A Level Physics - Technocrat Notestechnocratnotes.com/.../02/A-level-Physics-2015-SAMs.pdfA Level Physics Sample Assessment Materials Pearson Edexcel Level 3 Advanced GCE in Physics

A Level Physics

Sample Assessment MaterialsPearson Edexcel Level 3 Advanced GCE in Physics (9PH0)First teaching from September 2015First certifi cation from 2017 Issue 1

PearsonEdexcel Level 3 Advanced GCE in Physics (9PH0)Sample Assessment Materials

First certification 2017

Edexcel, BTEC and LCCI qualifications Edexcel, BTEC and LCCI qualifications are awarded by Pearson, the UK’s largest awarding body offering academic and vocational qualifications that are globally recognised and benchmarked. For further information, please visit our qualification websites at www.edexcel.com, www.btec.co.uk or www.lcci.org.uk. Alternatively, you can get in touch with us using the details on our contact us page at www.edexcel.com/contactus

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References to third party material made in these sample assessment materials are made in good faith. Pearson does not endorse, approve or accept responsibility for the content of materials, which may be subject to change, or any opinions expressed therein. (Material may include textbooks, journals, magazines and other publications and websites.)

All information in this document is correct at the time of publication.

Original origami artwork: Mark Bolitho Origami photography: Pearson Education Ltd/Naki Kouyioumtzis

ISBN 978 1 446 91446 5 All the material in this publication is copyright © Pearson Education Limited 2014

Contents

1 Introduction 1

2 General marking guidance 3

3 Paper 1: Advanced Physics I 5

4 Paper 1 Mark Scheme 37

5 Paper 2: Advanced Physics II 53


7 Paper 3: General and Practical Principles in Physics 101


Pearson Edexcel Level 3 Advanced GCE in Physics Sample Assessment Materials – Issue 1 – October 2014 © Pearson Education Limited 2014

1

Introduction

The Pearson Edexcel Level 3 Advanced GCE in Physics is designed for use in schools and colleges. It is part of a suite of GCE qualifications offered by Pearson.

These sample assessment materials have been developed to support this qualification and will be used as the benchmark to develop the assessment students will take.


2


3

General marking guidance

All candidates must receive the same treatment. Examiners must mark the last candidate in exactly the same way as they mark the first.

Mark schemes should be applied positively. Candidates must be rewarded for what they have shown they can do rather than be penalised for omissions.

Examiners should mark according to the mark scheme – not according to their perception of where the grade boundaries may lie.

All the marks on the mark scheme are designed to be awarded. Examiners should always award full marks if deserved, i.e. if the answer matches the mark scheme. Examiners should also be prepared to award zero marks if the candidate’s response is not worthy of credit according to the mark scheme.

Where some judgement is required, mark schemes will provide the principles by which marks will be awarded and exemplification/indicative content will not be exhaustive.

When examiners are in doubt regarding the application of the mark scheme to a candidate’s response, a senior examiner must be consulted before a mark is given.

Crossed-out work should be marked unless the candidate has replaced it with an alternative response.


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5

Centre Number Candidate Number

Write your name hereSurname Other names

Total Marks

Paper Reference

Turn over

S47558A©2015 Pearson Education Ltd.

1/1/1/1/1/

*s47558A0132*

PhysicsAdvancedPaper 1: Advanced Physics I

Sample Assessment Materials for first teaching September 2015Time: 1 hour 45 minutes 9PH0/01You may need a calculator.

Instructions

• Use black ink or ball-point pen.• Fill in the boxes at the top of this page with your name, centre number and candidate number.• Answer all questions.• Answer the questions in the spaces provided

– there may be more space than you need.• You may use a scientific calculator.

Information

• The total mark for this paper is 90. • The marks for each question are shown in brackets

– use this as a guide as to how much time to spend on each question.• In questions marked with an *, marks will be awarded for your ability to

structure your answer logically showing how the points that you make are related or follow on from each other where appropriate.

Advice

• Read each question carefully before you start to answer it.• Try to answer every question.• Check your answers if you have time at the end.• You are advised to show your working in calculations including units where

appropriate.

Pearson Edexcel Level 3 GCE


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*S47558A0232*

BLANK PAGE

3

*S47558A0332* Turn over

Answer ALL questions.

All multiple choice questions must be answered with a cross in the box for the correct answer from A to D. If you change your mind about an answer, put a line

through the box and then mark your new answer with a cross .

1 Resistivity can be described correctly as

A resistance of a unit length.

B resistance per unit area.

C resistance per unit volume.

D resistance of a unit cube.

(Total for Question 1 = 1 mark)

2 Acapacitorof50μCischargedtoapotentialdifferenceof12V.

The energy stored on the charged capacitor in joules is given by

A 0.5×50×10–6×122

B 0 5 50 1012

6

2. × × −

C 0 5 1250 10

2

6. ×

× −

D 0.5×(50×10–6)2×12


3 A bullet is fired into a block of wood. Select the line of the table that applies to this situation.

Collision Kinetic energy Momentum

A elastic conserved conserved

B inelastic not conserved conserved

C elastic conserved not conserved

D inelastic not conserved not conserved



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All multiple choice questions must be answered with a cross in the box for the correct answer from A to D. If you change your mind about an answer, put a line

through the box and then mark your new answer with a cross .

1 Resistivity can be described correctly as

A resistance of a unit length.

B resistance per unit area.

C resistance per unit volume.

D resistance of a unit cube.


2 Acapacitorof50μCischargedtoapotentialdifferenceof12V.

The energy stored on the charged capacitor in joules is given by

A 0.5×50×10–6×122

B 0 5 50 1012

6

2. × × −

C 0 5 1250 10

2

6. ×

× −

D 0.5×(50×10–6)2×12


3 A bullet is fired into a block of wood. Select the line of the table that applies to this situation.

Collision Kinetic energy Momentum

A elastic conserved conserved

B inelastic not conserved conserved

C elastic conserved not conserved

D inelastic not conserved not conserved



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*S47558A0432*

4 A ball is thrown upwards, allowed to fall and is caught.

The graph represents its motion.

What quantity is plotted on the y-axis?

A acceleration

B displacement

C speed

D velocity


5 MainselectricityintheUKis230Vrms.

The peak voltage of the mains supply is given by

A 2302V

B 230 2 V

C 2

230V

D 2302V


time

+

–

0


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6 TheLargeHadronColliderisdesignedtoaccelerateprotonstoveryhighenergiesforparticle physics experiments.

Veryhighenergiesarenot required to

A annihilate hadrons.

B collide hadrons.

C create particles with large mass.

D create individual quarks.


7 A potential difference, V, is applied to two resistors in parallel, each of resistance R. A current, I, flows through the whole circuit.

The correct expression for the power developed in each resistor is given by

A P = IV

B P = IV/4

C P = V 2/2R

D P = I 2R/4


I

R

V

R


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*S47558A0632*

8 The joule can be expressed in SI base units as

A kg m s–2

B kg m2 s–1

C kg m2 s

D kg m2 s–2


9 Which of these is not made from quarks?

A proton

B neutron

C lepton

D meson(Total for Question 9 = 1 mark)

10 A picture with mass m hangs from a hook by a single length of wire. The hook is at the midpoint of the wire.

The tension T in the wire is given by

A 2sinmgθ

B 2cosmgθ

C sinmgθ

D cosmgθ


T

θθ

hook

wire


117


11 Rutherford’s alpha-scattering experiment gave evidence that changed our understanding of the structure of the atom. Alpha particles were fired at a thin sheet of gold foil and their paths observed.

Explain how the observations of the different paths taken by the alpha particles as they passed through the gold foil led to a new model of the atom.

.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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(Total for Question 11 = 4 marks)


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*S47558A0832*

12 The diagram shows a diver of weight 680 N on a diving board.

(a) The diving board has a length Lof3.6mandisfixedattheendlabelledX.ItissupportedatpositionYwhichis0.9mfromX.Thedivingboardisuniformandhasaweightof390N.

BytakingmomentsaboutX,determinetheupwardforceexertedbythesupportatYon the diving board.

(5)

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Force = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

YX

L

weight of diverweight of diving board


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(b) The free-body force diagram for the diver standing on the board is shown.

The two forces shown do not form a Newton third law pair.

Give two reasons why.(2)

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Reaction

Weight


1410

*S47558A01032*

13 A thermistor can be used to control a heater. When the temperature falls below a certain value the heater is switched on. The thermistor is connected in series with a fixed resistor R in a potential divider circuit as shown.

The heater circuit is connected across R and will switch on when the potential difference acrossitisabove5.5V.

The variation of resistance of the thermistor RT with temperature is shown on the graph.

(Source: http://reviseomatic.org/help/e-resistors/ThermistorLogGraph.gif)

Thermistor

Heater circuitR

9V

100

10

1

0.1

0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 50.00

temperature/°C

resistance/kΩ


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(a) With reference to charge carriers, explain why the resistance of the thermistor RT, changes with temperature.

(2)

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(b)Theheaterswitchesonwhenthetemperaturefallsbelow20 °C.

CalculatetheresistanceofthefixedresistorR.(3)

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Resistance = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .



1612

*S47558A01232*

14 A tennis player uses a racket to hit a ball over a net.

Theplayerstands12mfromthenet.Hethrowstheballverticallyupwardsandhitstheballataheightof2.5mabovetheground.Theballleavestherackethorizontally with a velocityof25ms–1. The ball has a mass of 0.06 kg.

(a) The ball is in contact with the racket for 0.04 s.

Calculatetheaverageforceontheball.(3)

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Average force = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

12m

2.5mnet


1713


(b)Theballmustlandwithin6.1moftheothersideofthenet.

Determine whether the ball hits the ground within this distance. Support your answer with a calculation. Ignore the height of the net.

(6)

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1814

*S47558A01432*

15 In an experiment to determine the charge on an electron, negatively charged oil drops are allowed to fall between two parallel metal plates separated by a distance d.

A potential difference (p.d.) is applied across the plates. The diagram shows one oil drop between the plates.

Whenthep.d.is0Vtheoildropacceleratestoterminalvelocity.Thep.d.isincreased.It is observed that at a particular p.d. V the oil drop stops falling and remains stationary between the plates.

*(a) Explain the motion of the oil drop in terms of the forces acting on it as the p.d. is increased from 0 to V.

(6)

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d


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(b) The oil drop has a mass m. Show that the charge q on the oil drop is given by

q mgdV

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(c) Explain what would happen to the oil drop if the p.d. is increased further.(2)

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16 The diagram shows the inside of an electric toothbrush and a charger.

The charger contains a coil wrapped around an iron core. The coil is plugged into the mains a.c. supply.

The toothbrush also contains a coil that sits around the iron core when the toothbrush is placed on the charger to recharge the battery of the toothbrush.

*(a) Describe how the charger is able to charge the low-voltage battery.(6)

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mains

iron core

charger

coil inside charger

electric toothbrush

coil inside toothbrush


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(b)Whenfullychargedthebatteryhasane.m.f.of6V.

When the toothbrush is in use, the battery supplies a current of 57 mA with a terminalp.d.of2.7Vtoamotor.

(i) ShowthattheresistanceofthemotorRisabout50Ω.(1)

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motor

I

r6.0 V


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(ii) The power transferred from the battery to the motor depends on the ratio Rr

as shown in the graph below.

Determine whether maximum power is transferred to the motor.(3)

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0

–

0.5

–

1.0

–

1.5

–

2.0

–

2.5

–

pow

er/W

Rr


2420

*S47558A02032*

17 Pencil lead is a mixture of graphite and clay. The proportions of graphite and clay in the sample determine the hardness of the pencil lead, as well as the resistivity.

(a) The diagram shows two samples of pencil lead made from the same mixture of graphite and clay.

Sample A has a resistance RA. Sample B has a resistance RB and is twice the length and twice the diameter of sample A.

CalculatetheratioRB/RA.(2)

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RB/RA = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

dl

2d

2l


2521


(b) A graph supplied by the manufacturer shows that the resistance R of a pencil lead is inversely proportional to its cross-sectional area A.

Theresistivityofgraphiteis3×10–5Ωm.Usethegraphtodrawaconclusionaboutthe effect of adding clay to graphite.

Lengthofpencillead=15.0cm.(4)

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25–

20–

15–

10–

5 –

0 –0

–

0.5

–

1.0

–

1.5–

A–1/106 m–2

R/Ω


2622

*S47558A02232*

(c) Resistance can also be affected by temperature.

