SENIORSERTIFIKAAT-EKSAMEN

Transcription

1 SENIORSERTIFIKAAT-EKSAMEN FISIESE WETENSKAPPE V1 FISIKA 015 PUNTE: 150 TYD: 3 uur Hierdie vraestel bestaan uit 16 bladsye en 3 gegewensblaaie. Kopiereg voorbehou Blaai om asseblief

2 Fisiese Wetenskappe/V1 DBE/015 SSE INSTRUKSIES EN INLIGTING Skryf jou sentrumnommer en eksamennommer in die toepaslike ruimtes op die ANTWOORDEBOEK neer. Hierdie vraestel bestaan uit ELF vrae. Beantwoord AL die vrae in die ANTWOORDEBOEK. Begin ELKE vraag op 'n NUWE bladsy in die ANTWOORDEBOEK. Nommer die antwoorde korrek volgens die nommeringstelsel wat in hierdie vraestel gebruik is. Laat EEN reël tussen twee subvrae oop, byvoorbeeld tussen VRAAG.1 en VRAAG.. Jy mag 'n nieprogrammeerbare sakrekenaar gebruik. Jy mag toepaslike wiskundige instrumente gebruik. Jy word aangeraai om die aangehegte GEGEWENSBLAAIE te gebruik. Toon ALLE formules en vervangings in ALLE berekeninge. Rond jou FINALE numeriese antwoorde tot 'n minimum van TWEE desimale plekke af. Gee kort (bondige) motiverings, besprekings, ensovoorts, waar nodig. Skryf netjies en leesbaar. Kopiereg voorbehou Blaai om asseblief

3 Fisiese Wetenskappe/V1 3 DBE/015 SSE VRAAG 1: MEERVOUDIGEKEUSE-VRAE Vier opsies word as moontlike antwoorde op die volgende vrae gegee. Elke vraag het net EEN korrekte antwoord. Kies die antwoord en skryf slegs die letter (A D) langs die vraagnommer ( ) in die ANTWOORDEBOEK neer, byvoorbeeld 1.11 E. 1.1 'n Horisontale krag F word op 'n krat toegepas en veroorsaak dat dit oor 'n ruwe horisontale oppervlak beweeg, soos hieronder getoon. krat F Die kinetiese wrywingskrag tussen die krat en die oppervlak waaroor dit beweeg, hang af van... A B C D die toegepaste krag F. die buite-oppervlakte van die krat wat aan die vloer raak. hoe vinnig die krat oor die oppervlak beweeg. die opwaartse krag wat deur die oppervlak op die krat uitgeoefen word. () 1. 'n Voorwerp word op 'n badkamerskaal in 'n hysbak geplaas wat op die derde vloer van 'n gebou stilstaan. Die lesing op die skaal sal die grootste wees wanneer die hysbak... A B C D afwaarts versnel. opwaarts versnel. teen 'n konstante spoed opwaarts beweeg. teen 'n konstante spoed afwaarts beweeg. () 1.3 'n Bal word vertikaal opwaarts in die lug gegooi. Ignoreer die effekte van wrywing. Die NETTO KRAG wat op die bal uitgeoefen word wanneer die bal by sy hoogste punt is, is... A B C D nul. gelyk aan die gewig van die bal. minder as die gewig van die bal. meer as die gewig van die bal. () Kopiereg voorbehou Blaai om asseblief

4 Fisiese Wetenskappe/V1 4 DBE/015 SSE 1.4 Tydens 'n botsing verlaag 'n opgeblaaste lugsak in 'n motor die netto krag wat op die bestuurder van die motor sou inwerk. Dit gebeur omdat die tydinterval waarin die netto krag op die bestuurder inwerk, vir dieselfde momentumverandering... A B C D nul is. afneem. toeneem. konstant bly. () 1.5 'n Voorwerp wat horisontaal teen 'n konstante snelheid beweeg, kom skielik 'n ruwe horisontale oppervlak teë. Die voorwerp gaan voort om oor hierdie ruwe oppervlak te beweeg. Watter EEN van die volgende stellings is KORREK? Die netto arbeid wat deur die beweging oor die ruwe oppervlak op die voorwerp verrig word, is... A B C D nul. positief. negatief. konstant. () 1.6 Die toeter van 'n motor bring klank met 'n konstante frekwensie voort terwyl die motor van 'n stilstaande luisteraar af wegbeweeg. Watter EEN van die volgende eienskappe van die klank wat die luisteraar hoor, sal NIE verander NIE? A B C D Snelheid Frekwensie Beide golflengte en frekwensie Beide frekwensie en hardheid () Kopiereg voorbehou Blaai om asseblief

5 Fisiese Wetenskappe/V1 5 DBE/015 SSE 1.7 Twee identiese positief gelaaide sfere wat vrylik kan beweeg, word naby mekaar op 'n wrywinglose oppervlak geplaas. Watter EEN van die volgende beskryf die beweging van die twee sfere KORREK? A B C D Hulle beweeg met toenemende versnelling van mekaar af weg. Hulle beweeg met afnemende versnelling van mekaar af weg. Hulle beweeg met konstante versnelling van mekaar af weg. Hulle beweeg sonder enige versnelling van mekaar af weg. () 1.8 Die diagram hieronder toon 'n sel met emk ( ε ), en twee resistors, R 1 en R, in serie, met R 1 < R. Die sel het weglaatbare interne weerstand en die voltmeters het 'n baie hoë weerstand. ε R 1 R V 1 V Watter EEN van die volgende is KORREK? A B C V 1 = V = ε V 1 > V V R 1 1 V = R D V R 1 1 V > R () 1.9 'n GS-generator werk teen 80 Hz. Die getal kere wat die uitsetspanning 'n maksimum in 1 sekonde bereik, is... A B C D () Kopiereg voorbehou Blaai om asseblief

6 Fisiese Wetenskappe/V1 6 DBE/015 SSE 1.10 Lig van 'n sekere frekwensie is invallend op 'n metaaloppervlak en fotoëlektrone word vanaf die oppervlak vrygestel. Indien die INTENSITEIT van dieselfde lig toeneem, sal die... A B C D kinetiese energie van die vrygestelde fotoëlektrone toeneem. kinetiese energie van die vrygestelde fotoëlektrone afneem. aantal fotoëlektrone wat per sekonde vrygestel word, toeneem. aantal fotoëlektrone wat per sekonde vrygestel word, afneem. () [0] Kopiereg voorbehou Blaai om asseblief

