NASIONALE SENIOR SERTIFIKAAT GRAAD 12

Transcriptie

1 NSIONLE SENIOR SERTIFIKT GRD 12 FISIESE WETENSKPPE: FISIK (VR1) SEPTEMBER 2015 TOTL: 150 TYD: 3 URE Hierdie vraestel bestaan uit 17 bladsye en 3 gegewensblaaie.

2 Fisiese Wetenskappe/Vr1/Graad 12 2 Limpopo DvO/September 2015 INSTRUKSIES EN INLIGTING 1. Skryf jou naam op die NTWOORDEBOEK of op die FOLIOPPIER wat verskaf is. 2. Hierdie vraestel bestaan uit ELF vrae. Beantwoord L die vrae in die NTWOORDEBOEK. 3. Begin ELKE vraag op 'n NUWE bladsy in die NTWOORDEBOEK. 4. Nommer die antwoorde korrek volgens die nommeringstelsel wat in hierdie vraestel gebruik is. 5. Laat EEN reël oop tussen twee subvrae, byvoorbeeld tussen VRG 2.1 en VRG Jy mag 'n nieprogrammeerbare sakrekenaar gebruik. 7. Jy mag toepaslike wiskundige instrumente gebruik. 8. Jy word aangeraai om die aangehegte GEGEWENSBLIE te gebruik. 9. Toon LLE formules en substitusies in LLE berekeninge. 10 Rond jou FINLE numeriese antwoorde a f tot 'n minimum van TWEE desimale plekke. 11. Gee kort (bondige) motiverings, besprekings, ensovoorts waar nodig. 12. Skryf netjies en leesbaar.

3 Fisiese Wetenskappe/Vr1/Graad 12 3 Limpopo DvO/September 2015 VRG 1: MEERVOUDIGEKEUSE-VRE Vier opsies word as moontlike antwoorde vir die volgende vrae gegee. Elke vraag het slegs EEN korrekte antwoord. Skryf slegs die letter ( D) v a n d i e a n t w o o r d langs die vraagnommer ( ) in die NTWOORDEBOEK neer. 1.1 Dieselfde krag word op trollie en trollie B toegepas, soos in die skets hieronder getoon. B Die massa van is TWEE KEER die massa van B. Indien die tempo van verandering van momentum van x is, dan sal die tempo van verandering van B... wees. B C D ½ x x 2x 4x (2) 1.2 n Bal word vertikaal opwaarts gegooi. Watter EEN van die volgende fisiese groothede van die bal sal NUL wees wanneer die bal sy maksimum hoogte bereik? B C D kinetiese energie gravitasie potensiële energie versnelling gewig (2) 1.3 Versnelling as gevolg van gravitasie (g), by n spesifieke punt op aarde is 9,8 m.s 2. Indien die radius van die aarde sou halveer word terwyl sy massa dieselfde bly, dan sal die versnelling as gevolg van gravitasie gelyk wees aan: 4,9 m.s 2 B 9,8 m.s 2 C 19,6 m.s 2 D 39,2 m.s 2 (2)

4 Fisiese Wetenskappe/Vr1/Graad 12 4 Limpopo DvO/September Die onderstaande grafiek verteenwoordig die verhouding tussen momentum (p) en die tyd (t) vir n liggaam wat in n reguit lyn beweeg. p Watter EEN van die volgende gevolgtrekkings, gebaseer op die grafiek, is WR aangaande die resultante (netto) krag wat op die liggaam inwerk? Die resultante (netto) krag... t B C D is nul neem konstant toe is konstant neem konstant af (2) 1.5 n Klip val vry vanuit rus vanaf die dak van n gebou. Ignoreer lugweerstand. Watter EEN van die onderstaande grafieke verteenwoordig die verhouding tussen die kinetiese energie (K) van die klip en sy verplasing ( y) die beste soos die klip deur die lug val? K K K B y y C K K D y y (2)

5 Fisiese Wetenskappe/Vr1/Graad 12 5 Limpopo DvO/September Hoe verskil die emissie- en absorbsiespektra van n element van mekaar? B C D Die emissiespektrum het meer lyne as die absorbsiespektrum. Die emissiespektrum is na links (na die bloukant) van die absorbsiespektrum geskuif Die emissiespektrum is na regs (na die rooikant) van die absorbsiespektrum geskuif Die lyne is in dieselfde golflengte-posisies, maar is helder en gekleurd vir die emissiespektrum en swart vir die absorbsiespektrum. (2) 1.7 In die onderstaande stroombaan is twee resistors, met weerstande van 2R en 3R, in serie verbind met n battery, met n emk E en n interne weerstand R. R S 2R 3R Wat is die potensiaalverskil oor die resistor met weerstand 2R? B C D (2)