Explain why the resistance of a metal sample increases with an increase of temperature.

(3)

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2723


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TURN OVER FOR QUESTION 18


2824

*S47558A02432*

18 An electron beam tube can be used to demonstrate the deflection of electrons in a uniform magnetic field. The tube contains a very low pressure gas so that electron paths can be seen.

(Source:http://www.klingereducational.com/images/products/thumbs/555571.jpg)

Electrons are emitted from the electron gun travelling vertically upwards into a region of uniform horizontal magnetic flux density.

(a) Show that the unit of magnetic flux density (Tesla) in SI base units is kg A–1 s–2. (2)

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glass tube filled with low pressure gas

electron gun

electron gun

electron beam


2925


(b) Explain why the electrons follow a circular path.(3)

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(c) The magnetic flux density is varied while the speed of the electrons remains constant. The following data is obtained.

Radius/cm Magnetic flux density/mT

8.0 0.63

9.5 0.52

11.0 0.46

Theory suggests that the radius of the electron path is inversely proportional to the magnetic flux density.

Analyse the data and comment on this suggestion, you may use the table to show any calculated values.

(4)

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*S47558A02632*

19 Some mobile phones have a capacitor touch screen made up of a sheet of glass with a thin metallic coating. The screen is charged and when it is touched some of the charge is transferred to the user. This causes a drop in electrical potential at the point where the screen is touched.

(a) A capacitor is charged by connecting it across a battery and then discharged through a resistor. In the case of the touch screen the user provides a discharge resistance of about900Ω.

Explain how the capacitor discharges.(3)

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3127


(b)Acapacitorisdischargedthrougharesistorofresistance900Ω.Thegraphshowshow the charge on the capacitor decreases with time.

Calculatethecapacitanceofthecapacitor.(4)

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6 –

4 –

2–

0 –0

–

5

–

10

–

15

–

20–

25

–

time/ms

charge/m

C


3228

*S47558A02832*

20 The diagram shows the carriage of a rollercoaster about to enter a vertical loop of diameter17.0m.ThecarriageisinitiallyatrestataheightΔh above the bottom of the loop.

17.0m

∆h


3329


(a) (i) So that a passenger remains in contact with their seat at the top of the ride, show thattheminimumspeedofthecaratthetopoftheloopis9.1ms−1.

(3)

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(ii) CalculatetheminimumvalueofΔh that will enable the passenger to remain in contact with their seat at the top of the loop.

(3)

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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(b)Duringoneparticularride,thespeedofacaratthebottomoftheloopwas22.5ms–1.

(i) Calculatetheaccelerationofthepassengeratthebottomoftheloopasamultipleof g, the acceleration due to gravity.

(2)

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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(ii) The maximum safe acceleration recommended for passengers is 4g. Most loop-the-loop rollercoasters do not have a circular loop. Instead, the radius of curvature of the loop varies.

Explain why making the radius of the loop vary in this way enables the acceleration at the bottom of the loop to be less than 4g.

(2)

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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wer

is p

artia

lly

stru

ctur

ed w

ith so

me

linka

ges a

nd li

nes o

f re

ason

ing

1

Ans

wer

has

no

linka

ges b

etw

een

poin

ts a

nd is

un

stru

ctur

ed

0


44

Que

stio

n nu

mbe

r

A

ccep

tabl

e an

swer

s

Add

ition

al g

uida

nce

Mar

k

15 (a

)*

(con

tinue

d)

Indi

cativ

e co

nten

t •

At t

erm

inal

vel

ocity

the

forc

es o

n th

e dr

op a

re b

alan

ced

OR

w

eigh

t = d

rag

• Th

e p.

d. c

reat

es a

n el

ectro

stat

ic fo

rce

actin

g up

war

ds o

n th

e dr

op

• Th

e el

ectro

stat

ic fo

rce

incr

ease

s as p

.d. i

ncre

ases

•

The

net u

pwar

d fo

rce

caus

es th

e dr

op to

hav

e a

nega

tive

acce

lera

tion

• A

s spe

ed d

ecre

ases

the

drag

dec

reas

es

• Th

e dr

op re

mai

ns st

atio

nary

whe

n th

e fo

rces

are

bal

ance

d O

R u

ntil

the

drop

rem

ains

stat

iona

ry w

hen

wei

ght =

el

ectro

stat

ic fo

rce

6

15 (b

) •

Equa

te th

e el

ectri

c fo

rce

and

the

grav

itatio

nal f

orce

(1)

• U

se o

f E=V

/d to

obt

ain

q =

mgd

/V (1

)

qE =

mg

q(V/

d) =

mg

q =

mgd

/V

2

15 (c

) A

n ex

plan

atio

n th

at m

akes

refe

renc

e to

: •

Elec

trost

atic

/upw

ard

forc

e (o

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ould

be

grea

ter t

han

the

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ght/d

ownw

ard

forc

e (1

) •

So d

rop

wou

ld a

ccel

erat

e up

war

ds (1

)

Indi

catio

n of

whi

ch fo

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is g

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er, u

nbal

ance

d is

in

suff

icie

nt.

2

(Tot

al fo

r Q

uest

ion

15 =

10

mar

ks)


45

Que

stio

n nu

mbe

r

A

ccep

tabl

e an

swer

s

Add

ition

al g

uida

nce

Mar

k

16 (a

)*

This

que

stio

n as

sess

es a

stud

ent’s

abi

lity

to sh

ow a

coh

eren

t an

d lo

gica

lly st

ruct

ured

ans

wer

with

link

ages

and

fully

-su

stai

ned

reas

onin

g.

Mar

ks a

re a

war

ded

for i

ndic

ativ

e co

nten

t and

for h

ow th

e an

swer

is st

ruct

ured

and

show

s lin

es o

f rea

soni

ng.

The

follo

win

g ta

ble

show

s how

the

mar

ks sh

ould

be

awar

ded

for i

ndic

ativ

e co

nten

t. N

umbe

r of

indi

cativ

e m

arki

ng

poin

ts se

en in

an

swer

Num

ber o

f m

arks

aw

arde

d fo

r ind

icat

ive

mar

king

poi

nts

6 4

5–4

3 3–

2 2

1 1

0 0

Gui

danc

e on

how

the

mar

k sc

hem

e sh

ould

be

appl

ied:

Th

e m

ark

for i

ndic

ativ

e co

nten

t sho

uld

be a

dded

to

the

mar

k fo

r lin

es o

f rea

soni

ng. F

or e

xam

ple,

an

answ

er w

ith fi

ve in

dica

tive

mar

king

poi

nts w

hich

is

parti

ally

stru

ctur

ed w

ith so

me

linka

ges a

nd li

nes o

f re

ason

ing

scor

es 4

mar

ks (3

mar

ks fo

r ind

icat

ive

cont

ent a

nd 1

mar

k fo

r par

tial s

truct

ure

and

som

e lin

kage

s and

line

s of r

easo

ning

).

If th

ere

are

no li

nkag

es b

etw

een

poin

ts, t

he sa

me

five

indi

cativ

e m

arki

ng p

oint

s wou

ld y

ield

an

over

all

scor

e of

3 m

arks

(3 m

arks

for i

ndic

ativ

e co

nten

t and

no

mar

ks fo

r lin

kage

s).


46

Que

stio

n nu

mbe

r

A

ccep

tabl

e an

swer

s

Add

ition

al g

uida

nce

Mar

k

16 (a

)*

(con

tinue

d)

The

follo

win

g ta

ble

show

s how

the

mar

ks sh

ould

be

awar

ded

for s

truct

ure

and

lines

of r

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ning

.

N

umbe

r of m

arks

aw

arde

d fo

r stru

ctur

e of

ans

wer

and

su

stai

ned

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of

reas

onin

g

Ans

wer

show

s a c

oher

ent

and

logi

cal s

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ure

with

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kage

s and

fully

sust

aine

d lin

es o

f rea

soni

ng

dem

onst

rate

d th

roug

hout

2

Ans

wer

is p

artia

lly

stru

ctur

ed w

ith so

me

linka

ges a

nd li

nes o

f re

ason

ing

1

Ans

wer

has

no

linka

ges

betw

een

poin

ts a

nd is

un

stru

ctur

ed

0


47

Que

stio

n nu

mbe

r

A

ccep

tabl

e an

swer

s

Add

ition

al g

uida

nce

Mar

k

16 (a

)*

(con

tinue

d)

Indi

cativ

e co

nten

t •

The

supp

ly c

reat

es a

cha

ngin

g m

agne

tic fi

eld

in th

e iro

n co

re

• R

ate

of c

hang

e of

flux

in to

othb

rush

coi

l is e

qual

to ra

te o

f ch

ange

of f

lux

in c

harg

er c

oil (

for a

n id

eal t

rans

form

er)

• Th

e ch

angi

ng fl

ux li

nkag

e in

the

coil

of th

e to

othb

rush

in

duce

s an

e.m

.f. a

ccor

ding

to F

arad

ay’s

law

•

E =

– N

dφ/

dt so

to st

ep d

own

the

e.m

.f. th

ere

mus

t be

few

er

turn

s in

the

toot

hbru

sh c

oil

• Th

e e.

m.f.

in th

e to

othb

rush

coi

l mus

t be

larg

er th

an th

e to

othb

rush

bat

tery

•

Dio

de is

incl

uded

so b

atte

ry is

not

dis

char

ged

by th

e al

tern

atin

g e.

m.f.

Allo

w p

rovi

des d

c to

cha

rge

batte

ry o

r sim

ilar.

6 16

(b)(

i) R

= 47

.4 Ω

(1)

Exam

ple

of c

alcu

latio

n:

R =

2.7

V/0

.057

A =

47.

4 Ω

1

16 (b

)(ii)

•

Use

of Ɛ

=V+I

r or

corr

ect a

ttem

pt to

find

r (1

) •

r = 5

7.9 Ω

or f

ind

ratio

! ! (1)

•

Mak

es c

oncl

usio

n by

com

parin

g r a

nd R

, rec

ogni

sing

m

axim

um p

ower

supp

lied

whe

n ! !=1

(1)

Ans

wer

con

sist

ent w

ith c

alcu

late

d va

lue.

Ex

ampl

e of

cal

cula

tion:

𝑟𝑟=(6.0 𝑉𝑉−2.7 𝑉𝑉)

0.057 𝐴𝐴

−50

=57.9 Ω

3 (T

otal

for

Que

stio

n 16

= 1

0 m

arks

)


48

Que

stio

n nu

mbe

r

A

ccep

tabl

e an

swer

s

Add

ition

al g

uida

nce

Mar

k

17 (a

) •

Use

of:

AL

Rρ

=(1

)

• 5.0

=AB RR

[acc

ept 2

:4 o

r 1:

2 or

1/2

] (1)

Exam

ple

of c

alcu

latio

n:

2 21

2 12 dLd

LRR AB

=

()

5.042

2222

==

=d

LLd

RR AB

2

17 (b

) •

Cor

rect

tran

sfer

of d

ata

for g

radi

ent (

1)

• La

rge

trian

gle

used

(1)

• ρ

= 1.

1 ×

10-4

Ωm

(1)

Con

clus

ion:

•

1.1 ×

10-4

Ωm

is g

reat

er th

an 3

x 1

0-5 Ω

m, s

o re

sist

ivity

incr

ease

s w

hen

clay

is a

dded

(1)

Ans

wer

to b

e co

nsis

tent

with

cal

cula

ted

valu

e.

Exam

ple

of c

alcu

latio

n:

2-6Ωm

1016.5

Gradient

×=

=Lρ

ρ

= 16

.5 ×

10-6

Ωm

2 /0.1

5 m

= 1

.1 ×

10-4

Ωm

4

17 (c

) A

n ex

plan

atio

n th

at m

akes

refe

renc

e to

: •

A ri

se in

tem

pera

ture

cau

ses t

he a

mpl

itude

of t

he v

ibra

ting

ions

to

incr

ease

(1)

• Th

is c

ause

s the

num

ber o

f col

lisio

ns p

er se

cond

bet

wee

n th

e io

ns

and

the

mov

ing

elec

trons

to in

crea

se (1

) •

So th

e ra

te o

f flo

w o

f ele

ctro

ns d

ecre

ases

(cau

sing

the

resi

stan

ce

of th

e m

etal

to in

crea

se) (

1)

Allo

w re

duce

mea

n fr

ee p

ath

or d

rift v

eloc

ity o

f el

ectro

ns.

