Physical Sciences Grade 12 P1 Gauteng Mock 2014 QP (Afr)

Downloaded from hlayiso.com GAUTENGSE DEPARTEMENT VAN ONDERWYS VOORBEREIDENDE EKSAMEN 2014 10841 FISIESE WETENSKAPPE EERSTE VRAESTEL PUNTE: 150 Bladsye 23 TYD: 3 uur 12 b.o.

Downloaded from hlayiso.com FISIESE WETENSKAPPE (Eerste Vraestel) 10841/14 2 GAUTENGSE DEPARTEMENT VAN ONDERWYS VOORBEREIDENDE EKSAMEN FISIESE WETENSKAPPE (Eerste Vraestel) TYD: 3 uur PUNTE: 150 INSTRUKSIES EN INLIGTING 1. Skryf jou naam in die toepaslike ruimte op die ANTWOORDBOEK neer. 2. Hierdie vraestel bestaan uit TWAALF vrae. Beantwoord AL die vrae in die ANTWOORDBOEK. 3. Begin ELKE vraag op ʼn NUWE bladsy in die ANTWOORDBOEK. 4. Nommer die antwoorde korrek volgens die nommeringstelsel wat in hierdie vraestel gebruik is. 5. Laat EEN reël oop tussen twee subvrae, byvoorbeeld tussen VRAAG 2.1 en VRAAG 2.2. 6. Jy mag ʼn 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 numeriese antwoorde tot ʼn minimum van TWEE desimale plekke af. 11. Gee kort (bondige) motiverings, besprekings, ensovoorts waar nodig. 12. Skryf netjies en leesbaar. b.o

Downloaded from hlayiso.com FISIESE WETENSKAPPE (Eerste Vraestel) 10841/14 3 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 (2.1–2.10) in die ANTWOORDEBOEK neer. 1.1 Die volgende diagram toon ’n renmotor R wat in ’n reguit lyn na regs ry. oliekol R P Die bestuurder van die renmotor trap rem sodra die motor die oliekol by posisie P bereik. In watter van die volgende rigtings sal die renmotor R gly? A B C D (2) b.o

Downloaded from hlayiso.com FISIESE WETENSKAPPE (Eerste Vraestel) 10841/14 4 1.2 ’n Massa van 1 kg hang aan ’n Newton-trekskaal wat aan die plafon vasgemaak is, soos in diagram A. In diagram B word dieselfde 1 kg-massastuk vanaf ’n gewiglose, wrywinglose katrol gehang deur die tou aan die grond vas te maak. Indien die lesing op die skaal in diagram A 9,8 N is, wat is die lesing op die skaal in diagram B? A 4,9 N B 9,8 N C 14,7 N D 19,6 N (2) b.o

Downloaded from hlayiso.com FISIESE WETENSKAPPE (Eerste Vraestel) 10841/14 5 1.3 Die gravitasiekrag tussen twee voorwerpe is F wanneer hulle middelpunte ’n afstand d uitmekaar is. Wat sal die grootte van die krag in terme van F wees indien die massa van een voorwerp verdubbel en die afstand d halveer? A 8F B F C F D F (2) 1.4 ’n Voorwerp het ’n momentum p vir ’n tydperk van t sekondes. Watter EEN van die volgende grafieke stel die versnelling-tyd verband vir hierdie tydinterval korrek voor? A. B. C. D. a a a a o o o o t t t t 1.5 Watter EEN van die volgende stellings in verband met die rooiverskuiwing van lig as gevolg van die Doppler-effek is waar? A Indien ’n bron van blou lig weg van die waarnemer beweeg, sal die lig violet vertoon B Indien ’n bron van rooi lig weg van die waarnemer beweeg, sal die lig blou vertoon C Indien ’n bron van blou lig weg van die waarnemer beweeg, sal die lig meer groen vertoon D Indien ’n bron van rooi lig weg van die waarnemer beweeg, sal die lig meer oranje vertoon (2) b.o

