Physical Sciences Grade 12 P1 Eastern Cape Mock 2019 QP

NASIONALE SENIOR SERTIFIKAAT GRAAD 12 SEPTEMBER 2019 FISIESE WETENSKAPPE V1 PUNTE: 150 TYD: 3 uur Hierdie vraestel bestaan uit 17 bladsye insluitend 2 gegewensblaaie.

2 FISIESE WETENSKAPPE V1 (EC/SEPTEMBER 2019) INSTRUKSIES EN INLIGTING 1. Skryf jou volle NAAM en VAN in die toepaslike spasies in die ANTWOORDEBOEK. 2. Hierdie vraestel bestaan uit ELF vrae. Beantwoord AL die vrae in die ANTWOORDEBOEK. 3. Begin ELKE vraag op ʼn NUWE bladsy. 4. Nommer die antwoorde korrek volgens die nommeringstelsel wat in hierdie vraestel gebruik word. 5. Laat EEN reël tussen twee subvrae oop, byvoorbeeld VRAAG 2.1 en VRAAG 2.2. 6. Jy mag ʼn nieprogrammeerbare sakrekenaar gebruik. 7. Jy mag toepaslike wiskundige instrumente gebruik. 8. Toon ALLE formules en vervangings in ALLE berekeninge. 9. Rond jou FINALE numeriese antwoorde tot ʼn minimum van TWEE desimale plekke af. 10. Gee kort motiverings, besprekings, ensovoorts, waar nodig. 11. Jy word aangeraai om die aangehegte GEGEWENSBLAAIE te gebruik. 12. Skryf netjies en leesbaar. Kopiereg voorbehou Blaai om asseblief

(EC/SEPTEMBER 2019) FISIESE WETENSKAPPE V1 3 VRAAG 1: MEERVOUDIGEKEUSE-VRAE Vier moontlike opsies word as antwoorde vir die volgende vrae gegee. Kies die antwoord en skryf slegs die letter (A–D) langs die vraagnommer (1.1–1.10) in die ANTWOORDEBOEK neer, byvoorbeeld 1.11 D. 1.1 ʼn Voorwerp van massa m bly in rus wanneer ʼn krag van grootte F daarop optree, soos in die diagram hieronder getoon. m F Watter EEN van die volgende kragte sal verhoog as die krag F wat op die voorwerp optree, toeneem en die voorwerp steeds in rus bly? A Normaalkrag B Gravitasiekrag C Statiese wrywingskrag D Kinetiese wrywingskrag (2) 1.2 ʼn Bal met massa m word teen ʼn sekere snelheid vertikaal opwaarts gegooi. Watter EEN van die volgende fisiese hoeveelhede is nie gelyk aan nul wanneer die bal sy maksimum hoogte bereik nie? A Netto krag B Momentum C Snelheid D Kinetiese energie (2) 1.3 Die grafiek hieronder verteenwoordig die netto krag wat op ʼn voorwerp oor ʼn tydperk uitgeoefen word. Fnet (N) Δt(s) Die area onder die grafiek verteenwoordig die voorwerp se ... A momentum. B impuls. C die tempo van verandering van momentum. D versnelling. (2) Kopiereg voorbehou Blaai om asseblief

4 FISIESE WETENSKAPPE V1 (EC/SEPTEMBER 2019) 1.4 Oorweeg die volgende scenario’s. I ʼn Vuurpyl versnel deur die ruimte. II ʼn Baksteen vryval van die bokant van ʼn gebou tot op die grond. III ʼn Leerder beweeg rond in die klaskamer met sy skooltas. IV ʼn Meisie beweeg ʼn kruiwa deur dit in ʼn reguitlyn te stoot. In watter EEN van die scenario’s hierbo is arbeid NIE op die voorwerp verrig NIE? A I B II C III D IV (2) 1.5 ʼn Bal word teen ʼn sekere snelheid vertikaal opwaarts gegooi. Watter EEN van die volgende is WAAR ten opsigte van meganiese energie en kinetiese energie van die bal tydens sy beweging? Ignoreer lugweerstand. MEGANIESE ENERGIE KINETIESE ENERGIE A Bly dieselfde Bly dieselfde B Toeneem Afneem C Afneem Toeneem D Bly dieselfde Afneem (2) 1.6 ʼn Waarnemer staan op afstand x vanaf ʼn stilstaande ambulans wat se sirene teen ʼn sekere frekwensie by ʼn ongelukstoneel weerklink/gehoor kan word. Hoe vergelyk die toonhoogte van die klank wat deur die waarnemer gehoor word, met dié wat die sirene afgee? A Gelyk aan B Groeter as C Kleiner as D Gelyk aan nul (2) Kopiereg voorbehou Blaai om asseblief