Acc

ept c

urre

nt d

ecre

ases

3

(Tot

al fo

r Q

uest

ion

17 =

9 m

arks

)


49

Que

stio

n nu

mbe

r

A

ccep

tabl

e an

swer

s

Add

ition

al g

uida

nce

Mar

k

18 (a

) •

Use

of F

= B

Il or

use

of F

=Bq

v (1

) •

Con

verts

N to

kg

m s-2

(1)

Exam

ple

𝐵𝐵=𝐹𝐹[kg m 𝑠𝑠!! ]

𝐼𝐼[A] 𝑙𝑙[m]

So u

nits

are

kg

A-1

s-2

2 18

(b)

An

expl

anat

ion

that

mak

es re

fere

nce

to:

• Th

e m

agne

tic fo

rce

on th

e el

ectro

ns a

cts a

t rig

ht a

ngle

s to

the

plan

e co

ntai

ning

B a

nd v

(1)

• H

ence

the

forc

e is

alw

ays t

owar

ds th

e ce

ntre

of t

he c

ircle

(1)

So p

rovi

ding

a c

entri

peta

l for

ce o

n th

e el

ectro

n or

a c

entri

peta

l ac

cele

ratio

n th

at m

aint

ains

circ

ular

mot

ion

(1)

3

18 (c

) •

Cal

cula

tes B

x r

(1)

• C

alcu

late

the

perc

enta

ge u

ncer

tain

ty (1

) •

Suita

ble

com

men

t on

diff

eren

ce fr

om e

xpec

tatio

n (1

) •

Wea

k co

nclu

sion

bec

ause

onl

y th

ree

read

ings

(1) O

R n

o re

peat

s (1)

OR

lim

ited

rang

e (1

)

Exam

ple

of c

alcu

latio

n:

%U

= (0

.06/

5.01

) x 1

00%

= 1

.2%

Rad

ius

/cm

M

agne

tic fl

ux

dens

ity/m

T

8.0

0.63

5.

04

9.5

0.52

4.

94

11.0

0.

46

5.06

4

(Tot

al fo

r Q

uest

ion

18 =

9 m

arks

)


50

Que

stio

n nu

mbe

r

A

ccep

tabl

e an

swer

s

Add

ition

al g

uida

nce

Mar

k

19 (a

) A

n ex

plan

atio

n th

at m

akes

refe

renc

e to

: •

Elec

trons

/cha

rge

trans

ferr

ed fr

om n

egat

ivel

y ch

arge

d pl

ate

to

posi

tivel

y ch

arge

pla

te th

roug

h th

e re

sist

or (1

) •

Hen

ce th

e ch

arge

on

capa

cito

r dec

reas

es (e

xpon

entia

lly) (

1)

• U

ntil

the

char

ge o

n th

e ca

paci

tor e

qual

s 0/n

eglig

ible

(1)

3

19 (b

) E

ither

•

Use

Q =

2.6

to re

ad ti

me

cons

tant

from

gra

ph (

1) O

R d

raw

ta

ngen

t to

curv

e at

t =

0 an

d ob

tain

tim

e co

nsta

nt fr

om

inte

rcep

t on

x ax

is (1

) •

t = 1

7 –

18 (m

s) (1

) •

Use

of 𝑇𝑇

=𝑅𝑅𝑅𝑅

with

thei

r T (1

) •

C =

0.0

19 -

0.02

1 m

F (1

) O

R

• Q

0 =

7 (m

C) r

ead

from

gra

ph (1

) •

Any

cor

resp

ondi

ng v

alue

s of Q

and

t re

ad fr

om g

raph

(1)

• U

se o

f Q=Q

0 e-t/

RC w

ith th

eir v

alue

s for

Q0,

Q a

nd t

(1)

• C

= 0

.019

5 –

0.01

96 m

F (1

) O

R

• Q

0 =

7 (m

C) r

ead

from

gra

ph (1

) •

Q=3

.5 (m

C) w

hen

T 1/2

= 1

2.3

(ms)

(1)

• U

se o

f T1/

2 =

RC

ln2

(1)

• C

= 0

.019

5 –

0.01

96 m

F (1

)

Exam

ple

of c

alcu

latio

n:

T =

19 (m

s)

C =

19

x 10

-3/9

00 =

0.0

21 m

F

4 (T

otal

for

Que

stio

n 19

= 7

mar

ks)


51

Que

stio

n nu

mbe

r

A

ccep

tabl

e an

swer

s

Add

ition

al g

uida

nce

Mar

k

20 (a

)(i)

• R

ecog

nise

that

for p

asse

nger

to re

mai

n in

thei

r sea

t nor

mal

re

actio

n R ≥

0 (1

) or

cen

tripe

tal f

orce

>=

wei

ght (

1)

• Eq

uate

cen

tripe

tal f

orce

and

wei

ght (

for R

=0) (

1)

• v

= 9.

1 m

s-1 (

1)

Exam

ple

of c

alcu

latio

n:

mg

rmv

=2

12

sm

9.13

sm

9.81

m8.5

−−=

×=

=rg

v

3 20

(a)(

ii)

• Eq

uate

dec

reas

e in

gra

vita

tiona

l pot

entia

l ene

rgy

to in

crea

se in

ki

netic

ene

rgy

at to

p of

loop

(1)

• A

dds t

his t

o 17

.0 (1

) • Δ

h =

21.3

m (1

)

Exam

ple

of c

alcu

latio

n:

2

21mv

mgh

=

()

m4.25

sm

9.81

2s

m9.13

222

12

=×

==

−

−

gvh

∆h =

17

+ 4.

3 =

21.3

m

3

20 (b

)(i)

• U

se o

f rva

2

= (1

) •

a =

6.1g

(1)

Exam

ple

of c

alcu

latio

n:

()

22

12

sm

59.6

m8.5s

m22.5

−−

==

=rv

a

a =

59.6

/9.8

= 6

.1 g

2

20 (b

)(ii)

A

n ex

plan

atio

n th

at m

akes

refe

renc

e to

: •

Rad

ius o

f cur

vatu

re sm

alle

st a

t the

top

of th

e lo

op (1

) OR

radi

us

larg

er a

t the

bot

tom

of t

he lo

op (1

) •

So a

ccel

erat

ion

at b

otto

m is

less

for t

he sa

me

spee

d (1

)

2

(Tot

al fo

r Q

uest

ion

20 =

10

mar

ks)


52



Total Marks

Paper Reference

Turn over


1/1/

*S47559A0128*

PhysicsAdvancedPaper 2: Advanced Physics II

Sample Assessment Materials for first teaching September 2015Time: 1 hour 45 minutes 9PH0/02You may need the Formulae Sheet, a ruler and a calculator.

Instructions



Information




Advice

• Read each question carefully before you start to answer it.• Try to answer every question.• Check your answers if you have time at the end.• You are advised to show your working in calculations including units where appropriate.



53



Total Marks

Paper Reference

Turn over


1/1/

*S47559A0128*

PhysicsAdvancedPaper 2: Advanced Physics II

Sample Assessment Materials for first teaching September 2015Time: 1 hour 45 minutes 9PH0/02You may need the Formulae Sheet, a ruler and a calculator.

Instructions



Information




Advice

• Read each question carefully before you start to answer it.• Try to answer every question.• Check your answers if you have time at the end.• You are advised to show your working in calculations including units where appropriate.



542

*S47559A0228*


All multiple choice questions must be answered with a cross in the box for the correct answer from A to D. If you change your mind about an answer, put a line through the box and then

mark your new answer with a cross .

1 A diverging lens is used to produce an image of a real object.

Select the row of the table that correctly identifies the nature of the image produced.

A Real Upright

B Real Inverted

C Virtual Upright

D Virtual Inverted


2 When a sound wave passes from water into air it slows down. As the wave crosses the boundary from water to air its

A frequency decreases.

B frequency increases.

C wavelength decreases.

D wavelength increases.


3 Standard candles are used by astronomers to determine the distances to distant star clusters.

A standard candle has a

A constant brightness.

B constant luminosity.

C known brightness.

D known luminosity.



553


4 The graph shows the variation of displacement with time for a particle undergoing simple harmonic motion.

Select the graph that correctly shows the variation of velocity with time for the particle.


displacement

t

A t

B t

C t

D t


564

*S47559A0428*

5 The graph shows the behaviour of two materials when placed under stress.

We can conclude from the graph that

A material X is stiffer and stronger than material Y.

B material Y is stiffer and stronger than material X.

C material X is stiffer but weaker than material Y.

D material Y is stiffer but weaker than material X.


0

10

20

30

40

50

0 10 20 30 40 50% strain

YX

stre

ss /

MPa


575


6 Hertzsprung-Russell diagrams are shown for three star clusters.

Choose the row that correctly identifies the relative ages of the three clusters.

Youngest Oldest

A X Z Y

B Y X Z

C Y Z X

D Z X Y


7 AplanetmovesaroundtheSuninacircularorbitofcircumference2πr. The work done in one orbit on the planet by the gravitational force F is

A 0

B πFr/2

C πFr

D 2πFr


L

L sun

TX

L

L sun

TY

L

L sun

TZ


586

*S47559A0628*

8 A small sphere is falling through a liquid. The viscous drag force acting on the sphere will increase if the

A density of the liquid decreases.

B radius of the sphere decreases.

C temperature of the liquid decreases.

D viscosity of the liquid decreases.


9 A converging lens is used as a magnifying glass. An image is produced that is 30 cm away from the lens and twice as big as the object.

Choose the row that correctly identifies the nature of the image and the object distance.

Nature of image Object distance/cm

A real 15

B real 60

C virtual 15

D virtual 60



597


10 Select the graph that shows correctly the relationship between the gravitational force F between two masses and their separation r.

A

B

C

D


F

Ar

F

Cr 2

F

B1/r

F

D1/r 2


608

*S47559A0828*

11 (a) State what is meant by binding energy.(2)

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(b) In a nuclear fission reaction in power station, a slow-moving neutron is absorbed by a nucleus of U-235

The fission reaction produces nuclei of barium-141 and krypton-92

The equation for the reaction is:

23592U + 1

0n → 14156Ba + 92

36Kr + 3 × 10n

Use the data in the table to calculate the energy, in joules, released in this fission reaction.(3)

Mass/u

neutron 1.008665

uranium-235 235.0439

barium-141 140.9144

krypton-92 91.9262

... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Energy = .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .J



619


BLANK PAGE



6210

*S47559A01028*

12 A tennis player uses a racket to hit a ball over a net. When the racket strikes the ball the racket frame is set into oscillation.

(a) The fundamental mode of oscillation is shown. Transverse waves travel along the length of the racket at a speed of 160 m s−1.

Calculate the frequency of oscillation of the frame.(3)

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Frequency = .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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primary bending node

primary bending node

45 cm


6311


(b) The graph shows how the displacement x of the centre of the frame varies with time t immediately following the strike.

Hollow spaces are built into the racket frame and small lead spheres are packed into these spaces.

Explain how this results in the graph shown.(3)

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x/m

0 t/s


6412

*S47559A01228*

*13 The photograph shows a pipe organ in a concert hall.

(Source: www.yucatanliving.com/article-photos/news/01042010/pipe-organ.jpg)

When the organ is played, sound travels through the air to a person in the audience as a wave. It is found that there are some positions in the concert hall where particular frequencies are quieter than others.

Explain why this might be the case and give an action that could be taken to eliminate this problem.

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14 (a) One type of optical fibre is made from a glass core surrounded by a glass cladding of lower refractive index. The light ray passes along the fibre by total internal reflection. The diagram shows a light ray incident on one end of the fibre.

A light ray enters the core with an angle of incidence θ and the angle of refraction is 20°.

Show that the light ray will be totally internally reflected when it meets the boundary between the core and the cladding.

ncore = 1.56

ncladding = 1.44(4)

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cladding coreincident ray

θ


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(b) Magnifying ‘bug boxes’ are used to observe small insects. One type consists of a clear plastic pot with a snap-on lid.

© 2004 Educational Field Equipment UK Ltd.

The lid acts as a converging lens of focal length 8.5 cm.

An insect inside the box appears to be 3.5 times bigger when viewed through the lid.

(i) Draw a ray diagram to show the formation of the image by the lens when used in this way.