Downloaded from hlayiso.com FISIESE WETENSKAPPE (Eerste Vraestel) 10841/14 6 1.6 Watter EEN van die volgende kombinasies is korrek ten opsigte van die eienskappe van elektriese veldlyne? Rigting Sterkte van die veld A Positief na negatief Sterkste waar die digtheid van die lyne die digste is B Negatief na positief Swakste waar die digtheid van die lyne die minste is C Noord na suid Sterkste waar die digtheid van die lyne die digste is D Noord na suid Swakste waar die digtheid van die lyne die minste is (2) 1.7 Twee gelaaide sfere, A en B, word op geïsoleerde staanders op ’n afstand r van mekaar af geplaas, soos hieronder getoon. Die grootte van die elektrostatiese krag tussen hulle is F. r A -4q 2q B Die sfere word toegelaat om aan mekaar te raak en word weer op hulle oorspronklike posisies teruggeplaas. Die grootte van die elektrostatiese krag in terme van F is nou … A 8F B F C F D F (2) b.o

Downloaded from hlayiso.com FISIESE WETENSKAPPE (Eerste Vraestel) 10841/14 7 1.8 Die stroombaan-diagram toon twee gloeilampe met weerstande van 4 Ω en 2 Ω elk in parallel geskakel in die stroombaan. Die twee resistors met weerstande van 4 Ω en 6 Ω elk is in serie in die stroombaan geskakel. Indien die 2 Ω-gloeilamp uitbrand, wat gebeur met die lesing op VP? A Bly dieselfde B Neem af C Neem toe D Word nul (2) 1.9 Die magneet in die volgende diagram beweeg weg van die solenoïed. Die geïnduseerde stroom vloei deur die resistor in ’n rigting van ... ysterstaaf solenoïed A Q na R B R na Q C Q na R en dan van R na Q D R na Q en dan van Q na R (2) b.o

Downloaded from hlayiso.com FISIESE WETENSKAPPE (Eerste Vraestel) 10841/14 8 1.10 ’n Opgewekte elektron is in energievlak 3. Die maksimum moontlike emissiespektrum-lyne wat hierdie elektron kan opwek is … A 1 B 2 C 3 D 4 (2) [20] b.o

Downloaded from hlayiso.com FISIESE WETENSKAPPE (Eerste Vraestel) 10841/14 9 VRAAG 2 (Begin op ʼn nuwe bladsy.) ’n 8 kg-houtblok is vasgemaak aan ’n 2 kg-houtblok met ’n gewiglose, onelastiese tou wat oor ’n wrywinglose katrol beweeg. Die blok versnel afwaarts teen ’n rowwe skuinsvlak met ʼn helling van 20° ten opsigte van die horisontaal soos hieronder aangetoon. a 8 kg 2 kg 20° Die spanning in die tou is 21 N. 2.1 Definieer versnelling. (2) 2.2 Teken ’n benoemde kragtediagram van al die kragte wat op die 8 kg-blok inwerk. (3) 2.3 Bewys met ’n berekening dat die grootte van die versnelling van die sisteem 0,7 m⋅s-2 is. (3) 2.4 Bereken die grootte van die wrywingskrag wat die 8 kg-blok ervaar. (4) [12] b.o

Downloaded from hlayiso.com FISIESE WETENSKAPPE (Eerste Vraestel) 10841/14 10 VRAAG 3 (Begin op ʼn nuwe bladsy.) Die posisie-tydgrafiek vir ’n tennisbal wat vertikaal opwaarts vanaf die tweede vloer van ’n skoolgebou gegooi word, word hieronder getoon. Ignoreer alle effekte van lugweerstand. Posisie (m) 6,5 t1 t2 Tyd (s) Die hoogte van die tweede vloer is 6,5 m. Die bal styg 0,9 m bokant die beginposisie voordat die bal afwaarts begin val. 3.1 Skryf die grootte en rigting van die versnelling van die bal neer terwyl dit opwaarts beweeg. (2) 3.2 Bereken die tyd t1 wat dit die bal neem om sy maksimum hoogte te bereik. (4) 3.3 Bereken die beginsnelheid van die tennisbal die oomblik wat dit losgelaat word. (4) 3.4 Skets ’n snelheid-tydgrafiek vir die beweging van die bal van die oomblik dat dit vertikaal opwaarts gegooi word totdat dit die grond bereik. Benoem die asse en toon al die relevante waardes op die grafiek aan. (4) [14] b.o

