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7/29/2019 126760246 Edexcel GCE Physics Unit 6B QP
1/16
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Paper Reference
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P41631A2013 Pearson Education Ltd.
6/6/6/6/
*P41631A0116*
Edexcel GCE
PhysicsAdvancedUnit 6B: Experimental PhysicsInternational Alternative to Internal Assessment
Tuesday 15 January 2013 Morning
Time: 1 hour 20 minutes 6PH08/01
You must have:Ruler
Instructions
tUse blackink or ball-point pen.tFill in the boxes at the top of this page with your name,
centre number and candidate number.
tAnswerall questions.
tAnswer the questions in the spaces provided there may be more space than you need.
Information
t The total mark for this paper is 40.
t The marks for each question are shown in brackets
use this as a guide as to how much time to spend on each question.
t The list of data, formulae and relationships is printed at the end of this booklet.
t Candidates may use a scientific calculator.
Advice
t Read each question carefully before you start to answer it.t Keep an eye on the time.
t Try to answer every question.
t Check your answers if you have time at the end.
7/29/2019 126760246 Edexcel GCE Physics Unit 6B QP
2/16
2
*P41631A0216*
Answer ALL questions in the spaces provided.
1 A student is asked to determine the density of a metal in the form of a thin sheet.
The sheet is a square of approximately 00 mm 00 mm and has a thickness of about
0.01 mm.
(a (i Explain why a metre rule is suitable to measure the length of each side of thesheet.
(1)
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(ii escribe how the student should use this rule to make the measurements as
accurate as possible.
(1)
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(b n order to determine the thickness, the student is told to fold the sheet in half five
times.
(i Explain why this technique would make the value for the thickness of the sheet
more precise.
(2)
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(ii tate what instrument the student should use to measure the thickness of the
folded sheet.
(1)
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(c The student makes the following measurements.
Mean values / mm
ength of sheet/mm 297, 02, 05, 298 01
idth of sheet/mm 0, 297, 299, 01 00
Thickness of folded sheet/mm 0.7, 0.75, 0.2, 0.79, 0.5, 0.9 0.9
7/29/2019 126760246 Edexcel GCE Physics Unit 6B QP
3/16
3
*P41631A0316* Turn over
(i The folded sheet is 2 times thicker than a single sheet.
se these measurements to show that the volume of the sheet is about
1.0 10 m.
(2)
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(ii se the measurements to estimate the percentage uncertainty in the volume.
(2)
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ercentage uncertainty = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
(iii The student measures the mass of the sheet as 2.49 g with negligible uncertainty.
Calculate the density of the metal.
(1)
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ensity = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . kg m
(iv A website gives a value for the density of aluminium as 2750 kg m.
se your calculations to determine whether the sheet might be made from
aluminium.(2)
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(Total for Question 1 = 12 marks)
7/29/2019 126760246 Edexcel GCE Physics Unit 6B QP
4/16
4
*P41631A0416*
2 A student writes a plan for an experiment to measure the current as a capacitor
discharges through a resistor. is aim is to find a value for the time constant for the
exponential decay of the current. is outline plan, which includes a circuit diagram, is
shown below.
uggest improvements to the plan that would allow the student to carry out the
experiment successfully.
our improvements should include:
(a the initial current and the range he should set on the multimeter,(2)
(b the expected value for the time constant and for how long he should take readings of
the current,(2)
(c a reason why this stopwatch is suitable,(1)
(d a technique he should use to ensure his readings are as accurate as possible and one
safety precaution that might be necessary,(2)
(e an explanation of why a graph of lnagainst twould give a straight line and how he
should find a value for the time constant from the graph.(2)
Set up the circuit shown using a multimeter as the ammeter and use astopwatch with a precision of 0.01 s.
Set the switch to position X.
Move the switch to position Y and record the current at regular timeintervals.
The current decays according to the equation
I = I0et/RC where RC is the time constant
Plot the measurements on a graph to find a value for the time constant.
6.0 V
Y)
NX
A
7/29/2019 126760246 Edexcel GCE Physics Unit 6B QP
5/16
5
*P41631A0516* Turn over
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(f A teacher suggests that with this circuit it would be necessary to wait for some time
before switching from position X to position .
(i Comment on why this wait is necessary.
(1)
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(ii raw below a different arrangement of the circuit components so that there is no
time delay. (1)
(Total for Question 2 = 11 marks)
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A
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3 A student carries out an experiment on the tefan-Boltzmann law.
=74A
he uses the filament of a light bulb as a model for a black body radiator.
(a he obtains the following results.
= 2.5 2 7= 2400 K 4
The student estimates the surface area of the filament A to be 2.0 105 m2 5.
(i se her results to calculate an experimental value for the tefan-Boltzmann
constant
(1)
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Experimental value of = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . m2 K4
(ii Estimate the percentage uncertainty in the experimental value of.
