GRAAD 12 FISIESE WETENSKAPPE: VRAESTEL 1 (FISIKA ... · Fisiese Wetenskappe/V1 3 WKOD Metro Suid/September 2016 Blaai om asseblief VRAAG 1: MEERVOUDIGEKEUSE-VRAE Vier opsies word

PUNTE: 150

TYD: 3 uur

Hierdie vraestel bestaan uit 15 bladsye en 2 inligtingsblaaie.

METRO SUID

ONDERWYSDISTRIK

GRAAD 12

FISIESE WETENSKAPPE: VRAESTEL 1 (FISIKA)

SEPTEMBER 2016

Fisiese Wetenskappe/V1 2 WKOD Metro Suid/September 2016

Blaai om asseblief

INSTRUKSIES EN INLIGTING

1. Skryf jou naam in die toepaslike ruimtes op die ANTWOORDEBOEK neer.

2. Hierdie vraestel bestaan uit TIEN vrae. Beantwoord AL die vrae in die ANTWOORDEBOEK.

3. Begin ELKE vraag op 'n NUWE bladsy in die ANTWOORDEBOEK.

Gebruik BEIDE kante van die blady om papier te bespaar.

4. Nommer die antwoorde korrek volgens die nommeringstelsel wat in hierdie

vraestel gebruik is.

5. Vanaf VRAAG 2, laat EEN reël oop tussen twee subvrae, byvoorbeeld tussen

VRAAG 2.1 en VRAAG 2.2.

6. Jy mag 'n nieprogrammeerbare sakrekenaar gebruik.

7. Jy mag toepaslike wiskundige instrumente gebruik.

8. Jy word aangeraai om die aangehegte GEGEWENSBLAAIE te gebruik.

9. Toon ALLE formules en substitusies in ALLE berekeninge.

10. Rond jou finale antwoord af tot twee (minimum) desimale plekke na die komma,

11. Gee kort (bondige) motiverings, besprekings, ensovoorts waar nodig.

12. Skryf netjies en leesbaar.


Blaai om asseblief

VRAAG 1: MEERVOUDIGEKEUSE-VRAE Vier opsies word as moontlike antwoorde vir die volgende vrae gegee. Elke vraag het slegs EEN korrekte antwoord. Skryf slegs die letter (A–D) langs die vraagnommer (1.1–1.10) in die ANTWOORDEBOEK neer, byvoorbeeld 1.11 E. 1.1 ‘n Voorwerp val teen ‘n konstante spoed naby die oppervlak van die aarde.

Watter EEN van die volgende stellings rakende die situasie is WAAR?

A Die rigting van die resulterende krag wat op die voorwerp inwerk is opwaarts.

B Die rigting van die resulterende krag wat op die voorwerp inwerk is

afwaarts. C Daar is geen kragte wat op die voorwerp inwerk nie. D Die resulterende krag wat op die voorwerp inwerk is nul. (2) 1.2 ‘n Magneet sit vas aan ‘n yskas. Die volgende kragtediagram toon al vier kragte

wat inwerk op die magneet.

Neem die volgende twee kragte-pare in ag:

(i) die normaalkrag en die krag van magnetiese aantrekking

(ii) die gravitasiekrag en die statiese wrywingskrag

Watter van bogenoemde paar (of pare) stel Newton se Derde Wet aksie-reaksie paar van kragte voor?

A slegs (i) B slegs (ii) C beide (i) en (ii) D nie een van (i) of (ii) nie (2)


Blaai om asseblief

1.3 Die volgende snelheid-tyd grafiek verteenwoordig die beweging van ‘n

voorwerp wat vertikaal deur die lug beweeg naby die Aarde se oppervlak.

Gebruik die grafiek om die positiewe rigting van beweging sowel as die

spesifieke tyd te bepaal.

(2)

1.4 Watter EEN van die volgende stellings stel Newton se Tweede Bewegingswet voor? Die netto krag wat ‘n voorwerp ervaar is gelyk aan … A die tempo van verandering van momentum van die voorwerp

B die verandering in momentumvan die voorwerp.

C die impuls ondervind deur die voorwerp.

D die momentum van die voorwerp. (2)

1.5 ‘n Boek word oor ‘n ruwe oppervlak met ‘n krag met grootte gestoot, terwyl dit

‘n wrywingskrag met grootte ondervind. Die gemiddelde konstante spoed van

die boek is . Watter EEN van die volgende uitdrukkings dui die tempo

waarteen die kinetiese energie van die boek verander aan?

