Physical Sciences Grade 12 Gauteng Mock 2015 Question Paper

Downloaded from hlayiso.com PS GAUTENG PROVINCE Foue aes ONT D> nepuau C OF SOUTH AFRICA GAUTENGSE DEPARTEMENT VAN ONDERWYS VOORBEREIDENDE EKSAMEN 2015 10841 FISIESE WETENSKAPPE: FISIKA EERSTE VRAESTEL PUNTE: 150 TYD: 3 uur 18 bladsye en 3 inligtingsbladsye FISIESE WETENSKAPPE: Vraestel 1 i X10 1 wnt b.o.

Downloaded from hlayiso.com FISIESE WETENSKAPPE: FISIKA 2 (Eerste Vraestel) 10841/15 GAUTENGSE DEPARTEMENT VAN ONDERWYS VOORBEREIDENDE EKSAMEN -— 2015 FISIESE WETENSKAPPE: FISIKA (Eerste Vraestel) TYD: 3 uur PUNTE: 150 INSTRUKSIES EN INLIGTING 1. 2. 10. 11, 12. Skryf jou naam op die ANTWOORDEBOEK neer wat verskaf word. Hierdie vraestel bestaan uit TWAALF vrae. Beantwoord AL die vrae in die ANTWOORDEBOEK. Begin ELKE vraag op 'n NUWE bladsy. Nommer die antwoorde korrek volgens die nommeringstelsel wat in hierdie vraestel gebruik is. Laat EEN reél oop tussen twee subvrae, byvoorbeeld tussen VRAAG 2.1 en VRAAG 2.2. Jy mag ‘n nieprogrammeerbare sakrekenaar gebruik. Jy mag toepaslike wiskundige instrumente gebruik. Jy word aangeraai om die aangehegte INLIGTINGSBLAAIE te gebruik. Toon die formules en substitusies in ALLE berekeninge. Rond jou antwoorde tot TWEE desimale plekke af. Gee kort motiverings, besprekings, ensovoorts waar nodig. Skryf netjies en leesbaar. b.o.

Downloaded from hlayiso.com FISIESE WETENSKAPPE: FISIKA 3 (Eerste Vraestel) 10841/15 VRAAG 1: MEERVOUDIGEKEUSE-VRAE Vier opsies word as moontlike antwoorde vir die volgende vrae gegee. Elke vraag het slegs EEN korrekte antwoord. Skryf siegs die letter (A—D) langs die vraagnommer (1.4+1.10) in die ANTWOORDEBOEK neer. Byvoorbeeld 1.11 D. 11 ‘n Voorwerp val vry na die opperviakte van die aarde. Watter EEN van die volgende beskryf die rigting van die versnelling van die voorwerp? A __ Die versnelling is 9,8 m-s® afwaarts. B Die versnelling is 9,8 m-s® opwaarts. C Die versnelling is minder as 9,8 m-s* afwaarts. D Die versneliing is minder as 9,8 m-S” opwaarts. (2) 1.2 'n 1-kg-massastuk het 'n konstante versnelling. Watter EEN van die volgende sketsgrafieke toon die verband tussen die netto krag, Fret en die versnelling, a, korrek? A B Fret i) Fret 4 a a Cc D Fret 4 Fret 4 SUE od > a a (2)

1.3 1.4 Downloaded from hlayiso.com FISIESE WETENSKAPPE: FISIKA 4 (Eerste Vraestel) 10841/15 Twee voorwerpe, elk met ’n massa m, is op 'n afstand d van mekaar af geplaas soos hieronder getoon. Die gravitasiekrag tussen hulle is F. Q . © —> Die grootte van die krag neem toe tot 4F wanneer die ... A __ afstand tussen die voorwerpe verminder na id. B__afstand tussen die voorwerpe verminder na ; d. C massa van elke voorwerp verminder na ; m. D massa van elke voorwerp toeneem na 4m. (2) 'n Motor het ‘n aanvanklike momentum van 5 000 kg-m-s"' oos. Die vektor hieronder stel die aanvanklike momentum van die motor voor. “1 N pi = 5 000 kg-m-s OO Hierdie motor is betrokke in ‘n botsing en die verandering in momentum van die motor hieronder word voorgestel. N Ap = 2.000 kg-m-s™ <_- Die vektor wat die finale momentum van die motor na die botsing voorstel, is... A P+ = 3 000 kg-m-s! B Pr = 3 000 kg-m-s" c pr = 8 000 kg-m-s" > D ¢ py = 8 000 kg-m-s" (2) b.o.