7 Fisiese Wetenskappe/V1 7 DBE/015 SSE VRAAG (Begin op 'n nuwe bladsy.) 'n 5 kg-blok wat op 'n ruwe horisontale tafel rus, word met 'n ligte, onrekbare tou wat oor 'n ligte, wrywinglose katrol gaan, met 'n ander blok met massa kg verbind. Die kg-blok hang vertikaal soos in die diagram hieronder aangetoon. 'n Krag van 60 N word op die 5 kg-blok toegepas teen 'n hoek van 10 o met die horisontaal, wat veroorsaak dat die blok na links versnel. 60 N 10 o 5 kg kg Die koëffisiënt van kinetiese wrywing tussen die 5 kg-blok en die oppervlak van die tafel is 0,5. Ignoreer die effekte van lugwrywing..1 Teken 'n benoemde vrye kragtediagram wat AL die kragte aandui wat op die 5 kg-blok inwerk. (5). Bereken die grootte van die:..1 Vertikale komponent van die 60 N-krag ().. Horisontale komponent van die 60 N-krag ().3 Stel Newton se Tweede Bewegingswet in woorde. () Bereken die grootte van die:.4 Normaalkrag wat op die 5 kg-blok inwerk ().5 Spanning in die tou wat die twee blokke verbind (7) [0] Kopiereg voorbehou Blaai om asseblief

8 Fisiese Wetenskappe/V1 8 DBE/015 SSE VRAAG 3 (Begin op 'n nuwe bladsy.) 'n Warmlugballon styg vertikaal teen 'n konstante snelheid. Wanneer die warmlugballon punt A 'n paar meter bo die grond bereik, laat 'n man in die warmlugballon 'n bal val wat die grond tref en bons. Ignoreer die effekte van wrywing. A GROND Die snelheid-tyd-grafiek hieronder stel die beweging van die bal voor van die oomblik wat dit laat val word tot nadat dit vir die eerste keer bons. Die tydinterval tussen die verskillende kere wat dit bons, word geïgnoreer. DIE OPWAARTSE RIGTING WORD AS POSITIEF GENEEM. GEBRUIK INLIGTING UIT DIE GRAFIEK EN BEANTWOORD DIE VRAE WAT VOLG. v (m.s -1 ) 5,88 P,94 0 -,94 0,6,6 3, t (s) -19, Skryf die grootte van die snelheid van die warmlugballon neer. (1) 3. Bereken die hoogte bo die grond waarvandaan die bal laat val is. (3) Kopiereg voorbehou Blaai om asseblief

9 Fisiese Wetenskappe/V1 9 DBE/015 SSE Bereken die: 3.3 Tyd by punt P wat op die grafiek aangedui word () 3.4 Maksimum hoogte wat die bal bereik nadat dit die eerste keer gebons het. (3) 3.5 Afstand tussen die bal en die warmlugballon wanneer die bal by sy maksimum hoogte is nadat dit die eerste keer gebons het. (4) [13] VRAAG 4 (Begin op 'n nuwe bladsy.) Twee stilstaande staalballe, A en B, word langs mekaar aan massalose, onelastiese toue vasgemaak, soos in Diagram 1 hieronder getoon. Diagram 1 Diagram A A B 0, m B Bal A, met massa 0, kg, word met 'n vertikale afstand van 0, m verplaas, soos in Diagram hierbo getoon. Wanneer bal A gelos word, bots dit elasties en kop aan kop met bal B. Ignoreer die effekte van lugwrywing. 4.1 Wat word met 'n elastiese botsing bedoel? () Onmiddellik na die botsing beweeg bal A horisontaal agteruit (na links). Bal B bekom kinetiese energie van 0,1 J en beweeg horisontaal vorentoe (na regs). Bereken die: 4. Kinetiese energie van bal A net voordat dit met bal B bots (Gebruik slegs energie-beginsels.) (3) 4.3 Spoed van bal A onmiddellik na die botsing (4) 4.4 Grootte van die impuls op bal A tydens die botsing (5) [14] Kopiereg voorbehou Blaai om asseblief

10 Fisiese Wetenskappe/V1 10 DBE/015 SSE VRAAG 5 (Begin op 'n nuwe bladsy.) Die diagram hieronder toon 'n swaar blok met massa 100 kg wat teen 'n ruwe 5 o -skuinsvlak afgly. 'n Konstante krag F word parallel met die skuinsvlak op die blok toegepas, soos in die diagram hieronder aangetoon, sodat die blok teen 'n konstante snelheid afwaarts gly. F 100 kg 5 o Die grootte van die kinetiese wrywingskrag (f k ) tussen die blok en die oppervlak van die skuinsvlak is 66 N. 5.1 Wrywing is 'n nie-konserwatiewe krag. Wat word met die term nie-konserwatiewe krag bedoel? () 5. 'n Leerder sê dat die netto arbeid wat op die blok verrig word, groter as nul is Is die leerder korrek? Antwoord slegs JA of NEE. (1) 5.. Verduidelik die antwoord op VRAAG 5..1 deur fisikabeginsels te gebruik. () 5.3 Bereken die grootte van die krag F. (4) Indien die blok uit rus laat los word sonder dat die krag F toegepas word, beweeg dit 3 m teen die skuinsvlak af. 5.4 Bereken die spoed van die blok aan die onderkant van die skuinsvlak. (6) [15] Kopiereg voorbehou Blaai om asseblief

11 Fisiese Wetenskappe/V1 11 DBE/015 SSE VRAAG 6 (Begin op 'n nuwe bladsy.) Die grafiek hieronder toon die verhouding tussen die skynfrekwensie (f L ) van die klank wat deur 'n STILSTAANDE luisteraar gehoor word en die snelheid (v s ) van die bron wat NA die luisteraar toe beweeg. 950 Grafiek wat skynfrekwensie (f L ) teenoor snelheid van klankbron (v s ) toon fl (Hz) v s (m s -1 ) 6.1 Stel die Doppler-effek in woorde. () 6. Gebruik die inligting in die grafiek om die spoed van klank in lug te bereken. (5) 6.3 Skets 'n grafiek van skynfrekwensie (f L ) teenoor snelheid (v s ) van die klankbron indien die bron van die luisteraar af WEGBEWEEG. Dit is nie nodig om numeriese waardes vir die grafiek te gebruik nie. () [9] Kopiereg voorbehou Blaai om asseblief