(3)


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(ii) Calculate the distance of the insect from the lid.(3)

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*S47559A01628*

15 An electric drinks cooler is an appliance consisting of a thermally insulated compartment and a heat pump that transfers heat from the inside of the cooler to the room in which the cooler is placed.

This maintains the temperature of the inside of the cooler below the temperature of the room.

(Source: http://www.americanas.com.br/produto/110863245/adega-de-vinhos-easycooler-12 garrafas)

On closing the door of the cooler, warm air at atmospheric pressure and at a temperature of 22.5°C is trapped inside. After a time, the internal temperature stabilises at 3.3°C.

A student notices that the door is difficult to open and concludes that this is because the air inside has cooled down and reduced the pressure.

Carry out a calculation to assess the validity of the student’s conclusion.

atmospheric pressure = 102 kPa

area of door = 0.15 m2

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16 The picture shows a toy hanging from a spring.

(Source: m4.sourcingmap.com/photo_new/20120821/g/ux_a12082100ux0119_ux_g03.jpg)

The toy has a mass of 0.066 kg. When it is hanging freely on the spring, the spring extends by 4.5cm.

When the toy is pulled downwards and released, it undergoes simple harmonic motion.

Calculate the frequency of the oscillations.

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Frequency = .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .



7018

*S47559A01828*

17 Tomatoes can be made into a puree.

(a) The puree is heated. When the puree boils, its temperature stays constant, even though the puree continues to be heated.

Explain this observation in terms of molecular energy changes.(2)

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(b) The tomato puree has a mass of 0.444 kg and boils at 101°C. 175kJ of energy are supplied to bring it to its boiling point from a temperature of 21°C.

Determine the specific heat capacity of the puree.(2)

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Specific heat capacity = .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .


7119


(c) The mass of the puree is reduced by boiling. The saucepan is heated by a radiant electric heater run from a mains supply which has a peak voltage of 325 V. The peak current in the heater is 12.4 A.

Calculate the time taken to reduce the mass of the puree at boiling point by 0.225 kg.

Specific latent heat of vaporisation of tomato puree = 2.37 × 106 J kg−1

(4)

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7220

*S47559A02028*

18 A student observes a parallel beam of light through a polarising filter.

Thepolarisingfilterisrotatedthrough2πradinitsownplane.Theintensityofthelighttransmitted through the filter varies as shown.

polarising filter

parallel light beam

transmitted intensity

angle of rotation / rad0 π 2π


7321


*(a) Explain the observed variation in intensity of the transmitted beam.(6)

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(b) Some sunglasses have lenses made from polarising filters.

You are given two pairs of identical sunglasses.

Devise a simple test to determine whether the sunglasses use polarising lenses.(2)

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*S47559A02228*

19 The diagram shows the radiation curve for a black body radiator. The diagram was obtained from experimental data.

Experimental curve

In the late 19th century, scientists struggled to explain this experimental curve. One model used ideas of classical physics and produced curve A. Another model incorporated the idea of energy quantisation in the mechanism of energy emission and produced curve B. Both curve A and curve B are shown below, with the experimental curve for comparison.

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nsity

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0 500 1000 1500 2000 2500

inte

nsity

0 500 1000 1500 2000 2500wavelength / nm

experimental curve

B

A


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(a) (i) Explain how energy quantisation applies to the emission of radiation of energy from a black body radiator.

(2)

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(ii) Assess the extent to which each model is successful at explaining the experimental curve.

(4)

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*S47559A02428*

(b) The idea of energy quantisation was used to explain the photoelectric effect, first observed by Heinrich Hertz.

When ultraviolet radiation is shone onto a metal surface, electrons may be released. A cadmium surface is illuminated with light of wavelength 2.54 × 10 −7 m.

Calculate the maximum kinetic energy of the photoelectrons released from the surface.

Work function of cadmium = 4.07 eV(4)

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20 About 100 years ago the first measurements of spectra from galaxies beyond the Milky Way were made. Wavelengths of spectral lines were observed to be shifted and Hubble discovered a rough correlation between the shift in the spectral line and the distance to the galaxy.

The graphs below show plots for data collected in 1929 (Figure 1) and 1931 (Figure 2).

Δλ

distanceFigure 1

Δλ

distanceFigure 2


7927


(a) The data used by Hubble for his 1929 plot (Figure 1) is contained within the rectangle close to the origin of the 1931 plot (Figure 2).

Explain how Hubble’s observations support the conclusion that the universe is expanding, and assess the reliability of this conclusion on the basis of Hubble’s original data.

(5)

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(b) The light emitted from a star is due to the energy released by fusion reactions taking place in the core of the star. Our Sun is a main sequence star with a luminosity of 3.85 × 1026 W.

An analysis of the Sun’s spectrum gives λmax = 502 nm

Use the data provided to calculate the radius of the Sun.(4)

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Radius of the Sun =... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .


8028

*S47559A02828*

(c) The Sun is believed to be about 4.5 billion years old. To determine this, scientists measure the ratios of the lead isotopes found in meteorites. Since uranium undergoes radioactive decay in a chain to eventually become an isotope of lead, the ratios of lead isotopes can be used to find the age of a meteorite.

(i) 23892U decays to 206

82Pb via the emission of α and β − radiation. In the transition of U-238 to Pb-206 eight alpha decays must occur.

State the number of beta decays that must occur. Justify your answer.(2)

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Number of β− decays = .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

(ii) One isotope produced in the chain is thorium-230, which decays to an isotope of radium with a half-life of 75,000 years.

Calculate the time in years it would take for 90% of an initial sample of thorium to have decayed.

(4)

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Time taken = .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . years


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108 m

s-1)2 =

2.

77 ×

10-1

1 J

3

(Tot

al fo

r Q

uest

ion

11 =

5 m

arks

)


83

Que

stio

n N

umbe

r

A

ccep

tabl

e an

swer

s

Add

ition

al g

uida

nce

Mar

k

12 (a

) •

Use

of L

= λ

/2 (1

) •

Use

of v

= fλ

(1)

• f =

180

Hz

(1)

Exam

ple

of c

alcu

latio

n:

λ =

2 ×

0.45

m =

0.9

0 m

f =

v/λ

= 1

60 m

s-1/0

.9 m

= 1

78 H

z

3 12

(b)

An

expl

anat

ion

that

mak

es re

fere

nce

to:

Eith

er

• Th

e os

cilla

ting

fram

e ca

uses

the

lead

sphe

res t

o de

form

pl

astic

ally

(1)

• A

nd th

is re

mov

es e

nerg

y fr

om th

e os

cilla

ting

fram

e (1

) •

So th

e am

plitu

de o

f osc

illat

ions

dec

reas

e w

ith ti

me

as

show

n by

the

grap

h (1

)

OR

•

Sphe

res c

ollid

e/vi

brat

e (1

) •

Hen

ce e

nerg

y di

ssip

ated

(1)

• So

the

ampl

itude

of o

scill

atio

ns d

ecre

ase

with

tim

e as

sh

own

by th

e gr

aph

(1)

3

(Tot

al fo

r Q

uest

ion

12 =

6 m

arks

)


84

Qu

esti

on

n

um

ber

A

ccep

tab

le a

nsw

ers

A

dd

itio

nal

gu

idan

ce

Mar

k

13 *

Th

is q

uest

ion

asse

sses

a st

uden

t’s a

bilit

y to

show

a c

oher

ent

and

logi

cally

stru

ctur

ed a

nsw

er w

ith li

nkag

es a

nd fu

lly-

sust

aine

d re

ason

ing.

Mar

ks a

re a

war

ded

for i

ndic

ativ

e co

nten

t and

for h

ow th

e an

swer

is st

ruct

ured

and

show

s lin

es o

f rea

soni

ng.

The

follo

win

g ta

ble

show

s how

the

mar

ks sh

ould

be

awar

ded

for i

ndic

ativ

e co

nten

t. N

umbe

r of

indi

cativ

e m

arki

ng

poin

ts se

en in

an

swer

Num

ber o

f m

arks

aw

arde

d fo

r ind

icat

ive

mar

king

poi

nts

6 4

5–4

3 3–

2 2

1 1

0 0

Gui

danc

e on

how

the

mar

k sc

hem

e sh

ould

be

appl

ied:

Th

e m

ark

for i

ndic

ativ

e co

nten

t sho

uld

be a

dded

to

the

mar

k fo

r lin

es o

f rea

soni

ng. F

or e

xam

ple,

an

answ

er w

ith fi

ve in

dica

tive

mar

king

poi

nts w

hich

is

parti

ally

stru

ctur

ed w

ith so

me

linka

ges a

nd li

nes o

f re

ason

ing

scor

es 4

mar

ks (3

mar

ks fo

r ind

icat

ive

cont

ent a

nd 1

mar

k fo

r par

tial s

truct

ure

and

som

e lin

kage

s and

line

s of r

easo

ning

).

If th

ere

are

no li

nkag

es b

etw

een

poin

ts, t

he sa

me

five

indi

cativ

e m

arki

ng p

oint

s wou

ld y

ield

an

over

all

scor

e of

3 m

arks

(3 m

arks

for i

ndic

ativ

e co

nten

t and

no

mar

ks fo

r lin

kage

s).


85

Qu

esti

on

n

um

ber

A

dd

itio

nal

gu

idan

ce

Mar

k

13*

(con

tinue

d)

The

follo

win

g ta

ble

show

s how

the

mar

ks sh

ould

be

awar

ded

for s

truct

ure

and

lines

of r

easo

ning

.

N

umbe

r of m

arks

aw

arde

d fo

r stru

ctur

e of

ans

wer

and

su

stai

ned

line

of re

ason

ing

A

nsw

er sh

ows a

co

here

nt a

nd lo

gica

l st

ruct

ure

with

lin

kage

s and

fully

su

stai

ned

lines

of

reas

onin

g de

mon

stra

ted

thro

ugho

ut

2

Ans

wer

is p

artia

lly

stru

ctur

ed w

ith so

me

linka

ges a

nd li

nes o

f re

ason

ing

1

Ans

wer

has

no

linka

ges b

etw

een

poin

ts a

nd is

un

stru

ctur

ed

0


86

Que

stio

n N

umbe

r

A

ccep

tabl

e an

swer

s

Add

ition

al g

uida

nce

Mar

k

13*

(con

tinue

d)

Indi

cativ

e co

nten

t

• So

und

wav

es in

cide

nt u

pon

surf

aces

with

in th

e co

ncer

t hal

l w

ill b

e re

flect

ed.

•

Som

e fr

eque

ncie

s will

arr

ive

from

diff

eren

t dire

ctio

ns w

ith a

ph

ase

diff

eren

ce o

f (an

y od

d m

ultip

le o

f) π

radi

ans (

1) O

R

path

diff

eren

ce is

odd

num

ber o

f hal

f wav

elen

gths

• D

estru

ctiv

e su

perp

ositi

on/in

terf

eren

ce w

ill o

ccur

, cau

sing

th

e w

aves

with

thos

e fr

eque

ncie

s to

be q

uiet

er th

an o

ther

s.

• O

ther

freq

uenc

ies a

rriv

e w

ith a

pha

se d

iffer

ence

of z

ero

or

(any

mul

tiple

of)

2π

radi

ans (

1) O

R a

who

le n

umbe

r of

wav

elen

gths

• C

onst

ruct

ive

supe

rpos

ition

/inte

rfer

ence

will

occ

ur, c

ausi

ng

wav

es w

ith th

ose

freq

uenc

ies t

o be

loud

er th

an o

ther

s.

•

Prob

lem

aris

es d

ue to

refle

ctio

ns fr

om w

alls

, so

use

abso

rbin

g m

ater

ial o

n su

rfac

es to

redu

ce re

flect

ions

.

6


87

Que

stio

n N

umbe

r

A

ccep

tabl

e an

swer

s

Add

ition

al g

uida

nce

Mar

k

13*

(con

tinue

d)

Alte

rnat

ive

appr

oach

bas

ed o

n st

andi

ng w

aves

: •

Soun

d w

aves

inci

dent

upo

n su

rfac

es w

ithin

the

conc

ert h

all

will

be

refle

cted

.

