NATUURKUNDE Havo. Lees dit voorblad goed! Trek op alle blaadjes kantlijnen Schoolexamen Havo-5: SE3: Na code:h5na2 datum : 10 dec 2008 tijdsduur: 120 minuten. weging: 30%. Onderwerpen: Systematische Natuurkunde Boek I: Deel 1A Hfst3: Krachten Boek I: Deel 1B Hfst5: Licht Boek II: Hfst1: Signaalverwerking Hfst3: Energie en warmte Hfst4: Elektromagnetisme Hfst6: Straling, gezondheid en kernenergie Als bij een vraag een verklaring, uitleg, berekening of afleiding gevraagd wordt, worden aan het antwoord meestal geen punten toegekend als deze verklaring, uitleg, berekening of afleiding ontbreekt. Geef niet meer antwoorden (redenen, voorbeelden e.d. ) dan er worden gevraagd. Dit werk bestaat uit: aantal pagina s : 5 aantal opgaven : 6 aantal vragen : 14 aantal antwoordbladen : 1 SUCCES.
Opgave 1: Warmte-isolatie Een woonkamer ergens midden in een flatgebouw is van het type "doorzonkamer". Dit betekent dat voor- en achterkant van de kamer buitenmuren zijn, elk voorzien van een groot raam. De beide andere muren, vloer en plafond grenzen aan andere kamers in het flatgebouw. De kamer heeft steeds dezelfde temperatuur als alle aangrenzende ruimten in het flatgebouw, zodat de verwarming in de kamer alleen nodig is om het "warmtelek" via voor- en achterwand naar buiten te compenseren. 1. [2p] Op welke drie manieren kan warmtetransport in het algemeen plaatsvinden? In de kamer bevindt zich 1,4 10 2 kg lucht. De temperatuur van de lucht in de kamer stijgt van 14,0 C tot 22,0 C. Hiervoor is 1,0 10 6 J nodig. 2. [2p] Bereken met deze gegevens de soortelijke warmte van de lucht in de kamer. De kamer is 8,00 m lang, 5,50 m breed en 2,70 m hoog. 3. [3p] Bereken hoeveel m 3 lucht weglekt als gevolg van de temperatuurstijging van 14,0 C tot 22,0 C. Opgave 2: Straling in je lichaam In het spierstelsel van een volwassene bevindt zich kalium, dat voor een klein deel uit de isotoop 40 K bestaat. Kalium-40 is radioactief en vervalt onder uitzending van β straling. 4. [2p] Geef de vervalvergelijking van 40 K. De gemiddelde activiteit van het radioactieve kalium in het spierstelsel van een volwassene bedraagt 3,1 10 3 Bq. De activiteit (A) van een radioactieve stof hangt af van het aantal radioactieve kernen (N) en de halveringstijd (t ½ ). Er geldt: 0,69 A N t 1/2 Er zitten in kalium 1,54 10 22 atomen per gram. Kalium bestaat voor 0,012% uit de isotoop 40 K. 5. [4p] Bereken de massa van al het kalium in het spierstelsel van een volwassene. De energie die een β deeltje uit de kaliumkern afstaat aan het spierstelsel is gemiddeld 0,44 MeV. Een volwassene heeft gemiddeld 30 kg spierweefsel. 6. [3p] Bereken de stralingsdosis die het spierstelsel in een jaar van dit kalium absorbeert. 1 Lees verder
Opgave 3: Lorentzkracht Door een rechthoekige winding loopt een stroom I = 0,47 A in de aangegeven richting. Zie figuur 1 (de figuur staat ook op de uitwerkbijlage). Deze winding heeft zijden van resp. 10 cm en 30 cm. Loodrecht op de winding staat een homogeen magneetveld het papier in met een magnetische inductie B = 22 mt. figuur 1 7. [3p] Bereken de Lorentzkracht ten gevolge van het homogene veld op de zijde AB en op de zijde BC. 8. [2p] Teken in de figuur op de uitwerkbijlage de richting van deze Lorentzkrachten op AB en BC. Opgave 4: Veiligheidsgordel De snelheid van een auto wordt gemeten met een sensor die het toerental van één van de wielassen meet. Figuur 2 geeft het verband tussen de uitgangsspanning van deze sensor en het toerental. 3,0 U (V) 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0 100 200 300 400 500 600 toerental (omwentelingen per minuut) figuur 2 9. [2p] Bepaal de gevoeligheid van deze sensor. 2 Lees verder
In een auto zit een automatisch systeem dat op twee manieren kan waarschuwen als de bestuurder zijn veiligheidsgordel niet omdoet. Het systeem voldoet aan de volgende eisen: - zolang als de bestuurder achter het stuur zit zonder de gordel om, brandt er een lampje; - zolang als hij zonder gordel om harder rijdt dan 20 km/h (komt overeen met 180 omwentelingen per minuut) zoemt er bovendien een alarm. 5V 5V stoelschakelaar gordelschakelaar controle lampje alarm snelheidssensor comparator U ref figuur 3 In figuur 3 is een begin gemaakt met een ontwerp voor dit systeem. Wanneer de bestuurder achter het stuur zit, is de stoelschakelaar dicht. Wanneer hij de gordel om heeft, is de gordelschakelaar dicht. Figuur 3 staat ook op de uitwerkbijlage. 10. [3p] Maak in de figuur op de uitwerkbijlage de schakeling compleet zodat aan bovengenoemde eisen wordt voldaan. Vermeld ook de referentiespanning van de comparator. Opgave 5: Spin Een spin van 75 mg hangt aan een draad; α = 110º. Zie figuur 4, deze figuur staat ook op de uitwerkbijlage. 11. [2p] Construeer beide spankrachten in de figuur op de uitwerkbijlage. 12. [2p] Bereken de grootte van de spankrachten. figuur 4 3 Lees verder