1.5 Downloaded from hlayiso.com FISIESE WETENSKAPPE: FISIKA 5 (Eerste Vraestel) 10841/15 Die grafiek hieronder toon die verband tussen die toegepaste krag (F) op n voorwerp en die verplasing (x) van die voorwerp in die rigting van die toegepaste krag. Z DD s x 4x verplasing (m) Die gemiddelde arbeid in joule, verrig deur die toegepaste krag vir 'n verplasing van 4x m is ... A x Bax C 3x D 4x (2) b.o.

1.6 Downloaded from hlayiso.com FISIESE WETENSKAPPE: FISIKA 6 (Eerste Vraesiel) 10841/15 Bestudeer die volgende absorpsiespektra vir drie verskillende sterre soos waargeneem vanaf die aarde. Blou Rooi Ster X Blou Rooi Ster Y | Blou Rooi SterZ Watter EEN van die volgende kombinasies is die mees korrekte beskrywing van die spoed van die sterre relatief tot die aarde? Ster beweeg weg van die aarde | Ster beweeg na die aarde toe teen die grootste spoed teen die grootste spoed A Y Z B Y Xx Cc Zz Y D Zz x (2) b.o.

1.7 Downloaded from hlayiso.com FISIESE WETENSKAPPE: FISIKA 7 (Eerste Vraestel) 10841/15 Sfeer A, met nn lading van +Q, en sfeer B, met’n lading van +2Q, word vanaf dieselfde geisoleerde punt gehang soos aangetoon in die diagram hieronder. (Die diagram is nie volgens skaal geteken nie.) B a A B +Q +2Q Die sfere word toegelaat om vrylik te beweeg totdat hulle op hul eie tot rus kom. Hoe sal die waardes van die hoeke a en B met mekaar vergelyk sodra die sfere tot rus kom? A a=8 B a<p C apg D o=f=0 (2) b.o.

1.8 1.9 Downloaded from hlayiso.com FISIESE WETENSKAPPE: FISIKA 8 (Eerste Vraestel) 10841/15 Die diagram hieronder toon ’n gedeelte van in stroombaandiagram. FR; en Re is identiese ohmiese resistors wat in parallel geskakel is. Met die skakelaar oop is die ammeter lesing 1 A en die voltmeter wat oor die parallelle gedeelte geskakel is, se lesing is 3 V. — (v) / Skakelaar S word gesluit. Die lesing op die ammeter en voltmeter is nou ... Lesing op ammeter Lesing op voltmeter A groterasiA groteras 3 V B kleiner as 1A gelyk aan 6 V Cc groterasiA kleiner as 3 V D gelykaan1A gelyk aan 3 V (2) Watter EEN van die volgende stellings is 'n korrekte verduideliking vir hoe 'n generator werk? Dit werk ... A deur elektriese energie om te skakel na meganiese energie. B_ deur die motoreffek te gebruik. C_ volgens Lenz se wet. D deur die gebruik van elektromagnetiese induksie. (2) Wanneer nn opgewekte elektron van 'n hoér energieviak na 'n laer energieviak beweeg, word 'n spesifieke ... A _— emissielyn inn emissiespektrum waargeneem. B _absorpsielyn inn emissiespektrum waargeneem. C __ emissielyn in ‘n absorpsiespektrum waargeneem. D__ absorpsielyn in 'n absorpsiespektrum waargeneem. (2) [20]