• R

efle

ctio

ns fr

om w

alls

set u

p st

andi

ng w

aves

(in

room

)

• N

odes

and

ant

inod

es a

re fo

rmed

for c

erta

in fr

eque

ncie

s of

soun

d

• N

odes

are

are

as o

f zer

o/lo

w a

mpl

itude

so th

e fr

eque

ncie

s of

thos

e so

und

wav

es w

ill b

e qu

iete

r tha

n ot

hers

• A

ntin

odes

are

are

as o

f max

imum

am

plitu

de so

the

freq

uenc

ies o

f the

se so

und

wav

es w

ill b

e lo

uder

than

oth

ers

•

Prob

lem

aris

es d

ue to

refle

ctio

ns fr

om w

alls

, so

use

abso

rbin

g m

ater

ial o

n su

rfac

es to

redu

ce re

flect

ions

(Tot

al fo

r Q

uest

ion

13 =

6 m

arks

)


88

Que

stio

n N

umbe

r

A

ccep

tabl

e an

swer

s

Add

ition

al g

uida

nce

Mar

k

14 (a

) •

Use

of

22

11

sinsin

θθ

nn

= (1

) •

c =

67° (1

) •

Det

erm

ines

the

angl

e of

inci

denc

e is

70° (1

) •

so i

> c

so th

e ra

y do

es to

tally

inte

rnal

ly re

flect

(1)

Exam

ple

of c

alcu

latio

n: o

sin90

1.44

sin1.56

×=

×c

c

= 67

.4o

4

14 (b

)(i)

Two

cons

truct

ion

rays

from

: •

ray

from

tip

of o

bjec

t par

alle

l to

prin

cipa

l axi

s dra

wn

then

re

frac

ted

thro

ugh

the

foca

l poi

nt (1

) •

ray

draw

n fr

om ti

p of

obj

ect t

hrou

gh c

entre

of l

ens

(1)

• ra

y dr

awn

from

foca

l poi

nt th

roug

h tip

of o

bjec

t and

then

re

frac

ted

para

llel t

o th

e pr

inci

pal a

xis (

1)

A

nd

• ra

ys e

xten

ded

back

to lo

cate

tip

of im

age

on th

e sa

me

side

as t

he

obje

ct (1

)

Exam

ple

of d

iagr

am:

3


89

Que

stio

n N

umbe

r

A

ccep

tabl

e an

swer

s

Add

ition

al g

uida

nce

Mar

k

14 (b

)(ii)

•

Use

of m

= v

/u (1

)

• U

se o

f f

vu

11

1=

+ a

nd su

bstit

utin

g fo

r v o

r u (1

)

• u

= 6.

1 cm

(1)

Exam

ple

of c

alcu

latio

n:

uv

uv5.3

5.3−

=∴

−=

5.815.31

1=

−+

uu

5.81

5.31

5.3=

−∴

u

5.8

5.25.3=

∴u

cm07.6

5.35.2

5.8=

×=

u

3 (T

otal

for

Que

stio

n 14

= 1

0 m

arks

)


90

Que

stio

n N

umbe

r

A

ccep

tabl

e an

swer

s

Add

ition

al g

uida

nce

Mar

k

15

• U

se o

f NkT

pV=

(1)

• C

onve

rsio

n of

tem

pera

ture

to K

elvi

n (1

) •

p =

95.4

kPa

(1)

• C

alcu

latio

n of

exc

ess p

ress

ure

(1)

• U

se o

f p =

F/A

(1)

• Δ

F =

995

N (1

) •

Sens

ible

com

men

t, e.

g. th

is is

a la

rge

forc

e so

cou

ld m

ake

the

door

har

d to

ope

n (1

)

Exam

ple

of c

alcu

latio

n:

22

11

TpTp

=

()

() K

22.5

273

K3.3

273

Pa10

102

3

121

2++

××

=×

=TT

pp

Pa10

95.37

3×

=

Δp

= (1

02 −

95.3

7) k

Pa =

6.6

3 kP

a N

994.5

Pa10

6.63

m0.15

32

=×

×=

Δ=

Δp

AF

7 (T

otal

for

Que

stio

n 15

= 7

mar

ks)


91

Que

stio

n N

umbe

r

A

ccep

tabl

e an

swer

s

Add

ition

al g

uida

nce

Mar

k

16

• U

se o

f F =

k Δ

x (1

) •

k =

14.4

N m

-1 (1

) •

Use

of

kmT

π2=

(1)

• U

se o

f f =

1/T

(1)

•

f = 2

.4 H

z (1

)

Exam

ple

of c

alcu

latio

n:

k =

mg/Δ

x =

66×

10-3

kg ×

9.81

m s-2

)/4.5

× 1

0-2 m

=

14.4

N m

-1

T =

2π(0

.066

/14.

4.0)

1/2 =

0.4

25 s

f=1/

T =

1/0.

425

= 2.

35 H

z

5

(Tot

al fo

r Q

uest

ion

16 =

5 m

arks

)


92

Que

stio

n N

umbe

r

A

ccep

tabl

e an

swer

s

Add

ition

al g

uida

nce

Mar

k

17 (a

) A

n ex

plan

atio

n th

at m

akes

refe

renc

e to

:

• th

e te

mpe

ratu

re is

con

stan

t whe

n th

e pu

ree

boils

bec

ause

the

aver

age

kine

tic e

nerg

y of

the

mol

ecul

es in

the

pure

e is

con

stan

t. (1

) •

whe

n bo

iling

occ

urs,

the

ther

mal

ene

rgy

supp

lied

incr

ease

s the

po

tent

ial e

nerg

y of

the

mol

ecul

es c

ausi

ng th

e m

olec

ules

to m

ove

furth

er a

part

(pro

duci

ng st

eam

) (1)

OR

whe

n bo

iling

occ

urs,

the

ther

mal

ene

rgy

supp

lied

incr

ease

s the

pot

entia

l ene

rgy

of th

e m

olec

ules

bre

akin

g m

olec

ular

bon

ds. (

1)

2

17 (b

) •

Use

of

θΔ

=Δ

mc

Ew

ith a

tem

pera

ture

cha

nge

of 8

0° C (1

)

• 1

13

CkgJ

103.94

−−

×=c

(1)

Exam

ple

of c

alcu

latio

n:

Tem

pera

ture

rise

= (1

01 –

21)

° C

() C

21101

kg0.444

J175000

−×

×=

c

11

3C

kgJ10

3.94

−−

×=c

2

17 (c

) •

Use

of

Lm

E=

Δ (1

) •

Con

vert

peak

vol

tage

and

cur

rent

to r.

m.s.

val

ues (

230

V a

nd

8.77

A) (

1) O

R u

se P

=Ipe

akV p

eak/2

(1)

• U

se o

f t

VIE=

(1)

• t =

264

s (1

)

Exam

ple

of c

alcu

latio

n:

J10

5.33

kgJ10

2.37

kg225

0.5

16

×=

××

==

Δ−

Lm

E

V =

325

V/√

2 =

230

V a

nd I

= 12

.4 A

/√2

= 8.

77 A

s264

A8.75

V230

J10

5.33

5

=××

==VIE

t

4

(Tot

al fo

r Q

uest

ion

17 =

8 m

arks

)


93

Que

stio

n N

umbe

r

A

ccep

tabl

e an

swer

s

Add

ition

al g

uida

nce

Mar

k

18 (a

)*

This

que

stio

n as

sess

es a

stud

ent’s

abi

lity

to sh

ow a

coh

eren

t an

d lo

gica

lly st

ruct

ured

ans

wer

with

link

ages

and

fully

-su

stai

ned

reas

onin

g.

Mar

ks a

re a

war

ded

for i

ndic

ativ

e co

nten

t and

for h

ow th

e an

swer

is st

ruct

ured

and

show

s lin

es o

f rea

soni

ng.

The

follo

win

g ta

ble

show

s how

the

mar

ks sh

ould

be

awar

ded

for i

ndic

ativ

e co

nten

t. N

umbe

r of

indi

cativ

e m

arki

ng

poin

ts se

en in

an

swer

Num

ber o

f m

arks

aw

arde

d fo

r ind

icat

ive

mar

king

poi

nts

6 4

5–4

3 3–

2 2

1 1

0 0

Gui

danc

e on

how

the

mar

k sc

hem

e sh

ould

be

appl

ied:

The

mar

k fo

r ind

icat

ive

cont

ent s

houl

d be

add

ed to

th

e m

ark

for l

ines

of r

easo

ning

. Fo

r exa

mpl

e, a

n an

swer

with

five

indi

cativ

e m

arki

ng p

oint

s whi

ch is

pa

rtial

ly st

ruct

ured

with

som

e lin

kage

s and

line

s of

reas

onin

g sc

ores

4 m

arks

(3 m

arks

for i

ndic

ativ

e co

nten

t and

1 m

ark

for p

artia

l stru

ctur

e an

d so

me

linka

ges a

nd li

nes o

f rea

soni

ng).

If th

ere

are

no li

nkag

es b

etw

een

poin

ts, t

he sa

me

five

indi

cativ

e m

arki

ng p

oint

s wou

ld y

ield

an

over

all

scor

e of

3 m

arks

(3 m

arks

for i

ndic

ativ

e co

nten

t and

no

mar

ks fo

r lin

kage

s).

6


94

18 (a

)*

(con

tinue

d)

The

follo

win

g ta

ble

show

s how

the

mar

ks sh

ould

be

awar

ded

for s

truct

ure

and

lines

of r

easo

ning

.

N

umbe

r of m

arks

aw

arde

d fo

r stru

ctur

e of

ans

wer

and

su

stai

ned

line

of

reas

onin

g

Ans

wer

show

s a c

oher

ent a

nd

logi

cal s

truct

ure

with

link

ages

an

d fu

lly su

stai

ned

lines

of

reas

onin

g de

mon

stra

ted

thro

ugho

ut

2

Ans

wer

is p

artia

lly st

ruct

ured

w

ith so

me

linka

ges a

nd li

nes o

f re

ason

ing

1

Ans

wer

has

no

linka

ges

betw

een

poin

ts a

nd is

un

stru

ctur

ed

0


95

Que

stio

n N

umbe

r

A

ccep

tabl

e an

swer

s

Add

ition

al g

uida

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100


101



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1/1/1/1/

*S47560A0132*

PhysicsAdvancedPaper 3: General and Practical Principles in PhysicsSample Assessment Materials for first teaching September 2015Time: 2 hour 30 minutes 9PH0/03You may need the Formulae Sheet, a calculator, protractor and a ruler.

Instructions



Information

• The total mark for this paper is 120.• The marks for each question are shown in brackets



Advice

• Read each question carefully before you start to answer it.• Try to answer every question.• Check your answers if you have time at the end.• You are advised to show your working in calculations including units where

appropriate.



1022

*S47560A0232*

Answer ALL questions in the spaces provided.

1 A student uses a lamp and a light sensor as a light gate connected to a data logger and computer to determine the speed of a falling object. He drops a small cylinder through a clear plastic tube. The light gate and data logger measure the time of fall of the cylinder and the speed is calculated.

cylinder

lamp

light sensor

to computer

plastic tube

The student repeats the experiment five times and records the results in a table.

Speed/m s–1 Mean speed/m s–1

4.52 4.59 4.43 4.63 4.58 4.55

(a) The student incorrectly includes all the values when calculating the mean speed. A second student thinks that the true value of the mean speed is different.

Explain whether the second student is correct.(2)

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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1033


(b) Explain one advantage of using a light gate and data logger in this experiment.(2)

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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1044

*S47560A0432*

2 A set of tuning forks is used to find a value for the speed of sound in air. A tuning fork is struck and then held near to the end of an air column formed by a moveable tube. The moveable tube is used to adjust the length, L, of the air column until a standing wave is set up in the tube and the loudest sound is heard. The experiment is repeated for a number of different tuning forks.

moveable tube

water

cylinder

tuning fork

L

The following results are obtained by a student.

Fork frequency/Hz Length, L /cm Speed of sound/m s–1

256 31.9 327

320 25.6 328

512 16.1 330

Student A says “These results show that the speed of sound increases as the frequency of the sound increases”.

Student B says “The speed of sound should be the same for each frequency”.

By estimating the uncertainties in these results, conclude which of these statements is valid.

.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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BLAnk pAge

TURn OVeR FOR QUeSTIOn 3


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*S47560A0632*

3 Small electrical devices are often powered by electric cells; different devices use different types of cell.

(a) The cells normally used in a television remote control have an e.m.f. of 1.5 V.

(i) Describe a procedure to determine the internal resistance and e.m.f. of an electrical cell. You should include a circuit diagram.

(3)

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(ii) Describe how you would use your results to find a value for the e.m.f. and internal resistance of the cell.

