104
1 Asif Ahsan| Contact: 01911784608 CIE ALEVEL PHYSICS NOTES COURSE INSTRUCTOR ASIF AHSAN CONT: 01911784608 Chapter 01 Physical Quantities & Units Measurable quantities are called physical quantities. There are two types of physical quantities:1. Base Quantity 2. Derived Quantity 1. Base Quantity: A quantity which is defined without the help of other quantities is called a base quantity. There are only 7 base quantities: i. Mass ii. Length iii. Time interval iv. Temperature difference v. Electric current vi. Amount of substance vii. Luminous intensity 2. Derived Quantity: A quantity which is defined with the help of two or more base quantities is known as a derived quantity. Example: i. Force ii. Charge iii. Velocity iv. Density Units: A unit is a standard measured value compared with which other measurements are expressed. For e.g. 1m is the length defined by someone in science museum and There are 2 types of units:1. Base Unit 2. Derived Unit 1. Base Unit: The unit of a base quantity is called a base unit. Since there are only 7 base quantities, base units are also 7 in number. They are:i. Kilogram (kg) mass ii. Meter (m) length iii. Second (s) time iv. Kelvin (K) temperature E.g. 120 0 C = (120+273)K v. Ampere (A) electric current vi. Mole (mol) amount of substance vii. Lux (L) luminous intensity 2. Derived Unit: The unit of a derived quantity is called a derived unit.

CIE A Level Notes

Embed Size (px)

DESCRIPTION

CIE A Level Complete Notes.

Citation preview

Page 1: CIE A Level Notes

 

1  Asif Ahsan| Contact:  01911784608 

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

Chapter 01 

Physical Quantities & Units 

Measurable quantities are called physical quantities. There are two types of physical quantities:‐ 

1. Base Quantity 

2. Derived Quantity 

 

1. Base Quantity: A quantity which is defined without the help of other quantities is called a base 

quantity. There are only 7 base quantities: 

 

i. Mass 

ii. Length 

iii. Time interval  

iv. Temperature difference 

v. Electric current 

vi. Amount of substance 

vii. Luminous intensity 

 

2. Derived Quantity: A quantity which is defined with the help of two or more base quantities is 

known as a derived quantity. Example: 

i. Force ii. Charge iii. Velocity iv. Density  

Units:  A unit is a standard measured value compared with which other measurements are expressed.  For e.g. 1m is the length defined by someone in science museum and There are 2 types of units:‐  

1. Base Unit 2. Derived Unit 

 1. Base Unit: The unit of a base quantity is called a base unit. Since there are only 7 base quantities, 

base units are also 7 in number. They are:‐  

i. Kilogram (kg)     mass 

ii. Meter (m)       length 

iii. Second (s)       time 

iv. Kelvin (K)       temperature     E.g. 1200C = (120+273)K 

v. Ampere (A)       electric  current 

vi. Mole (mol)       amount of substance 

vii. Lux (L)        luminous intensity 

 2. Derived Unit:  The unit of a derived quantity is called a derived unit. 

 

Page 2: CIE A Level Notes

 

2  Asif Ahsan| Contact:  01911784608 

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

Derived quantity  Derived Unit  Base Unit form 

Force  N (Newton)  F=ma 

Charge  C (Coulomb)  Q=I*t 

Speed  ms‐1  ms‐1 

Density  Kgm‐3  kgm‐3 

Pressure  Pa (Pascal)  P =  = 2

2= kgm 1s 2 

Power    = ∗              P = 

∗ = kgm2 s‐3 

  Prefixes:  

Units  kilo (k)        Mega 

(M) 

     Giga 

(G) 

      Milli 

(m) 

      Micro 

(µ) 

Nano  (n) 

  x103  x106  x109  x10‐3  x10‐6  x10‐9 

  

Homogeneous Equation: 

