NASIONALE SENIOR SERTIFIKAAT GRAAD 12

Transcription

1 METROPOLE NOOR ONERWYS ISTRIK NSIONLE SENIOR SERTIFIKT GR 1 FISIESE WETENSKPPE: FISIK (V1) SEPTEMER 016 PUNTE: 150 TY: 3 uur Hierdie vraestel bestaan uit 15 bladsye en 3 gegewensblaaie.

2 Fisiese Wetenskappe/V1 MNO September 016 INSTRUKSIES EN INLIGTING Skryf jou naam in die toepaslike ruimte in die NTWOOREOEK. Hierdie vraestel bestaan uit ELF vrae. eantwoord L die vrae in die NTWOOREOEK. egin elke vraag op 'n NUWE bladsy in die NTWOOREOEK. Nommer die antwoorde korrek volgens die nommeringstelsel wat in hierdie vraestel gebruik is. Laat EEN reël oop tussen twee subvrae, byvoorbeeld tussen VRG.1 en VRG.. Jy mag 'n nieprogrammeerbare sakrekenaar gebruik. Jy mag toepaslike wiskundige instrumente gebruik. Jy word aangeraai om die aangehegte GEGEWENSLIE te gebruik. Toon LLE formules en substitusies in LLE 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

3 Fisiese Wetenskappe/V1 3 MNO September 016 VRG 1: MEERVOUIGEKEUSE-VRE Vier opsies word as moontlike antwoorde vir die volgende vrae gegee. Elke vraag het slegs EEN korrekte antwoord. Kies die korrekte antwoord en skryf slegs die letter ( ) langs die vraagnommer ( ) in die NTWOOREOEK neer, byvoorbeeld 1.11 E. 1.1 s die totale momentum van 'n sisteem verander : moet deeltjies van die sisteem kragte op mekaar uitoefen moet die sisteem onder die invloed van swaartekrag wees moet die sisteem teen konstante snelheid beweeg moet n netto eksterne krag op die sisteem inwerk () 1. 'n Voorwerp vertikaal opwaarts afgevuur. Terwyl dit opwaarts beweeg : is beide sy snelheid en versnelling opwaarts is sy snelheid opwaarts en sy versnelling afwaarts is beide sy snelheid en versnelling afwaarts is sy snelheid afwaarts en sy versnelling opwaarts () 1.3 Newton se eerste bewegingswet kan wiskundig voorgestel word deur : F net = ma F net Δt = mδv F = - F Indien F = 0, dan is v konstant () 1.4 Twee sferiese voorwerpe trek mekaar aan met 'n gravitasiekrag F. Indien die afstand tussen die middelpunte van die sfere verdubbel, is die aantrekkingskrag tussen hulle : ¼ F ½ F F F ()

4 Fisiese Wetenskappe/V1 4 MNO September ie arbeid verrig op 'n voorwerp wat in 'n reguit lyn op 'n ruwe horisontale oppervlak beweeg is gelyk aan die verandering in die voorwerp se momentum. gravitasionele potensiële energie. kinetiese energie. versnelling () 1.6 Klankgolwe wat deur die toeter van 'n vragmotor geproduseer word nader 'n stilstaande waarnemer teen 'n konstante snelheid. In vergelyking met die klankgolwe waargeneem deur die bestuurder van die vragmotor, het die klankgolwe waargeneem deur die waarnemer 'n groter golflengte. frekwensie. periode. spoed. () 1.7 Watter grafiek verteenwoordig die verhouding tussen die grootte van die elektrostatiese krag, F E, tussen twee gelaaide sfere en die afstand, r, tussen die middelpunte van die sfere? FE r FE FE r FE r r ()

5 Fisiese Wetenskappe/V1 5 MNO September In die onderstaande stroombaan is die weerstand van die battery, ammeter, skakelaar en verbindingsdrade weglaatbaar klein. ie voltmeter het 'n baie hoë weerstand. V 1 S Hoe word die lesings op die ammeter en voltmeter beïnvloed indien skakelaar S oopgemaak word? MMETER VOLTMETER fneem Toeneem fneem Geen verandering Toeneem Geen vernadering Toeneem fneem () 1.9 ie diagram hieronder toon moontlike oorgange van elektrone tussen energievlakke van 'n bepaalde element. Watter oorgang sal die lyn met die KORTSTE GOLFLENGTE op die emissiespektrum van die element produseer? Oorgang a Oorgang c Oorgang d Oorgang e ()

