Eindexamen natuurkunde 1 havo 2005-II

Transcriptie

1 4 Beoordelingsmodel Opgave Marathonloper uitkomst: 0% Wuit Voor het rendement geldt: 00%, Ein waarin Wuit 0,0 kj(/s) en Ein,50 kj(/s). 0,0 0 Hieruit volgt dat 00% 0%., 50 0 Wuit gebruik van 00% Ein inzicht dat Wuit 0,0 kj(/s) en Ein,50 kj(/s) completeren van de berekening Als in de rendementsformule W uit en E in verwisseld zijn: maximaal punt. uitkomst: Er komt per L zuurstof 0,6 kj vrij. De hoeveelheid energie die door verbranding vrijkomt bij de opname van,00 L zuurstof is gelijk aan de energie die in een minuut geproduceerd wordt. het aantal L zuurstof dat dan wordt opgenomen 4 In een minuut produceert de atleet 60,50 0 9,00 0 J. Er komt dus per L zuurstof 9,00 0 4,6 4 0,6 kj vrij. inzicht dat de hoeveelheid energie die door verbranding vrijkomt bij de opname van,00 L de energie die in een minuut geproduceerd wordt zuurstof gelijk is aan het aantal L zuurstof dat dan wordt opgenomen inzicht dat de atleet in een minuut 60,50 0 J energie produceert completeren van de berekening www. - -

2 Maximumscore 4 uitkomst: t 9,4 minuten voorbeeld van een antwoord: 5 De te produceren warmte is gelijk aan Q cm T, ,8,6 6,75 0 J. E Q Voor het vermogen waarmee warmte wordt geproduceerd, geldt: P. t t 5 Q 6,75 0 5,6 0 Hieruit volgt dat hij minimaal t 5,6 0 s 9,4 minuten P, inlopen. moet gebruik van Q cm T inzicht dat T,6 C Q inzicht dat P t completeren van de berekening Als naar boven wordt afgerond (0 minuten): goed rekenen. 4 uitkomst: Tijdens de marathon moet de loper 4, kg vocht / 4, liter water drinken. De hoeveelheid vocht die hij verliest is gelijk aan de tijdens de marathon geproduceerde warmte. de warmte nodig voor het verdampen van,0 kg vocht Tijdens de marathon produceert de loper 9,6 0 Tijdens de marathon verliest de loper 6, 0 om het verlies door zweten te compenseren. ( ),0 0 9,6 0 J warmte. 6 4, kg vocht. Zoveel moet hij dus drinken inzicht dat de hoeveelheid vocht die hij verliest gelijk is aan de tijdens de marathon geproduceerde warmte de warmte nodig voor het verdampen van,0 kg vocht berekenen van de tijd in s completeren van de berekening Als bij de beantwoording van de vorige vraag met een verkeerde waarde voor Q wordt gerekend en deze fout wordt herhaald: geen aftrek. 6 www. - -

3 Opgave Dagelijks vers uit het cyclotron Maximumscore 5 voorbeeld van een antwoord: Alleen -straling heeft voldoende doordringend vermogen om buiten het lichaam gemeten te kunnen worden. 6 antwoord: I 0 Xe + e (+ ) of: I Xe + (+ ) elektron rechts van de pijl Xe als vervalproduct (mits verkregen via kloppende atoomnummers) aantal nucleonen links en rechts gelijk Maximumscore 7 voorbeeld van een antwoord: De halveringstijd van jodium- is (veel) groter dan die van jodium-. Het lichaam zal daardoor van jodium- langer/meer stralingsbelasting ondervinden dan van jodium-. constatering dat de halveringstijd van jodium- (veel) groter is dan die van jodium- inzicht dat het lichaam daardoor van jodium- langer/meer stralingsbelasting zal ondervinden dan van jodium- Als is geantwoord dat er meer jodium- moet worden toegediend: goed rekenen. 8 uitkomst: Er mag 40 uur verstrijken. Als de activiteit met een factor 8,0 is afgenomen, zijn er,0 halveringstijden,0 (8, 0 ) verstreken. De halveringstijd van jodium- is, h. Er mag dus, 0, 40 uur verstrijken. inzicht dat een afname van de activiteit met een factor 8,0 overeenkomt met,0 halveringstijden opzoeken van de halveringstijd van jodium- completeren van de berekening www. - -