(3)

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(b) The cells used in a camera to charge the flash unit are 3.6 V lithium ion rechargeable cells. The data sheet supplied with such a cell includes a graph which shows how the internal resistance of the cell varies with the number of times it has been charged and discharged.

350 –

345 –

340 –

335 –

330 –

325 –

320 –

315 –

310 –

305 –

300 –0

–

100

–

200

–

300

–

400

–

500

–

600

–

700

–

800

–

900–

1000

–number of times charged

inte

rnal

resi

stan

ce /

mΩ

The cell is recommended for use in a camera flash charger which typically draws a supply current of 800 mA. The manufacturer claims that even after 500 charging cycles the cell terminal potential difference (p.d.) will be more than 99% of the terminal p.d. when new and supplying the same current.

Analyse the data from this graph to explain whether it supports the claim, supporting your answer with a calculation.

(4)

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*S47560A0832*

4 A student carries out an experiment to investigate the stretching of a liquorice lace.

(a) The student fixes one end of the lace to a support and adds different masses to the end of it, measuring the extension each time with a metre rule. His results are shown in the table.

Mass/kg Force/N Extension/m

0.03 0.294 0.005

0.04 0.392 0.0075

0.06 0.589 0.011

0.07 0.687 0.012

Criticise the recording of these results.(3)

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(b) Describe how the student should measure the extension of the lace to make his results as accurate as possible.

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*S47560A01032*

5 When a drop of oil is placed on the surface of water it spreads out to form a thin film 1 molecule thick. A student uses this phenomenon to determine the size of an oil molecule.

She dips a wire loop into the oil so that a small, spherical oil drop forms. She uses a millimetre scale to measure the diameter of this oil drop.

The student fills a tray with water and scatters a fine powder on the water surface. The oil drop is placed on the water surface and spreads out to form a thin film, approximately circular, as shown in the photograph.

© Images taken from www.practicalphysics.org, a Nuffield Foundation and Institute of Physics website

The student uses a metre rule to measure the diameter of the circular thin film. She records the following measurements:

diameter of oil drop = 0.5 mm diameter of thin film = 250 mm

The student now equates the volume of oil as a drop to the volume of the film.


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Evaluate the student’s method and suggest refinements that would improve the accuracy of determining the size of the molecule.

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*S47560A01232*

6 A coil of wire is placed around the lower end of an iron rod. The coil is supplied with an alternating current.

A thick aluminium ring is placed around the iron rod above the coil. The coil remains in the position shown.

aluminium ring

thick iron rod

coil of wire

(a) An alternating current is induced in the aluminium ring.

Explain, using Lenz’s law, why the aluminium ring remains in the position shown.(4)

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11313


(b) The current is switched off and the aluminium ring comes to rest on top of the coil. The supply to the coil is changed and a direct current (dc) is switched on. An upwards force F acts on the ring for 0.05 s accelerating it to a final speed, v. The ring then moves freely through a height of 30 cm.

Mean diameter of ring = 4.8 cm Mass of ring = 0.019 kg Magnetic field strength = 0.032 T

(i) Use conservation of energy to calculate the speed v of the ring after 0.05 s.(2)

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(ii) Use the idea of impulse to calculate the magnitude of the mean force F acting on the ring and hence the mean current I in the ring.

(6)

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*S47560A01432*

BLAnk pAge


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7 A metre rule has a small hole drilled at the 5 cm mark. The rule is hung on a horizontal pin passing through the hole.

(a) The rule is rotated through a small angle and released. It then oscillates about the pin as a pendulum with a time period T.

(i) Describe how to use a stopwatch to determine a value for T.(2)

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(ii) State two reasons why repeating the readings will improve the results for T.(2)

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*S47560A01632*

(b) There are six more holes drilled at intervals down the rule. The rule is hung from each hole and the distance h from the pin to the 50 cm mark is recorded.

T is determined for each value of h and a graph of T against h is plotted.

h /m T /s

0.450 1.601

0.400 1.558

0.350 1.538

0.300 1.528

0.250 1.529

0.215 1.550

0.200 1.580

T / s

1.610 –

1.600 –

1.590 –

1.580 –

1.570 –

1.560 –

1.550 –

1.540 –

1.530 –

1.520 – h / m0.150 0.200 0.250 0.300 0.350 0.400 0.450 0.500

(i) Draw a line of best fit on the graph.(1)


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(ii) Use your line to determine the value of h that would produce the smallest value of T.

Record these values.(2)

h = .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . T = .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

(c) The graph of T against h does not produce a straight line.

The variables T and h are related by

T 2 h = 4π2h2/g + C

where C is a constant.

Describe a graphical method to determine a value for C and state the unit for C.(3)

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*S47560A01832*

8 Photograph 1 shows a toy known as a popper. It is a hollow hemisphere made of rubber.

Photograph 1

When the top of the popper is pushed down, it changes shape as in Photograph 2.

Photograph 2

It remains in this shape for two to three seconds. It then returns to its original shape and is launched from the surface, rising nearly a metre.

(a) A student concludes that the material of the popper should be classed as a plastic material rather than an elastic material because it remains inverted.

Explain whether you think this conclusion is correct.(3)

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11919


(b) The initial speed of the popper can be determined using only a metre rule to measure the maximum height reached by the popper.

(i) Describe how the maximum height measurement can be used to determine the launch speed.

(3)

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(ii) Comment on using the maximum height measurement as a means of determining an accurate value for the launch speed.

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12020

*S47560A02032*

9 Newton’s laws relate the changes in motion of an object to the forces acting on the object.

(a) A hot-air balloon is made of an envelope, containing hot air, with a wicker basket suspended from it. The balloon rises upwards because the heated air in the envelope is less dense than the surrounding air.

The total volume of the hot-air balloon is 2880 m3. The total mass of the hot-air balloon, including the envelope, is 3400 kg. The density of the surrounding air is 1.20 kg m–3.

Calculate the initial upward acceleration of the balloon.(4)

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Initial acceleration = .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .


12121


*(b) The graph shows the velocity of a skydiver from the moment that she begins her freefall jump, until she lands on the ground.

0

A B

C D

time

velocity

Explain, in terms of the force acting, the shape of the graph from the point when the parachute opens until point D.

(6)

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*S47560A02232*

10 The graph shows the variation of the gravitational field strength with distance from the centre of the Earth. R0 is the radius of the Earth.

gravitational field strength

R0 distance

(a) Describe how gravitational field strength varies with distance from the centre of the Earth

• for distances between 0 and R0 • for distances greater than R0

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(b) A scientist suggests the following:

“If a tunnel were made through the centre of the Earth, an object dropped at one end would accelerate downwards until it reached the centre. It would then decrease in speed until it reached the other end of the tunnel with a speed of zero. The object would then return the other way, undergoing simple harmonic motion.”

Using the graph between 0 and R0, determine whether simple harmonic motion would occur.

(4)

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(c) The scientist also suggests that the period of oscillation for a body dropped through the tunnel would be the same as the orbital period for a body orbiting just above the surface of the Earth. Its radius of orbit is assumed to be R0.

(i) Derive an expression for the period of oscillation of the body dropped through the tunnel.

(4)

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(ii) Derive an expression for the orbital period for a body that is orbiting the Earth with radius R0.

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*S47560A02432*

11 A physicist investigates how light intensity varies with distance from a light bulb. She sets up the apparatus as shown.

bulb light dependent resistor (LDR)

ohmmeter

to power supply

(a) Explain why the resistance R of the LDR will increase as it gets further away from the bulb.

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(b) The relationship between R and d is given by

R = k dp

where k and p are constants.

Explain why a graph of ln R against ln d should give a straight line.(2)

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(c) She measures R for different values of d and records the following results.

d /m R /kΩ

1.00 1.79

1.20 2.24

1.60 3.32

2.00 4.04

2.60 5.50

(i) Plot a graph of ln R against ln d. Use the columns provided to show any processed data.

(5)


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*S47560A02632*

(ii) Determine the mathematical relationship between R and d.(4)

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BLAnk pAge

TURn OVeR FOR QUeSTIOn 12


12828

*S47560A02832*

12 A simple model of the hydrogen atom consists of an electron moving in a circular path around a proton.

(a) (i) In this simple model it is the electrostatic force, rather than the gravitational force, that is responsible for keeping the electron in a circular path.

By means of calculations justify this statement.

radius r of the hydrogen atom = 5.3 × 10–11 m

(4)

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(ii) Ignoring the gravitational force, calculate the velocity of the electron in this simple model of the hydrogen atom.

(3)

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Velocity = .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .


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*S47560A02932*

(b) In another model it is assumed that the electron behaves like a wave with a de Broglie wavelength λ. The wave associated with the electron forms a standing wave whose wavelength is equal to the circumference of the circular path.

Calculate the velocity of the electron based on this model.(3)

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13 The photograph shows a tea cup on a saucer.

© Inter Ikea Systems B.V.

A student notices that walking with this sort of tea cup when it is filled with tea is particularly difficult to do without spilling it.

While walking, the tea starts to oscillate from side to side in the cup, rapidly increasing in amplitude and spilling over the edge.

The student develops the hypothesis that spillage occurs most when the frequency of the steps taken by a person matches the natural frequency of oscillation of tea in the cup.

(a) Explain whether the student’s hypothesis is supported by relevant physics. (4)

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*(b) (i) Devise an experiment to investigate the hypothesis.(6)

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(ii) Describe how the measurements taken will be used to come to a conclusion.(3)

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ell,

varia

ble

resi

stor

and

am

met

er in

serie

s and

vol

tmet

er

in p

aral

lel w

ith c

ell (

1)

• R

ecor

ding

pai

rs o

f rea

ding

s of t

erm

inal

p.d

. and

cur

rent

(1)

•

Use

the

varia

ble

resi

stor

to o

btai

n 5

othe

r pai

rs o

f rea

ding

s (1

)

Shou

ld b

e be

twee

n 5

and

10 o

ther

pai

rs

3 3

(a)(

ii)

A d

escr

iptio

n th

at m

akes

refe

renc

e to

the

follo

win

g po

ints

: •

Plot

a g

raph

of t

erm

inal

pot

entia

l diff

eren

ce o

n th

e y-

axis

an

d cu

rren

t on

the

x-ax

is (1

) •

Inte

rcep

t on

the

y-ax

is e

qual

s e.m

.f. (1

) •

And

gra

dien

t = -r

(1)

3

3(b)

•

From

gra

ph: a

fter 5

00 c

harg

ing

cycl

es in

tern

al re

sist

ance

of c

ell

is 3

27 mΩ

(1)

• U

se o

f V =

ε -

Ir (1

)

• U

se o

f %

100

0500×

VV

%99.6

%100

0500

=×

VV

(1)

• So

man

ufac

ture

r’s c

laim

is c

orre

ct (1

)

Exam

ple

of c

alcu

latio

n:

V3.352

V0.248

V3.6

Ω0.310

A0.800

V3.6

0

=−

=

×−

=V

V3.338

V0.262

V3.6

Ω0.327

A0.800

V3.6

500

=−

=

×−

=V

%99.6

%100

V3.352V

3.338

%100

0500

=×

=×

VV

Th

is la

st m

ark

is a

war

ded

only

if th

e co

nclu

sion

is

corr

ectly

supp

orte

d by

the

calc

ulat

ion.