Downloaded from hlayiso.com FISIESE WETENSKAPPE: FISIKA 9 (Eerste Vraestel) 10841/15 VRAAG 2 (Begin op’n nuwe bladsy.) Blok A met massa 5 kg is vasgemaak aan blok B met i onbekende massa. Die tou wat die blokke verbind is ONREKBAAR en GEWIGLOOS. Die tou span oor 'n wrywinglose katrol soos hieronder aangetoon. Growwe horisontale opperviakte 'n Toegepaste krag F met grootte 15 N werk teen 'n hoek van 30° relatief tot die horisontale viak op blok A in. Die blok versnel teen 2,2 m-s® na finks oor die growwe horisontale opperviakte. Die koéffisiént van kinetiese wrywing tussen die opperviakte van blok Aen die viak is 0,35. 2.1 Definieer Newton se Tweede wet in woorde. (2) 2.2 Teken in benoemde VRYEKRAGTE-diagram van al die kragte wat op blok A inwerk. (5) 2.3 Bereken die grootte van die wrywingskrag wat deur blok A ervaar word. (3) 2.4 Bereken die massa van blok B. ae b.o.

Downloaded from hlayiso.com FISIESE WETENSKAPPE: FISIKA hieronder aangetoon. 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 10 (Eerste Vraestel) 1084115 VRAAG 3 (Begin op ‘n nuwe bladsy.) Die snelheid-tyd-sketsgrafiek van n bal met massa 160 g wat vertikaal opwaarts gegooi word teen i snelheid van 6 m-s’ vanaf n sekere hoogte bokant die grond, word Op pad na onder breek die bal deur ’n dun horisontale glaspaneel en beweeg dan verder afwaarts na die grond toe. Die bal bons uiteindelik op die grond. Ignoreer alle invioed van lugweerstand en neem aan dat geen van die gebreekte stukkies glas aan die bal vassit nie. v (ms) 6 A -0,5 t(s) -3,2 5 Vv Skryf die grootte en rigting van die versnelling van die bal neer sodra dit posisie B bereik soos aangetoon op die grafiek. (2) Hoeveel keer het die bal op die grond gehop? (1) Watter rigting, AFWAARTS of OPWAARTS is volgens die grafiek as die positiewe rigting gekies? (1) Bereken die afstand tussen die glaspaneel en die aanvanklike posisie vanwaar die bal gegooi is. (4) Teken 'n rowwe posisie-tyd-grafiek vir die beweging van die bal. Toon punt A tot E op die grafiek aan. Moenie enige verplasing of tydwaardes op die grafiek aantoon nie. Neem die beginposisie van die bal as nul. (5) [13] b.o.

Downloaded from hlayiso.com FISIESE WETENSKAPPE: FISIKA "1 (Eerste Vraestel) 10841/15 VRAAG 4 (Begin op 'n nuwe bladsy.) Mars het’ gemiddelde radius van 3 390 km en fh massa van 6,39 x 107 kg. Mars het twee mane. 41 Stel Newton se Universele Gravitasiewet in woorde. (2) 4.2 Indien die gravitasiekrag wat Mars op een van sy mane met massa 1,08 x 10" kg uitoefen, 5,71x 10'5 N, bereken die afstand tussen die middelpunt van hierdie maan en die opperviakte van Mars. (6) [8] VRAAG 5 (Begin op'n nuwe bladsy.) ‘n Ysskaatser met massa 54 kg, hou 'n boks vas as deel van haar vertoning. Sy skaats teen 'n snelheid van 0,08 m-s' oos. Sy gooi die 1,5 kg boks direk weg van haar af met 'n snelheid van 10,2 m-s" aos. 51 Stel die beginsel van behoud van lineére momentum. (2) 5.2 Bereken die ysskaatser se snelheid onmiddellik nadat sy die boks weg van haar af gegooi het. (4) 5.3 Bereken die grootte van die krag wat die ysskaatser op die boks uitoefen indien sy hierdie krag vir 1,2 s uitoefen, (3) [9] b.o.

