Oefentoets Schoolexamen 5 Vwo Natuurkunde Leerstof: Hoofdstukken 1, 2, 4, 9 en 10 Tijdsduur: Versie: A Vragen: Punten: Hulpmiddelen: Niet grafische rekenmachine, binas 6 de druk Opmerking: Let op dat je alle vragen beantwoordt. Aantal ll: VEEL SUCCES!
De werkelijke toets bevat minder vragen. Ik denk dat deze oefentoets wel een groot gedeelte van de leerstof aan bod laat komen en dus nuttig is. In de deze toets wordt bij vraag 8 het antwoord gebruikt van vraag 7. Op het SE wordt niet doorgevraagd. Opgave 1: elektrische schakeling Twee leerlingen bouwen een schakeling met daarin de weerstand R1, een schakelaar en een spanningsbron, zie figuur 1. De spanningsbron geeft een spanning af van 20 V en weerstand R1 = 11 Ω. Vraag 1 Bereken hoe groot de stroom is als de schakelaar gesloten wordt. Vraag 2 Leg uit welk verband er is tussen de spanning en de vrije elektronen in de draad. U b = 20 V U b = 20 V Figuur 1 R 2 Figuur 2 R 1 = 11 Ω R 1 = 11 Ω Daarna bouwen de leerlingen de schakeling uit figuur 2. Vervolgens willen ze stroom meten bij weerstand R2 en de spanning die over de weerstand staat. Vraag 3 Neem figuur 2 over en teken daarin de meters die de spanning en de stroomsterkte van weerstand R2 meten. Als de schakelaar gesloten wordt, blijkt de stroom door R2 gelijk te zijn aan 0,86 A. Vraag 4 Bereken hoe groot de weerstand R2 is. Vraag 5 Bereken hoeveel elektronen de weerstand R2 passeren in 6,4 seconden. Opgave 2: Wasmachine Als een wasmachine in een huisinstallatie wordt aangezet, is het vermogen dat wordt afgenomen aan het stopcontact gelijk aan 2530 W. Vraag 6 Toon aan dat de stroom naar de wasmachine gelijk is aan 11 A. De wasmachine draait een programma waarbij hij 80 minuten aanstaat. De kosten van 1 kwh aan elektrische energie zijn gelijk aan 23 eurocent. Vraag 7 Bereken hoeveel geld het kost als de wasmachine 80 minuten heeft aangestaan. 2
De wasmachine is verbonden met het stopcontact door middel van een 2,0 meter lang aansluitsnoer. In dit snoer zitten 2 koperen draden. Eén draad heeft een weerstand van 0,11 Ω. Vraag 8 Bereken de diameter van één van de draden. Opgave 3: Diodes Drie weerstanden, elk met een waarde van 4,0 V zijn aangesloten op een spanningsbron, samen met een aantal diodes, zie figuur 6. In figuur 7 is het (I,U)- diagram te zien van de gebruikte diodes. In deze figuur is te zien dat de diodes de stroom pas doorlaten als er een bepaalde spanning over staat. Deze spanning noemen we de drempelspanning. De drempelspanning van de gebruikt diodes is 0,80 V. 1p Vraag 9 Neem de figuur over en geef aan hoe de stroom van + naar loopt. Vraag 10 Gebruik de wetten van Kirchhoff om de grootte van de stroom I te berekenen. U b = 16 V I Figuur 6 R 1 = 4,0 Ω Figuur 7 R 2 = 4,0 Ω P R 3 = 4,0 Ω Opgave 4: Fietsen Voor de krachten op een rijdende fietser met een massa m van 85 kg geldt: voorwaartse kracht Fvw = 9,5 N, luchtweerstand Fw,l = 7,1 N rolweerstand Fw,r = 2,4 N. Vraag 11 Leg uit wat voor een soort beweging deze fietser op dat moment uitoefent. Vraag 12 Leg uit welke rol traagheid speelt in de beweging van de fietser. De fietser gaat wat harder trappen, zodat Fvw plotseling toeneemt tot 11,8 N. Vraag 13 Bereken de versnelling a van de fietser op dat moment. Voor de luchtwrijving geldt de formule Fw,l = k v 2. Hierbij wordt de snelheid aangegeven in m/s en de kracht in N. Vraag 14 Geef de eenheid die de constante k heeft in de formule. Vraag 15 Bereken de waarde van k als geldt dat de maximale snelheid bij een voorwaartse kracht van 11,8 N, gelijk is aan 22 km/h. 3
Opgave 5: De auto Een auto rijdt met een snelheid van 144 km/h en remt met constante kracht af tot stilstand. Hiervoor heeft hij 82 m nodig. Vraag 16 Bereken de remvertraging van de auto. De reactietijd van de bestuurder is 0,86 s. Vraag 17 Bereken de stopafstand in deze situatie. Opgave 6: krachtenparen De 3 de wet van Newton zegt dat bij een krachtenpaar er 2 krachten zijn die even groot en tegengesteld zijn in richting. Vraag 18 Leg uit dat deze krachten elkaar toch nooit op kunnen heffen. Vraag 19 Leg uit hoe het komt dat een raket zolang hij brandstof heeft in de lege ruimte toch kan versnellen of vertragen en daarvoor geen planeten of andere voorwerpen nodig heeft. Gebruik het begrip krachtenpaar. Opgave 7: Blokje op een helling Op een hellend vlak wordt een blok