12 Fisiese Wetenskappe/V1 1 DBE/015 SSE VRAAG 7 (Begin op 'n nuwe bladsy.) Drie puntladings, Q 1, Q en Q 3, wat ladings van +6 µc, -3 µc en +5 µc onderskeidelik dra, word in 'n ruimte gerangskik soos in die diagram hieronder getoon. Die afstand tussen Q 3 en Q 1 is 30 cm en dit tussen Q 3 en Q is 10 cm. Q 3 = +5 µc 30 cm Q 1 = +6 µc 10 cm Q = -3 µc 7.1 Stel Coulomb se wet in woorde. () 7. Bereken die netto krag wat as gevolg van die teenwoordigheid van Q 1 en Q op lading Q 3 inwerk. (7) [9] Kopiereg voorbehou Blaai om asseblief

13 Fisiese Wetenskappe/V1 13 DBE/015 SSE VRAAG 8 (Begin op 'n nuwe bladsy.) Twee identiese neutrale sfere, M en N, word op geïsoleerde staanders geplaas. Hulle word met mekaar in kontak gebring en 'n gelaaide staaf word naby sfeer M gebring. Gelaaide staaf M N Wanneer die sfere geskei word, word gevind dat 5 x 10 6 elektrone van sfeer M na sfeer N oorgedra is. 8.1 Wat is die netto lading op sfeer N na skeiding? (3) 8. Skryf die netto lading op sfeer M na skeiding neer. () Die gelaaide sfere, M en N, word nou in 'n ruimte in 'n reguitlyn gerangskik sodat die afstand tussen die middelpunte 15 cm is. 'n Punt P lê 10 cm regs van N soos in die diagram hieronder getoon. M 15 cm N 10 cm P 8.3 Definieer die elektriese veld by 'n punt. () 8.4 Bereken die netto elektriese veld by punt P as gevolg van M en N. (6) [13] Kopiereg voorbehou Blaai om asseblief

14 Fisiese Wetenskappe/V1 14 DBE/015 SSE VRAAG 9 (Begin op 'n nuwe bladsy.) 'n Sel met 'n onbekende interne weerstand, r, het emk ( ε ) van 1,5 V. Dit is in 'n kring verbind met drie resistors, 'n hoëweerstand-voltmeter, 'n laeweerstand-ammeter en 'n skakelaar S soos hieronder getoon. V ε = 1,5 V r S 4 Ω A P Ω 3 Ω Wanneer skakelaar S gesluit word, gee die voltmeter 'n lesing van 1,36 V. 9.1 Watter terminaal van die ammeter word deur punt P voorgestel? Skryf slegs POSITIEF of NEGATIEF neer. (1) 9. Bereken die ammeterlesing. (3) 9.3 Bereken die interne weerstand van die sel. (7) 9.4 'n Addisionele resistor X word in parallel met die 3 Ω-resistor in die kring verbind. Sal die lesing van die ammeter TOENEEM, AFNEEM of DIESELFDE BLY? Gee 'n rede vir die antwoord. (4) [15] Kopiereg voorbehou Blaai om asseblief

15 Fisiese Wetenskappe/V1 15 DBE/015 SSE VRAAG 10 (Begin op 'n nuwe bladsy.) 10.1 Die uitsetpotensiaalverskil van 'n WS-generator is 100 V teen 0 Hz. 'n Vereenvoudigde diagram van die generator word hieronder getoon. Die rigting van die stroom in die spoel is van a na b. c b d a In watter rigting roteer die spoel? Skryf slegs KLOKSGEWYS of ANTIKLOKSGEWYS neer. (1) Begin by die posisie wat in die diagram getoon word en skets 'n grafiek van die uitsetpotensiaalverskil teenoor tyd wanneer die spoel TWEE volledige siklusse voltooi. Dui duidelik die maksimum potensiaalverskil (100 V) en die tyd wat dit neem om die twee siklusse te voltooi, op die grafiek aan. (3) Noem EEN manier waarop hierdie WS-generator gebruik kan word om 'n laer uitsetpotensiaalverskil te produseer. (1) 10. 'n Elektriese toestel is 0 V, W gemerk. Bereken die maksimum stroomuitset vir die toestel wanneer dit aan 'n 0 V-wisselstroombron gekoppel is. (5) [10] Kopiereg voorbehou Blaai om asseblief

16 Fisiese Wetenskappe/V1 16 DBE/015 SSE VRAAG 11 (Begin op 'n nuwe bladsy.) 11.1 In die diagram hieronder word groen en blou lig opeenvolgend op 'n metaaloppervlak geskyn. In elke geval word elektrone van die oppervlak vrygestel. groen 500 nm blou 400 nm Watter eienskap van lig word deur die fotoëlektriese effek geïllustreer? (1) Sonder enige berekening, gee 'n rede waarom die maksimum kinetiese energie van 'n vrygestelde elektron, met gebruik van blou lig, MEER IS as wat verkry word wanneer groen lig vir dieselfde metaaloppervlak gebruik word. () 11. Die golflengte wat met die afsny(drumpel)-frekwensie van 'n sekere metaal geassosieer word, is 330 nm. Bereken: Die arbeidsfunksie van die metaal (4) 11.. Die maksimum spoed van 'n elektron wat vanaf die oppervlak van die metaal vrygestel word wanneer lig met frekwensie 1, x Hz op die metaal geskyn word (5) [1] TOTAAL: 150 Kopiereg voorbehou