Downloaded from hlayiso.com FISIESE WETENSKAPPE (Eerste Vraestel) 10841/14 11 VRAAG 4 (Begin op ʼn nuwe bladsy.) Die diagram hieronder toon ’n planeet Z en sy twee mane X en Y wat reghoekig ten opsigte van mekaar is. Die gemiddelde afstand tussen die middelpunt van die planeet en maan X is 1 496 km en die gemiddelde afstand tussen die middelpunt van die planeet en maan Y is ½(1 496) km. Z 1 496 km ½(1 496) km MX = 1,99 × 1019 kg MY = 2(1,99 × 1019) kg Neem die massa van X as 1,99 × 1019 kg, die massa van die planeet Z as 5,98 × 1024 kg en die massa van Y as twee keer die massa van X. 4.1 Bereken die gravitasiekrag tussen maan X en planeet Z. (4) 4.2 Skryf die grootte van die gravitasiekrag wat maan Y op planeet Z uitoefen neer. (2) 4.3 Bereken die grootte van die netto gravitasiekrag wat die twee mane op die planeet uitoefen. (2) [8] b.o

Downloaded from hlayiso.com FISIESE WETENSKAPPE (Eerste Vraestel) 10841/14 12 VRAAG 5 (Begin op ʼn nuwe bladsy.) Twee identiese voorwerpe P en Q, elk met ’n massa 12 kg, beweeg langs mekaar teen ’n aanvanklike snelheid van 5,5 m⋅s-1 oos op ’n horisontale oppervlakte. Die volgende grafieke toon die netto krag wat deur elke voorwerp onderskeidelik gedurende dieselfde tydinterval ervaar word. Voorwerp P Voorwerp Q 15 15 Fnet (N) Fnet (N) 10 10 5 5 0 0 2 4 6 8 10 t (s) 2 4 6 8 10 t (s) -5 -5 -10 -10 5.1 Bereken die totale impuls wat voorwerp Q ervaar in 10 s. (3) 5.2 Vergelyk sonder enige berekening, die totale impuls van voorwerp P met dié van voorwerp Q. Skryf slegs GROTER AS, KLEINER AS of DIESELFDE AS neer. (1) 5.3 Bereken die eindsnelheid van voorwerp Q. (4) [8] b.o

Downloaded from hlayiso.com FISIESE WETENSKAPPE (Eerste Vraestel) 10841/14 13 VRAAG 6 (Begin op ‘n nuwe bladsy.) ’n Fietsryer stoot sy fiets met massa 6,1 kg teen ’n bult op met ’n krag van 20 N. Die fiets word van ’n beginsnelheid van 5 m⋅s-1 van punt A na punt B gestoot. Die helling van die pad is 10° ten opsigte van die horisontaal en die afstand van A na B is 32 m soos hieronder voorgestel. 32 m B • 20 N A 10° • Die padoppervlakte oefen ’n wrywingskrag van 11 N uit op die bande van die fiets. 6.1 Bereken die arbeid wat die fietsryer op die fiets verrig. (3) 6.2 Gebruik die arbeid-energie stelling en bereken die grootte van die snelheid van die fiets by 32 m. (5) 6.3 Verduidelik hoekom wrywingskragte as nie-konserwatiewe kragte beskou word. (2) [10] b.o