met massa 7,6 kg gelegd, zie figuur. De maximale wrijvingskracht die het blok van het vlak ondervindt is 20 N. In de figuur is de zwaartekracht getekend. Vraag 20 Leg uit op welke krachtenschaal dit figuur getekend is. Vraag 21 Bepaal welk hellingspercentage dit figuur heeft. Vraag 22 Bepaal met de onderstaande figuur hoe groot de normaalkracht is in deze situatie. (Je mag tekenen in de figuur) Vraag 23 Leg uit of het blokje in deze situatie stil blijft liggen. Voor de normaalkracht geldt op een helling dat deze gelijk is aan: FN = Fz cos (α). Hierbij is α de hoek tussen helling en horizontaal vlak. Bij een hoek α van 20 graden is de maximale wrijvingskracht gelijk aan 32 N. Vraag 24 Bereken de schuifwrijvingscoëfficiënt voor deze helling. Vraag 25 Bereken met welke kracht je het blokje mag duwen om het een versnelling te geven van 1,0 m/s 2 omhoog. 4
Vragen 27 t/m 36 ontbreken. Had per ongeluk H7 vragen aan deze oefentoets toegevoegd. Opgave 12: Benzine Door verbranding van 1,0 m 3 benzine kan een auto met 108 km/h bij een wrijvingskracht van 600 N een afstand van 2,0 10 4 km rijden. Vraag 36 Bereken de arbeid die de motor heeft verricht. Vraag 37 Bereken het rendement van de motor.(je hebt antwoord van vraag 36 nodig) Opgave 13: Hockeybal Een hockeybal van 160 gram krijgt door een slag een grotere snelheid. De snelheid neemt daarbij toe van 1,0 m/s naar 9,0 m/s. De slag duurt 80 ms en daarbij legt de bal een afstand van 40 cm af. Vraag 38 Bereken de gemiddelde kracht op de bal. 5
Opgave 14: Hardlopen Een hardloper, met een massa van 80 kg, legt de 100,0 meter sprint af in een tijd van 10,09 s. Het (v,t)-diagram van zijn race is weergegeven in figuur 1. In figuur 2 is het vermogen dat de spieren van de sprinter leveren (de arbeid die ze per seconde verrichten) uitgezet als functie van de tijd. Vraag 39 Bepaal hoeveel procent van de arbeid die de spieren tussen t = 0 s en t = 3,0 s verrichten, is omgezet in bewegingsenergie. Figuur 1 Figuur Vanaf t = 5,0 s loopt de sprinter met constante snelheid. Bij de sprinter wordt dan 33% van het geleverde vermogen gebruikt om de invloed van de wrijvingskracht te compenseren; de rest wordt gebruikt voor het versnellen en vertragen van zijn armen en benen. Vraag 40 Bepaal de wrijvingskracht op de sprinter vanaf t = 5,0 s. 6
Opgave 15 : Kogelslingeren Een kogel met een massa van 0,55 kg wordt aan een touw van 60 cm lengte in een horizontale cirkelbaan rondgeslingerd met een snelheid van 3,6 m/s. Vraag 41 Bereken de spankracht in het touw. Vraag 42 Leg uit of de spankracht in deze situatie arbeid verricht. Bij een spankracht van 20 N breekt het touw. Vraag 43 Bereken de snelheid van de kogel waarbij het touw breekt. Vraag 44 Beschrijf de baan van de kogel na het breken van het touw. Opgave 16: Draaien In 1982 is in het sterrenbeeld Vulpecula een neutronenster ontdekt. De massa van deze ster is 1,2 10 30 k, ze heeft een straal van 13 km. Neem aan dat de ster bolvormig is. Vraag 45 Bereken de gravitatiekracht op een massa van 1,0 kg op de evenaar van de ster. De omwentelingstijd van deze ster is zeer klein. Als de ster echter een te kleine omwentelingstijd had, zou de gravitatiekracht niet sterk genoeg zijn om de materie aan de evenaar van de ster vast te houden. Vraag 46 Bereken de omwentelingstijd van de ster waarbij de gravitatiekracht hiervoor nog juist sterk genoeg is. Neem hierbij aan dat de ster bolvormig blijft. 7
Opgave 17: Satellieten Satellieten van het Galileo GPS-netwerk hebben elk een massa van 525 kg en worden in een baan op een hoogte van 23.222 km boven het aardoppervlak gebracht. Vraag 47 Bereken de kinetische energie van een GPS-satelliet in deze baan. Bij de lancering wordt gebruik gemaakt van de draaiing van de aarde. Vóór de lancering is de snelheid van de satelliet daardoor 370 m/s. Vraag 48 Bereken de toename van de kinetische energie van een GPS-satelliet vanaf de lancering tot in zijn baan rond de aarde. Vraag 49 Bereken de toename van de gravitatie-energie van een GPS-satelliet vanaf de lancering tot in zijn baan rond de aarde. Van de bij de lancering verbruikte brandstof wordt 2,5% omgezet in een toename van de kinetische energie en de gravitatie-energie van de satelliet. Vraag 50 Bereken hoeveel energie de brandstof in totaal moet leveren. (Antwoorden van 48 en 49 zijn nodig). 8
9