4

(Tot

al fo

r Q

uest

ion

3 =

10 m

arks

)


136

Que

stio

n nu

mbe

r

A

ccep

tabl

e an

swer

s

Add

ition

al g

uida

nce

Mar

k

4 (a

)

Any

thre

e fr

om:

• In

cons

iste

nt p

reci

sion

for e

xten

sion

(1)

• La

ck o

f pre

cisi

on o

n m

ass,

shou

ld b

e sh

own

to 3

DP

(1)

• N

o ev

iden

ce o

f rep

eat r

eadi

ngs

(1) O

R th

ere

shou

ld b

e m

ore

read

ings

to c

ompe

nsat

e fo

r rep

eat r

eadi

ngs b

eing

inap

prop

riate

(1

) •

Inco

nsis

tent

inte

rval

s bet

wee

n re

adin

gs (1

)

Unc

erta

inty

sugg

este

d by

1 sf

is fa

r gre

ater

than

that

ex

pect

ed in

pra

ctic

e

3 4

(b)

A d

escr

iptio

n th

at m

akes

refe

renc

e to

two

of th

e fo

llow

ing

poin

ts:

• us

e of

fici

dual

mar

k (1

) •

eye

clos

e to

liqu

oric

e la

ce to

avo

id p

aral

lax

erro

rs (1

) •

Fixe

d m

etre

rule

clo

se to

lace

(1)

• U

se o

f set

squa

re to

ens

ure

rule

ver

tical

(1)

2

(Tot

al fo

r Q

uest

ion

4 =

5 m

arks

)


137

Que

stio

n nu

mbe

r

A

ccep

tabl

e an

swer

s

Add

ition

al g

uida

nce

Mar

k

5 •

Dia

met

er is

onl

y ha

lf a

divi

sion

on

the

scal

e (1

) OR

dia

met

er is

m

easu

red

to o

nly

1 sf

(1)

• H

ence

ther

e is

a la

rge

perc

enta

ge u

ncer

tain

ty in

mea

sure

men

t of

diam

eter

of o

il dr

op (1

) •

Sinc

e th

e vo

lum

e of

the

drop

is c

alcu

late

d by

taki

ng (d

iam

eter

)3 , th

e pe

rcen

tage

unc

erta

inty

in v

olum

e be

com

es v

ery

larg

e (3

× %

un

certa

inty

in d

iam

eter

) (1)

•

Sugg

estio

n fo

r im

prov

emen

t: us

e a

larg

er o

il dr

op, u

se a

(v

erni

er) s

cale

cap

able

of r

eadi

ng to

nea

rest

0.1

mm

, pro

ject

im

age

of d

ropl

et to

larg

er si

ze (1

) •

Dro

p w

ill n

ot sp

read

out

as a

n ex

actly

circ

ular

are

a, so

dia

met

er

read

ing

may

be

inac

cura

te (1

) •

Sugg

estio

n fo

r im

prov

emen

t: th

e di

amet

er o

f spr

ead-

out o

il dr

op

shou

ld b

e ta

ken

a nu

mbe

r of t

imes

acr

oss a

num

ber o

f diff

eren

t di

rect

ions

and

a m

ean

calc

ulat

ed (1

)

Allo

w fo

r ide

ntifi

catio

n of

any

oth

er v

alid

pro

blem

s an

d im

prov

emen

ts b

ased

on

good

phy

sics

, for

ex

ampl

e pl

ace

met

re ru

le a

cros

s tra

y so

that

it is

cl

ose

to th

e su

rfac

e.

6 (T

otal

for

Que

stio

n 5

= 6

mar

ks)


138

Que

stio

n nu

mbe

r

A

ccep

tabl

e an

swer

s

Add

ition

al g

uida

nce

Mar

k

6 (a

)

An

expl

anat

ion

that

mak

es re

fere

nce

to th

e fo

llow

ing

poin

ts:

• Th

e cu

rren

t pro

duce

s a m

agne

tic fi

eld

arou

nd th

e al

umin

ium

rin

g (1

) •

The

dire

ctio

n of

the

ring

field

opp

oses

the

chan

ge p

rodu

cing

it

(1)

• Th

e fie

lds r

epel

, pro

duci

ng a

forc

e (1

) •

The

elec

trom

agne

tic fo

rce

is e

qual

and

opp

osite

to th

e w

eigh

t of

the

ring

so it

rem

ains

in p

ositi

on sh

own

(1)

4

6 (b

)(i)

•

Use

of ½

mv2 =

mgh

(1)

• v

= 2.

43 m

s-1 (1

) Ex

ampl

e of

cal

cula

tion:

v

= 2𝑔𝑔ℎ

= 2×9.81×0.30

= 2

.43

m s-1

2

6 (b

)(ii)

•

Use

of i

mpu

lse

= ch

ange

in m

omen

tum

(1)

• R

ecog

nise

s ini

tial v

eloc

ity is

zer

o (1

) •

Hen

ce F

= 0

.923

N (1

) •

Use

of l

= π

d (1

) •

Equa

tes c

alcu

late

d va

lue

of F

with

BIl

(1)

• H

ence

I =

191

A (1

)

Exam

ple

of c

alcu

latio

n:

Ft =

mv

– m

u w

here

u =

0

So F

= (0

.019

kg ×

2.43

m s-1

)/0.0

5 s =

0.9

23 N

l =

π ×

0.0

48 m

= 0

.151

m

I = 0

.923

N/(0

.032

T ×

0.1

51 m

) = 1

91 A

6 (T

otal

for

Que

stio

n 6

= 12

mar

ks)


139

Que

stio

n nu

mbe

r

A

ccep

tabl

e an

swer

s

Add

ition

al g

uida

nce

Mar

k

7 (a

)(i)

A d

escr

iptio

n th

at m

akes

refe

renc

e to

the

follo

win

g po

ints

: •

Rec

ord

nT (w

here

n is

at l

east

5) (

1)

• D

ivid

e m

easu

rem

ent b

y n

(1)

2

7 (a

)(ii)

•

Ano

mal

ies c

an b

e sp

otte

d (1

) •

Red

uce

the

effe

ct o

f ran

dom

err

or (1

)

2

7 (b

)(i)

• B

FL is

smoo

th a

nd th

in w

ith a

def

inite

min

imum

an

d m

inim

um is

in ra

nge

0.26

m –

0.2

8 m

(1)

1

7 (b

)(ii)

•

Val

ues r

ead

corr

ectly

from

can

dida

te’s

line

(1)

• h

to 3

sig

fig a

nd T

to 4

sf (1

) V

alue

s fro

m th

eir c

urve

to w

ithin

1 sm

all s

quar

e w

ith

no u

nit p

enal

ty.

2

7 (c

) A

des

crip

tion

that

mak

es re

fere

nce

to th

e fo

llow

ing

poin

ts:

• Pl

ot T

2 h

agai

nst h

2 (1)

• C

is in

terc

ept o

n T2

h ax

is (

1)

OR

C is

the

valu

e of

T2 h

whe

n h2 is

zer

o (1

) •

Uni

t is m

s2 (1)

3

(Tot

al fo

r Q

uest

ion

7 =

10 m

arks

)


140

Que

stio

n nu

mbe

r

A

ccep

tabl

e an

swer

s

Add

ition

al g

uida

nce

Mar

k

8 (a

) A

n ex

plan

atio

n th

at th

e st

uden

t’s c

oncl

usio

n is

inco

rrec

t bec

ause

: •

The

popp

er re

turn

s to

its o

rigin

al sh

ape,

eve

n th

ough

ther

e is

a

time

dela

y (1

) •

Elas

tic m

ater

ial r

etur

ns to

its o

rigin

al sh

ape

whe

n th

e de

form

ing

forc

e is

rem

oved

(1)

• B

ut a

pla

stic

mat

eria

l wou

ld su

ffer

a p

erm

anen

t def

orm

atio

n (1

)

3

8 (b

) A

des

crip

tion

that

mak

es re

fere

nce

to th

e fo

llow

ing

poin

ts:

• R

efer

to v

2 = u

2 + 2

as (1

) •

Whe

re s

is h

eigh

t rea

ched

, v is

zer

o, a

= -g

(1)

• So

u =

√2g

s (1)

Allo

w a

rgum

ent ½

mv2 =

mgh

to g

et th

e sa

me

resu

lts.

3 8

(b)(

ii)

• A

ir re

sist

ance

will

act

on

the

popp

er…

(1)

• …

As a

dec

eler

atin

g fo

rce

(1) O

R…

dis

sipa

ting

ener

gy (1

) •

So th

e in

itial

spee

d w

ill b

e lo

wer

than

in th

e ab

senc

e of

air

resi

stan

ce, s

o th

e su

gges

tion

is n

ot c

orre

ct (1

)

3 (T

otal

for

Que

stio

n 8

= 9

mar

ks)


141

Que

stio

n nu

mbe

r

A

ccep

tabl

e an

swer

s

Add

ition

al g

uida

nce

Mar

k

9 (a

) •

Use

s wei

ght o

f dis

plac

ed a

ir = ρV

g (1

) •

Find

s res

ulta

nt fo

rce

= up

thru

st –

wei

ght (

1)

• U

ses F

= m

a to

find

acc

eler

atio

n (1

) •

Acc

eler

atio

n =

0.16

1 m

s−2 (1

)

Exam

ple

of c

alcu

latio

n:

Wei

ght o

f air

disp

lace

d = ρV

g =

1.20

kg

m−3×2

880

m3 ×

9.8

1m s−

2 = 3

3 90

3N

Res

ulta

nt u

pwar

d fo

rce

= 33

903

N –

(340

0 kg

×

9.81

m s−

2 ) = 5

49 N

A

ccel

erat

ion

= 54

9 N

/340

0 kg

= 0

.161

m s−

2

4 9

(b)*

Th

is q

uest

ion

asse

sses

a st

uden

t’s a

bilit

y to

show

a c

oher

ent

and

logi

cally

stru

ctur

ed a

nsw

er w

ith li

nkag

es a

nd fu

lly-

sust

aine

d re

ason

ing.

Mar

ks a

re a

war

ded

for i

ndic

ativ

e co

nten

t and

for h

ow th

e an

swer

is st

ruct

ured

and

show

s lin

es o

f rea

soni

ng.

The

follo

win

g ta

ble

show

s how

the

mar

ks sh

ould

be

awar

ded

for i

ndic

ativ

e co

nten

t. N

umbe

r of

indi

cativ

e m

arki

ng

poin

ts se

en in

an

swer

Num

ber o

f m

arks

aw

arde

d fo

r ind

icat

ive

mar

king

poi

nts

6 4

5–4

3 3–

2 2

1 1

0 0

Gui

danc

e on

how

the

mar

k sc

hem

e sh

ould

be

appl

ied:

The

mar

k fo

r ind

icat

ive

cont

ent s

houl

d be

add

ed to

th

e m

ark

for l

ines

of r

easo

ning

. Fo

r exa

mpl

e, a

n an

swer

with

five

indi

cativ

e m

arki

ng p

oint

s whi

ch is

pa

rtial

ly st

ruct

ured

with

som

e lin

kage

s and

line

s of

reas

onin

g sc

ores

4 m

arks

(3 m

arks

for i

ndic

ativ

e co

nten

t and

1 m

ark

for p

artia

l stru

ctur

e an

d so

me

linka

ges a

nd li

nes o

f rea

soni

ng).

If th

ere

are

no li

nkag

es b

etw

een

poin

ts, t

he sa

me

five

indi

cativ

e m

arki

ng p

oint

s wou

ld y

ield

an

over

all

scor

e of

3 m

arks

(3 m

arks

for i

ndic

ativ

e co

nten

t and

no

mar

ks fo

r lin

kage

s).

6


142

Que

stio

n nu

mbe

r

A

ccep

tabl

e an

swer

s

Add

ition

al g

uida

nce

Mar

k

9 (b

)*

(con

tinue

d)

The

follo

win

g ta

ble

show

s how

the

mar

ks sh

ould

be

aw

arde

d fo

r stru

ctur

e an

d lin

es o

f rea

soni

ng.