17 Fisiese Wetenskappe/V1 1 DBE/015 SSE DATA FOR PHYSICAL SCIENCES GRADE 1 PAPER 1 (PHYSICS) GEGEWENS VIR FISIESE WETENSKAPPE GRAAD 1 VRAESTEL 1 (FISIKA) TABLE 1: PHYSICAL CONSTANTS/TABEL 1: FISIESE KONSTANTES NAME/NAAM SYMBOL/SIMBOOL VALUE/WAARDE Acceleration due to gravity Swaartekragversnelling Universal gravitational constant Universele gravitasiekonstant Speed of light in a vacuum Spoed van lig in 'n vakuum Planck's constant Planck se konstante Coulomb's constant Coulomb se konstante Charge on electron Lading op elektron Electron mass Elektronmassa Mass of the Earth Massa van die Aarde Radius of the Earth Radius van die Aarde g 9,8 m s - G 6,67 x N m kg c 3,0 x 10 8 m s -1 h 6,63 x J s k 9,0 x N m C e m e M R E -1,6 x C 9,11 x kg 5,98 x 10 4 kg 6,38 x 10 6 m Kopiereg voorbehou Blaai om asseblief

18 Fisiese Wetenskappe/V1 DBE/015 SSE TABLE : FORMULAE/TABEL : FORMULES MOTION/BEWEGING vf v f 1 = vi + a t Δx Δy = v iδt + a t v i + v f v i + v f = v i + a x or/of v f = v i + a y Δx = Δt or/of Δy = Δt FORCE/KRAG F net = ma p = mv f max s F net Δp = = μ N m f s Δt = Δp - m i m1m m1m F =G or/of =G d r f k 1 = v iδt + a t or/of = μ N k w = mg M d M g = G r F g = G WORK, ENERGY AND POWER/ARBEID, ENERGIE EN DRYWING W = FΔx cos θ U = mgh or/of = mgh 1 K = mv or/of W nc E = k 1 mv = K + U or/of Wnc = Ek + Ep P ave = Fv ave WAVES, SOUND AND LIGHT/GOLWE, KLANK EN LIG or/of E P W net = K or/of Wnet = Ek K = K f K i or/of Ek = Ekf Eki W P = t v = f λ v ± v L L L = fs or/of L b v ± v s v ± v b f E = W + where/waar o E k (max) E = hf and/en W 0 = hf0 and/en E f 1 T = f v ± v = f E = hf or/of k(max) 1 = mv max E = h c λ Kopiereg voorbehou Blaai om asseblief

19 Fisiese Wetenskappe/V1 3 DBE/015 SSE ELECTROSTATICS/ELEKTROSTATIKA kq Q 1 F= E = F E = q r Q n = or/of e n = Q q e kq r W V = q ELECTRIC CIRCUITS/ELEKTRIESE STROOMBANE V R = I Rs = R1 + R = R R R p 1 W = Vq W = VI t W = I R t W = V Δt R emf ( ε ) = I(R + r) emk ( ε ) = I(R + r) q = I t W P = Δt P = VI P = I R V P = R ALTERNATING CURRENT/WISSELSTROOM Imax I rms = / I I = wgk maks V V = max rms / V Vwgk = maks P P average = V rms Irms / Pgemiddeld = V wgk I wgk average I rms = R / P = R Vrms Paverage = / R P gemiddeld I wgk gemiddeld = V wgk R Kopiereg voorbehou

20 SENIOR CERTIFICATE EXAMINATION SENIORSERTIFIKAAT-EKSAMEN PHYSICAL SCIENCES P1 FISIESE WETENSKAPPE V1 PHYSICS/FISIKA 015 MEMORANDUM MARKS: 150 PUNTE: 150 This memorandum consists of pages. Hierdie memorandum bestaan uit bladsye.

21 Physical Sciences P1/Fisiese Wetenskappe V1 DBE/015 QUESTION 1/VRAAG D () 1. B () 1.3 B () 1.4 C () 1.5 C () 1.6 A () 1.7 B () 1.8 C () 1.9 D () 1.10 C () [0]

22 Physical Sciences P1/Fisiese Wetenskappe V1 3 DBE/015 QUESTION /VRAAG.1 w T Accepted labels/aanvaarde benoemings F g / F w / weight / mg / gravitational force F g / F w / gewig / mg / gravitasiekrag F T / tension F T / spanning F F a / F 60 / 60 N / F applied / F t / F toegepas N F N f F f (5) F app N f T F app Accept / Aanvaar N f T w w N F app x F app y f T w Notes/Aantekeninge Mark awarded for label and arrow / Punt toegeken vir benoeming en pyltjie Do not penalise for length of arrows since drawing is not to scale. /Moenie vir die lengte van die pyltjies penaliseer nie aangesien die tekening nie volgens skaal is nie Any other additional force(s) / Enige ander addisionele krag(te) Max/Maks 4 5 If force(s) do not make contact with body/indien krag(te) nie met die voorwerp kontak maak nie: Max/Maks: F 60y = F 60 sinθ F 60Y = F 60 cosθ F 60y = 60sin10 o OR/OF F 60y = 60cos80 o = 10,4 N ().. F 60x = F 60 cosθ F 60x = F 60 sinθ F 60x = 60cos10 o = OR/OF F 60x = 60sin80 o = 59,09 N ()

23 Physical Sciences P1/Fisiese Wetenskappe V1 4 DBE/015.3 When a resultant/net force acts on an object, the object will accelerate in the direction of the force at an acceleration directly proportional to the force and inversely proportional to the mass of the object. Wanneer 'n resultante/netto krag op 'n voorwerp inwerk, sal die voorwerp in die rigting van die krag versnel teen 'n versnelling wat direk eweredig is aan die krag en omgekeerd eweredig aan die massa van die voorwerp. OR/OF The net force acting on an object is equal to the rate of change of momentum. Die netto krag wat op 'n voorwerp inwerk is gelyk aan die tempo van verandering van momentum. ().4 POSITIVE MARKING FROM. POSITIEWE NASIEN VANAF. N = mg F 60y N = {5(9,8) 10,4} = 38,58 N OR/OF F y + N = w N = w F y = mg - F y [(5)(9,8) 10,4] = 38,58 N ().5 POSITIVE MARKING FROM.. and.4 POSITIEWE NASIEN VANAF., en.4 F net = ma T m g = m a T (9,8) = a. T 19,6 = a.(1) F 60x (f + T) = m 8 a 60cos10 o (f + T) = 5a. 60cos10 o [(µ k N) +T)] = 5a.. 59,09 (0,5 x 38,58) T = 5a 39,8 T = 5a...() a =,886 ms - T 19,6 = (,886) T = 5,37 N OR/OF From equation/uit vergelyking () T = 5,37 N OR/OF T 19,6 = a..(1) x 5 59,09 19,9 T = 5a () x OR/OF 60 sin 80 o [f +T) = 5a NOTE: 1 mark for either µ k N or substitution./ LET WEL: 1 punt vir µ k N óf vervanging. 7T 177,6 = 0 T = 5,37 N (7)