Downloaded from hlayiso.com FISIESE WETENSKAPPE: FISIKA (Eerste Vraestel) 10841/15 12 VRAAG 6 (Begin op ’n nuwe bladsy.) 'n Boks met massa 86 kg versnel afwaarts op in skuinsviak met fn helling van 25° ten opsigte van die horisontaal. F 86 kg- 25° 'n Man oefen 'n krag F opwaarts ewewydig aan die opperviakte uit in 'n poging om te keer dat die boks teen die skuinsvlak afgly. Ten spyte van die man se pogings versnel die boks teen die skuinsvlak af. 6.1 6.2 6.3 6.3 6.4 Wat is ‘fn nie-konserwatiewe krag? Die koéffisiént van kinetiese wrywing (ux) tussen die boks en die opperviakte van die viak is 0,22. Bewys dat die grootte van die kinetiese wrywingskrag 168,04 N is. Stel die arbeid-energiestelling in woorde. Teken 'n benoemde VRYEKRAGTE-diagram van al die kragte wat op die boks inwerk. Die boks versnel ewewydig afwaarts teen die skuinsvlak vir 'n afstand van 0,9 m teen 1,54 m-s®. Gebruik die arbeid-energiestelling en bereken die arbeid wat deur die man op die boks verrig word. (2) (2) (2) (4) (5) [15] b.o.

Downloaded from hlayiso.com FISIESE WETENSKAPPE: FISIKA (Eerste Vraestel) 10841/15 13 VRAAG 7 (Begin op’n nuwe bladsy.) Terwyl 'n meisie naby fn treinspoorkruising stilstaan, hoor sy ‘n trein in die verte fluit. Die trein se fluit bring ’n klank met fn frekwensie van 430 Hz voort. Die spoed van klank in lug word geneem as 335 m-s", 7.1 Stel die Doppler-effek. 7.2 Die trein beweeg teen ‘n konstante snelheid van 25 m-s” inn reguit lyn na die meisie toe wat stilstaan by die kruising. Bereken die golflengte van die klank wat deur die meisie waargeneem word terwyl die trein naderkom. 7.3 Sal die frekwensie van die klank wat deur die treindrywer waargeneem word HOER, LAER of DIESELFDE wees as dit wat deur die trein se fluit voortgebring word? Gee 'n rede vir die antwoord. (2) (6) (3) [11] b.o,

Downloaded from hlayiso.com FISIESE WETENSKAPPE: FISIKA 14 (Eerste Vraestel) 10841/15 VRAAG 8 (Begin op’n nuwe bladsy.) Twee identiese geleidende sfere A en B met ladings Q, en Q2 onderskeidelik, word op vaste posisies op dieselfde reguit lyn geplaas soos aangetoon in die diagram hieronder. Sfeer A en B word 30 cm van mekaar af geplaas. Punt P is 30 cm regs van sfeer B geposisioneer op cieselfde reguit lyn. Die lading op sfeer B is positief. Die netto elektriese veld Ene: by punt P as gevolg van die twee ladings Q, en Q, is na regs soos aangetoon in die diagram hieronder. . ji Enet > r E, Ep 8.1 Wat is die teken van die lading op sfeer A? Gee 'n rede vir die antwoord. (3) 8.2 Die netto elektriese veld by punt Pis 600 N-C’' na regs en die lading op sfeer B het ’n grootte van +12 nC. Bereken die grootte van die lading op sfeer A. (7) 'n Proton word by punt P geplaas sonder om die ladings en posisies van sfeer A en B te verander. 8.3 Bereken die netto elektrostatiese krag wat die proton ervaar. (4) {15] b.o.

Downloaded from hlayiso.com VRAAG 9 (Begin op ‘n nuwe bladsy.) FISIESE WETENSKAPPE: FISIKA (Eerste Vraestel) 10841415 15 Leerders ondersoek hoe in VERANDERING IN DIE TOTALE STROOMSTERKTE van die stroombaan die INTERNE WEERSTAND VAN 'N SEL affekteer. Twee groepe leerders word van die volgende apparaat voorsien. GROEP A GROEP B « nNuwe AAA-sel * in Nuwe AAA-sel met fn hoér interne « Voltmeter weersiand as dié van groep A. « Ammeter ¢ Voltmeter e Reostaat e Ammeter « Skakelaar « Reostaat « Verbindingsdrade e Skakelaar e Verbindingsdrade 9.1 Skryf die onafhanklike veranderlike vir hierdie ondersoek neer. 9.2 Verwys na die apparaat wat aan die leerders verskaf is en teken die toepaslike stroombaandiagram wat nodig is vir die ondersoek. Groep A gebruik hul lesings en teken die volgende grafiek. A V(V) 12 10-% (1) (3)