A

B

C

D (2)

1.6 Die Doppler-effek sal plaasvind wanneer:

A ‘n luisteraar om ‘n stilstaande klankbron in sirkels beweeg.

Positiewe rigting Vir tyd sal die voorwerp … A op … die grond tref

B af … die grond tref

C op … maksimum hoogte bereik D af … maksimum hoogte bereik

0

m ⋅ s−1

𝑡 s


Blaai om asseblief

B ‘n luisteraar in ‘n reguitlyn na ‘n stilstaande klankbron beweeg. C ‘n luisteraar en ‘n bron van klank beide stilstaan. D ‘n klankbron rondom ‘n stilstaande luisteraar in sirkels beweeg. (2)

1.7 In onderstaande diagram, is Q ‘n negatief gelaaide voorwerp.

Die rigitng van die elektriese veldlyn by Punt X is: A na links B opwaarts C na regs D afwaarts (2)

1.8 Hoeveel sal dit kos om ‘n 14 W energie-besparende gloeilamp in ‘n 220 V

hoofstroom vir drie ure te laat brand indien die koste per kWh R1,12 beloop?

A 14 x 3 x 220 sent B 0,014 x 3 x 220 sent C 0,014 x 3 x 112 sent D 14 x 220 x 112 sent (2)

Q X


Blaai om asseblief

1.9 Kies die korrekte opsie wat die verskil tussen ‘n WS-generator en GS-motor aandui.

Die WS-generator … Die GS-motor …

A … skakel meganiese energie om na elektriese energie met die hulp van sleepringe.

… skakel elektriese energie om na meganiese energie met die hulp van sleepringe.

B … skakel elektriese energie om na meganiese energie met die hulp van sleepringe.

… skakel meganiese energie om na elektriese energie met die hulp van spleetring-kommutator.

C … skakel elektriese energie om na meganiese energie met die hulp van spleetring-kommutator.

… skakel meganiese energie om na elektriese energie met die hulp van sleepringe.

D … skakel meganiese energie om na elektriese energie met die hulp van sleepringe.

… skakel elektriese energie om na meganiese energie met die hulp van spleetring-kommutator.

(2) 1.10 Die lig van ‘n argon-uitstraalbuis word analiseer. Die volgende lyn-emissie

spektrum toon twee van die spektrale lyne wat waargeneem word.

Dieselfde spektrum, waargeneem in ‘n verafgeleë sterrestelsel, vertoon asof dit rooi verskuif het. Hoe sal die lyne verskyn na die verskuiwing teenoor bostaande diagram? A X sal links skuif en Y sal regs skuif B X sal regs skuif en Y sal links skuif C X en Y sal beide links skuif D X en Y sal beide regs skuif (2) [20]

X Y

Hoër f laer f


Blaai om asseblief

VRAAG 2 ‘n Man trek ‘n swaar pakkie, massa 50 kg, deur gebruik te maak van ‘n ligte onrekbare tou wat gespan is oor ‘n wrywinglose katrol soos voorgestel in die onderstaande diagram. Die statiese wrywingskoëfisient tussen die pakkie en die ruwe tafeloopervlak is 0,34. Die grootte van die maksimum statiese wrywingskrag is 120 N.

2.1 Teken ‘n vrye-liggaamdiagram van AL die kragte wat op die pakkie inwerk. (4) 2.2 Stel Newton se Tweede Bewegingswet in woorde. (2) 2.3 Toon dat die grootte van die vertikale komponent van die spanningskrag in die tou 137,06 N is. (5) 2.4 Vervolgens, bepaal die grootte van die spanningskrag in die tou (T) asook die

hoek ( ) wat die tou met die horisontaal maak. (4) 2.5 Die man verhoog nou die grootte van sy trekkrag. Tydens hierdie aksie van die

nuwe konstante krag, begin die pakkie horisontaal gly oor die tafel. 2.5.1 Hoe sal die grootte van die normaalkrag verander as die pakkie oor

die tafeloppoervlak gly? Skryf slegs TOENEEM, AFNEEM of BLY DIESELFDE. (1)

2.5.2 Verskaf ‘n rede vir jou antwaaord in vraag 2.5.1. (2)

[18]

T

50 kg


Blaai om asseblief

VRAAG 3 ‘n Meisie speel in haar slaapkamer met ‘n super bonsbal met ‘n massa van 50 g. Die meisie gooi die super bonsbal reguit afwaarts na die grond van ‘n onbekende hoogte (h) teen ‘n spoed van 3 m·s-1. Dit tref die grond en hop reguit verby haar en bereik maksimum hoogte 0,6 s nadat dit gehop het. 3.1 Bereken die spoed waarmee die bal die grond sal verlaat nadat dit gehop het. (3) 3.2 Indien die bal 5% van sy kinetiese energie verloor tydens elke hop, bereken die kinetiese energie van die bal net voor die eerste hop. (4) 3.3 Gebruik energie beginsels om die hoogte te bepaal vanwaar die meisie die bal

gegooi het. (3) 3.4 Gebruik die grond as verwysing, teken ‘n posisie vs tyd grafiek wat die

beweging van die bal toon van die oomblik wat die bal gegooi word totdat dit maksimum hoogte bereik na die eerste hop. (4)

[14]

VLOER

t = 0,6 s v = 3 m·s-1 h = ?