6 Fisiese Wetenskappe/Vr1/Graad 12 6 Limpopo DvO/September Drie identiese geleidende sfere, B en C word op geïsoleerde houtstaanders geplaas. Sfere en B dra gelyke ladings. Hulle is n afstand d van mekaar af en oefen n krag met grootte F op mekaar uit, soos in die onderstaande skets getoon. F B F d Die derde sfeer C, wat ongelaai is, raak aan en daarna aan B, waarna dit verwyder word. Indien die afstande tussen die sfere dieselfde bly, dan is die grootte van die elektrostatiese krag wat nou op sfeer B uitgeoefen word : B C D (2) 1.9 n Stroom word geïnduseer wanneer n geleier tussen twee magnete beweeg word, soos in die diagram hieronder getoon. Die grootte van die geïnduseerde stroom kan verhoog word deur: I. sterker magnete te gebruik. II. die geleier vinniger tussen die magnete te beweeg. III. die twee magnete verder van mekaar af te plaas. Watter van die bostaande stellings is waar? Slegs I en II B Slegs II en III C Slegs I en III D I, II en III (2)

7 Fisiese Wetenskappe/Vr1/Graad 12 7 Limpopo DvO/September n Metaaloppervlak wat in n stroombaan verbind is soos hieronder getoon, word eers bestraal met ultraviolet lig en DN met infrarooi lig met DIESELFDE intensiteit. Beide vorme van lig stel elektrone vry vanaf die metaaloppervlak. metaaloppervlak Hoe sal die kinetiese energie van die vrygestelde foto-elektrone en die lesing op die ammeter verander wanneer die twee verskillende soort lig gebruik word? Kinetiese energie van die fotoelektrone Lesing op die ammeter dieselfde dieselfde B toeneem dieselfde C afneem dieselfde D dieselfde toeneem (2) [20]

8 Fisiese Wetenskappe/Vr1/Graad 12 8 Limpopo DvO/September 2015 VRG 2 (BEGIN OP N SKOON BLDSY) In die onderstaande skets is n trollie, massa 5kg, verbind aan n 3 kg massastuk deur middel van n ligte onrekbare tou wat oor n katrol gaan. n Konstante krag van 40 N word op die 5 kg trollie toegepas, soos in die diagram getoon. Die trollie ondervind n konstante wrywingskrag van 2 N wanneer die krag toegepas word. Ignoreer die massa van die tou en die wrywing van die katrol. Neem REGS as positiewe rigting. 5 kg 40 N 3 kg 2.1 Stel Newton se Tweede Bewegingswet in woorde. (2) 2.2 Teken n benoemde kragtediagram wat L die horisontale kragte toon wat op die 5 kg trollie inwerk. (3) Pas Newton se Tweede Bewegingswet toe op die massa en die trollie en bereken die grootte van die versnelling van die trollie. (7) Bepaal gevolglik die grootte van die spankrag in die tou. (2) [14]

9 Posisie ( y) m Fisiese Wetenskappe/Vr1/Graad 12 9 Limpopo DvO/September 2015 VRG 3 (BEGIN OP N SKOON BLDSY) Die onderstaande grafiek toon die beweging van n baksteen wat vanaf die grond vertikaal opwaarts gegooi word. Dit neem 1,4 s om sy hoogste punt te bereik, waarna dit afwaarts val en gevang word deur n persoon wat op n steier staan terwyl hy die muur van n huis bou. Ignoreer wrywing. 9,6 y 1 0 0,6 1,4 t x t (s) 3.1 Wat word deur posisie y 1 op die grafiek verteenwoordig? (1) 3.2 Sonder om n berekening te doen, gee die waarde van tyd t x. (2) 3.3 Op watter tydstip sal die snelheid van die baksteen nul (0 m.s 1 ) wees? (1) 3.4 Bereken die: aanvanklike snelheid van die baksteen. (4) grootte van posisie y 1 (4) 3.5 Skets die versnelling vs tydgrafiek vir die beweging van die baksteen. (2) [14]