6 Fisiese Wetenskappe/V1 6 MNO September ie maksimum kinetiese energie van 'n elektron wat vanaf die oppervlak van 'n metaal deur 'n foton vrygestel is, is afhanklik van slegs die frekwensie van die foton slegs die metaal se werksfunksie beide die foton se frekwensie en die metaal se werksfunksie die foton se intensiteit en die metaal se werksfunksie () [0] VRG (egin op n nuwe bladsy.) n lok met massa kg is in rus op 'n ruwe horisontale oppervlak. ie blok is in verbind aan n ander blok, massa X kg deur 'n ligte onelastiese tou wat oor 'n wrywinglose katrol hang. 'n Krag van 0 N word teen 'n hoek van 0 o met die horisontaal op die kg-blok toegepas, terwyl die blok teen 4 m s - na links versnel. 0 N 0 kg o X kg.1 Stel Newton se tweede bewegingswet in woorde (). Teken 'n benoemde vrye kragtediagram wat L die kragte wat op die kg blok inwerk, aandui. (5).3 ereken X, die massa van die hangende blok (8) [15]

7 Fisiese Wetenskappe/V1 7 MNO September 016 VRG 3 (egin op n nuwe bladsy.) 'n al met massa 100 g word vertikaal opwaarts vanaf die grond met 'n snelheid van 3,9 m s -1 gegooi. ie grafiek hieronder illustreer hoe die snelheid met tyd gedurende die eerste paar sekondes van sy beweging verander. Ignoreer die effek van lugweerstand snelheid (m s -1 ) 3,9,5 E tyd (s) -3,9 Wanneer die bal die grond tref vir die eerste keer, is dit in kontak met die grond vir 0,1 s 3.1 efinieer die term projektiel () 3. ereken die 3..1 Maksimum hoogte wat die bal bo die grond bereik (3) 3.. Tyd wat dit die bal neem om die grond te bereik (3) 3.3 ereken die grootte van die krag wat die bal op die grond uitoefen terwyl dit in kontak met die grond is. (3) 3.4 Teken 'n posisie - tyd grafiek vir die beweging van die bal ( tot E) met die grond as nulposisie. ui die volgende op jou grafiek : die tye,,, en E. (3) [14]

8 Fisiese Wetenskappe/V1 8 MNO September 016 VRG 4 (egin op n nuwe bladsy.) 'n Man in 'n boot is vas in die middel van 'n meer. In 'n poging om die strand, wat 60 m van hom af is, te bereik, gooi die man 'n voorwerp met massa 1 kg horisontaal teen 'n spoed van 10 m s -1 in die rigting soos in die diagram hieronder getoon 1 kg ie gesamentlike massa van die man en die boot is 100 kg. ie effek van lugweerstand en wrywing tussen die water en die boot kan geïgnoreer word. 4.1 Skryf die beginsel van behoud van liniêre momentum in woorde neer, () 4. Hoe sal die krag wat op die voorwerp uitgeoefen word met die krag wat op die man-boot kombinasie uitgeoefen word, vergelyk? Kies uit GROTER S, KLEINER S of GELYK N. (1) 4.3 Gee 'n rede vir die antwoord op VRG 4. (3) 4.4 ereken die tyd wat dit sal neem on die strand te bereik nadat die voorwerp gegooi is. (6) [1]

9 Fisiese Wetenskappe/V1 9 MNO September 016 VRG 5 (egin op n nuwe bladsy.) 'n Voorwerp met massa 4 kg begin uit rus langs 'n helling met lengte 3 m gly soos in die diagram hieronder getoon. ie skuinsvlak maak 'n hoek van 30 o met die grond. ie kinetiese wrywingskoëffisiënt μk 0,. 4 kg 3 m an die onderkant van die skuinsvlak gly die voorwerp op n ruwe horisontale oppervlak met 'n kinetiese wrywingskoëffisiënt 0,5, totdat dit tot stilstand kom 5.1 Teken 'n benoemde vrye kragtediagram wat L die kragte wat op die voorwerp inwerk soos dit langs die skuinsvlak af gly. (3) 5. Skryf die arbeid-energie stelling in woorde neer () ereken die: 30 o 5.3 fstand wat die voorwerp langs die ruwe horisontale oppervlak gly. (8) [13]