24 Physical Sciences P1/Fisiese Wetenskappe V1 5 DBE/015.5 NOTES: ACCEPT FOR 5 MARKS NOTAS: AANVAAR VIR 5 PUNTE Fnet = ma OR/OF F 60x (f+m g) = (m 5 + m )a 60cos10 o (µ k N) + ()(9,8) = 7a 59,09 [(0,5 x 38,58) + 19,6] = 7a a =, 886 ms - T m g = m a T (9,8)= (,886) T = 5,37 N QUESTION 3/VRAAG 3 F 60x (f + T) = m 8 a 60cos10 o (f + T) = 5a. 60cos10 o [(µ k N) +T)] = 5a.. 59,09 (0,5 x 38,58) T = 5(,886) T = 5,37 N [0] 3.1 5,88 m s -1 (1) 3. Notes/Aantekeninge Accept/Aanvaar g or/of a x = v i t + ½ a t s = ut + ½ at v = u + at If/Indien: g = 10 m s - (deduct only 1 mark for the whole question) Different convention i.e. upward negative: (deduct only 1 mark for the whole question 3. POSITIVE MARKING FROM 3.1 POSITIEWE NASIEN VANAF 3.1 OPTION 1/OPSIE 1 v f = v i + aδy (-19,6) = (5,88) + (-9,8) Δy Δy = - 17,84m Height above ground/hoogte bo grond = 17,84 m (3) POSITIVE MARKING FROM 3.1 POSITIEWE NASIEN VANAF 3.1 OPTION /OPSIE Area between graph and t-axis for,6 s Oppervlakte tussen grafiek en t-as vir,6 s Δy = ½ bh + ½ bh = ½ (0,6)(5,88)+ ½(,6 0,6)(-19,6) = - 17,84 m Height above ground/hoogte bo grond = 17,84 m (3)

25 Physical Sciences P1/Fisiese Wetenskappe V1 6 DBE/015 POSITIVE MARKING FROM 3.1 POSITIEWE NASIEN VANAF 3.1 OPTION 3/OPSIE 3 By symmetry ball returns to A at 1,s downward and v = -5,88 m s -1 Volgens simmetrie keer bal terug na A by 1,s afwaarts en v = -5,88 m s -1 Δy = Area of trapezium / Oppervlakte van trapesium = ½(sum of parallel sides / som van parallelle sye)(h) / = ½{(-5,88) +(-19,6)} (,6-1,) = - 17,84m Height above ground/hoogte bo grond = 17,84 m (3) POSITIVE MARKING FROM 3.1 POSITIEWE NASIEN VANAF 3.1 OPTION 4/OPSIE 4 v i + v f Δy = Δt 5,88 + ( 19,6) Δy = (,6) = - 17,836 m Height above ground/hoogte bo grond =17,84 m (3) POSITIVE MARKING FROM 3.1 POSITIEWE NASIEN VANAF 3.1 OPTION 5/OPSIE 5 Δy = v i Δt + ½ aδt Δy = (5,88)(,6) + ½(-9,8)(,6) = 15,88 33,14 = -17,836 Height above ground/hoogte bo grond = 17,84 m (3) POSITIVE MARKING FROM 3.1 POSITIEWE NASIEN VANAF 3.1 OPTION 6/OPSIE 6 From point of release to max height Vanaf punt van vrylating tot maksimum hoogte v f = v i + aδy for either formula/vir enige van die formules (0) = (5,88) + (-9,8) Δy for substitions in both equations/ vir vervanging in beide vergelykings Δy = 1,76 m up From max height to ground/vir maksimum hoogte bo grond v f = v i + aδy (-19,6) = 0 + (-9,8) Δy Δy = - 19,6 (down/afwaarts) Height above ground/hoogte bo grond = 19,6-1,76 (3)

26 Physical Sciences P1/Fisiese Wetenskappe V1 7 DBE/015 = 17,84 m NOTE: For substitions in both equations/let WEL: Vir vervangings in beide vergelykings: (5,88)(0,6) + ½(-9,8)(0,6) = 1,77 m upward/opwaarts OPTION 7/OPSIE 7 From point of release to max height/vanaf punt van vrylating tot maks hoogte Δy = v i Δt + ½ aδt for either formula/vir enige van die formules From max height to ground/vanaf maks hoogte bo grond Δy = v i Δt + ½ aδt = 0 + ½(-9,8)() = -19,6 m (down/afwaarts) Height above ground/hoogte bo grond = 19,6-1,77=17,83 m (3) POSITIVE MARKING FROM 3.1 POSITIEWE NASIEN VANAF 3.1 NOTE: For substitions in both equations/let WEL: Vir vervangings in beide vergelykings: (5,88)(0,6) + ½(-9,8)(0,6) = 1,77 m up/opwaarts OPTION 8/OPSIE 8 From point of release to max height/vanaf punt van vrylating tot maks hoogte v i + v f Δy = Δt for either formula/vir enige van die formules From max height to ground/vanaf maks hoogte bo grond v i + v f Δy = Δt Δy = 0 +19,6 ( ) = -19,6 Height above ground/hoogte bo grond = 19,6-1,76 = 17,84 m (3) POSITIVE MARKING FROM 3.1 POSITIEWE NASIEN VANAF 3.1 NOTE/LET WEL: 1. For substitions in both equations/vir vervanging in beide vergelykings: 5, Δy = (0,6) = 1,76 m upwards/opwaarts. The steps can be swopped for options 6,7,8/Vir opsie 6,7,8 kan stappe omgeruil word.