Downloaded from hlayiso.com FISIESE WETENSKAPPE: FISIKA 16 (Eerste Vraestel) 10841/15 9.3 Gebruik die grafiek en bepaal die interne weerstand van die AAA-sel wat aan groep A verskaf is. (3) 9.4 Die AAA-sel wat aan groep B verskaf is, het ’n groter interne weerstand. Hoe sal die gradiént van die grafiek wat deur groep B geteken word, vergelyk met dié van groep A? Skryf slegs GROTER AS, KLEINER AS of DIESELFDE AS. (1) [8] VRAAG 10 (Begin op’n nuwe bladsy.) Die stroomdiagram hieronder toon die stroombaan vir 'n elektriese kombers. Dit het drie verskillende weerstandverstellings A, B en C wat die hoeveelheid HITTE wat die kombers genereer, beheer. gs A —1379})1349 IF -B___o6a | 9} Ra Die elektriese kombers is gekonnekteer aan ‘fn battery met ‘n EMK van 20 V enn interne weerstand van 1 ©. 10.1 Met die skakelaar gekonnekteer by posisie A, bereken die: 10.1.1 Totale weerstand van die eksterne stroombaan. (2) 10.1.2 Totale stroom deur die stroombaan. (3) 10.2 Hoe sal die totale stroomsterkte verander met die skakelaar gekonnekteer by posisie B? Skryf NEEM TOE, NEEM AF of BLY DIESELFDE. Verduidelik die antwoord. (8) 10.3 Bereken die drywing van die elektriese kombers wanneer die skakelaar aan C geskakel is as die totale stroom vir hierdie verstelling 2,31 A is. (4) [12]

Downloaded from hlayiso.com FISIESE WETENSKAPPE: FISIKA 17 (Eerste Vraestel) 10841/15 VRAAG 11 (Begin op ‘n nuwe bladsy.) 'n Leerder het die volgende eenvoudige generator gebou gebaseer op ‘n dinamo wat gebruik word om die koplig van ’n fiets te laat brand. Hy gebruik die generator om te demonstreer dat hy meganiese energie kan gebruik om elektriese energie te genereer. WielKruk 3V gloeilamp Sagte ysterkem Koper spoel Roterende magneet Staander 11.1 Is hierdie in GS- of n WS-generator? Gee 'n rede vir die antwoord. (3) 11.2 Hoe sal die leerder weet dat elektriese energie geproduseer word? (1) 11.3 Verduidelik hoe dit moontlik is vir hierdie generator om elektriese stroom te produseer indien daar geen elektriese konneksie tussen die roterende magneet en die koperspoel is nie. (3) 11.4 Noem TWEE veranderinge wat vir die generator gemaak kan word om die HELDERHEID van die gloeilampie te VERHOOG. (2) ‘n Generator (dinamo) wat gebruik word om die koplig van ’ fiets te laat brand, benodig ‘n gemiddelde drywing van 6 W enn potensiaalverskil van 12 Vwer. 11.5 Bereken die maksimum stroomsterkte wat deur die gloeilamp kan vioei. (4) [13] b.o.

Downloaded from hlayiso.com FISIESE WETENSKAPPE: FISIKA 18 (Eerste Vraestel) 10841/15 VRAAG 12 (Begin op 'n nuwe bladsy.) Gedurende die ondersoek van fn spesifieke tipe katode van 'n fotoélektriese sel is straling van verskillende golflengtes gebruik en die volgende resultate is verkry. Die grafiek hieronder is geteken deur die resultate te gebruik. A A (nm) Golflengte Maksimum 300 (nm) kinetiese energie (J) 20 250 0,401x 10°? 200 215 1,73 x 1079 187 3,04x 10°79 150 167 4,37x 10°? 100 150 5,70x 10° 50 O 2 4) 6 O&O )Ekmext) 12.1 Definieer die werksfunksie vir n spesifieke metaal. (2) 12.2 Wat is die verband tussen die golfiengte van die straling en die maksimum kinetiese energie van die fotoélektron? Verduidelik die antwoord. (4) 12.3 Hoe sal 'n toename in die intensiteit van die straling die maksimum kinetiese energie van die fotoélektrone affekteer? Skryf slegs NEEM TOE, NEEM AF of BLY DIESELFDE. (1) 12.4 Die maksimum golfiengte van die straling wat elektrone uit die metaal van hierdie katode kan vrystel, is 255 nm. Bereken die maksimum snelheid van ‘n fotoélektron wat vrygestel word as 'n straling met’n golflengte van 160 nm gebruik ward. (5) [12] TOTAAL: 150