Downloaded from hlayiso.com FISIESE WETENSKAPPE (Eerste Vraestel) 10841/14 14 VRAAG 7 (Begin op ʼn nuwe bladsy.) 7.1 Keenan, wat by die bopunt van die Leunende Toring van Pisa staan, laat per ongeluk sy selfoon val wanneer dit begin lui teen ’n frekwensie van 497 x 103 Hz. Die hoogte van die toring is 56 m. 7.1.1 Gebruik die wet van behoud van meganiese energie en bereken die spoed van die selfoon op ’n hoogte van 18 m. (4) Nerisse staan by die voet van die toring en hoor hoe die selfoon lui terwyl dit in haar rigting val. Ignoreer die effekte van lugweerstand. 7.1.2 Bereken die frekwensie van die klank wat deur Nerisse waargeneem word wanneer die selfoon op ’n hoogte van 18 m bokant die grond is. Neem die spoed van klank in lug as 340 m⋅s-1. (4) 7.1.3 Verduidelik in terme van golflengte en frekwensie van klank, hoekom sal Keenan, wat bo-op die toring is, ʼn laer frekwensie van klank waarneem as die waarde wat in VRAAG 7.1.2 bereken is. (2) 7.1.4 Hoe sal die frekwensie van die klank wat Nerisse waarneem vergelyk op ’n hoogte van 18 m met dié op ’n hoogte van 3 m? Skryf slegs HOËR, LAER of BLY DIESELFDE neer. (1) 7.2 Spoedkameras bepaal die spoed van ’n motor deurdat dit die sein van ’n radiogolf wat deur die motor gereflekteer word, meet. 7.2.1 Verduidelik hoekom die spoedkamera nie die spoed van ’n motor akkuraat kan meet op die oomblik wat die motor verby die kamera beweeg nie. (2) 7.2.2 Wat is die spoed van die radiogolf in lug? Gee ’n rede vir jou antwoord. (2) [15] b.o

Downloaded from hlayiso.com FISIESE WETENSKAPPE (Eerste Vraestel) 10841/14 15 VRAAG 8 (Begin op ʼn nuwe bladsy.) Die diagram hieronder toon twee sfere, A met ’n lading–4,5 × 10-5 C en B met ’n lading + 9,5 × 10-5 C op geïnsuleerde staanders. Die afstand tussen die middelpunte van die twee sfere is 0,35 m. –4,5 × 10-5 C + 9,5 × 10-5 C A 0,35 m B 8.1 Teken die elektriese veldpatroondiagram van die elektriese veld wat bestaan as gevolg van die twee ladings. (3) 8.2 Bereken die grootte en rigting van die elektrostatiese krag wat deur sfeer B op sfeer A uitgeoefen word. (4) 8.3 Bereken die elektriese veldsterkte by B as gevolg van lading A. (4) [11] b.o

Downloaded from hlayiso.com FISIESE WETENSKAPPE (Eerste Vraestel) 10841/14 16 VRAAG 9 (Begin op ʼn nuwe bladsy.) Sandile en Peter het ’n battery vir die wetenskapuitstalling gebou. Hulle het aartappels gebruik met sink- en koperplate as elektrodes. Sandile en Peter was nuuskierig om uit te vind hoeveel aartappelselle in serie geskakel moet word om ’n flitslig-gloeilampie te laat brand. 9.1 Skryf ’n gepaste hipotese vir die ondersoek neer. (2) 9.2 Skryf die afhanklike veranderlike vir hierdie ondersoek neer. (1) belading http://www.sciencebuddies.org/science-fair-projects/project_ideas/Energy_p010.shtml#procedure Sandile en Peter het met twee aartappels begin wat in serie geskakel is soos getoon in die foto hierbo. Hulle gebruik ’n voltmeter wat direk oor die buitenste elektrodes geskakel is en meet ’n potensiaalverskil van 1,6 V. Daarna verbind hulle ’n 1,5 V flitslig-gloeilampie tussen die elektrodes. Hulle neem waar dat die gloeilamp nie brand nie. Wanneer hulle die potensiaalverskil oor die gloeilampie meet, is dit 0,02 V. 9.3 Wat is die emk van die battery met twee aartappelselle wat in serie verbind is? (1) 9.4 Gee ’n rede hoekom die potensiaalverskil oor die gloeilamp slegs 0,02 V is. (1) 9.5 Die gloeilamp het ’n weerstand van 2 Ω. Bereken die drywing wat deur die gloeilamp verkwis word al brand dit nie. (3) [8] b.o