27 Physical Sciences P1/Fisiese Wetenskappe V1 8 DBE/ OPTION 1/OPSIE 1 3, -, 6 t p = +,6 Time at / Tyd by P (t p ) =,9 s () OPTION /OPSIE Gradient/Gradiënt = -9,8 y = -9,8 t 0,94 = -9,8 t Δt = 0,3s Time at P (t p ) / Tyd by P (t p ) = (,6 + 0,3) =,9 s () OPTION 3/OPSIE 3 v f = v i + aδt 0 =,94 + (-9,8)Δt Δt = 0,3s t p =,6 + 0,3 =,9s () 3.4 POSITIVE MARKING FROM 3.3 POSITEWE NASIEN VANAF 3.3 OPTION 1/OPSIE 1 Δy = area under graph / oppervlakte onder die grafiek = ½ (0,3)(,94) = 0,44 m (3) OPTION /OPSIE v i + v f Δy = Δt,94+0 Δy = (0,3) = 0,44 m (3) OPTION 3/OPSIE 3 Δy = v i Δt + ½aΔt = (,94)(0,3) + ½(-9,8)(0,3) = 0,44 m (3) OPTION 4/OPSIE 4 v f = v i + aδy 0 =,94 + (-9,8)Δy Δy = 0,44m (3)

28 Physical Sciences P1/Fisiese Wetenskappe V1 9 DBE/ POSITIVE MARKING FROM 3.1, 3., 3.3 AND 3.4 POSITIEWE NASIEN VANAF 3.1, 3., 3.3 EN 3.4 for/vir t =,9 s t p =,9 s distance travelled by balloon since ball was dropped afstand deur ballon gereis vandat bal laat val is Δy = vδt = (5,88)(,9) = 17,05 m height of balloon when ball was dropped/hoogte van ballon toe bal laat val is = 17,84 m Height of balloon after,9 s/hoogte van ballon na,9 s = ( ,84) = 34,89 m maximum height of ball above ground/maksimum hoogte van bal bo grond = 0,44 m distance between balloon and ball/afstand tussen ballon en bal = (34,89 0,44) = 34,45 m (4) [13] QUESTION 4/VRAAG A collision in which both total momentum and total kinetic energy are conserved. ( or/of 0) 'n Botsing waarin beide totale momentum en totale kinetiese energie behoue bly Accept/Aanvaar (Total)kinetic energy is conserved (Totale) kinetiese energie bly behoue Accept/Aanvaar K i = K f () 4. OPTION 1/OPSIE 1 For ball A / Vir bal A (E mech/meg ) top/bo = (E mech/meg ) bottom/onder Any one / Enige een (E K + E P ) top/bo = (E K + E P ) bottom/onder (½ mv + mgh) top/bo = (½ mv + mgh) bottom/onder ½ (0,)(0) + (0,)(9,8)(0,) top/bo = E k + m(9,8)(0) bottom/onder E k = 0,39 J OPTION /OPSIE W nc = ΔE p + ΔE k 0 = mg(h f h i ) + ½m(v f v i ) 0 = (0,)(9,8)(0, 0) + ½mv f ½ (0,)(0) E k = 0,39 J (3)

29 Physical Sciences P1/Fisiese Wetenskappe V1 10 DBE/ POSITIVE MARKING FROM QUESTION 4. POSITIEWE NASIEN VANAF VRAAG 4. ΣE Kbefore = ΣE Kafter E KiA +E KiB = E KfA + E KfB Any one /Enige een E KiA +E KiB = ½ m A v fa + E KfB 0,39+ 0 = ½ (0.)v fa + 0,1 v fa = 1,64 m s -1 (Accept/Aanvaar 1,65 m s -1 ) (4) 4.4 POSITIVE MARKING FROM QUESTION 4. POSITIEWE NASIEN VANAF VRAAG 4. E Kbefore/voor = ½ m A v ia 0,39 = ½ (0,) v ia v ia = 1,98 m s -1 Impulse/Impuls = m(v f - v i ) Any one /Enige een Impulse/Impuls = m(v ia - v fa ) = 0,(-1,64) - (0,)(1,98) = 0,7 N s (accept/aanvaar: 0,73 N s) (accept/aanvaar kg m s -1 as unit /eenheid) (5) [14] QUESTION 5/VRAAG If the work done in moving an object between two points depends on the path taken (then the force applied is non-conservative) ( or/of 0). Indien die arbeid verrig om 'n voorwerp tussen twee punte te beweeg, afhanklik is van die pad wat gevolg word, (is die krag wat toegepas word, niekonserwatief) 5..1 No/Nee 5.. Since there is no acceleration, the net force is zero hence net work done (which is F net x cosθ) must be zero. Omdat daar geen versnelling is nie, is die netto krag nul. Dus moet die netto arbeid verrig (wat F net x cosθ is) nul wees. () (1) OR/OF W net = ΔK. Since it is moving with constant velocity Omdat dit teen konstante snelheid beweeg ΔK = 0 W net = 0 () 5.3 F // - ( f + F) = 0 OR/OF F = mg sinθ f k OR/OF F = mgsinθ 66 F = [100(9,8) sin 5 o ] , F = 148,17 N F f/f f N/F N w/f g mg sinθ (4)

30 Physical Sciences P1/Fisiese Wetenskappe V1 11 DBE/015 NOTE/LET WEL No mark for diagram / Geen punt vir diagram nie 1 mark for use of any of the three formulae / 1 punt vir gebruik van enige drie van die formules 5.4 OPTION 1/OPSIE 1 W = F x cosθ W net = W f + W g + W N W net = f k x cos180 o + mgsinθ x cos0 o + 0 = (66)(3)(-1) + [100(9,8) sin 5 o (3)(1)] + 0 = 444,5 J 1 mark for any of the three/ 1 punt vir enige van die drie W net = E K / K = ½ m(v f v i ) 444,5 = ½ (100) (v f 0) v f =,98 m s -1 (6) OPTION /OPSIE W nc = ΔE p + ΔE k fδxcosθ = (mgh f mgh i ) + ( ½ mv f ½ mv i ) 66 x cos180 o = (0 - mgsin5 o x cos0 o ) + (½ mv f 0) 66(3)(-1) = [-100(9,8) sin 5 o (3)(1)] -½ (100) (v f 0) v f =,98 m s -1 OPTION 3/OPSIE 3 POSITIVE MARKING FROM QUESTION 5.3 POSITIEWE NASIEN VANAF VRAAG 5.3 W net = ΔE k F net Δxcosθ = ½ m(v f v i ) (148,17)(3)cos0 0 = ½ (100)(v f - 0 ) 444,51 = 50v f v f =,98 m s -1 (6) (6) OPTION 4/OPSIE 4 POSITIVE MARKING FROM QUESTION 5.3 POSITIEWE NASIEN VANAF VRAAG 5.3 F net = ma 148,17 =100a a = 1,48 m s - v f = v i + aδx = (1,48)(3) v f =,98 m s -1 (6)

