratoren, dit is duurder en minder duurzaam. Volgend jaar wordt al 50% van de behoefte uit wind- en zonne-energie gegenereerd. Wubbo Ockels reist 1 januari met zijn zeiljacht af naar Bonaire. 2p 12 Geef een mogelijke oorzaak voor de hogere kosten van de stroom op Bonaire. Onderin de buik van de Ecolution liggen accu s met een massa van 13 ton. 2p 13 Waarom plaatst men de accu s helemaal onderin? Gebruik in uw antwoord het woord zwaartepunt. 7

8 De lengte van de schoener Ecolution waar Wubbo Ockels mee reist is 25,6 meter, de breedte 5,9 meter en de gemiddelde diepgang 4,0 meter. Ga uit van het gegeven dat de boeg onder water een baksteenvorm heeft. 1p 14 Toon met een berekening aan wat het volume is van het water dat door de schoener verplaatst wordt. De boeg heeft in werkelijkheid geen baksteenvorm, maar neemt slechts 30 % van het volume in zoals berekend in vraag 14. 3p 15 Bereken de massa van het ecoschip. Als u vraag 14 niet hebt kunnen oplossen, ga dan uit van een volume van 10 3 m 3. Het zeiloppervlak van het schip is 290 m 2. Het drukverschil tussen voor- en achterkant van het zeil bedraagt op een gegeven moment 5,4 kpa. 2p 16 Bereken de maximale kracht die het zeil in voorwaartse richting kan uitoefenen. 1p 17 Waarom is er in de vorige vraag sprake van een maximale kracht in voorwaartse richting? 2p 18 Bereken de maximale versnelling die het ecoschip vanuit stilstand kan krijgen. Verwaarloos de wrijving. 1p 19 Waardoor zal de versnelling in de praktijk een stuk minder zijn? Per jaar gebruikt een gemiddeld huishouden op Bonaire 3500 kwh. Eén kilowattuur kost 0,30. Eén zonnepaneel kost inclusief installatie 500,00. Op Wikipedia is bovenstaande tabel te vinden waarin je kunt aflezen hoeveel zonnepanelen er nodig zijn bij een bepaald aantal kwh dat je wilt opwekken. 2p 20 Bereken hoe lang het duurt voordat je met deze zonnepanelen winst gaat maken. 8

9 Wolf-Rayet sterren Wolf-Rayet (WR) sterren zijn erg zware en heldere sterren waarvan er slechts een paar zijn gedetecteerd. De buitenste lagen van de meeste sterren bestaan uit waterstof en helium, met niet veel meer dan sporen van andere elementen. In WR-sterren daarentegen ontbreekt het waterstof vrijwel geheel en zijn er grote hoeveelheden stikstof en/of koolstof en zuurstof. WR-sterren zijn aan het einde van hun toch al korte leven, en zullen exploderen in een supernova. Een WR-ster heeft ook een zeer grote kans om ineen te storten tot een zwart gat. 2p 21 Beschrijf het verschil tussen een supernova en een zwart gat. Een van de WR-sterren heeft een massa van 4, kg en een straal van 2, m. 2p 22 Bereken de gemiddelde dichtheid van deze Wolf-Rayet ster. De uitgestraalde energie per vierkante meter per seconde is op de oppervlakte van deze ster 4, W/m 2 s. 2p 23 Bereken de effectieve oppervlaktetemperatuur van deze ster met behulp van de formule q = σ T 4, waarbij q de uitgestraalde energie per vierkante meter per seconde is en σ de constante van Stefan-Boltzmann uit BINAS tabel 7. 9

10 Wijn en hars Een Perzische fabel zegt dat wijn is ontdekt door een prinses die uit de gunst was geraakt van de koning. Zij werd daar zo verdrietig van dat ze besloot een eind aan haar leven te maken door bedorven druiven te eten. Ze stierf echter niet, maar werd juist heel vrolijk. Daarna raakte ze versuft en viel in slaap. Toen ze wakker werd, voelde ze zich prima en besloot vaker van zulke druiven te eten. Doordat ze daarna steeds zo vrolijk was, kwam ze opnieuw in de gunst van de koning. 1p 24 Geef aan welke omzetting in druivensap verantwoordelijk is voor het boven beschreven effect. De hierboven beschreven ontdekking is een voorbeeld van serendipiteit: op zoek naar een bepaald iets (bij de prinses de dood) ontdek je heel iets anders (de vrolijk makende effecten van gegist druivensap). 1p 25 Noem een ander voorbeeld van serendipiteit in de wetenschap. 1p 26 Leg uit dat het voor serendipiteit niet goed is dat in onze tijd vooral projecten worden gesubsidieerd die precies hebben vastgelegd welk probleem er moet worden opgelost. 1p 27 Hoe komt het dat druivensap zoeter is dan wijn? 2p 28 Noem twee manieren waarop men een zoetere wijn dan normaal kan produceren. Wijn heeft normaal gesproken een alcoholpercentage van 5-14%. Is het percentage hoger, dan is dat niet veroorzaakt door gisting, maar door bijvoorbeeld het toevoegen van alcohol van buitenaf. 1p 29 Leg uit welk probleem er ontstaat voor het gistingsproces bij hoge percentages alcohol. Bij gisting wordt een fles met druivensap afgesloten met een waterslot. 2p 30 - Wat zou er gebeuren als je de fles niet zou afsluiten? - En wat zou er gebeuren als je de fles met een kurk zou afsluiten? 10 einde