An  equation  containing  the  same  type  of  physical  quantities  is  called  a  homogeneous  equation.  Example: 

  v  =  u +at 

  ms‐1  =    ms‐1 + ms‐2 * s 

  ms‐1  =   ms‐1 + ms‐1 

  ms‐1  =   ms‐1  All correct equations are homogeneous, but all homogeneous equations are not correct! 

i) x  =  ut + 1

2 at2 

m  =  m +m m  =  m 

 ii) v2    =  u2 + 2ax 

m2s‐2   =   m2s‐2  + m2s‐2  

m2s‐2   =  m2s‐2  These equations are homogeneous, but with  respect  to  their units only. Not all  the equations are correct in terms of their coefficients.   

Page 3: CIE A Level Notes

 

3  Asif Ahsan| Contact:  01911784608 

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

Vectors 

Adding Vectors: 

 

When two vectors act at some angle another than 0° and 180°, they can be added using two rules: 

(i) Triangle Rule (ii) Parallelogram Rule 

 

Triangle Rule: 

 

If two vectors are drawn head to tail according to their magnitude and direction, then the third line drawn from the standing point to complete a triangle represents the resultant of the two vectors both in magnitude and direction.             

Page 4: CIE A Level Notes

 

4  Asif Ahsan| Contact:  01911784608 

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

 

Scale Drawing: 

A sprinter runs 50m towards north, then 30m toward north‐east. What is his resultant displacement? 

1 10   

 Resultant displacement is 75 , ° East of North. 

 

R = 105N at yo with 40N force 

Polygon of Vectors 

   

 

 

 

   

Resultant 

v2

v1 

v3

v4 

v1

v2

v3   v4 

Resultant 

Page 5: CIE A Level Notes

 

5  Asif Ahsan| Contact:  01911784608 

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

When more than two vectors are drawn from head to tail, according to their magnitude and direction, 

the resultant will be represented by the  line  from the starting point to the ending point  in order to 

complete a closed diagram or to complete a polygon. 

 

 

 

 

Page 6: CIE A Level Notes

 

6  Asif Ahsan| Contact:  01911784608 

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

Parallelogram Rule: 

If two vectors acting at a point are represented by the adjacent sides of a parallelogram, then the diagonal of the parallelogram drawn from that point will represent the resultant, both in magnitude and direction. 

   

 The above three forces are on the same plane and therefore T1, T2 and W and three co‐planar forces.  Description: Point A is in equilibrium under the action of three co‐planar forces. So the resultant force acting at A must be zero. The following conditions are applied for the situation described above: 

(i) Resultant of the two forces is equal and opposite to the remaining force (ii) When the three forces are drawn head to tail, a closed triangle is formed (iii) The line of action of the three forces passed through a single point. (iv) Sum of the forces in any one direction will be zero (v) Sum of the forces in another direction is zero 

  

 

 

 

Page 7: CIE A Level Notes

 

7  Asif Ahsan| Contact:  01911784608 

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

 

•measurelengthsusingaruler,vernierscaleandmicrometer•measureweightandhencemassusingspringandleverbalances•measureanangleusingaprotractor•measuretimeintervalsusingclocks,stopwatchesandthecalibratedtime‐baseofacathode‐rayoscilloscope c.r.o. •measuretemperatureusingathermometerasasensor•useammetersandvoltmeterswithappropriatescales•useagalvanometerinnullmethods•useacathode‐rayoscilloscope c.r.o.

usebothanaloguescalesanddigitaldisplaysc usecalibrationcurvesd showanunderstandingofthedistinctionbetweensystematicerrorsincludingzeroerrors andrandomerrorse showanunderstandingofthedistinctionbetweenprecisionandaccuracyf assesstheuncertaintyinaderivedquantitybysimpleadditionofactual,fractionalorpercentageuncertainties arigorousstatisticaltreatmentisnotrequired .   