Downloaded from hlayiso.com FISIESE WETENSKAPPE (Eerste Vraestel) 10841/14 17 VRAAG 10 (Begin op ʼn nuwe bladsy.) Die stroombaandiagram hieronder toon twee resistors met ʼn weerstand van 4 Ω en 5 Ω elk in parallel geskakel met resistor R1 met ’n onbekende weerstand. Die battery het ’n emk van 15 V en ’n onbekende interne weerstand. 12,9 V V S emk = 15 V; r 4Ω 5Ω R1 A 1,5 A 10.1 Stel Ohm se wet in woorde. (2) Wanneer skakelaar S gesluit word, het die ammeter ’n lesing van 1,5 A en die voltmeter het ’n lesing van 12,9 V. 10.2 Bereken die weerstand van resistor R1. (3) 10.3 Bereken die ekwivalente weerstand van die parallelle stroombaan. (3) 10.4 Bereken die interne weerstand van die battery. (4) [12] b.o

Downloaded from hlayiso.com FISIESE WETENSKAPPE (Eerste Vraestel) 10841/14 18 VRAAG 11 (Begin op ʼn nuwe bladsy.) 11.1 Bestudeer die diagram van ’n elektriese motor hieronder. Die spoel roteer tussen die teenoorgestelde pole X en Y van twee magnete. rotasie-as kommutator koolstofborsels 11.1.1 Is hierdie ’n GS- of ’n WS-motor? Gee ’n rede vir jou antwoord. (2) 11.1.2 Noem TWEE veranderings wat aan hierdie motor gemaak kan word om die tempo van rotasie te laat toeneem. (2) 11.1.3 Wat is die polariteit van die twee magnetiese pole X en Y? (2) 11.2 Generators benodig ’n bron van meganiese energie om die spoel in ’n magneetveld te draai. Die foto hieronder toon ’n voorbeeld van ’n windgenerator. ’n Windgenerator het rotorlemme wat 100 m in diameter is. Wanneer die wind teen maksimum spoed waai, verskaf die generator ’n maksimum WS-stroom van 80 A in ’n resistor van 510 Ω. 11.2.1 Bereken die wgk-potensiaalverskil oor die resistor. (5) 11.2.2 Bereken die gemiddelde drywing wat deur die generator gegenereer word. (3) 11.2.3 Teken ’n sketsgrafiek van die verandering in die stroomsterkte wat deur hierdie WS-generator gegenereer word. Toon TWEE volledige siklusse vir die verandering in die stroom op die grafiek aan. Toon die toepaslike waardes van die stroom op die as aan. (4) [18] b.o

Downloaded from hlayiso.com FISIESE WETENSKAPPE (Eerste Vraestel) 10841/14 19 VRAAG 12 (Begin op ʼn nuwe bladsy.) 12.1 Die grafiek hieronder toon die verband tussen die maksimum kinetiese energie van elektrone wat vrygestel is van die oppervlakte van ’n sekere metaal wanneer elektromagnetiese straling met verskillende frekwensies daarop skyn. 12.1.1 Definieer die werksfunksie vir ’n spesifieke metaal. (2) 12.1.2 Gee die grootte van die drumpelfrekwensie van die metaal soos aangetoon op die grafiek. (1) 12.1.3 Bereken die maksimum snelheid wat ’n vrygestelde elektron het as elektromagnetiese straling met ’n frekwensie van 100 × 10 -19 Hz op die metaal skyn. (5) 12.1.4 Die grafiek word beskryf as “die bespassende lyn”. Verduidelik wat dit beteken. (1) b.o