11 Correctievoorschrift VWO 2014 Nederl Natuur, leven en technologie Tijdvak 1 Maandag 26 mei uur College-examen schriftelijk 11 einde

12 1 Voor het antwoord op een open vraag worden alleen gehele punten toegekend tot het maximum vermeld in het antwoordmodel. Het minimum aantal punten is 0. Bij meerkeuzevragen wordt óf 0 punten óf het maximum aantal punten toegekend. 2 Bij een meerkeuzevraag wordt alleen de hoofdletter die hoort bij de juiste keuzemogelijkheid goed gerekend. Indien meer dan één letter als antwoord gegeven is worden geen scorepunten toegekend. 3 Indien de corrector meent dat het antwoordmodel van een meerkeuzevraag een fout of onvolkomenheid bevat, dan beoordeelt zij/hij het werk van de kandidaten alsof toets en antwoordmodel juist zijn. Zij/hij stelt het CvE op de hoogte van de fout of onvolkomenheid. Het is niet toegestaan zelfstandig af te wijken van het antwoordmodel. Met een eventuele fout wordt bij de definitieve normering van het examen rekening gehouden. 4 Indien een open vraag gedeeltelijk juist beantwoord is wordt een deel van de maximale score toegekend in overeenstemming met het antwoordmodel. 5 Indien een antwoord op een open vraag niet in het antwoordmodel voorkomt en dit antwoord op vakinhoudelijke gronden als juist beoordeeld kan worden, moeten scorepunten worden toegekend naar analogie of in de geest van het antwoordmodel. 6 Indien in een antwoord een gevraagde verklaring, uitleg of berekening ontbreekt dan wel foutief is, worden 0 punten toegekend, tenzij in het antwoordmodel anders is aangegeven. 7 Indien meer antwoorden (redenen, voorbeelden e.d.) gegeven worden dan gevraagd, worden uitsluitend de eerst gegeven antwoorden beoordeeld tot maximaal het gevraagde aantal. 8 Een antwoord mag één cijfer meer of minder bevatten dan op grond van de nauwkeurigheid van de verstrekte gegevens verantwoord is. Bij grotere (on)nauwkeurigheid moet 1 punt worden afgetrokken. Bij een berekening wordt voor een rekenfout en/of nauwkeurigheidsfout maximaal 1 punt afgetrokken. 9 In het antwoordmodel geeft het teken / scheiding aan tussen verschillende juiste mogelijkheden. 10 In het antwoordmodel wordt met (...) een deel aangegeven, dat niet in het antwoord van de kandidaat hoeft voor te komen. 11 In het antwoordmodel wordt eventueel met onderstreping een deel aangegeven, dat in het antwoord van de kandidaat moet voorkomen. 12 Voor deze toets kunnen maximaal 53 punten worden behaald. Het CvE stelt een omzetting van score naar cijfer vast. 12 einde