10 Fisiese Wetenskappe/Vr1/Graad Limpopo DvO/September 2015 VRG 4 (BEGIN OP N SKOON BLDSY) n Houer, massa 120 kg, wat aan n staalkabel vanaf n hyskraan hang, word vertikaal opwaarts versnel vanuit rus tot n hoogte van 12 m, soos in die onderstaande diagram getoon. Die houer bereik n maksimum spoed van 5 m.s 1 nadat dit deur n hoogte van 12 m gelig is. Rigting van beweging 12 m 4.1 Teken n benoemde vryeliggaamsdiagram wat al die kragte toon wat op die houer inwerk terwyl dit opwaarts versnel. (3) 4.2 Indien die spankrag in die kabel 800 N is, bereken die arbeid wat deur die kabel verrig word wanneer dit die houer tot n hoogte van 12 m beweeg. (3) 4.3 Stel die Werk-Energie Beginsel in woorde. (2) 4.4 Gebruik Energie-beginsels om die arbeid te bereken wat deur wrywing op die houer verrig word terwyl dit tot n hoogte van 12 m beweeg. (4) 4.5 Noem EEN nie-konsertiewe krag wat op die houer inwerk terwyl dit opgelig word. (1) [13]

11 Fisiese Wetenskappe/Vr1/Graad Limpopo DvO/September 2015 VRG 5 (BEGIN OP N SKOON BLDSY) n 0,5 kg sokkerbal, wat horisontaal teen 6 m.s 1 beweeg, bots met n sokkerspeler se kop en word direk teruggebons teen 9 m.s 1. Die bal is vir 0,02 s in kontak met die speler se kop. Ignoreer wrywing. 5.1 Wat is die verhouding tussen impuls en verandering in momentum? (1) 5.2 Bly die totale momentum behoue tydens die botsing? Verskaf n rede vir jou antwoord. (2) 5.3 Bereken die gemiddelde krag wat deur die sokkerspeler se kop op die bal uitgeoefen word. (4) 5.4 n Tweede bal word tot sy maksimum volume opgepomp sodat dit nie saamgepers kan word nie. anvaar dat die twee balle dieselfde massa het. Indien die tweede bal die sokkerspeler se kop teen n snelheid van 6 m.s 1 tref, sal die krag wat die sokkerspeler se kop op die bal uitoefen GROTER S, GELYK N of KLEINER s die krag wees wat in VRG 5.3 bereken is? Verskaf n rede vir jou antwoord. (3) VRG 6 (BEGIN OP N SKOON BLDSY) 6.1 Boggelrugwalvisse en bottelneusdolfyne stel klankgolwe tussen 0,2 en150 khz vry terwyl hulle deur water beweeg. n Wetenskaplike gebruik n frekwensiemeter onder die water om die frekwensie van die klank wat n dolfyn vrystel, te bepaal. Hy bevind dat die frekwensiemeter n frekwensie van 50 khz registreer terwyl die dolfyn teen n konstante spoed nader na hom toe swem en 49 khz terwyl die dolfyn teen dieselfde konstante spoed van hom af wegswem Stel die Doppler Effek in woorde. (2) Indien die spoed van klank in water 1560 m.s 1 is, bereken die eintlike frekwensie van die klank wat die dolfyn maak. (8) Bepaal dus die spoed waarteen die dolfyn beweeg. (2) [10] 6.2 Verduidelik kortliks hoe emissie- en absorbsiespektrums gevorm word. (2) [14]

12 Fisiese Wetenskappe/Vr1/Graad Limpopo DvO/September 2015 VRG 7 (BEGIN OP N SKOON BLDSY) Twee identiese geleidende sfere, Q 1 en Q 2, op geïsoleerde standers word met hulle middelpunte 30 mm uitmekaar geplaas. Wanneer Q 1 in kontak gebring word met Q 2 en dan teruggeplaas word op sy oorspronklike posisie, verkry Q 1 12,5 nc lading en die lading op elke sfeer is nou 7,5 nc. Q 1 e Q 2 30 mm 7.1 Teken die elektriese veldpatroon om altwee sfere nadat hulle mekaar geraak het en teruggeplaas is op hulle oorspronklike posisies. (3) 7.2 Stel die Wet van Behoud van Ladings in woorde. (2) 7.3 n Elektron (e ) word presies halfpad tussen Q 1 en Q 2 geplaas. Sal die elektron (e ) na links of na regs beweeg of in dieselfde posisie bly? (1) 7.4 Bereken die grootte van die elektriese veld as gevolg van die lading op sfeer Q 2 by n punt 10 mm na regs van Q 2. (3) 7.5 Die vrae wat volg verwys na die oorspronklike gelaaide sfere Q 1 en Q 2 VOORDT HULLE IN KONTK MET MEKR GEBRING IS Wat is grootte en polariteit van die ladings op Q 1 en Q 2 voordat hulle geraak het? (4) Bereken die elektrostatiese krag wat Q 1 uitoefen op Q 2 voordat hulle mekaar geraak het. (4) Is die elektriese veldpatroon tussen Q 1 en Q 2, voordat hulle geraak het, dieselfde as die patroon geteken in 7.1? (1) [18]