Downloaded from hlayiso.com FISIESE WETENSKAPPE (Eerste Vraestel) 10841/14 20 12.2 Die volgende diagram toon die verskillende lyne van die lyn emissie- spektrum (gekleurde lyne op ’n swart agtergrond) asook die absorpsie- spektrum (swart lyne op ’n gekleurde agtergrond) van die waterstofatoom onderskeidelik. Die lyne stem ooreen met die oorgange van elektrone tussen spesifieke energievlakke. Waterstof absorpsie spektrum Waterstof emissie spektrum 400nm 700nm H Alpha lyn 656nm Oorgang N=3 na N=2 12.2.1 Verduidelik die verskil tussen ’n emissiespektrum en ’n absorpsie- spektrum. (2) 12.2.2 Wat is die mees waarskynlike kleur van die H-Alpha lyn? Kies uit ROOI, GROEN of VIOLET. Gee ’n rede vir jou antwoord. (2) [14] TOTAAL: 150 b.o

Downloaded from hlayiso.com FISIESE WETENSKAPPE (Eerste Vraestel) 10841/14 21 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 g 9,8 m·s-2 Swaartekragversnelling Universal gravitational constant G 6,67 x 10-11 N·m2·kg-2 Universele gravitasiekonstant Speed of light in a vacuum c 3,0 x 108 m·s-1 Spoed van lig in 'n vakuum Planck's constant h 6,63 x 10-34 J·s Planck se konstante Coulomb's constant k 9,0 x 109 N·m2·C-2 Coulomb se konstante Charge on electron e -1,6 x 10-19 C Lading op elektron Electron mass me 9,11 x 10-31 kg Elektronmassa Mass of earth ME 5,98 x 1024 kg Massa van die aarde Radius of earth RE 6,38 x 103 km Radius van die aarde b.o

Downloaded from hlayiso.com

Downloaded from hlayiso.com FISIESE WETENSKAPPE (Eerste Vraestel) 10841/14 22 TABLE 2: FORMULAE/TABEL 2: FORMULES MOTION/BEWEGING v f  vi  a t Δx  v i Δt  21 at 2 or/of Δy  v i Δt  21 at 2  v  vf   v  vf  v f  v i  2ax or/of v f  v i  2ay 2 2 2 2 Δx   i  Δt or/of Δy   i  Δt  2   2  FORCE/KRAG p  mv Fnet  ma fk = µkN fsmax = µsN Fnet t  p w  mg p  mv f  mv i Gm 1m2 M F g = G d2 d2 WORK, ENERGY AND POWER/ARBEID, ENERGIE EN DRYWING W  Fx cos  U  mgh or/of EP  mgh Wnet  K or/of Wnet  Ek 1 1 K mv2 or/of Ek  mv2 2 2 K  K f  K i or/of Ek  Ekf  Eki W Wnc  K  U or/of Wnc  Ek  Ep P t Pave  Fv ave WAVES, SOUND AND LIGHT/GOLWE, KLANK EN LIG 1 vf T f v  vL v  vL c fL  fs / fL  fb E  hf or/of E h v  vs v  vb  E  Wo  Ek max where/waar 1 1 E  hf and/en W0  hf0 and/en Ek max  mvmax 2 K max  mvmax 2 2 or/ of 2 b.o.

Downloaded from hlayiso.com

Downloaded from hlayiso.com FISIESE WETENSKAPPE (Eerste Vraestel) 10841/14 23 ELECTROSTATICS/ELEKTROSTATIKA kQ1Q 2 kQ F E r2 r2 Q F n= E qe q W V q ELECTRIC CIRCUITS/ELEKTRIESE STROOMBANE V emf ( ε ) = I(R + r) R I emk ( ε ) = I(R + r) R s  R1  R 2  ... 1 1 1 q I t    .. . R p R1 R 2 W = Vq W P Δt W = VI  t P = VI W= I2R  t P = I2R V Δt 2 W= V2 R P R ALTERNATING CURRENT/WISSELSTROOM Paverage  Vrms I rms / Pgemiddeld  Vwgk I wgk I max I I rms  / I wgk  maks 2 2 Paverage  I rms 2 R / Pgemiddeld  I 2wgkR Vmax Vmaks Vrms  / Vwgk  2 Vrms 2 Vwgk 2 2 Paverage  / Pgemiddeld  R R EINDE