4 9 uitkomst: De muur moet (ongeveer) 0 cm dik zijn. / De muur moet iets minder dan 0 cm dik zijn. 0,0% is ongeveer gelijk aan / iets groter dan 0 00%. Dat betekent dat de muur ongeveer 0 halveringsdiktes 0,0 0 cm dik moet zijn (of iets minder). 0,0% ongeveer gelijk is aan / iets groter is dan 00% inzicht dat 0 inzicht dat de muur dan ongeveer 0 halveringsdiktes dik moet zijn en completeren van de berekening Opgave Hybride auto 6 0 uitkomst: E, 9 0 J Voor de kinetische energie van de auto geldt: Ek mv, 50 waarin m, 0 kg en v,9 m/s., 6 Er wordt dus 5 0,5, 0 (,9),9 0 6 J aan de accu toegevoerd. gebruik van Ek mv omrekenen van km/h naar m/s completeren van de berekening uitkomst: De nuttige arbeid die de auto per seconde verricht is 7 0 J. Wuit Voor het rendement van de motor geldt: 00%, Ein waarin 7%, W uit de nuttige arbeid die de auto per seconde verricht en Ein de energie die per seconde bij de verbranding van benzine vrijkomt 45,8 0 J. 4,0 600 Hieruit volgt dat de auto per seconde 0,7 45, J nuttige arbeid verricht. Wuit gebruik van 00% Ein E gebruik van P t completeren van de berekening www

5 voorbeelden van een antwoord: methode 9 Als de auto,0 liter benzine verbruikt, wordt er,86 kg CO uitgestoten. 50 Als de auto 5,5 liter benzine verbruikt, is de uitstoot 5,5,86 0, kg. 0, Per gereden km heeft de auto dan 0,0 kg CO uitgestoten. Dat is minder dan 00 0,0 kg. De hybride auto voldoet dus aan de Europese richtlijn. berekenen van de uitstoot per liter benzine berekenen van de uitstoot bij een verbruik van 5,5 liter benzine completeren van de berekening en conclusie methode Als de tank leeg is, heeft de auto km gereden. 5,5 9 Per gereden km heeft de auto dan 0,0 kg 909 CO uitgestoten. Dat is minder dan 0,0 kg. De hybride auto voldoet dus aan de Europese richtlijn inzicht dat de auto 00 of km heeft gereden als de tank leeg is 5, 5 0,055 de totale uitstoot inzicht dat de uitstoot per gereden km gelijk is aan aantal gereden km consistente conclusie Bij beide methodes hoeft niet gelet te worden op het aantal significante cijfers van de uitkomst van de berekening. uitkomst: Fw 7, 0 N Voor het nuttig vermogen geldt: P F m v. (Omdat v = constant) geldt: Fm ( ) Fw. 00 Omdat P 0 kw en v 7,78 m/s volgt hieruit dat, 60 F w 0 0 7, 0 N. 7,78 gebruik van P Fv inzicht dat Fm Fw completeren van de berekening Als de eerste twee stappen zijn gecombineerd, dat wil zeggen als is genomen: goed rekenen. P F v als uitgangspunt w www

6 Maximumscore 4 uitkomst: a,67 m/s v Voor de versnelling geldt: a, waarin t 7,78 Hieruit volgt dat a,67 m/s. 0,4 00 v 7,78 m/s en t 0,4 s., 60 v gebruik van a t completeren van de berekening Maximumscore 5 voorbeelden van maatregelen: de motor(en) krachtiger maken / het vermogen van de motor(en) vergroten de massa van de auto verkleinen per juiste maatregel Een maatregel in de trant van De auto beter stroomlijnen : goed rekenen. Opgave 4 Dimmer 6 voorbeeld van een tekening: het lampje in serie met de weerstandsbank aangesloten op de spanningsbron de stroommeter in serie met het lampje en de weerstandsbank de spanningsmeter parallel aan het lampje Als door extra of foute verbindingen een niet of fout werkende schakeling ontstaat: maximaal punt. www