Blaai om asseblief

VOOR

3,6 × 1019 kg

VRAAG 4 Wetenskaplikes ondersoek die moontlikheid om gebruik te maak van ondergrondse kernontploffings om sodoende te voorkom dat asteroïedes bots met die Aarde. Hierdie kernplofstof word begrawe onder die oppervlak van ‘n asteroïed met ‘n massa van 3,6 x 1019 kg. ‘n Stilstaande ruimtevaarder in ‘n nabygeleë ruimtetuig bepaal die spoed van die asteroïed as 5 m·s-1 in die rigting van die Orion-konstelasie voor die ontploffing. Wanneer die plofstof ontplof breek die asteroïed in twee dele, A en B. Die ontploffing skiet die twee fragmente (stukke) A en B in teenoorgestelde rigtings na die Orion- en Scorpius-konstelasies met ‘n spoed van vA = 8 m·s-1 en vB = 2 m·s-1 onderskeidelik. NB. Die spoed word gemeet relatief tot die ruimtetuig.

4.1 Stel die beginsel vir behoud van linêre momentum in woorde. (2) 4.2 Toon dat fragment A ‘n massa het van 2,52 x 1019 kg. (5) 4.3 Vervolgens, bepaal die impuls ondervind deur fragment A van die

asteroïed. (3) 4.4 Die twee fragmente beweeg weg van mekaar en na ‘n tydjie is die afstand hul

middelpunte 150 km. Bereken die grootte van die gravitasie krag wat die twee asteroïedes fragmente op mekaar uitoefen. (4)

[14]


Blaai om asseblief

B

A

2,4 m

1,6 m

SKUINSVLAK

VRAAG 5 ‘n Skaatsplankryer, massa 75 kg, voer verskillende toertjies uit by die plaaslike skaatsplankpark in ‘n halfpyp. Die skaatser verlaat punt A, 2,4 m bo die grond. Hy skaats af teen die afrit na punt B. Hy bereik Punt B 1,6 m bo die grond, teen ‘n spoed van 3,75 m·s-1 deur slegs te rol sonder om sy voete te gebruik om homself oor die grond te stoot. Die skaatsplankryer het vir ‘n tyd nie die wiele van die skaatsplank ge-olie nie, daarom is daar aansienlike wrywing tussen die asse en die wiele van die skaatsplank.

5.1 Stel in woorde, die arbeid-energie beginsel. (2)

5.2 Bereken die arbeid verrig deur die gravitasiekrag op die skaatsplankryer as hy

van Punt A na Punt B beweeg. (4)

5.3 Bepaal die arbeid verrig deur die wrywingskrag uitgeoefen op die skaatsplank. (6)

5.4 Die skaatsplankryer dink daaraan om ‘n Punt A en Punt B te verbind met ‘n skuinsvlak om ‘n alternatiewe roete te bied tussen hierdie twee punte.

5.4.1 Hoe sal die arbeid verrig verander indien hy van Punt A na Punt B rol met die skuinsvlak in plaas van die halfpyp? Antwoord slegs TOENEEM, AFNEEM of BLY DIESELFDE. (1)

5.4.2 Verduidelik jou antwoord in vraag 5.4.1. (2)

B

A

2,4 m

1,6 m

75 kg


Blaai om asseblief

[15]


Blaai om asseblief

VRAAG 6 6.1 ‘n Polisiemotor beweeg van ‘n ongelukstoneel teen ‘n konstante spoed en die

sirene aan. ‘n Paramedici op die toneel neem waar dat daar ‘n 7% afname is in die frekwensie van die klank van die sirene in vergelyking met wanneer die motor stil staan. Die spoed van klank in lug op daardie dag is 335 m·s-1.

6.1.1 Stel in woorde, die Doppler-effek? (2) 6.1.2 Bereken die spoed van die motor. (4) 6.2 ‘n Ruimtevaarder op die Aarde neem die ontbrekende frekwensies in die

lynspektrum vanuit ‘n verafgeleë sterrestelsel. Die frekwensie assosieer met spesifieke elemente is almal laer as verwag.