Page 8: CIE A Level Notes

 

8  Asif Ahsan| Contact:  01911784608 

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

Chapter 02 

Rectilinear Motion 

 

Scalar Quantities:   Quantities which have magnitude (size) only, but no direction, are known as 

scalar quantities. Example: 

1. length 

2. distance 

3. time 

Vector Quantities:  Quantities which  have  both magnitude  and  direction  are  known  as  vector 

quantities. Example: 

1. force 

2. displacement 

3. velocity 

Distance travelled:    This is the change in position in any direction. 

Displacement:     This  is  the  distance  travelled  or  change  in  position  in  a  particular direction.  

 

 

 

 

 

Speed:  It  is  the  rate  of  change of  position  or  rate of  change  of  distance,  travelled  in  any 

direction. 

  Word equation:   speed = 

 

        s =      

        Unit : ms‐1 

Velocity:  It is the rate of change of displacement, or rate of change of distance travelled 

in a specified direction. 

  Word equation:   velocity = 

   

  Unit: ms‐1 

A B

Displacement

2.5 m 

BA 

5.0 m

Page 9: CIE A Level Notes

 

9  Asif Ahsan| Contact:  01911784608 

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

When velocity of a body continuously changes, we deal with two types of velocities:  1) Instantaneous velocity   &   2) Average velocity  

Instantaneous Velocity:  

Velocity of an accelerating body at a particular  instant  is called  instantaneous velocity. This velocity continuously changes as the body accelerates or decelerates.  It  is measured as displacement over a short period of time. 

Instantaneous velocity =   

Average Velocity: 

Average velocity of an accelerating body is defined as the total displacement over total time. 

Average velocity = 

 

 To measure velocity or acceleration we need some specific apparatuses to get exact result.  

1. Friction compensated runways 2. Timing Devices  

Friction compensated runway: 

a. The runway is comprised of a triangular shaped structure and with air outlets and air inlets. As 

the blower starts, air comes out through the outlets and makes the trolley float. As the contact 

between  trolley/Glider  and  runway  becomes  negligible  so  friction  almost  disappears  and 

runway becomes friction compensated. 

   

m1  m2 

L1  L2

Page 10: CIE A Level Notes

 

10  Asif Ahsan| Contact:  01911784608 

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

b. The  second  types  of  runways  are  ordinary  types  of  runway  but  slightly  tilted  in  order  to compensate  for  friction.           

Timing Devices  

1. Light gate 2. Stopwatch 3. Ticker timer 4. Multi flash camera 5. Video camera  

 

Light gate:  

 

   

 

 

A light gate consists of a light source producing a narrow beam of light and a light sensor connected to 

an electronic timer. The timer is switched ON/OFF, depending on the light beam reaching the detector 

or not. 

 

 

 

 

 

 

 

v =   

Page 11: CIE A Level Notes

 

11  Asif Ahsan| Contact:  01911784608 

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

EXPERIMENT: To measure  the  instantaneous velocity of an accelerating  trolley when  it passes a 

point on the runway. (Video Available) 

 

 

     

 

 

 

 

 

 

 

The mass hanger is released so that the trolley accelerates. As the trolley passes the light gate, the 

timer records the interruption ‘T’. Length of the trolley is measured ‘L’ using a meter rule. 

The instantaneous velocity of the trolley as it runs down is given by v = .  

 

EXPERIMENT: To measure the average velocity of an accelerating trolley when it passes a distance.  

 

 

 

 

 

The trolley is released from the top of the runway so that it accelerates. As the interrupts the first 

light gate, the timer  is switched ON. As the trolley  interrupts the second  light gate, the timer  is 

switched OFF. So, the time taken for the trolley to travel the distance AB is recorded from the timer. 

Length of AB is measured ‘x’ using a measuring tape/meter rule. 

Average velocity over AB is given by v =    . 

 

Acceleration:  

The rate of change of velocity of a body is called its acceleration. 

Word equation:  acceleration = 

   

It is a vector quantity; its SI unit is ms‐2. 