N

umbe

r of

mar

ks

awar

ded

for

stru

ctur

e of

an

swer

and

su

stai

ned

line

of

reas

onin

g

Ans

wer

show

s a c

oher

ent a

nd

logi

cal s

truct

ure

with

link

ages

an

d fu

lly su

stai

ned

lines

of

reas

onin

g de

mon

stra

ted

thro

ugho

ut

2

Ans

wer

is p

artia

lly st

ruct

ured

w

ith so

me

linka

ges a

nd li

nes o

f re

ason

ing

1

Ans

wer

has

no

linka

ges

betw

een

poin

ts a

nd is

un

stru

ctur

ed

0


143

Que

stio

n nu

mbe

r

A

ccep

tabl

e an

swer

s

Add

ition

al g

uida

nce

Mar

k

9 (b

)*

(con

tinue

d)

Indi

cativ

e co

nten

t •

As p

arac

hute

ope

ns (a

t B) t

he u

pwar

ds fo

rce

incr

ease

s •

Alo

ng B

C th

e ve

loci

ty is

dec

reas

ing

at a

no

n-co

nsta

nt ra

te

• Th

e dr

ag is

gre

ater

than

wei

ght (

nega

tive

grad

ient

) •

The

drag

is d

ecre

asin

g (c

urve

d lin

e)

• Ev

entu

ally

the

drag

forc

e ba

lanc

es th

e w

eigh

t •

No

acce

lera

tion

so li

ne is

hor

izon

tal

(Tot

al fo

r Q

uest

ion

9 =

10 m

arks

)


144

Que

stio

n nu

mbe

r

A

ccep

tabl

e an

swer

s

Add

ition

al g

uida

nce

Mar

k

10 (a

) A

des

crip

tion

that

mak

es re

fere

nce

to th

e fo

llow

ing

poin

ts:

• g

is d

irect

ly p

ropo

rtion

al to

r up

to R

0 (1)

•

and

then

g d

ecre

ases

with

incr

easi

ng r

(1)

• w

here

g is

pro

porti

onal

to th

e in

vers

e of

the

squa

re o

f r (1

)

3

10 (b

) •

Forc

e on

obj

ect =

mg

(loca

l g) (

1)

• Fo

rce

is p

ropo

rtion

al to

dis

plac

emen

t (1)

•

Forc

e ac

ts in

the

oppo

site

dire

ctio

n to

the

disp

lace

men

t (1)

•

Ther

efor

e w

e ca

n sa

y F

= -k

x, so

the

cond

ition

for S

HM

is m

et

and

the

pred

ictio

n is

cor

rect

(1)

4

10 (c

)(i)

Eith

er

• W

hen

x =

R0,

F =

GM

m/R

02 (1)

• F

= G

Mm

R0/R

03 so k

= mω

2 = G

Mm

/R03 (1

) •

Use

of T

=2π/ω

(1)

• T2 =

4π2 /ω

2 = 4π2 R

03 /GM

So

𝑇𝑇=2𝜋𝜋√(𝑅𝑅 !! /𝐺𝐺𝐺𝐺

) (1)

OR

• Fr

om g

raph

F=-

(g/R

o)r (

1)

• Fr

om w

hich

ω =√(𝑔𝑔/𝑅𝑅 !

) (1

) •

Use

of T

=2π/ω

(1)

• So

𝑇𝑇=2𝜋𝜋√(𝑅𝑅 !

/𝑔𝑔) (

1)

4


145

Que

stio

n nu

mbe

r

A

ccep

tabl

e an

swer

s

Add

ition

al g

uida

nce

Mar

k

10 (c

)(ii)

Eith

er

Cen

tripe

tal f

orce

= m

v2 /R0 =

GM

m/R

02 (1)

• 4π

2 R02 / T

2 R0 =

GM

/R02 (1

) •

T2 = 4π2 /ω

2 = 4π2 R

03 /GM

So 𝑇𝑇=2𝜋𝜋√(𝑅𝑅 !! /𝐺𝐺𝐺𝐺

) (1)

O

R

• m

g =

mv2 /R

0 =

m ω

2 R0 (

1)

• So

ω =

√(𝑔𝑔/𝑅𝑅

!) (1

) •

T =

2π/ω

= 2𝜋𝜋√(𝑅𝑅

!/𝑔𝑔)

(1)

3

(Tot

al fo

r Q

uest

ion

10 =

14

mar

ks)


146

Que

stio

n nu

mbe

r

A

ccep

tabl

e an

swer

s

Add

ition

al g

uida

nce

Mar

k

11 (a

) A

n ex

plan

atio

n th

at m

akes

refe

renc

e to

the

follo

win

g po

ints

: •

Res

ista

nce

incr

ease

s with

dec

reas

ing

inte

nsity

(1)

• A

s dis

tanc

e in

crea

ses l

ight

inte

nsity

dec

reas

es so

resi

stan

ce

incr

ease

s (1)

2

11 (b

) A

n ex

plan

atio

n th

at m

akes

refe

renc

e to

the

follo

win

g po

ints

: •

Show

s exp

ansi

on ln

R =

p ln

(d) +

ln(k

) (1

) •

Com

pare

s with

y =

mx+

c a

nd st

ates

that

the

grad

ient

is p

whi

ch

is c

onst

ant (

1)

2

11 (c

)(i)

•

Ln v

alue

s cor

rect

and

to 3

or 4

SF

(1)

d/m

R

/kΩ

ln

(d/m

) ln

(R/kΩ

)

1.00

1.

79

0.00

0 0.

582

1.20

2.

24

0.18

2 0.

806

1.60

3.

32

0.47

0 1.

200

2.00

4.

04

0.69

3 1.

396

2.20

4.

70

0.78

8 1.

548

2.60

5.

50

0.95

6 1.

705

•

Labe

ls a

nd u

nit (

1)

• Sc

ales

(1)

• Pl

ots (

1)

• Li

ne o

f bes

t fit

(1)

See

mar

king

gui

danc

e fo

r gra

ph p

lotti

ng

5


147

Que

stio

n nu

mbe

r

A

ccep

tabl

e an

swer

s

Add

ition

al g

uida

nce

Mar

k

11 (c

)(i)

(con

tinue

d)

11 (c

) (ii)

•

Find

s gra

dien

t with

larg

e tri

angl

e –

at le

ast h

alf t

he p

lotte

d le

ngth

(1

) •

1.13

< p

< 1

.23

to 2

/3 S

F an

d no

uni

ts (1

) •

Obt

ains

k =

1.8

(1)

• St

ates

rela

tions

hip

betw

een

R an

d d

(1)

4

(Tot

al fo

r Q

uest

ion

11 =

13

mar

ks)


148

Que

stio

n nu

mbe

r

Acc

epta

ble

answ

ers

Add

ition

al g

uida

nce

Mar

k

12 (a

)(i)

•

use

of F

= Q

1Q2/4πε

0r2 (1

) •

use

of F

= G

m1m

2/r2 (1

) •

Expr

esse

s for

ces a

s a ra

tio (1

) OR

cal

cula

tes t

he in

divi

dual

fo

rces

Fe=

8.1

x 10

-8 N

Fg =

3.6

x 1

0-47 N

(1)

• R

atio

= 2

x 1

039 o

r 5 x

10-4

0 and

iden

tifie

s gra

vita

tiona

l for

ce a

s in

sign

ifica

nt (1

)

4

12 (a

)(ii)

•

use

of F

= m

v2 /r a

nd F

= Q

1Q2/4πε

0r2 (1

)

• to

der

ive 𝑣𝑣 =

! !! !

!!! !!"

(1)

• ve

loci

ty =

2.2×

106 m

s-1 (1

)

Exam

ple

of c

alcu

latio

n:

v =

! !! !

!!! !!"

v =

!.! ×!"

!!" C×!.! ×!"

!!" C

!!×!.!"

!!" F!!! ×!.! ×!"

!!!m×!.!×!"

!!" kg

v =

2.1

85 ×

106 m

s-1

3

12 (b

) •

Cal

cula

tes w

avel

engt

h λ

(circ

umfe

renc

e) (1

) •

Use

of p

= h

/λ (1

) •

v =

2.2 ×

106 m

s-1 (1

)

Exam

ple

of c

alcu

latio

n:

λ =

2πr =

2π ×

5.3 ×

10-1

1 m =

3.3

3 ×

10-1

0 m

λ =

h/m

v so

v =

h/m

. v

= 6.

63×1

0-34 J

s/(9

.1×1

0-31 k

g×3.

33×1

0-10

m)

v =

2.18

8 ×

106 m

s-1

3

(Tot

al fo

r Q

uest

ion

12 =

10

mar

ks)


149

Que

stio

n nu

mbe

r

A

ccep

tabl

e an

swer

s

Add

ition

al g

uida

nce

Mar

k

13 (a

)

An

expl

anat

ion

that

mak

es re

fere

nce

to th

e fo

llow

ing

poin

ts:

• R

eson

ance

is o

ccur

ring…

(1)

• …

whe

n th

e dr

ivin

g fr

eque

ncy/

forc

ed v

ibra

tion

(at w

alki

ng

freq

uenc

y) m

atch

es th

e na

tura

l fre

quen

cy …

(1)

• …

ener

gy tr

ansf

er is

max

imum

(1)

• Su

ppor

ting

the

obse

rvat

ion

that

the

ampl

itude

rapi

dly

incr

ease

s (1

)

4

13 (b

)(i)*

Th

is q

uest

ion

asse

sses

a st

uden

t’s a

bilit

y to

show

a c

oher

ent

and

logi

cally

stru

ctur

ed a

nsw

er w

ith li

nkag

es a

nd fu

lly-

sust

aine

d re

ason

ing.

Mar

ks a

re a

war

ded

for i

ndic

ativ

e co

nten

t and

for h

ow th

e an

swer

is st

ruct

ured

and

show

s lin

es o

f rea

soni

ng.

The

follo

win

g ta

ble

show

s how

the

mar

ks sh

ould

be

awar

ded

for i

ndic

ativ

e co

nten

t. N

umbe

r of

indi

cativ

e m

arki

ng

poin

ts se

en in

an

swer

Num

ber o

f m

arks

aw

arde

d fo

r ind

icat

ive

mar

king

poi

nts

6 4

5–4

3 3–

2 2

1 1

0 0

Gui

danc

e on

how

the

mar

k sc

hem

e sh

ould

be

appl

ied:

The

mar

k fo

r ind

icat

ive

cont

ent s

houl

d be

add

ed to

th

e m

ark

for l

ines

of r

easo

ning

. Fo

r exa

mpl

e, a

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swer

with

five

indi

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e m

arki

ng p

oint

s whi

ch is

pa

rtial

ly st

ruct

ured

with

som

e lin

kage

s and

line

s of

reas

onin

g sc

ores

4 m

arks

(3 m

arks

for i

ndic

ativ

e co

nten

t and

1 m

ark

for p

artia

l stru

ctur

e an

d so

me

linka

ges a

nd li

nes o

f rea

soni

ng).

If th

ere

are

no li

nkag

es b

etw

een

poin

ts, t

he sa

me

five

indi

cativ

e m

arki

ng p

oint

s wou

ld y

ield

an

over

all

scor

e of

3 m

arks

(3 m

arks

for i

ndic

ativ

e co

nten

t and

no

mar

ks fo

r lin

kage

s).

6


150

Que

stio

n nu

mbe

r

A

ccep

tabl

e an

swer

s

Add

ition

al g

uida

nce

Mar

k

13 (b

)(i)*

(c

ontin

ued)

Th

e fo

llow

ing

tabl

e sh

ows h

ow th

e m

arks

shou

ld

be a

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for s

truct

ure

and

lines

of r

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ning

.

N

umbe

r of

mar

ks

awar

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for

stru

ctur

e of

an

swer

and

su

stai

ned

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onin

g

Ans

wer

show

s a c

oher

ent a

nd

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cal s

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ure

with

link

ages

an

d fu

lly su

stai

ned

lines

of

reas

onin

g de

mon

stra

ted

thro

ugho

ut

2

Ans

wer

is p

artia

lly st

ruct

ured

w

ith so

me

linka

ges a

nd li

nes o

f re

ason

ing

1

Ans

wer

has

no

linka

ges

betw

een

poin

ts a

nd is

un

stru

ctur

ed

0


151

Que

stio

n nu

mbe

r

A

ccep

tabl

e an

swer

s

Add

ition

al g

uida

nce

Mar

k

13 (b

)(i)*

(c

ontin

ued)

In

dica

tive

cont

ent

• D

eter

min

e th

e na

tura

l fre

quen

cy b

y di

spla

cing

the

tea

in th

e cu

p an

d m

easu

ring

the

time

for o

scill

atio

ns

• Ti

me

(5 to

10

or ‘s

uita

ble

num

ber’

if te

st ru

n m

entio

ned)

full

osci

llatio

ns a

nd d

ivid

e by

the

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ber

• C

arry

the

tea

for a

kno

wn

volu

me

of te

a fo

r fix

ed n

umbe

r of

step

s at a

stea

dy p

ace

• D

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e th

e fr

eque

ncy

of th

e ga

it •

Mea

sure

the

quan

tity

of te

a re

mai

ning

•

Rep

eat f

or o

ther

wal

king

pac

es

13 (b

)(ii)

A d

escr

iptio

n th

at m

akes

refe

renc

e to

the

follo

win

g po

ints

: •

Plot

vol

ume

of re

mai

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tea

agai

nst w

alki

ng fr

eque

ncy

(1)

• D

eter

min

e w

heth

er th

ere

is a

rela

tions

hip

betw

een

step

fr

eque

ncy

and

spill

age

(1)

• If

ther

e is

, det

erm

ine

whe

ther

max

imum

spill

age

occu

rs a

t or

near

the

natu

ral f

requ

ency

(1)

3

(Tot

al fo

r Q

uest

ion

13 =

13

mar

ks)

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