Opgave 6: Vergrotingsapparaat Een vergrotingsapparaat bestaat onder andere uit een lamp, een negatiefhouder, een positieve lens en een grondplaat. Op de grondplaat wordt een stuk lichtgevoelig fotopapier gelegd. Na belichting en chemische behandeling wordt dit een foto. Het vergrotingsapparaat en de schematische voorstelling ervan zijn naast elkaar weergegeven in figuur 5. figuur 5 De lens van dit vergrotingsapparaat heeft een brandpuntsafstand van 5,0 cm. De afstand tussen lens en negatiefhouder en de afstand tussen lens en fotopapier op de grondplaat kunnen gevarieerd worden. Men doet een negatief van 24 mm bij 36 mm in de negatiefhouder en maakt hiervan een afbeelding op het fotopapier met een vergroting van 4,2. 13. [2p] Bereken de afmetingen van de afbeelding op het fotopapier. 14. [3p] Bereken de afstand tussen lens en fotopapier op de grondplaat. Einde 4
Naam:.. Klas:.. Antwoordblad figuur 1A 5V 5V snelheidssensor stoelschakelaar gordelschakelaar comparator controle lampje alarm controle lampje U ref U ref =... figuur 3A figuur 4A 5
Uitwerkingen 1. warmtegeleiding, warmtestroming, warmtestraling. 3 goed = 2p, 2 goed = 1p 2. Q = mc T (1p) => c = Q/m T = 1,0 10 6 /1,4 10 2 x 8 = 8,9 10 2 J/kg C (1p) 3. lucht : l = 1,293 kg/m 3 => V l = 1,4 10 2 /1,293 = 108,28 m 3 (1p); kamer: V k = 8,00 x 5,50 x 2,70 = 118,8 m 3 (1p); verschil V = 10,5 = 11 m 3 (1p). 4. 40 19 K -> 40 20Ca + 0-1 - (2p) 5. t 1/2 = 1,28 10 9 j = 4,0 10 16 s (1p); => N = 3,1 10 3 x 4,0 10 16 /0,69 = 1,8 10 20 (1p) m( 40 K)= 1,8 10 20 /1,54 10 22 = 1,18 10-2 g (1p); m(k)= 1,16 10 20 /0,00012= 98 g (1p) 6. E str = E xaxt (1p) = 0,44x1,602 10-13 x3,1 10 3 x31536000 = 6,891 10-3 J (1p); D = E str /m = 6,891 10-3 /30 = 2,297 10-4 (1p) 7. AB: F L = B I L (1p) = 22 10-3 0,47 0,30 = 3,1 10-3 N (1p) BC: F L = B I L = 22 10-3 0,47 0,10 = 1,0 10-3 N (1p) 8. Zie figuur, de richting is bepaald met een van de richtingsregels. 9. De gevoeligheid is gelijk aan de steilheid van de grafiek. De gevoeligheid van de sensor is dus 2,8 / 600 (1p) = 4,7 10-3 Vmin (1p). Belangrijk Merk op dat de eenheid hier Volt minuut is, dus niet Volt per minuut. De eenheid in de grafiek is het aantal omwentelingen per minuut, netjes doorrekendend krijg je voor de gevoeligheid dus Volt per per minuut, de twee pers kun je tegen elkaar wegstrepen zodat er Volt minuut overblijft. 6
10. De gordelschakelaar moet op een invertor worden aangesloten, zodat er een hoog signaal doorkomt als de gordel niet om is gedaan. Deze wordt samen met de uitgang van de stoelschakelaar aangesloten op de ingangen van een ENpoort. Dit betekent dat er een hoog signaal uitkomt als beide signalen hoog zijn, oftewel als de bestuurder wel op de stoel zit en de gordel niet om heeft. De uitgang van deze ENpoort gaat naar een controlelampje, dat bij een hoog signaal gaat branden (1p). Dan is er nog de snelheidssensor, die de snelheid van de auto vergelijkt met een referentiewaarde m.b.v. een comparator. Alleen als de snelheid groter is dan deze waarde, komt er een hoog signaal uit de comparator. Deze referentiespanning hoort bij 20 km/h, dus bij 180 omwentelingen. In figuur 2 zien we dat dit overeen komt met een spanning van 0,8 V (1p). De uitgang van de comparator wordt samen met de uitgang van de eerste ENpoort aangesloten op nog een EN-poort. Als beide signalen hoog zijn, gaat het alarm af (1p). 11. F z = mxg = 75 10-3 x9,81 = 7,3575 10-1 N (1p); spin is in evenwicht, dus vertikaal omhoog gerichte kracht is even groot als de zwaartekracht, F sp ontbinden uit deze vertikaal omhoog gerichte kracht (1p) 12. Berekenen met: cos /2 = F z /F sp (1p) => F sp = 7,4 10-1 /cos 55 = 1,2827 N = 1,3 N (1p) 13. N = L B /L V = 4,2 => afmeting afbeelding: breedte = 24x4,2 = 100,8 mm = 10 cm (1p), lengte = 36x4,2 = 151,2 mm = 15 cm (1p) 14. N = b/v = 4,2 => b = 4,2v (1p); lenzenformule: 1/v +1/b = 1/f => 1/4,2v + 1/v = 1/5,0 (1p) gelijknamig maken: 10/42v + 42/42v = 52/42v = 1/5,0 => v = 6,19 => b = 26 cm (1p) Totaal: 35 pnt 7