(EC/SEPTEMBER 2019) FISIESE WETENSKAPPE V1 5 1.7 Drie identiese puntladings word in ʼn vakuum soos in die onderstaande diagram aangetoon, gerangskik. Y X +Q +Q +Q Z Watter EEN van die volgende vektordiagramme, NIE VOLGENS SKAAL GETEKEN NIE, verteenwoordig die elektrostatiese kragte wat op sfeer Y optree, asook die netto elektrostatiese krag wat op sfeer Y, optree? A C Fxy Fxy Fnet Fnet Fzy Fzy B D Fxy Fzy Fnet Fzy Fnet Fxy (2) Kopiereg voorbehou Blaai om asseblief

6 FISIESE WETENSKAPPE V1 (EC/SEPTEMBER 2019) 1.8 In die stroomdiagram hieronder het die battery ʼn emk (ε) en interne weerstand r. Beide die ammeter en voltmeter registreer lesings. Die weerstand van die verbindingsdrade kan geïgnoreer word. Hoe sal die lesing op ammeter A en voltmeter V verander as weerstand R3 van die stroombaan verwyder word? AMMETER LESING VOLTMETER LESING A Afneem Toeneem B Toeneem Afneem C Toeneem Bly dieselfde D Bly dieselfde Afneem (2) 1.9 ʼn Spoel draai in ʼn eenvormige magnetiese veld en emk word in die spoel geïnduseer. Watter EEN van die volgende ten opsigte van die geïnduseerde emk en posisie van die spoel relatief tot die magnetiese veld is WAAR? Geïnduseerde emk (V) Posisie van die spoel relatief tot die magnetiese veld A Maksimum 0° B Nul 45° C Maksimum 90° D Nul 60° (2) Kopiereg voorbehou Blaai om asseblief

(EC/SEPTEMBER 2019) FISIESE WETENSKAPPE V1 7 1.10 Lig vanaf ʼn 40 W blou ligbron val op ʼn katode van ʼn fotosel wat aan ʼn ammeter gekoppel is, soos hieronder aangedui. Die ammeter toon GEEN lesing nie. Invallende lig A - GS + Watter EEN van die ligbronne hieronder sal waarskynlik veroorsaak dat die ammeter ʼn lesing gee? A ʼn 60 W blou ligbron B ʼn 100 W groen ligbron C ʼn 150 W rooi ligbron D ʼn 40 W ultraviolet ligbron (2) [20] Kopiereg voorbehou Blaai om asseblief

8 FISIESE WETENSKAPPE V1 (EC/SEPTEMBER 2019) VRAAG 2 (Begin op ʼn NUWE bladsy.) ʼn Blok met massa m kg word op ʼn rowwe horisontale oppervlak geplaas. Die blok met massa m kg word aan ʼn 12 kg-blok deur middel van ʼn ligte onrekbare toutjie wat oor ʼn ligte wrywinglose katrol beweeg, soos hieronder getoon, verbind. ʼn Krag van 88 N word teen ʼn hoek θ na die horisontale vlak toegepas om die 12 kg massa met ʼn KONSTANTE SNELHEID te laat afbeweeg. 88 N m kg 12 kg 2.1 Stel Newton se Eerste Bewegingswet in woorde. (2) 2.2 Teken ʼn benoemde vry-kragtediagram (vry-liggaamdiagram) vir die massa van blok m. (5) ʼn Konstante wrywingskrag van 32 N tree op blok massa m. 2.3 Bereken die grootte van die hoek θ wat die stelsel teen konstante snelheid sal hou. (5) Die koëffisiënt van kinetiese wrywing tussen blok massa m en die oppervlak is 0,12. 2.4 Bereken die massa, m, van die blok. (4) 2.5 Hoe sal die koëffisiënt van kinetiese wrywing beïnvloed word as die hoek θ toeneem? Kies uit: VERHOOG, VERMINDER of BLY DIESELFDE. (1) [17] Kopiereg voorbehou Blaai om asseblief