7 7 uitkomst: RL (met een marge van 0,5 ) voorbeeld van een bepaling: Voor het lampje geldt: U L IR L. Bij R 0 is af te lezen dat UL 6,0 V en I 0, 46 A. UL 6,0 Hieruit volgt dat RL. I 0, 46 gebruik van U IR aflezen van U L en I bij R 0 completeren van de bepaling Maximumscore 4 8 voorbeelden van een antwoord: methode Als het lampje zwakker brandt, daalt zijn temperatuur. Volgens de theorie zou de weerstand van het lampje moeten afnemen bij toenemende R. Uit de twee grafieken blijkt dat de spanning over het lampje sterker daalt dan de stroomsterkte door het lampje. UL Uit RL volgt dan dat de weerstand van het lampje inderdaad daalt. I constatering dat de temperatuur van het lampje daalt als het zwakker brandt inzicht dat de weerstand van het lampje zou moeten afnemen bij toenemende R constatering dat de spanning over het lampje sterker daalt dan de stroomsterkte door het lampje UL conclusie dat uit RL volgt dat de weerstand van het lampje daalt I methode Als het lampje zwakker brandt, daalt zijn temperatuur. Volgens de theorie zou de weerstand van het lampje moeten afnemen bij toenemende R. Neem bijvoorbeeld R 6. Uit de twee grafieken blijkt dan dat UL,0 V en I 0,6 A. UL,0 Hieruit volgt dat RL 7,7. Bij 6,0 V was de weerstand gelijk aan, dus I 0, 6 de weerstand van het lampje daalt inderdaad. constatering dat de temperatuur van het lampje daalt als het zwakker brandt inzicht dat de weerstand van het lampje zou moeten afnemen bij toenemende R aflezen van U L en I bij een bepaalde waarde van R berekenen van R L, vergelijking en conclusie www

8 9 voorbeeld van een antwoord: Voor het elektrisch vermogen van het lampje geldt: P L U L I, waarin UL,8 V en I 0,6 A. Hieruit volgt dat PL,8 0,6, 4 W. In de grafiek van figuur 6 kan worden afgelezen dat PL, 4 W, dus zijn (bij deze waarde van R) de drie grafieken in overeenstemming met elkaar. gebruik van P UI aflezen van L en en berekenen van PL (met een marge van 0, W) conclusie dat (bij deze waarde van R) de drie grafieken in overeenstemming zijn met elkaar Maximumscore 4 0 voorbeelden van antwoorden: methode De hoeveelheid warmte P R die per seconde in de weerstand R wordt ontwikkeld, is gelijk aan U R I, waarin UR Ubron UL 6,0,8, V en I 0,6 A. Hieruit volgt dat PR, 0,6 0,79 W. Het vermogen dat de spanningsbron levert, is Pbron PR PL 0,79, 4, W. De spanningsbron levert dan dus een kleiner vermogen dan,8 W. inzicht dat PR URI met U R U bron U L completeren van de berekening van P R inzicht dat het vermogen dat de spanningsbron levert gelijk is aan PR PL beantwoorden van de vraag van Linda methode De hoeveelheid warmte P R die per seconde in de weerstand R wordt ontwikkeld, is gelijk aan I R, waarin I 0,6 A en R 6,0. Hieruit volgt dat PR (0,6) 6,0 0,78 W. Het vermogen dat de spanningsbron levert, is Pbron PR PL 0,78, 4, W. De spanningsbron levert dan dus een kleiner vermogen dan,8 W. inzicht dat PR I R completeren van de berekening van R inzicht dat het vermogen dat de spanningsbron levert gelijk is aan PR PL beantwoorden van de vraag van Linda www

9 methode Het vermogen dat de spanningsbron levert, is gelijk aan Pbron UbronI 6,0 0,6, W. De spanningsbron levert dan dus een kleiner vermogen dan,8 W. De hoeveelheid warmte P R die per seconde in de weerstand R wordt ontwikkeld, is gelijk aan P bron P L,, 4 0,8 W. inzicht dat Pbron UbronI beantwoorden van de vraag van Linda inzicht dat PR Pbron P L completeren van de berekening van P R Voor alle drie de methodes geldt dat als bij de beantwoording van de vorige vraag U L en/of I verkeerd zijn afgelezen en deze waarden hier worden gebruikt: geen aftrek. Opgave 5 Patiëntenlift Maximumscore uitkomst: vgem, 6 0 m/s s Voor de gemiddelde snelheid geldt: vgem, waarin s, 0 m en t s. t, 0 Hieruit volgt dat vgem, 6 0 m/s. s gebruik van v gem t completeren van de berekening Maximumscore 4 uitkomst: P 0 W voorbeelden van een berekening: methode Voor de toename van de zwaarte-energie geldt: Ez mg h, waarin m 85 kg, g 9,8m/s en h,0 m. Hieruit volgt dat Ez 85 9,8,0,00 0 J. E Voor het gemiddelde vermogen dat de lift levert, geldt: P z, waarin t s. t, 00 0 Hieruit volgt dat P 0 W. gebruik van Ez mgh berekenen van Ez inzicht dat geldt dat E P z t completeren van de berekening www