6.2.1 Met watter tipe lynspektrum werk die ruimtevaarder? Antwoord slegs ABSORPSIE of EMISSIE. (1) 6.2.2 Identifiseer die tipe skuif wat die ruimtevaarder waarneem. (1) 6.2.3 Is die verafgeleë sterrestelsel besig om NA of WEG

van ons Sonnestelsel te beweeg. (1) [9]


Blaai om asseblief

VRAAG 7 Drie ladings J, K en L word rangskik in ‘n horisontale vlak sodat JKL ‘n hoek van 90° maak. Die ladings is onderskeidelik -4 µC, +2 µC en +8 µC. J en K is 50 mm uitmekaar en K en L is 100 mm uitmekaar. J en L is in vaste posisies, terwyl K vryelik kan beweeg.

7.1 Stel in woorde, Coulomb se Wet. (2)

7.2 Bereken die elektrostatiese krag tussen ladings J en K. (4) 7.3 Teken ‘n vrye-liggaamdiagram wat die elektrostatiese kragte uitgeoefen

op K weens ladings J en L aantoon. Dui ook aan hoe die netto krag bepaal kan word. (3)

7.4 Bereken die grootte en rigting van die resultant elektrostatiese krag uitgeoefen

op K weens ladings J en L. (4) 7.5 Definieer die elektriese veld by ‘n punt. (2) 7.6 Bereken die grootte van die netto elektriese veld by K. Gee jou

antwoord in wetenskaplike notasie. (3)

[18]

K (+2 µC)

J (-4 µC)

L (+8 µC)

100 mm

50 mm


Blaai om asseblief

VRAAG 8 ‘n Battery word verbind aan ‘n stroombaan met vier resistors en twee skakelaars soos voorgestel in onderstaande skets. Wanneer skakelaar S1 oop is en geen stroom vloei nie, is die voltmeterlesing oor die terminale van die battery 18 V. Indien beide skakelaars gesluit is, neem die voltmeterlesing af tot 0,9 V en die stroomsterkte in die stroom is 4,5 A.

8.1 Skryf neer die begrip wat die voltmeterlesing beskryf wanneer skakelaar S1 open is. (1) 8.2 Beide skakelaars is nou gesluit. Skryf neer die begrip wat die voltmeterlesing

beskryf wanneer beide skakelaars gesluit is. (1)

8.3 Bereken die interne weerstand van die battery. (3) 8.4 Watter een van die resistors in parallel dra die grooste stroom? Skryf slegs 4 Ω of 3 Ω. Verduidelik jou antwoord. (3) 8.5 Bereken die weerstand van resistor R. (7) 8.6 Noem die een omgewingsfaktor wat kan veroorsaak dat die weerstand

van R kan verander. (1) 8.7 Skakelaar S2 is nou oop. Sal die voltmeterlesing TOENEEM, AFNEEM of

DIESELFDE BLY? Verduidelik jou antwoord sonder om enige berekening te doen. (4)

[20]

4 Ω

3 Ω

4 Ω

R

r

V

A

S1

S2


Blaai om asseblief

VRAAG 9 ‘n Wisselstroom (WS) generator word geïnstalleer op ‘n plaas en lewer die volgende grafiek van emk teenoor tyd.

9.1 Wat is die periode vir een omwenteling van die anker van die generator? (1) 9.2 Bereken die wortelkwadraat spanning vir hierdie generator. (2) 9.3 Elektriese toestelle toon hul gemiddelde kraglewering. ‘n Ohmiese

gloeilamp lewer 100 V; 40 W energie van die generator. 9.3.1 Bereken die weerstand van die gloeilamp. (3) 9.3.2 Beskryf die helderheid van die gloeilamp onder hierdie

toestande. Kies van TE HELDER, KORREKTE HELDERHEID of TE FLOU. Verduidelik jou antwoord (2)

9.4 Teken ‘n grafiek van stroomsterkte vs. tyd vir dieselfde tydinterval.

Moenie enige waardes op die y-as aantoon nie. (2)

[10]

Tyd (s)

ε (V)

0,05 0,10 0,15 0,20

84,8


Blaai om asseblief

VRAAG 10 ‘n Groep Fisici voer ‘n eksperiment uit waar hulle vyf verskillende ligbronne (A, B, C, D en E) skyn op ‘n platinum-katode van ‘n fotosel. Hulle meet die maksimum kinetiese energie van die uitgestraalde foto-ëlektrone en teken die volgende grafiek vir hul resultate.