(2)
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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ercentage uncertainty = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
(iii Calculate the percentage difference between the experimental value ofand the
accepted value, = 5.7 108 m2 K4.
(1)
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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ercentage difference = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
(iv se these percentages to comment on the reliability of the experimental value
for.
(1)
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9/16
9
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(b The tefan-Boltzmann law can be written as
ln = 4ln 7+ ln $
The student obtains a range of values for and 7and plots a graph of ln against
ln 7.
(i Explain clearly how she could use this graph to obtain a value for.
(2)
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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(ii he realises that she cannot control the temperature of the room.
uggest why this will have little effect on the result of the experiment.
(1)
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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(Total for Question 3 = 8 marks)
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10/16
10
*P41631A01016*
4 A wire is held under tension. A standing wave is set up by an oscillator at one end, as
shown in the diagram.
(a The wire is oscillated at a constant frequency. Measurements are taken to determine
the wavelengthfor different values of the mass m. The following data are
obtained:
m/kg /m 2/m2
0.100 0.41
0.150 0.77
0.200 0.905
0.250 1.012
0.00 1.10
0.50 1.19
se the grid opposite to draw a straight line graph to test the relationship
2 = km
se the column provided to show your processed data.
(4)
50 z power supplyscillatorulley
Mass m
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11
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TURN OVER FOR QUESTION 4(b)
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12
*P41631A01216*
(bse your graph to find a value fork.
(2)
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k= . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
(c t is suggested that
2
gk
f =
whereg= 9.81 kg1, frequencyf = 50.0 z and = the mass per unit length of
the wire.
se your value for the gradient to calculate a value for.
(3)
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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= . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
(Total for Question 4 = 9 marks)
TOTAL FOR PAPER = 40 MARKS
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13
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List of data, formulae and relationships
Acceleration of free fall g= 9.81 m s2 (close to Earths surface
Boltzmann constant k= 1.8 10 J K
Coulombs law constant k = 1/40
= 8.99 109 m2 C2
Electron charge e = 1.0 1019 C
Electron mass me
= 9.11 101 kg
Electronvolt 1 e = 1.0 1019 J
ravitational constant = .7 10 m2 kg
ravitational field strength g= 9.81 kg1 (close to Earths surface
3HUPLWWLYLW\RIIUHHVSDFH 0
= 8.85 10 m
lanck constant h = . 104 J s
roton mass mp
= 1.7 10 kg
peed of light in a vacuum c = .00 108 m s1
6WHIDQ%ROW]PDQQFRQVWDQW 8 m2 K4
nified atomic mass unit u = 1. 1027 kg
Unit 1
MechanicsKinematic equations of motion v = u + at
s = ut + at2
v2 = u2 + 2as
orces = ma
g = /m
= mg
RUNDQGHQHU\ = s
Ek
= mv2
Egrav = mg
h
Materials
tokes law UY
ookes law = kx
ensity P9
ressure p = /A
oung modulus ( where
tress =/A
trainx/x
Elastic strain energy Eel
= x
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14
*P41631A01416*
Unit 2
aves
ave speed YI
efractive index1
2= sin i /sin r= v
1/v
2
Electricity
otential difference 9:4
esistance 59,
Electrical power, energy and 39,
efficiency = 2R
39 2/R
:9,W
esistivity 5O $
Current = 4t
= nqvA
esistors in series R =R1 +R2 +R
esistors in parallel
1 1 1 1
1 2 R R R R= + +
4XDQWXPSK\VLFV
hoton model E = hf
Einsteins photoelectric hf = o/+ mv2max
equation
efficiency =
useful energy output
100total energy input
efficiency =useful power output
100total power input
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Unit 4
Mechanics
Momentum p = mv
Kinetic energy of a
non-relativistic particle Ek = p2
/2m Motion in a circle YU
7 = ma = mv2/r
a = v2/r
DU2
ields
Coulombs law = N414
2/r2 where k =
0
Electric field ()4
(N4U 2
(9G
Capacitance &49
Energy stored in capacitor = 49
Capacitor discharge 440et/RC
n a magnetic field = Blsin
= Bqv sin
US%4
aradays and enzs aws = d(o//dt
article physics
DVVHQHU\ E= c2 m
de Broglie wavelength = h/p
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16/16
16
Unit 5
Energy and matter
HDWLQ E= mc
Molecular kinetic theory mc2 = /N7
deal gas equation S91N7
uclear hysics
adioactive decay d/dt
= ln 2/t
= 0et
Mechanics
imple harmonic motion D2x
D$2 cos W Y$sin W
x = A cos W
71/f =
ravitational force = m1m
2/r2
bserving the universe
adiant energy flux = /d2
tefan-Boltzmann law = 74A
= r274
LHQVDZ max
7= 2.898 10 m K
edshift of electromagnetic
radiation z = f / fv/c
Cosmological expansion v = H0d