10 methode Voor het vermogen geldt: P Fv gem, waarin z gem F F mg 85 9,8 8,4 0 N en v,6 0 m/s. Hieruit volgt dat P 8,4 0, W. gebruik van P Fv gebruik van Fz mg completeren van de berekening Als de uitkomst van de vorige vraag onjuist is en deze waarde hier is gebruikt: geen aftrek. Maximumscore 4 uitkomst: Er kan 55 (of 54) keer een patiënt worden opgetild. voorbeelden van een berekening: methode Voor het tillen van één patiënt verbruikt de accu 6 5 In de volle accu zit 0,08,6 0,95 0 J. Voordat de accu leeg is, kan 5,95 0 5, 4 0 E Pt ,40 0 J. 55 (of 54) keer een patiënt worden opgetild. inzicht dat de energie die de accu verbruikt voor het tillen van één patiënt gelijk is aan Pt omrekenen van kwh naar J inzicht dat het aantal keren dat een patiënt kan worden opgetild gelijk is aan de energie in de accu gedeeld door de energie die nodig is voor het tillen van één patiënt completeren van de berekening methode Voor het tillen van één patiënt verbruikt de accu Voordat de accu leeg is, kan 0,08 55, E Pt 0,80,50 0 kwh. 600 (of 54) keer een patiënt worden opgetild. inzicht dat de energie die de accu verbruikt voor het tillen van één patiënt gelijk is aan Pt omrekenen van W naar kw en van s naar h inzicht dat het aantal keren dat een patiënt kan worden opgetild gelijk is aan de energie in de accu gedeeld door de energie die nodig is voor het tillen van één patiënt completeren van de berekening www

11 methode Eaccu 0,08 De tijd dat de lift patiënten kan tillen, is t 0,456 h,64 0 s. P 0,80,64 0 Voordat de accu leeg is, kan 0 55 (of 54) keer een patiënt worden opgetild. inzicht dat de tijd dat de lift patiënten kan tillen gelijk is aan P omrekenen van W naar kw en van h naar s (of omgekeerd) inzicht dat het aantal keren dat een patiënt kan worden getild gelijk is aan de totale tijd dat de lift tilt, gedeeld door 0 s completeren van de berekening Maximumscore 5 4 uitkomst: F, 0 N E accu Er geldt: Fr Fzrz, waarin Fz mg 78 9,8 765 N, r 0,80 cm en rz,45 cm. rz, 45 Hieruit volgt dat F Fz 765, 0 N. r 0,80 inzicht dat de momentenwet kan worden toegepast opmeten van r (met een marge van mm) opmeten van rz (met een marge van mm) gebruik van Fz mg completeren van de berekening 5 voorbeeld van een antwoord: U ref accuspanning comparator + - invertor EN-poort & naar lampje pulsgenerator 0 Hz een invertor aangesloten op de uitgang van de comparator de uitgang van de comparator (via een invertor) aangesloten op een van de ingangen van een EN-poort de uitgang van de pulsgenerator aangesloten op de andere ingang van de EN-poort en completeren van de schakeling Als door extra verbindingen en/of verwerkers een niet juist werkende schakeling is ontstaan: maximaal punt. www. - -

12 Maximumscore 5 6 voorbeeld van antwoorden: Wanneer de teller op staat, wordt de uitgang van de teller dus ook de set van de geheugencel hoog. De invertor zorgt er dan voor dat de bovenste ingang van de EN-poort laag wordt waardoor ook de uitgang van de EN-poort laag wordt. (De lift stopt dus.) Als de accu is opgeladen, is de uitgang van de comparator hoog waardoor de teller en de geheugencel zijn gereset. De invertor zorgt er voor dat de bovenste ingang van de EN-poort dan hoog is. Wanneer de bedieningsknop wordt ingeduwd, zijn beide ingangen van de ENpoort hoog dus ook de uitgang. (De lift werkt weer normaal.) inzicht dat de uitgang van de teller dus ook de set van de geheugencel hoog wordt wanneer de teller op staat inzicht dat de uitgang van de geheugencel dan hoog wordt en de invertor er voor zorgt dat de bovenste ingang van de EN-poort dan laag wordt inzicht dat de teller en de geheugencel gereset worden als de accu is opgeladen / als de uitgang van de comparator hoog is inzicht dat dan de bovenste ingang van de EN-poort hoog is inzicht in de functie van de EN-poort (zowel bij het eerste als bij het tweede antwoord) www. - -