(EC/SEPTEMBER 2019) FISIESE WETENSKAPPE V1 9 VRAAG 3 (Begin op 'n NUWE bladsy.) ʼn Voorwerp word vertikaal opwaarts met ʼn snelheid van 24 m.s-1 afgevuur. Na 1,5 s gaan dit in die takke van ʼn boom in. Dit kom by die hoogste punt van die boom uit en gaan verder vertikaal opwaarts tot ʼn maksimum hoogte van 2 m bo die boom, soos in die diagram hieronder getoon. Ignoreer die effekte van lugweerstand en enige ander vorm van wrywing wat die voorwerp tydens sy beweging ervaar. 2m 1,5 s 24 m.s-1 h 3.1 Bereken die: 3.1.1 Snelheid waarmee die voorwerp uit die takke van die boom kom (4) 3.1.2 Hoogte h bo die grond waarop die voorwerp in die takke van die boom ingaan (4) 3.2 Bereken die hoogte van die boom. (6) [14] Kopiereg voorbehou Blaai om asseblief

10 FISIESE WETENSKAPPE V1 (EC/SEPTEMBER 2019) VRAAG 4 (Begin op ʼn NUWE bladsy.) Twee ballet-dansers, A met massa 52,5 kg beweeg met ʼn snelheid van v ms -1 in ʼn reguitlyn na die ooste en B met massa 42 kg beweeg in ʼn reguitlyn met ʼn snelheid van 4 ms -1 na die weste, nader mekaar soos in FIGUUR 1 getoon. FIGUUR 1 FIGUUR 2 -1 v m.s 4 m.s-1 Danser A Danser B Danser A Danser B Die twee dansers gryp mekaar en kom tot rus soos in FIGUUR 2 getoon. Ignoreer die effekte van wrywing. 4.1 Stel die beginsel van behoud van linieêre momentum in woorde. (2) 4.2 Bereken die snelheid van danser A in FIGUUR 1. (4) Na hulle mekaar gegryp het, het danser A danser B met ʼn netto krag van 670 N in 0,5 sekondes weggestoot en danser A beweeg na die weste, soos in FIGUUR 3 getoon. FIGUUR 3 Danser B Danser A 4.3 Wat is die krag wat deur danser B op danser A uitgeoefen word? (1) 4.4 Bereken die grootte van die snelheid van danser B in FIGUUR 3. (4) [11] Kopiereg voorbehou Blaai om asseblief

(EC/SEPTEMBER 2019) FISIESE WETENSKAPPE V1 11 VRAAG 5 (Begin op ʼn NUWE bladsy.) ʼn Staalbal van massa 1,5 kg gebind aan ʼn onrekbare toutjie hang van ʼn plafon. Die bal word gehou op ʼn hoogte van 3 m, by punt A, bokant ʼn horisontale tafel met ʼn 1,5 kg krat wat daarop rus. Die staalbal word vrygestel en dit bots met die krat by punt B. Die botsing is ELASTIES. Die krat beweeg dan na links en bereik 'n snelheid van 6,2 m·s -1 nadat dit ʼn sekere afstand beweeg het, soos in die diagram hieronder getoon. 5.1 Stel die beginsel van behoud van meganiese energie in woorde. (2) 5.2 Bereken die arbeid verrig deur die gravitasiekrag om die staalbal van punt A na B te verskuif. (3) 5.3 Definieer die term nie-konserwatiewe krag. (2) 5.4 Bereken die arbeid verrig deur wrywing om die krat te beweeg. (5) [12] Kopiereg voorbehou Blaai om asseblief