31 Physical Sciences P1/Fisiese Wetenskappe V1 1 DBE/015 OPTION 5/OPSIE 5 POSITIVE MARKING FROM QUESTION 5.3 POSITIEWE NASIEN VANAF VRAAG 5.3 F net = ma 148,17 =100a a = 1,48 m s - Δx = v i Δt + ½aΔt 3 = 0 +½(1,48)Δt Δt =,01 s v f = v i + aδt = 0 + (1,48)(,01) v f =,97 m s -1 (6) OPTION 6/OPSIE 6 POSITIVE MARKING FROM QUESTION 5.3 POSITIEWE NASIEN VANAF VRAAG 5.3 F net = ma 148,17 =100a a = 1,48 m s - Δx = v i Δt + ½aΔt 3 = 0 +½(1,48)Δt Δt =,01 s v i + v f Δy = Δt 0 + v 3 = f (,01) v f =,99 m s -1 (6) [15]

32 Physical Sciences P1/Fisiese Wetenskappe V1 13 DBE/015 QUESTION 6/VRAAG It is the (apparent) change in frequency (or pitch) of the sound detected by a listener because the sound source and the listener have different velocities relative to the medium of sound propagation. Dit is die (skynbare) verandering in frekwensie (of toonhoogte) van die klank waargeneem deur 'n luisteraar omdat die klankbron en die luisteraar verskillende snelhede relatief tot die medium waarin die klank voortgeplant word, het OR/OF An (apparent) change in observed/detected frequency (pitch), (wavelength) as a result of the relative motion between a source and an observer (listener). 'n (Skynbare) verandering in waargenome frekwensie (toonhoogte), (golflengte) as gevolg van die relatiewe beweging tussen die bron en 'n waarnemer/luisteraar () 6. v ± v L L = fs OR/OF L s v ± v s v v s f v 85 = (800) v - v s (1,0315 )(v 10)= v v = 330 m s -1 f v = f Notes/Aantekeninge: The following values are obtained using other points Die volgende waardes is verkry deur ander punte te gebruik Vs (m s -1 ) Frequencies v (m s -1 ) v s = v s = ,56 vs = Any other Doppler formula, e.g. Enige ander Doppler-formule, bv: f L = v v L - Max./Maks 3 4 v v s Marking rule 1.5: No penalisation if zero substitutions are omitted. Nasienreël 1.5: Geen penalisering indien nulvervangings uitgelaat is nie. (5) 6.3 Straight line with negative gradient / frequency decreases (linearly) Reguitlyn met negatiewe gradiënt/frekwensie neem af (lineêr) ( or/of 0) (fl) 0 v s () [9]

33 Physical Sciences P1/Fisiese Wetenskappe V1 14 DBE/015 QUESTION 7/VRAAG The (magnitude) of the electrostatic force exerted by one charge on another is directly proportional to the product of the charges and inversely proportional to the square of the distance between their centres. Die (grootte) van die elektrostatiese krag wat een lading op 'n ander uitoefen, is direk eweredig aan die produk van die ladings en omgekeerd eweredig aan die kwadraat van die afstand tussen hul middelpunte. () 7. Q1Q F = k r 9 6 (9 10 )(5 10 )(6 10 F 31 = (0,3) 9 (9 10 )(5 10 F 3 = (0,1) F R = F 31 + F )( ) ) = 3 N to the left/na links = 13,5 N downwards/afwaarts 13, 5 F R = ( ) ( ) 3 + = 13,83 N θ = tan -1 13,5 3 = 77, 47 o F R F 31 θ F 3 OR/OF θ = tan ,5 = 1,53 o Can use any trigonometric ratio Kan enige trigonometriese verhouding gebruik Net force/netto krag = 13,83 N in direction/rigting 19,53 o / 77,47º NOTE: The final answer must be given in terms of magnitude and direction Do not penalise if sketch is not shown Do not accept directions which include the cardinal points (N, S, E or W) LET WEL: Die finale antwoord moet in terme van grootte en rigting gegee word. Moenie penaliseer as skets nie getoon word nie. Moenie rigtings aanvaar wat kardinale punte (N, S, O of W) bevat nie (7) [9]

34 Physical Sciences P1/Fisiese Wetenskappe V1 15 DBE/015 QUESTION 8/VRAAG For object N / Vir voorwerp N: Q n = q e Q = (5 x 10 6 )(-1,6 x ) = - 8 x C Accept /Aanvaar Negative / negatief (3) 8. POSITIVE MARKING FROM 8.1 POSITIEWE NASIEN VANAF 8.1 Charge on / Lading op M (Q M ) is +8 x C ( or/of 0) () 8.3 The electric field at a point is the (electrostatic) force experienced per unit positive charge placed at that point Die elektriese veld by 'n punt is die (elektrostatiese) krag wat per eenheid positiewe lading wat by daardie punt geplaas word, ervaar word. () 8.4 POSITIVE MARKING FROM 8.1 AND 8. POSITIEWE NASIEN VANAF 8.1 EN 8. kq E = r 9 13 (9 10 )(8 10 ) E PM = (0,5) = 0,1 N C -1 to the right/na regs 9 13 (9 10 )(8 10 ) E PN = (0,1) = 0,7 N C -1 to the left/na links Q from/vanaf 8. Q from/vanaf 8.1 E net = E PM - E PN = 0,1 0,7 = - 0,60 N C -1 = 0,60 N C -1 to the left/na links (6) [13]

35 Physical Sciences P1/Fisiese Wetenskappe V1 16 DBE/015 QUESTION 9/VRAAG NEGATIVE/NEGATIEF (1) 9. V I Ω = R 1,36 = (4 + ) = 0,3 A (Note/Let wel: second decimal place/tweede desimaal ± 0,01) (3) 9.3 POSITIVE MARKING FROM QUESTION 9. POSITIEWE NASIEN VANAF VRAAG 9. OPTION 1/OPSIE 1 I 3 Ω V = R 1,36 = 3 = 0,45 A (Accept/Aanvaar 0,46 A) I T = I +I 3 = 0,3 + 0,45 = 0,68 A (Accept/Aanvaar 0,69 A) V int/ lost = ε - V ext = 1,5-1,36 = 0,14 V V int/ lost = Ir 0,14 = (0,68)r r = 0,1 Ω (Accept/Aanvaar 0,0 Ω) (7)