13 1Ω Fisiese Wetenskappe/Vr1/Graad Limpopo DvO/September 2015 VRG 8 (BEGIN OP N SKOON BLDSY) In die stroombaan hieronder voorgestel het die battery n emk van 10 V en n onbekende interne weerstand, r. Voltmeter V 1 is oor die battery verbind en voltmeter V 2 is oor die oop skakelaar verbind. Ignoreer die weerstand van die ammeter en die verbindingsdrade. V 1 r V 2 S 6Ω R 8.1 Skakelaar S is oop. Sal die lesings op voltmeters V 1 en V 2 dieselfde wees? Gee n rede vir jou antwoord. (2) 8.2 Wanneer skakelaar S gesluit word daal die lesing op voltmeter V 1 na 7,5 V Wat is die lesing op voltmeter V 2? (1) Bereken die waarde van R indien die lesing op die ammeter 2,5 is. (7) Definieer, in woorde, die term interne weerstand. (2) Bereken die interne weerstand van die battery. (3) 8.3 Sal die lesing op die ammeter TOENEEM, FNEEM of DIESELFDE BLY wanneer resistor R verwyder word? (1) [16]

14 Potensiaalverskil (V) Fisiese Wetenskappe/Vr1/Graad Limpopo DvO/September 2015 VRG 9 (BEGIN OP N SKOON BLDSY) n Leerder stel n stroombaan op om die emk(ε) en interne weerstand (r) van n battery te bepaal. S r V Die leerder het die volgende grafiek vanaf die data van die ondersoek verkry: ,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 Stroom ()

15 Fisiese Wetenskappe/Vr1/Graad Limpopo DvO/September Noem EEN faktor wat konstant gehou moet word tydens die eksperiment. Gee n rede vir jou antwoord. (2) 9.2 Wat word deur die y-afsnit van die grafiek verteenwoordig? (1) 9.3 Gebruik SLEGS die grafiek en bepaal die presiese waarde vir die volgende: die emk (ε ) van die battery. (1) die interne weerstand van die battery. (4) [8] VRG 10 (BEGIN OP N SKOON BLDSY) 10.1 Die onderstaande vereenvoudigde skets verteenwoordig die struktuur van die motor van n koordlose elektriese boor Benoem die elektriese komponent in die bostaande motor wat verseker dat die spoel slegs in een rigting roteer. (1) Identifiseer die polariteit van magnete en B indien die spoel antiklokgewys roteer en die stroom in die rigting soos aangedui op die skets vloei. (2)

16 Potensiaalverskil (V) Fisiese Wetenskappe/Vr1/Graad Limpopo DvO/September n nder boor werk met wisselstroom. Die maksimum stroomuitsetting van hierdie boor is 10,6. n Grafiek van die potensiaalverskiluitsetting van die boor teenoor tyd word hieronder getoon. Tyd (s) Bereken die wgk stroom wat die boor trek terwyl dit werk. (3) Dus, bereken die gemiddelde drywing wat deur die boor ontwikkel word. (3) Is die drywing wat deur die boor by tyd t 1 ontwikkel word n MKSIMUM of n MINIMUM? (1) [10]

17 Fisiese Wetenskappe/Vr1/Graad Limpopo DvO/September 2015 VRG 11 (BEGIN OP N SKOON BLDSY) Die diagram verteenwoordig n fotosel. Wanneer die metaaloppervlak blootgestel word aan elektromagnetiese straling, word foto-elektrone vrygestel. Die opvanger versamel die foto-elektrone en die sensitiewe ammeter toon die teenwoordigheid van n baie klein stroom. Die metaal het n werksfunksie van 3,5 x J. glashouer metaal straling opvanger vakuum 11.1 Benoem die frekwensie wat geassosieer word met werksfunksie. (1) 11.2 Bereken die maksimum kinetiese energie van n vrygestelde foto-elektron wanneer die invallende straling 429 nm is. (5) 11.3 Die intensiteit van die invallende straling word verdubbel maar die golflengte word konstant gehou. Sê watter effek dit het op elk van die volgende (Skryf slegs TOENEEM, FNEEM of BLY DIESELFDE as antwoord) die energie van elke foton. (1) die maksimum kinetiese energie van elke fotoelektron. (1) die stroom in die fotosel. (1) 11.4 By n sekere frekwensie en intensiteit van straling toon die ammeter n stroom van 3,2 x Bereken die aantal fotoelektrone wat die opvanger in 4 sekondes bereik. (4) [13] Groottotaal: 150