herexamen natuurkunde VWO 2008
advertisement
MINISTERIE VAN ONDERWIJS
EN VOLKSONTWIKKELING
UNIFORM HEREXAMEN VWO
tevens II e ZITTING STAATSEXAMEN 2008
VAK
: NATUURKUNDE
DATUM
: MAANDAG 11 AUGUSTUS 2008
TIJD
: 07.15 – 10.15 UUR
Aantal opgaven bij dit vak : 5
Aantal pagina’s
: 6 bedrukte pagina’s
Controleer zorgvuldig of alle pagina’s in de goede volgorde aanwezig zijn.
Neem in geval van een afwijking onmiddelijk contact op met een surveillant.
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------Naam:........................................................................................................................
School:.................................................................... Klas en nummer:..............................
Dit werk bestaat uit een titelblad en vijf bedrukte bladzijden. Geef de antwoorden op de
blanco rechterzijde naast de opgaven. Andere ingeleverde vellen worden niet nagekeken.
Indien nodig mag bij de beantwoording van de vragen gebruik gemaakt worden van de
gegevens hieronder:
g = 10 m/s2
NA = 6,0. 10 23
R = 8,31 J/mol.K
1 bar = 1,0. 10 5 N/m2
c = 3,0. 10 8 m/s
π = 3,14
Isotherm proces: Wu,12 p.V. ln V2 V1
Normering:
e = 1,6. 10 19 C
massa electron = 9,1. 10 31 kg
h = 6,6. 10 34 J.s
є0 = 8,9. 10 12 C2/ Nm2
1/(4πє0) = 9,0. 10 9 Nm2/C2
0 = 4π. 10 7 N/A 2
Basis 10 punten
Som 1 18 punten
Som 2 18 punten
Som 3 18 punten
Som 4 18 punten
Som 5 18 punten
Totaal 100 punten
Werk rustig. Besteed niet teveel tijd aan een enkele som. Ga dan liever eerst een andere
som maken.
Toegestane hulpmiddelen: rekenmachine (onder de gepubliceerde restricties).
Naam:……………………………………………………………………………..
Som 1
time
ticker
v = 60. Δx (cm/s)
papierstrook
koord K
blok
20
10
0
1
5
10
15
20
volg nummer
1
/60 s
Massa van het koord en het papier en wrijving in katrollen dienen verwaarloosd te
worden.
Zie figuur. Een blok hout (m = 280 gram) kan over een horizontaal vlak schuiven.
Aan de rechterkant is het blok via koord K en een katrol verbonden met een
hangmassa van 210 gram. Aan de linkerkant van het blok is een papierstrook bevestigd
die door een time-ticker loopt en via een katrol is verbonden met een hangmassa van
20 gram. De time-ticker beïnvloedt de beweging niet.
De time-ticker zet met regelmatige tussenpozen stippen op de papiestrook en registreert
hiermee de verplaatsingen Δx van het blok. Het resultaat is in het diagram verwerkt,
waarbij de volgorde van de verplaatsingen zijn genummerd. De tijd tussen twee
registraties, evenals de tijd tussen ieder nummer, bedraagt 1 60 s.
v geeft de gemiddelde snelheid tussen twee registraties aan en er geldt:
x
v
60. x
1
[2]
[2]
[4]
[4]
a.
b.
c.
d.
60
Bereken de totale verplaatsing (Δx) tussen volgnummers 1 en 6.
Bereken de totale verplaatsing (Δx) tussen volgnummers 14 en 20.
Bepaal ook de gemiddelde snelheid in de twee bovengenoemde perioden.
Bepaal de versnelling met behulp van de grafiek.
Voor verdere berekeningen kan de waarde van 0,60 m/s2 gebruikt worden voor de
versnelling.
[3] e. Bereken de spankracht in het koord.
[3] f. Bereken de spankracht in de papierstrook.
1
Naam:……………………………………………………………………………..
Som 2
AB
H I J
N
figuur 1
AB
H I J
N
figuur 2
Op t = 0 s wordt het linkeruiteinde A van het koord AN in harmonische trilling gebracht.
De trillingstijd T is 0,4 s en de amplitudo is 2,0 cm. A gaat eerst omhoog.
Vanuit A planten zich transversale golven voort met een golfsnelheid van 3,0 m/s.
5
De lengte van koord AN is 1 λ en het rechteruiteinde N kan vrij bewegen.
8
5
[5] a. Construeer de stand van het koord op het tijdstip t = 2 T in figuur 1.
8
7
[5] b. Construeer de stand van het koord op het tijdstip t = 2 T in figuur 2
8
Bij de lopende transversale golf wordt de uitwijking van het trillende deeltje A
doorgegeven aan volgende deeltjes van het koord. De trilling van A wordt zo even later
aangetroffen bij B etcetera.
De trillingssnelheid of snelheid van een deeltje in harmonische trilling wordt gegeven
2 A
t
cos 2 0
door: v t
T
T
[4] c. Bereken de maximale waarde van de trillingssnelheid van deeltje A direct na
t = 0 s.
5
{4} d. Bepaal voor de punten H en J op het tijdstip t = 2 T:
8
1. de fase t.g.v. de naar rechts lopende golf.
2. de fase t.g.v. de naar links lopende golf.
3. de trillingssnelheid t.g.v. de naar rechts lopende golf.
4. de trillingssnelheid t.g.v. de naar links lopende golf.