12 FISIESE WETENSKAPPE V1 (EC/SEPTEMBER 2019) VRAAG 6 (Begin op ʼn NUWE bladsy.) ʼn Groep leerders het ʼn eksperiment gedoen om die spoed van klank op ʼn spesifieke dag te bepaal. Op ʼn sekere punt het hulle ʼn klankbron wat ʼn sekere frekwensie klank vrystel geplaas. Een leerder beweeg teen konstante snelheid weg van die klankbron met ʼn detektor wat die frekwensie van die waargeneemde klank registreer. Die grafiek hieronder toon die waargeneemde frekwensies teenoor tyd. 871 Frekwensie (Hz) 850 Tyd (s) 6.1 Definieer Doppler-effek in woorde. (2) 6.2 Skryf die frekwensie van die bron neer. (1) 6.3 Verduidelik in terme van golfbeweging waarom die detektor verskillende frekwensies registreer. (3) 'n Ander leerder teken op die tyd wat die eerste leerder moet neem om van die punt van die klankbron na 'n spesifieke punt te beweeg. Die grafiek hieronder toon die posisie-tyd grafiek van die beweging. x (m) 110 94 6 8 t (s) 6.4 Bereken die snelheid van klank op die spesifieke dag. (7) 6.5 Noem TWEE toepassings van die Doppler-effek in die mediese veld. (2) [15] Kopiereg voorbehou Blaai om asseblief

(EC/SEPTEMBER 2019) FISIESE WETENSKAPPE V1 13 VRAAG 7 (Begin op ʼn NUWE bladsy.) Twee identiese sfere, wat gelyke ladings dra, word in ʼn vertikale posisie deur middel van ʼn onrekbare toutjie soos in FIGUUR 1 getoon, gehou. Wanneer die sfere vrygelaat word, stoot hulle mekaar af en kom met hul middelpunte 200 mm van mekaar tot rus, soos in FIGUUR 2 getoon. FIGUUR 1 FIGUUR 2 25o QA QB QA QB 200 mm 7.1 Skryf die grootte van die hoek, θ neer. (1) 7.2 Stel Coulomb se wet in woorde. (2) Die spanning in elke toutjie in FIGUUR 2 is 480 N. 7.3 Bereken die lading op elke sfeer. (5) 7.4 ʼn Elektron geplaas by punt X ondervind ʼn versnelling soos in FIGUUR 3 getoon. FIGUUR 3 25o QA QB 50 mm X Bereken die: 7.4.1 Netto elektriese veld by punt X, 50 mm vanaf QB (5) 7.4.2 Versnelling van die elektron (5) [18] Kopiereg voorbehou Blaai om asseblief

14 FISIESE WETENSKAPPE V1 (EC/SEPTEMBER 2019) VRAAG 8 (Begin op ʼn NUWE bladsy.) ʼn Skeermasjien word aangewys as 60 V. Die stroombaandiagram hieronder verteenwoordig ʼn stroombaan wat gebruik word om ʼn maksimum spanning wat deur die skeermasjien benodig word, te verskaf. 1Ω r 2Ω 6Ω A 6Ω Skeer- masjien 8.1 Bereken die effektiewe weerstand van die parallelle netwerk. (3) 8.2 Die koste om die skeermasjien vir 5 uur per dag oor 5 dae te gebruik is R6,75. Die prys van elektrisiteit is R1,50 per eenheid (1kWh). Bereken die: 8.2.1 Drywing van die skeermasjien (4) 8.2.2 Lessing op die ammeter (3) 8.3 Om geld te bespaar, is besluit om ʼn battery te gebruik aangesien die masjien op gelykstroom kan funksioneer. Bereken die: 8.3.1 Emk van die kragbron (battery) wat gebruik moet word (5) 8.3.2 Weerstand van die skeermasjien (3) [18] Kopiereg voorbehou Blaai om asseblief