 

 

Page 12: CIE A Level Notes

 

12  Asif Ahsan| Contact:  01911784608 

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

An experiment to measure acceleration using a light gate and double interrupters: 

 

 

 

 

 

 

Lengths of the interrupters are measured ‘L1’ and ‘L2’. The trolley is released from the top of the 

sloped  runway,  so  that  it  accelerates.  Time  ‘T1’  for  the  first  interruption,  ‘T2’  for  the  second 

interruption and ‘T3’ between the interruptions are recorded from the intelligent timer. 

 

Calculations: 

Average velocity over the first interruption is u = 1

1  . 

Average velocity over the second interruption is v = 2

2  . 

∴ Acceleration =     

 

EXPERIMENT: To measure acceleration using a Video Camera 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

The trolley is allowed to move down the calibrated runway. Motion of the trolley is recorded by 

the video camera. If the video camera takes 25 pictures (frames per second), the time between 

two consecutive frames is 1

25 or 0.04 seconds. 

The video is played back 1 frame at a time. Distance ‘x’ moved by the trolley between successive 

frames is measured from the scale. 

 

 

 

 

Page 13: CIE A Level Notes

 

13  Asif Ahsan| Contact:  01911784608 

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

 

 

 

                       

         

 

 

x3> x2> x1 

 

 

 

 

Average velocity, v, of the trolley between the frames is calculated  0.04

 ,  

where   x =  x1, x2, x3, etc 

 

If  a  graph  is  plotted  v  against  t,  it will  be  a  straight  line. Gradient  (slope)  of  this  line  is  the 

acceleration. 

 

 

   

 

 

 

 

 

 

 

 

Motion graph using Ticker‐timer & tape: 

 

 

 

 

 

 

 

 

* The ticker‐timer makes 50 dots/sec. 

∴ 1 dot is made in 1

50 sec = 0.02 sec. 

∴ 5 dots are made in 0.02 * 5 = 0.1 sec. 

 

Initial velocity:  u = 0.1 ms‐1 

v (ms‐1) 

t (sec)

Page 14: CIE A Level Notes

 

14  Asif Ahsan| Contact:  01911784608 

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

Final velocity:    v = 0.1 ms‐1 

 

Acceleration:    a =   ms‐2 

 

a =  .

.

. ms‐2 

Using Motion‐Sensor and Data‐Logger: 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 t = time differences between pulses 

  velocity1 =   ms‐1 

  velocity2 =   ms‐1 

   

  The gradient of the graph of v against t gives acceleration. 

 

Motion graphs for different types of motion 

Things to remember: 

Gradient of an “x‐t” graph is velocity. 

Gradient of a “v‐t” graph is acceleration. 

Area under “v‐t” graph is distance. 

Area under “a‐t” graph is velocity. 

 

 

 

   

s   =   330 ms‐1 

t   =   0.2 sec 

D1   = 330∗0.2

2 m 

D2   =   330∗0.4

2 m 

Page 15: CIE A Level Notes

 

15  Asif Ahsan| Contact:  01911784608

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

Motion Graphs  

   

Page 16: CIE A Level Notes

 

16  Asif Ahsan| Contact:  01911784608

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

 

Motion graph for a bouncing ball 

 

 

 

 

 

 

 

Page 17: CIE A Level Notes

 

17  Asif Ahsan| Contact:  01911784608

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

Equations of Motion 

 

i) x= (2

)t 

ii) v = u + at 

iii) x = ut + 1

2at2 

iv) v2 = u2 + 2ax 

When a body accelerates uniformly, four equations regarding its motion are used. They are: 

i. x =   

From the definition of average velocity, v =   

If acceleration a is constant, average velocity is the arithmetic mean of the initial and the final 

velocities. 

v =   → (a) 

v =   → (b) 

 

From (a) and (b), 

 =   

∴ x =   

ii. Acceleration is defined as the rate of change of velocity. 