2
Naam:……………………………………………………………………………..
Som 3
I
50 cm
benzeendamp
zuiger
50 cm
K
II
lucht
M
Zie figuur.
Een cylinder is door een zuiger in twee gelijke delen I en II verdeeld. De zuiger heeft een
massa van 2 kg en een oppervlakte van 5 cm2.
Ruimte I bevat benzeendamp en ruimte II bevat lucht. De verzadigingsdruk van benzeen
bij 333 K is 0,50 bar en bij 373 K 1,80 bar.
In de beginsituatie (situatie A) is de kraan K gesloten en heeft het geheel een temperatuur
van 333 K. De zuiger is niet geblokkeerd. De manometer M wijst 0,90 bar aan.
[4] a. Laat door een berekening zien dat de benzeendamp nog nèt niet verzadigd is.
Via de kraan K wordt extra lucht in ruimte II gepompt. De zuiger beweegt hierdoor
10 cm omhoog. De temperatuur blijft hierbij constant (situatie B).
[3] b. Hoeveel mol lucht heeft men extra gepompt?
[3] c. Bereken de hoeveelheid benzeendamp (in mol) die hierbij is omgezet in vloeistof.
Vanuit situatie B wordt uitsluitend de temperatuur van de benzeendamp verhoogd tot
373 K. Hierdoor zal de vloeibare benzeen verdampen.
[4] d. Bepaal de nieuwe positie van de zuiger voor de situatie waarbij nèt alle vloeibare
benzeen is verdampt.
[4] e. Bereken de arbeid die de lucht van ruimte II hierbij heeft verricht.
3
Naam:……………………………………………………………………………..
Som 4
P
C
D
S
l = 40 cm
B = 0,2 T
Vb =10 V
A
B
50 cm
Q
Zie figuur.
Een dunne staaf PQ met een weerstand R van 0,1 Ω en een massa m van 100 gram kan
zonder wrijving over twee lange evenwijdig opgestelde geleidende draden AB en CD
glijden. De weerstand van AB en CD zijn te verwaarlozen en de afstand tussen deze
draden is 40 cm.
Het geheel bevindt zich in een uniform magnetisch veld met veldsterkte B is 0,2 T. De
veldlijnen staan loodrecht op het vlak van de tekening.
Op t = 0 s wordt schakelaar S gesloten, zodat de draden AB en CD op een ideale
spanningsbron worden aangesloten.
[3] a. Bereken de grootte en richting van de lorentzkracht die staaf PQ op t = 0 s van het
B-veld ondervindt.
Voor de snelheid (v) die de staaf krijgt geldt:
V
de symbolen worden
v t b 1 e . t
B. l
B2 . l 2
met
en e = 2,7
bekend verondersteld.
m. R
[3] b. Bepaal de snelheid van de staaf op t = 1 s en op t = 10 s.
[3] c. Bepaal de snelheid vt na lange tijd (t ∞).
In de kring ontstaat er ook een inductiestroom.
[3] d. Hoe groot is de inductiespanning over PQ na lange tijd?
V
[3] e. Voor de stroom in PQ geldt: I t b e . t
R
Leid deze formule af.
(Aanwijzing: de inductiespanning werkt de oorzaak van haar ontstaan tegen en is
dus tegengesteld aan de aangelegde bronspanning).
[3] f. Hoe groot is de stroom in PQ na lange tijd?
4
Naam:……………………………………………………………………………..
Som 5
IA (μA)
S1
9
6
A
3
-1,2 -0,8 -0,4 0
figuur 1
stap
1
2
3
Vcond.
begin (V)
0
-0,4
-0,8
S2
licht
K
P
Q
103 Ω
150 μF
VAK (V)
figuur 2
Vcond.
eind (V)
ΔQcond.
(C)
I
(μA)
Δt
(s)
-0,4
-0,8
-1,2
60. 10 6
7,5
8
40
Voor een fotocel is in figuur 1 een deel van de IA-VAK karakteristiek gegeven. IA stelt de
anodestroom voor en VAK het potentiaalverschil tussen de anode en de kathode.
Deze fotocel is opgenomen in de schakeling zoals gegeven in figuur 2.
De schakelaars S1 en S2 zijn beide open en de condensator is ongeladen.
Op t = 0 s wordt S1 gesloten; S2 blijft open. De condensator wordt hierdoor geladen.
[2] a. Wordt plaat P positief of negatief geladen? Motiveer je antwoord.
Het oplaadproces is kunstmatig in stappen verdeeld. Gedurende de 1e stap (zie tabel) gaat
de spanning van de condensator van 0 naar -0,4 V. De condensator krijgt in die tijd een
lading van -60. 10 6 C bij een gemiddelde stroomsterkte I van 7,5 μA. De tijd die
hierbij nodig is bedraagt 8 s.
[4] b. Toon aan dat voor stap 2 13,3 s nodig is.
[4] c. Geef in een diagram het verloop van de stroom als functie van de tijd weer.
Schakelaar S1 wordt geopend en op t* = 0 s wordt schakelaar S2 gesloten. De condensator
wordt hierdoor ontladen.
[5] d. Bereken de tijd die ongeveer nodig is totdat de stroom de helft van de
oorspronkelijke waarde heeft.
[3] e. Vergelijk het antwoord met de zogenoemde RC tijd, namelijk: Δt = R.C.
R is de weerstand in de schakeling en C de capaciteit van de condensator.
5