36 Physical Sciences P1/Fisiese Wetenskappe V1 17 DBE/015 OPTION /OPSIE POSITIVE MARKING FROM QUESTION 9. POSITIEWE NASIEN VANAF VRAAG 9. V I 3 = R 1,36 = 3 = 0,45 A (Accept/Aanvaar 0,46 A) I T = I + I 3 = 0,3 + 0,45 = 0,68 A (Accept/Aanvaar 0,69 A) 1 R p = 1 R = + R p 6 3 R P = Ω 1 R ε = I(R + r) 1,5 = 0,68( + r) r = 0,1 Ω (Accept/Aanvaar 0,17 Ω) (7) OPTION 3/OPSIE 3 1 R p = 1 R = + R p 6 3 R P = Ω 1 R V = IR 1,36 = I() I = 0,68 A (Accept/Aanvaar 0,69 A) ε = I(R+r) 1,5 = 0,68( + r) r = 0,1 Ω (Accept/Aanvaar 0,17 Ω) (7)

37 Physical Sciences P1/Fisiese Wetenskappe V1 18 DBE/015 OPTION 4/OPSIE = + R R R p = + R p 6 3 R P = Ω V = IR 1,36 = I() I = 0,68 A V int = 1,5-1,36 = 0,14 V Ir = 0,14 (0,68)r = 0,14 R = 0,1 Ω (7)

38 Physical Sciences P1/Fisiese Wetenskappe V1 19 DBE/015 ACCEPT/AANVAAR If the learner wrote I 3 as 0,46 (because resistance is halved) without calculation award marks Indien die leerder I 3 as 0,46 geskryf het (omdat weerstand gehalveer is) sonder om die berekening te doen, moet punte toegeken word. I T = I + I 3 = 0,3 + 0,46 = 0,69 A R1R RP = R + R R P 1 (6)(3) = = ε = I(R + r) 1,5 = 0,69( + r) r = 0,17 Ω (7) 9.4 Decrease The effective resistance across the parallel circuit decreases The terminal potential difference decreases The resistance in the ammeter branch remains constant hence the ammeter reading decreases Neem af Die effektiewe weerstand oor die parallelle kring neemm af. Die terminaal- potensiaalverskil neem af. Die weerstand in die parallelle vertakking bly konstant, dus sal die (4) ammeterlesing afneem. [15]

39 Physical Sciences P1/Fisiese Wetenskappe V1 0 DBE/015 QUESTION 10/VRAAG Anticlockwise /Antikloksgewys (1) Potential difference/ voltage (V)/Potensiaalverskil/spanning (V) ,1 t(s) Crieteria for graph/kriteria vir grafiek Two full cycles with correct shape /Twee vol siklusse met korrekte vorm Showing the maximum voltage/dui die maksimum spanning aan Showing the time 0,1s for two cycles/dui die tyd 0,1s vir twee siklusse aan Marks/Punte Potential difference/ voltage (V)/Potensiaalverskil/spanning (V) ,1 t(s) /3 for this drawing/ /3 vir hierdie skets Criteria for graph/kriteria vir grafiek Showing the maximum voltage /showing the time of 0,1s for two cycles Dui die maksimum spanning / tyd van 0,1 s vir twee siklusse aan Showing two cycles / Dui twee siklusse aan Marks/Punte (3) Decrease the frequency/ speed of rotation Verlaag die frekwensie / spoed van rotasie (1) 10. Paverage/ gemiddeld = V rms Irms = (0)(I rms ) I rms = 6,8 A I I = rms max/ maks I max/maks = ( )( ) 6,8 = 9,65 A (5) [10]

40 Physical Sciences P1/Fisiese Wetenskappe V1 1 DBE/015 QUESTION 11/VRAAG The particle nature of light /Die partikelaard /deeltjie-aard van lig Shorter wavelength means higher photon energy Photon energy is inversely proportional to wavelength ; E = hc λ For the same metal kinetic energy is proportional to photon energy (1) Korter golflengte beteken hoër foton energie Foton energie is omgekeerd ewredig aan golflengtee = hc λ Vir dieselfde metaal is kinetiese energie eweredig aan foton energie OR/OF Shorter wavelength means higher frequency Higher frequency means higher photon energy ; E = hf For the same metal kinetic energy is proportional to photon energy Korter golflengte beteken hoër frekwensie Hoër frekwensie beteken hoër foton energie; E = hf Vir dieselfde metaal is kinetiese energie eweredig aan foton energie Accept / Aanvaar Shorter wavelength Korter golflengte OR/OF Higher frequency Hoër frekwensie OR/OF Higher photon energy Hoër foton nergie () OPTION 1/ OPSIE 1 c W0 = h λ (6,63 10 )( 3 10 ) = W o = 6,03 x J -9 OPTION/OPSIE c = fλ 3 x 10 8 = f o (330 x 10-9 ) f o = 9,09 x Hz for both equations / vir beide vergelykings W o = hf o = (6,63 x )( 9,09 x 10 7 ) = 6,03 x J (4)

41 Physical Sciences P1/Fisiese Wetenskappe V1 DBE/ POSITIVE MARKING FROM QUESTION 11..1/POSITIEWE NASIEN VANAF VRAAG OPTION 1/OPSIE 1 E = W o + E k hf = hf o + E k hf = hf o + ½ mv E = W o + ½ mv (6,63 x )( 1, x10 15 )= (6,03 x )+ ½(9,11 x )v v= 6,5 x 10 5 m s -1 OPTION /OPSIE Any one/enige een E K = E light/lig W o Any one/ Enige een = hf light/lig hf o = (6,63 x )( 1, x10 15 ) - 6,03 x = 1,96 x J E K = ½ mv 1,96 x = ½ (9,11 x )v v = 6,5 x 10 5 m s -1 (5) [1] TOTAL/TOTAAL: 150