a =    

or, v – u = at 

∴ v = u + at  

iii. Equation (i.) 

x =   

Equation (ii.) x = u = at 

 

Or, x =   

Or, x =   

∴ x = ut +  at2 

 

Page 18: CIE A Level Notes

 

18  Asif Ahsan| Contact:  01911784608

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

iv. From equation (ii.), v = u + at 

 

∴ t =   

Substituting in equation (i.), 

x =   

or, x =   

or, 2ax = v2 – u2  

∴ v2 = u2 + 2ax    

 

EXPERIMENT: To measure the value of g 

 

i) Direct Method: 

 

The time taken by the ball to travel the height, h, is recorded, t from the timer.The height, h, is 

measured by using a meter rule.  

The experiment is repeated several times by altering the height, h. 

      h =   gt2 

The equation of a straight line : y = mx 

Here,     h y,  t2 x,   g m 

A graph is plotted h against t2.     

A straight line passing through the origin is obtained. 

 

 

 

 

 

gradient = 1

2 g 

∴   g = 2 * gradient 

h (m) 

t2 (s2) 

gradient = m =   g 

Procedure: 

When the switch is moved from A to 

B,  the  electromagnet  loses  its 

magneism, the ball starts to fall and 

simultaneously  the  timer  is 

automatically  switched  ON.  As  the 

ball hits the trap door, the contact is 

broken and the timer stops. 

h

Page 19: CIE A Level Notes

 

19  Asif Ahsan| Contact:  01911784608

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

 

 

Advantage of using graphical method 

1) If there is any systematic error, the graph will have a y intercept, but its gradient will remain 

the same. So, the value of g will not be affected by systematic errors. 

2) A best‐fit line averages the good set of values. 

ii) Using Light Gate and Double Interrupter: 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

The length of identical interrupters is measured ‘l’. The double interrupter is released vertically so 

that it accelerates downward due to gravity. Time for 1st interruption is recorded t1, in seconds. 

Time  taken  for 2nd  interruption  is  recorded  t2,  in seconds. Finally,  the  time  taken between  the 

interruptions is recorded t, from the intelligent timer.  

 

Calculations: 

Average velocity over the 1st interruption is u =    

Average velocity over the 2nd interruption is v =    

Acceleration of free fall is g =    . 

 

Resolution of Vector 

To split a single vector into two or more components at some appropriate angle is called a resolution 

of vector. 

 

 

   

 

 

 

 

 

FH = FCosӨ = Horizontal component

Fv = FSinӨ = Vertical component 

FH 

Fv 

Ө 

Page 20: CIE A Level Notes

 

20  Asif Ahsan| Contact:  01911784608

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

 

Inclined Plane: 

 

 

 

 

 

   

Ө 

Weight 

Friction 

Page 21: CIE A Level Notes

 

21  Asif Ahsan| Contact:  01911784608

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

Chapter 03 

Projectile Motion 

 

An  object  that  has  been  cast,  flung,  tossed  or  thrown  is  called  a  projectile.  The  force  of  primary importance acting on a projectile is gravity. This is not to say that other forces do not exist, just that their effect is minimal in comparison. 

There are three types of projectile: 

i) Vertical projectile – a body which is thrown vertically upward ii) Horizontal projectile – a body which is thrown horizontally from a height iii) Angular projectile – a body which is thrown at an angle with the horizontal  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

In vertical projectile motion, the ball does not move in the horizontal direction. 

In horizontal projectile motion, the ball moves horizontally with an  initial velocity, but  it also moves 

downward. The horizontal velocity has nothing to do with the vertical motion, i.e., it is independent of 

the vertical motion. The vertical motion is only due to gravity. 

 

Vertical Projectile 

A ball is thrown vertically upwards with an initial velocity of 1.5ms‐1.  

Find: a) maximum height reached, b) time taken to reach the maximum height, c) time taken to reach 

the ground from the maximum height, d) velocity it gains before reaching the ground. 