10.1 Wat stel die gradiënt van die grafiek voor? (1)

10.2 Definieer die term drempelfrekwensie. (2)

10.2 Gebruik die -interval van die grafiek om die arbeidsfunksie van die metal te bereken. (3)

10.3 In een van die eksperimente word die helderheid van een van die ligbronne

verhoog. Hoe sal dit die volgende beïnvloed… (Antwoord slegs TOENEEM, AFNEEM of BLY DIESELFDE vir beide van die volgende subvrae.)

10.3.1 die getal elektrone uitgestraal per sekonde? (1) 10.3.2 die kinetiese energie van die uitgestraalde elektrone? (1) 10.4 Bereken die spoed van ‘n uitgestraalde elektron wanneer ligbron E

gebruik word. (4)

[12]

TOTAAL: 150

B

A

𝑓 × 1015 Hz

𝐸k, x

× 10−18 J

C D

E

1 2 3 4 5 6 7 8

5

4

3

2

1

0


Blaai om asseblief

DATA FOR PHYSICAL SCIENCES GRADE 12 PAPER 1 (PHYSICS)

GEGEWENS VIR FISIESE WETENSKAPPE GRAAD 12

VRAESTEL 1 (FISIKA) TABLE 1: PHYSICAL CONSTANTS/TABEL 1: FISIESE KONSTANTES

NAME/NAAM SYMBOL/SIMBOOL VALUE/WAARDE

Acceleration due to gravity Swaartekragversnelling

g 9,8 m·s-2

Universal gravitational constant Universele gravitasiekonstant

G 6,67 x 10-11 N·m2·kg-2

Speed of light in a vacuum Spoed van lig in 'n vakuum

c 3,0 x 108 m·s-1

Planck's constant Planck se konstante

h 6,63 x 10-34 J·s

Coulomb's constant Coulomb se konstante

k 9,0 x 109 N·m2·C-2

Charge on electron Lading op elektron

e -1,6 x 10-19 C

Electron mass Elektronmassa

me 9,11 x 10-31 kg

Mass of the Earth Massa van die Aarde

M 5,98 x 1024 kg

Radius of the Earth Radius van die Aarde

RE 6,38 x 106 m

TABLE 2: FORMULAE/TABEL 2: FORMULES

MOTION/BEWEGING

tavv if 2

21

i taΔtvΔx or/of 2

2

1i taΔtvΔy

xa2vv2

i

2

f or/of ya2vv2

i

2

f Δt2

vvΔx fi

or/of Δt

2

vvΔy fi

FORCE / KRAG

maFnet p = mv

vmtFnet

if mvmvp mgw

2

21

r

mGmF

2r

GMg

N

fk

k N

f)maks(s

s

WORK ENERGY AND POWER / ARBEID, ENERGIE EN DRYWING

cosxFW mghU or/of mghEp

2mv2

1K or/of 2

k mv2

1E

KWnet or/of knet EW

if KKK or/of kikfk EEE


Blaai om asseblief

UKWnc or/of pknc EEW t

WP

aveave FvP

WAVES, SOUND AND LIGHT/GOLWE, KLANK EN LIG

fv f

1=T

s

s

LL f

vv

vvf

hfE or/of

hcE

maxo KWE or/of (max)ko EWE where/waar

hfE and/en 00 hfW and/en 2

maxmax mv2

1K or/of 2

max(max)k mv2

1E

ELECTROSTATICS / ELEKTROSTATIKA

2

21

r

QkQF (k = 9,0 x 109 Nm2·C-2)

2r

kQE (k = 9,0 x 109 Nm2·C-2)

q

FE

q

WV

e

Qn of/or

eq

Qn

CURRENT ELECTRICITY / STROOMELEKTRISITEIT

I

VR )rR(I)(emk

...rrrR 321s

...r

1

r

1

r

1

R

1

321p

tIq

W = Vq W = VI t W= I

2R t

W= R

ΔtV2

Δt

WP

P = VI P = I2R

R

VP

2

ALTERNATING CURRENT / WISSELSTROOM/

2

II maxrms

2

VV max

rms

R

VP

RIP

IVP

2

rmsave

2

rmsave

rmsrmsave

N S

Documents

GRAAD 12 FISIESE WETENSKAPPE: VRAESTEL 1 (FISIKA ... · Fisiese Wetenskappe/V1 3 WKOD Metro Suid/September 2016 Blaai om asseblief VRAAG 1: MEERVOUDIGEKEUSE-VRAE Vier opsies word