Downloaded from hlayiso.com FISIESE WETENSKAPPE: FISIKA (Eerste Vraestel) 10841/15 19 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 Universels ravitasiakonstanta, G 6,67 x 10" Nem@ kg Spoed van ig in vakuum ° 3,0 10° m-s" Coulomb se konstante k 9,0 x 10°N-m?-C* Laas op wanton -e 16x 10°C Eloktronmassa Me 9,11 x10" kg Massa Van ie aarde M 5,98 x 10° kg Radius van die aarde Re 6,98 x 10° m b.o,

Downloaded from hlayiso.com FISIESE WETENSKAPPE: FISIKA (Eerste Vraestel) 10841/15 20 TABLE 2: FORMULAE/TABEL 2: FORMULES MOTION/BEWEGING Vi =vj+adt Ax =v,At+tadt? or/of Ay =v,At+ Laat? vy =v, + 2aax or/of v,? =v, + 2ady ax-(4 7: Ja orfof ay-(“ aa FORCE/KRAG Fit = ma p=mv ir = WN f, =HWN FreAt =Ap w=mi Ap = my, —mv, 9 mm F-gue oof =F=G—* g=Ga or/of g-G¥ r WORK, ENERGY AND POWER/ARBEID, ENERGIE EN DRYWING W =FAxcos@ U=mgh ovof E,=mgh 1 1 Wret = AK oof Wao = AE, K= 5 mv ovof = E, =5mve AK=K,—-K, orof AE, =E,—-E, W,. = AK+AU or/of W,, = AE, + AE, -- Pave = FVave Poem = FY gem WAVES, SOUND AND LIGHT/GOLWE, KLANK EN LIG 1 vata T=- f viv viv c f, =——_+ f= Lf = =h— L viv, f, L VEV, b E=ht orfof E he E=W, + Exar or/of E=W, +K,, E=hf and/en W, =hf, and/en Emax = FIV or/of Kray = mv « where/waar 2 max b.o.

Downloaded from hlayiso.com FISIESE WETENSKAPPE: FISIKA (Eerste Vraestel) 1084115 21 ELECTROSTATICS/ELEKTROSTATIKA kQ,Q kQ aa Ear va oF q q n= or/of na e q, ELECTRIC CIRCUITS/ELEKTRIESE STROOMBANE Vv emf (e)=I(R+0) R=— I emk (e)= (R41) R, =Ry +R, +... 114 q=IAt R, RB, BR,” W=Vq _W “At W =ViAt W=lRAt P=Vl vA P=PR W= t v2 R P= ALTERNATING CURRENT/WISSELSTROOM I — max i I = Traks ms [5 gk Io V, V, Vv = max / Vv. = maks rms V2 wok V2 ave = Vie Lims / Poem = Vowarl wok ave =TiR / Pyom = Tra R 2 aMm yp Nua ave R gem R EINDE

Downloaded from hlayiso.com FISIESE WETENSKAPPE: FISIKA (Eerste Vraestel) 10841/15 21 ELECTROSTATICS/ELEKTROSTATIKA Fe kQ,Q, E _kQ r? r? va e=F g q n= Q or/of n= a 8 qe. ELECTRIC CIRCUITS/ELEKTRIESE STROOMBANE emf (e)=K"R+0 R-Y I emk () = (R +9) R, =R, +R, + 144 q=lAt jt 4 R, R, Ry W=Vq _W ~ At W=VlaAt W= PRat P=VI . P=PR we ¥-4t _v? R P= ALTERNATING CURRENT/WISSELSTROOM I I TL, =m / I, =_maks ms [a wok 2 V Vv, Vom — max / Vv, = —_maks v2 ia v2 Pave = Vim Ems / Poem = Vavgk Tyo v2 Vi Pave = / Pyem = R - EINDE