 

Solution: 

a)      v2  = u2 + 2ax 

or,   2(‐9.81)x = 0 ‐1.52 

∴  x  = 0.12 m 

b)      v = u +at 

or,   0  = 1.5 + (‐9.81)t 

∴    t = 0.15 s 

c)      t = 0.15s 

d)      v = u + at 

x

Өv

 Vertical Projectile    Horizontal Projectile Angular Projectile 

Page 22: CIE A Level Notes

 

22  Asif Ahsan| Contact:  01911784608

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

or,  v = 0 +(9.81)(0.15) 

∴    v = 1.47 ms‐1. 

Horizontal Projectile: 

 

 

 

 

 

 

 

Vertical velocity increases at a rate of g because horizontal velocity does not have any component in 

the vertical direction. 

This is why vertical and horizontal motions are considered independently. Considering vertical motion:

    h =   gt2 

    ∴  t = √   

Considering horizontal motion, where u remains constant, 

      x  = u . t 

Given: horizontal velocity, u = 2ms‐1, height, h = 15m. find the horizontal distance travelled after 

landing on the earth. 

 

Solution: 

t = √   = √∗

. = 1.75 s 

Horizontal distance travelled,   x  = u . t 

              or,  x = 2 * 1.75 

              ∴  x = 3.50 m 

 

 

Angular Motion 

 

 

 

 

 

 

 

 v1 

v2

 v3 v4

 Ө h 

x  or R 

600

450

300

Page 23: CIE A Level Notes

 

23  Asif Ahsan| Contact:  01911784608

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

 

If T is the time to reach the maximum height, the time spent in the air before returning to the ground 

is 2T. 

Vertical and horizontal motions are independent of each other. 

 

Considering vertical motion: 

Height, h is travelled because of the vertical component of u, i.e., uSinӨ. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   

In case of vertical motion: 

u =uSinӨ 

v = 0 

g = ‐9.81 ms‐2 

v = u + at 

0 = uSinӨ – 9.81*t 

∴ t =  Ө

. ________ (i)

In case of horizontal motion: 

Time taken to travel x = 2t 

Horizontal velocity = uCosӨ 

x = uCosӨ * 2t_________ (ii) 

or,  x = uCosӨ * 2*Ө   

or,   x =   * 2SinӨCosӨ 

∴  x =   * Sin2Ө 

x will be maximum when,    Sin2Ө = 1 

or, 2Ө   = 900 

∴  Ө  =  450 

∴  xmax  = 

Page 24: CIE A Level Notes

 

24  Asif Ahsan| Contact:  01911784608

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

Forces 

Types of Forces: 

There are two types of forces:  

(1) Contact Force: Forces which cannot act without contact are known as contact forces for e.g. Friction, 

Solid fluid drag force (Viscous forces), tension Normal Reaction Force 

 (2)Non‐contact forces: This is the force between objetcs for which contact is not required i.e. this force 

acts  at  a  distance  without  physical  contact  e.g.  (i)  gravitational  force  (ii)  eleectrostatict  force 

(iii)magnetic force etc. 

Gravitational Force: Force between two masses 

Force  between  two  masses  is  directly  proportional  to  the  product  of  the  masses  and  inversely 

proportional to square of their distance apart. 

 

Newton’s Laws of Motion: 

 

1st Law: This law gives a qualitative definition of force. 

 

Statement 01:  “A body at rest remains at rest and the moving body moves at a constant velocity 

unless an unbalanced force acts on it.” 

 

(“A body continues in its state of rest or of uniform motion in a straight line unless 

compelled by some external force to act otherwise.” – formal statement) 

Statement 02:  “A body is in equilibrium when the resultant force acting on it is zero.” 

 

 

   

   

 

 

   

   

   

 

F3 

F2  F1

For this body to be at rest,  

F1 + F2 + F3 = 0 

Page 25: CIE A Level Notes

 

25  Asif Ahsan| Contact:  01911784608

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

Statement 03:  “For acceleration, an unbalanced force is required.” 