(EC/SEPTEMBER 2019) FISIESE WETENSKAPPE V1 15 VRAAG 9 (Begin op ʼn NUWE bladsy.) Die vereenvoudigde diagram hieronder verteenwoordig ʼn generator. X 9.1 Noem die energie-omskakeling wat plaasvind terwyl die generator in werking is. (2) 9.2 Skryf die funksie van die komponent gemerk X neer. (1) 9.3 Teken ʼn grafiek van die geïnduseerde emk teenoor tyd vir EEN volledige siklus vir hierdie tipe generator. (2) 9.4 Stel EEN manier waarop die geïnduseerde emk verhoog kan word. (1) [6] VRAAG 10 (Begin op ʼn NUWE bladsy.) 'n Haardroër word aangewys as 2 000 W, 230 V. 10.1 Definieer wortelgemiddeldekwadraat spanning van ʼn WS-bron. (2) 10.2 Bereken die maksimum stroom wat deur die haardroër beweeg wanneer dit in gebruik is. (4) [6] VRAAG 11 (Begin op ʼn NUWE bladsy.) Die drempelfrekwensie van ʼn sekere metaal is 1,50 x 1014 Hz. 11.1 Definieer die term drempelfrekwensie. (2) 11.2 Bereken die arbeidsfunksie van die metaal. (3) 11.3 Lig met ʼn golflengte van 540 nm val in op die metaal. Bereken die snelheid van die vrygestelde foto-elektrone. (5) 11.4 Teken ʼn grafiek wat die verhouding tussen die frekwensie en maksimum kinetiese energie van die vrygestelde foto-elektrone verteenwoordig. Benoem die afsnit van die grafiek op die horisontale as. (3) [13] TOTAAL: 150 Kopiereg voorbehou Blaai om asseblief

16 FISIESE WETENSKAPPE V1 (EC/SEPTEMBER 2019) 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 SYMBOL/ NAME/NAAM VALUE/WAARDE SIMBOOL Acceleration due to gravity / Swaartekragversnelling g 9,8 m•s-2 Universal gravitational constant / Universelegravitasiekonstant G 6,67 × 10-11 N•m2.kg-2 Speed of light in a vacuum / Spoed van lig in ʼn vakuum c 3,0 × 108 m•s-1 Planck's constant / Planck se konstante h 6,63 × 10-34 J•s Coulomb's constant / Coulomb se konstante k 9,0 × 109 N•m2•C-2 Charge on electron / Lading op elektron e -1,6 × 10-19 C Electron mass / Elektronmassa me 9,11 × 10-31 kg Mass of earth / Massa op aarde M 5,98 × 1024 kg Radius of earth / Radius van aarde RE 6,38 × 103 km TABLE 2: FORMULAE/TABEL 2: FORMULES MOTION/BEWEGING vf vi a t Δx v i Δt 1 2 a t 2 or/of Δy v i Δt 1 2 a t2 2 2 2 2 vi vf vi vf vf vi 2a x or/of v f vi 2a y Δx Δt or/of Δy Δt 2 2 FORCE/KRAG Fnet ma p mv fsmax = µsN f k = µk N Fnet t p w mg p mv f mv i Gm1 m2 M F 2 g = G d2 d 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 Kf Ki or/of Ek Ekf Eki W Wnc K U or/of Wnc Ek Ep P t Pav Fv Kopiereg voorbehou Blaai om asseblief

(EC/SEPTEMBER 2019) FISIESE WETENSKAPPE V1 17 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 E k where/waar 1 1 E hf and/en W0 hf0 and/en Ek mv2 or/of K max 2 mvmax 2 2 ELECTROSTATICS/ELEKTROSTATIKA kQ1Q 2 kQ F E r2 r2 V F E E d q W Q V n= q qe ELECTRIC CIRCUITS/ELEKTRIESE STROOMBANE emf ( ε ) = I(R + r) V R I emk ( ε ) = I(R + r) Rs R1 R2 ... 1 1 1 q I t .. . Rp R1 R 2 W = Vq W P Δt W = VI t P = VI W= I2R t P = I 2R 2 W= V Δt P V2 R R ALTERNATING CURRENT/WISSELSTROOM Paverage Vrms I rms / Pgemiddeld Vwgk I wgk I max Imaks I rms / I wgk 2 2 Paverage 2 I rms R Pgemiddeld I 2wgkR / Vmax Vmaks Vrms / Vwgk 2 2 Vwgk 2 2 Vrms Pgemiddeld Paverage / R R Kopiereg voorbehou Blaai om asseblief