10 Fisiese Wetenskappe/V1 10 MNO September 016 VRG 6 (egin op n nuwe bladsy.) n Verkeersbeampte staan aan die kant van 'n pad waar die spoedgrens is 100 km h -1 is.hy hoor die toeter van 'n motor wat teen 'n konstante snelheid op hierdie pad beweeg. ie toeter stuur klankgolwe van frekwensie 433,64 Hz uit. ie golflengte van die klank golwe waargeneem deur die verkeersbeampte is 0,7 m. ie spoed van klank in lug 340 m s ereken die frekwensie van die waargenome klankgolf. (3) 6. Stel die oppler effek in woorde. () 6.3 eweeg die motor na die verkeersman toe of weg van die verkeersman af? Gee 'n rede vir die antwoord () 6.4 Oorskry die motor die spoedgrens? Ondersteun jou antwoord deur middel van 'n berekening. (6) 6.5 Hoe sal die frekwensie van die klankgolwe wat deur die verkeersbeampte waargeneem word beïnvloed word indien die motor teen 'n laer konstante snelheid beweeg? Kies uit GROTER S, MINER S of IESELFE S (1) [14]

11 Fisiese Wetenskappe/V1 11 MNO September 016 VRG 7 (egin op n nuwe bladsy.) rie gelaaide deeltjies Q 1, Q en Q 3 wat ladings van x 10-5, - x 10-4 en x 10-4 onderskeidelik dra, is geposisioneer soos in die diagram hieronder getoon. Q 3 = x10-4 N 0,4 m W S O 0,5 m Q 1 = x10-5 Q = x Stel oulomb se Wet in woorde () 7. ereken die aantal elektrone in oormaat op lading Q. (3) 7.3 ereken die netto elektrostatiese krag op lading Q 1 uitgeoefen word deur ladings Q en Q 3. (6) [11] VRG 8 (egin op n nuwe bladsy.) Twee gelaaide deeltjies Q 1 en Q is 30 cm van mekaar geplaas, soos in die diagram hieronder aangedui. Punt P is 10 cm oos van lading Q 3 µ -5 µ Q 1 Q 30 cm 8.1 efinieer die elektriese veld by n punt. () 8. ereken die grootte en rigting van die netto elektriese veld by punt P (6) [8] P W N S O

12 Fisiese Wetenskappe/V1 1 MNO September 016 VRG 9 (egin op n nuwe bladsy.) 9.1 ie stroombaan hieronder is opgestel om die emk (ε) en interne weerstand (r) van 'n vars battery te bepaal. emk? S r ie data uit die ondersoek verkry is gestip en die volgende grafiek is verkry. V V(V) Grafiek van potensiaalverskil teenoor stroom 6,0 4,0,0 0 0, 0,4 0,6 0,8 1,0 1, I() Skryf neer die waarde van die emk (ε) van die battery (1) 9.1. ereken V intern indien die stroom in die stroombaan 0,4 is (3)

13 Fisiese Wetenskappe/V1 13 MNO September 'n attery met 'n interne weerstand van 0,5 Ω en 'n emk ( ε ) van 4 V word in 'n stroombaan geskakel, soos hieronder getoon. Met skakelaar S gesluit, het die hoë-weerstand voltmeter (V) 'n lesing van,6 V, ε = 4 V 0,5 Ω S V,6 V Ω R 16 Ω 5 Ω efinieer die term emk van 4 V in terme van arbeid verrig. () 9.. ereken die drywing in die 16 Ω resistor verbruik. (7) 9..3 ereken die stroom wat deur resistor R vloei. (4) Resistor R word uit die stroombaan verwyder Sal die drywing in die 16 Ω resistor verbruik TOENEEM, FNEEM of IESELFE LY. Verduidelik die antwoord sonder on enige berekenings te doen. (4) [1]

14 Fisiese Wetenskappe/V1 14 MNO September 016 VRG 10 (egin op n nuwe bladsy.) 'n Vereenvoudigde diagram van 'n WS-generator word hieronder getoon. ie rigting van die stroom in die spoel is van na. N S 10.1 In watter rigting word die spoel geroteer? Kies uit KLOKSGEWYS of NTIKLOKSGEWYS (1) ie uitset potensiaalverskil van die generator wat in die bostaande diagram getoon word, is 311,13 V teen 50 Hz. 10. Skets 'n grafiek van uitsetspanning teenoor tyd vir een volledige siklus van die spoel vanaf die posisie in die diagram getoon. () 10.3 'n Elektriese toestel wat aan die bostaande kragopwekker verbind is, verbruik 9,45 x 10 6 J energie in twee uur. ereken die : rywingsvermoë van die elektriese toestel (3) Maksimum stroom deur die elektriese toestel wanneer dit aan die bostaande kragopwekker getoon, gekoppel is (5) [11]