Newton’s 1st Law also reveals a common tendency of all bodies which called inertia. 

Inertia:    It is the reluctance of a body to change its state of motion or rest. Inertia 

depends on the mass of the body. The more the mass, the more is the inertia. 

2nd Law:      This law gives a quantitative definition of force. 

Statement 01:  “Acceleration of a body is directly proportional to the unbalanced force applied on it 

and the acceleration takes place in the direction of the unbalanced force.” 

a ∝ F …….(1) 

If same force is applied on different masses, acceleration is inversely proportional to mass. 

a ∝   ……(2) 

 

Combining (1) & (2), 

      a ∝     

F ∝ ma 

      F ∝ m( ) 

      F ∝    

“Force is directly proportional to the rate of change of momentum and the change takes place in the 

direction of the unbalanced force.” 

          F ∝ ma 

          F = k*ma,  where k = proportionality constant 

Defintion1N of force is the force which gives a body of mass 1 Kg an acceleration of 1ms‐2.  

   

Page 26: CIE A Level Notes

 

26  Asif Ahsan| Contact:  01911784608

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

 

EXPERIMENT:    To  investigate  that  acceleration  is  directly  proportional  to  force  (when mass  is 

constant) 

 

 

 

 

 

 

 

Procedure: 

When the runway is made friction‐compensated properly, on giving a small push to the trolley, it moves 

at a constant velocity and the times of interruptions with the card are found to be equal. The trolley is 

pulled down the friction‐compensated runway with a constant force maintained by a Newton‐meter. 

Experiment is repeated by using different constant forces. 

 

Measurement: 

1) Length of identical interrupters = L 

2) Constant pulling force = f (found from the Newton‐meter) 

3) Time for 1st interruption = t1, 

Time for 2nd interruption = t2 

Time between interruptions = t3 

Calculations: 

Average velocity over 1st interruption = u =    

Average velocity over 2nd interruption = v =     

∴ Acceleration =    

 

A graph is plotted a against F and a straight line passing through the origin is obtained. 

 

 

 

 

 

   

 

   

a (ms‐2) 

F (N)

Page 27: CIE A Level Notes

 

27  Asif Ahsan| Contact:  01911784608

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

EXPERIMENT:  To prove acceleration is inversely proportional to mass 

 

 

 

 

 

 

Procedure: 

The mass of a  trolley  is measured using a  top‐pan balance. When  the  runway  is made  friction‐

compensated, on giving a small push to the trolley, it moves with a constant velocity. The times of 

interruptions with the cards are found to be equal. A Newton‐meter is tied with the trolley so that 

by using  the Newton‐meter,  the  trolley  is pulled down  the  friction‐compensated  runway with a 

constant force. 

The experiment is repeated by loading the trolley with extra known masses. 

Measurements: 

1) Length of the identical interrupters = L 

2) Mass loaded on the trolley = m 

3) Constant pulling force = F 

4) Time for 1st interruption = t1, 

Time for 2nd interruption = t2 

Time between interruptions = t3 

 

 

Calculations: 

Average velocity over 1st interruption = u =    

Average velocity over 2nd interruption = v =     

∴ Acceleration =     

 

A graph of a against    is plotted and  

a straight line passing through the origin is  

obtained 

 

 

 

a (ms‐2) 

 (Kg‐1) 

Page 28: CIE A Level Notes

 

28  Asif Ahsan| Contact:  01911784608

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

 

 

3rd Law:   This law gives the idea that a single force does not exist. Forces always occur in pairs. 

Statement:  “When a body A applies a force on another body B, B also exerts an equal force on A in 

the opposite direction for the same length of time and the two forces are of the same 

type. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

If the force on B is called action, then the force on A will be reaction. So, Newton’s 3rd law can also be 

stated as: 

“For every action, there is an equal and opposite reaction.” 