13 Correctiemodel vraagnr antwoord pnt domein 1 Helium 1 B 2 A 2 B 3 B 2 B Po 4 He Pb, 1p 2 B dus er ontstaat lood. 1p 5 E 2 B, F 6 - Uit de grafiek blijkt dat er geen relatie is 2 B, F tussen balsnelheid en rekking van de elleboog. 1p - De langzame bowlers mogen hun elleboog over een veel kleinere hoek rekken. 1p 7 - Uit Een correcte bowler strekt de elleboog vanaf de schoude schouder, een werper buigt de elleboog juist waaar ((9(waarbij de ellebooghoek kleiner wordt). 8 5 cm komt overeen met 0,1 s - 2,7 cm komt overeen met 2,7*0,1/5 = 0,054 s. 1p - Je draait dan over 0,5π radiaal. ω gem = 0,5π/0,054 = 29 rad/s. 1p - Je begint met draaisnelheid 0, dus ω max = 29*2 = 58 rad/s. 1p 19 De gemiddelde ellebooghoek is 165. Dit houdt in dat afstand d 0,42*sin(165) = 0,109 m is. 1p v = ωd = 58 * 0,109 = 6,3 m/s. 1p 10 v tot = v arm + v elleboog = ωr f + ωd = 58* 0,51 + 6,3 = 35,9 m/s - uitrekenen ωr f 1p 1 B, F 3 B, F 2 B, F 3 B, F - optellen beide snelheden 1p - complementeren 1p 211 F = m ω 2 r = 2, ,12 = 750 N = 7, N - gebruik formule 1p 3 - complementeren 1p 2 B, F 13 einde

14 12 De windkracht was minder dan verwacht/ de intensiteit van het zonlicht/ het aantal zonuren, dus opbrengst windmolens/ zonnecollectoren was lager. 1p 2 F Er moest dus meer duurdere energie uit dieselgeneratoren worden gehaald. 1p 13 Om ervoor te zorgen dat het zwaartepunt zo 2 F laag mogelijk wordt, 1p zodat de schoener niet omklapt/ stabieler in het water ligt/ minder schommelt.1p 14 V = l.b.h = 25,6x5,9x4,0 = 6, m 3. 1 A 15 F o = F z dus V.ρ.g = m.g 1p Dichtheid zeewater = 1, kg m -3 1p 6, x0,3x1024xg = m.g dus m = 6, x0,3x1024 = 1, kg. 1p (Of: 1, x0,3x1024xg = m.g dus m = 1, x0,3x1024 = 3, kg. 1p) 3 A 16 F = p.a 1p F = 5, x290 = 1, N. 1p 2 F, A 17 Wanneer de zeilen schuin staan wordt slechts een gedeelte gebruikt om in voorwaartse richting te gaan bewegen. 1 F 18 A = F/m 1p = 1, /1, = 6,7 m/s 2. 1p 2 F, A 19 De wrijving met het water is beslist niet te verwaarlozen. 20 Totale kosten = 17 x 500 = 8500,00. Besparing per jaar 3500 x 0,30 = 1050,00. 1p 1 H 2 H, A Na 8500 / 1050 = 8,1 jaar. 1p 21 Een supernova is het verschijnsel waarbij een ster op spectaculaire wijze explodeert. 1p Een zwart gat is een gebied waaruit niets, zelfs licht niet, kan ontsnappen. (Dit is het eindresultaat van een imploderende ster). 1p 22 ρ = m/v V = 4/3 π r 3 = 4/3 x 3,14 x (2, ) 3 = 3, m 3. 1p ρ = m/v = 4, / 3, = 1, kg/m 3. 1p 2 D 2 D 14 einde

15 23 4, = 5, x T 4 1p T = (4, / 5, ) 1/4 = 5, K 1p 2 D 24 Suiker wordt omgezet in / vergist tot ethanol (en koolstofdioxide). 25 Enkele voorbeelden: de ontdekking van penicilline (Fleming), van vaccinatie (Pasteur), buckyballs (Buckminster Fuller), LCD. 26 Voor serendipiteit is een open mind nodig, niet uitsluitend gericht op het tevoren gewenste doel. 27 In wijn is een deel van de suiker in het druivensap omgezet in alcohol, dus in druivensap zit meer suiker. 28 Voorbeelden van juiste antwoorden: - Extra suiker toevoegen, dat niet volledig wordt vergist. - Druiven gebruiken met een relatief hoog suikergehalte. - De vergisting eerder stoppen, zodat er een lager alcoholpercentage is, maar er meer suiker in zit. Per juist antwoord 1p. 29 Het hoge alcoholpercentage remt het gistingsproces/ de gisten sterven af Dan komt er zuurstof bij / bederft de wijn. 1p - Dan ontploft de fles / dan schiet de kurk eraf door de gasproductie (koolstofdioxide). 1p 1 H 1 H 1 H 1 H 2 H 1 H 2 H totaal 53 Illustraties (+ tekst) verantwoording: Alfadeeltje: Cricket: (Muttiah Muralitharan) (biomechnica van bowlen) Ecolution: redactienederlandlokaalinfo Wolf-Rayet: Wijn en hars: Mogelijke cesuur: N = 1,0, d.w.z. cijfer = 1,2 + 9 x score/53 15 einde