15 Fisiese Wetenskappe/V1 15 MNO September 016 VRG 11 (egin op n nuwe bladsy.) Tydens 'n ondersoek, is lig van verskillende frekwensies op die metaal katode van 'n fotosel geskyn. ie maksimum kinetiese energie van die vrygestelde foto-elektrone word gemeet. ie grafiek hieronder toon die resultate wat verkry is Grafiek van maksimum kinetiese energie teenoor frekwensie Maksimum kinetiese energie (J) E x x x Frekwensie (Hz) 11.1 efinieer die term werkfunksie in woorde () 11. ereken die werksfunksie van die metaal (3) 11.3 ereken die grootte van die maksimum kinetiese frekwensie E 1 op die grafiek aangedui. (4) ie intensiteit van die invallende lig van frekwensie 15 x Hz word nou verhoog Hoe sal die maksimum snelheid van die vrygestelde fotoëlektron beïnvloed word? Kies uit TOENEEM, FNEEM of dieselfde bly. Gee 'n rede vir die antwoord. () [11] TOTL 150

16 Fisiese Wetenskappe/V1 16 MNO September 016 T FOR PHYSIL SIENES GRE 1 PPER 1 (PHYSIS) GEGEWENS VIR FISIESE WETENSKPPE GR 1 VRESTEL 1 (FISIK) TLE 1: PHYSIL ONSTNTS/TEL 1: FISIESE KONSTNTES NME/NM SYMOL/SIMOOL VLUE/WRE cceleration due to gravity Swaartekragversnelling g 9,8 m s - Universal gravitational constant Universele gravitasiekonstant G 6,67 x N m kg Speed of light in a vacuum Spoed van lig in 'n vakuum c 3,0 x 10 8 m s -1 Planck's constant Planck se konstante h 6,63 x J s oulomb's constant oulomb se konstante k 9,0 x N m harge on electron Lading op elektron -e -1,6 x Electron mass Elektronmassa m e 9,11 x kg Mass of Earth Massa van arde M 5,98 x 10 4 kg Radius of Earth Radius van arde R E 6,38 x 10 6 m TLE : FORMULE/TEL : FORMULES MOTION/EWEGING 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 FORE / KRG F net = ma p = mv max fs = μsn FnetΔt =Δp Δp = mv - f mv 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 or/of M =G r F g =G WORK, ENERGY N POWER/REI, ENERGIE EN RYWING g

17 Fisiese Wetenskappe/V1 17 MNO September 016 W = F x cos θ U = mgh or/of E P = mgh 1 K = mv or/of W nc E = k 1 mv = K + U or/of Wnc = Ek + Ep W net = K or/of Wnet = Ek K = K f K i or/of Ek = Ekf Eki W P = t P ave = Fv ave / P gemid = Fv gemid WVES, SOUN N LIGHT/GOLWE, KLNK EN LIG v = f λ 1 T = f f v ± v f L L L = s fl fb v ± v s v ± vb + E o E k(max) or/of o max = W v ± v = E = hf or /of E = W + K where/waar 1 E = hf and/en W 0 = hf0 and/en E k(max) = mv max or/of ELETROSTTIS / ELEKTROSTTIK K E = h c λ 1 = max mv max kq Q 1 F= r kq E = r W V = q F E = q Q n = e or/of n = Q q e

18 Fisiese Wetenskappe/V1 18 MNO September 016 URRENT ELETRIITY / STROOMELEKTRISITEIT V R = I emf ( ε )= I(R + r) emk ( ε )= I(R + r) Rs = R1 + R = R R R p 1 q = I t W = Vq W = VI t W = I R t W = V Δt R W P = Δt P = VI P = I R V P = R LTERNTING URRENT / WISSELSTROOM/ Imax I rms = / I I = wgk maks V V = max rms / V V = wgk maks P P = I / Pgemiddeld = V wgk I wgk ave V rms rms = R / P = R ave I rms gemiddeld I wgk Vrms P = ave R / V Pgemiddeld = R wgk