The pair of forces (also known as Newton’s 3rd law Pair) has the following properties: 

i) The forces are equal in magnitude 

ii) The forces are of same type 

iii) The forces have the same line of action 

iv) The forces act for the same length of time 

 

v) The forces act in opposite directions 

vi) The forces act on different bodies 

 

 

 

 

 

Earth pulling Ball downward with 

gravitational force 

Ball  pulling  Earth  upward 

with gravitational force

EARTH (A) 

BALL (B) 

Similarities 

Differences 

Page 29: CIE A Level Notes

 

29  Asif Ahsan| Contact:  01911784608

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

Free body force diagrams 

 

  

 

 Newton’s 3rd Law pairs: 

A and H 

C and B 

D and G 

E and F 

Forces on Cat: A = Earth pulls the Cat down B = Table pushes the cat up 

Forces on the Table: C = Cat pushes the table down D = Earth pulls table down E = Earth pushes table up  

Forces on Earth: F = Table pushes Earth down G = Table pulls Earth up H = Cat pulls Earth up 

Situation: A  cat  is  sitting on a  table placed on Earth. 

Page 30: CIE A Level Notes

 

30  Asif Ahsan| Contact:  01911784608

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

Rocket Propulsion: 

                                                                                                                            

 

 

 

 

 

 

Forces and weight inside a lift: 

   

 

 

 

 

 

 

How do we feel our weight?  

When we stand on ground we exert a contact force on the ground (contact force is equal to 

weight but contact force is not weight itself. Remember, weight is a gravitational force).  

Ground exerts an equal force to our body. That force is felt by our body as our weight.  

Please Turn Over   

Rocket exerts a force on the fuel to the downward direction. By Newton’s 3rd 

law, fuel exerts an equal force on the rocket to the upward direction.  

The force is greater than the rockets weight and hence the rocket accelerates 

upward. 

As the rocket goes upward the weight of the rocket decreases due to burning 

of fuel and also due to the decrease in gravitational force. So resultant force in 

the upward direction increases and acceleration increases.  

Normal Reaction Force 

Weight 

Free body force diagram  of the man 

Page 31: CIE A Level Notes

 

31  Asif Ahsan| Contact:  01911784608

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

When we travel by a lift we either go upwards or downwards. In each case there are three 

stages of motion: 

Upwards  Downwards

Lift starts moving 

(Acceleration) 

Floor  accelerates  so 

person  feels  a 

resultant  force  from 

the  floor  of  the  lift 

upwards.  So  overall 

upward force on the 

person increases. He 

feels  his  weight  has 

increased. 

Lift starts moving

(Acceleration) 

Floor  of  the  lift 

accelerates  so  the 

resultant  force  is 

downwards.  Overall 

upward force on the 

person  decreases 

and  he  feels  his 

weight  has 

decreased 

Lift  moves  with  a 

constant velocity 

(No acceleration) 

Floor  of  the  lift 

doesn’t  exert  any 

additional  resultant 

force.  So  person 

feels  his  weight  he 

would  have  felt 

normally. 

Lift  moves  with  a 

constant Velocity Floor  of  the  lift 

doesn’t  exert  any 

additional  resultant 

force.  So  person 

feels  his  weight  he 

would  have  felt 

normally. 

Lift  decelerates  as  it 

reaches  a  desired 

floor  

(Deceleration  and 

stop)  

Floor  of  the  lift 

decelerates  so  the 

resultant  force  is 

downwards.  Overall 

upward force on the 

person  decreases 

and  he  feels  his 

weight  has 

decreased.  

Lift  decelerates  as  it 

reaches  a  desired 

floor  

(Deceleration  and 

stop)  

Floor  decelerates  so 

person  feels  a 

resultant  force  from 

the  floor  of  the  lift 

upwards.  So  overall 

upward force on the 

person increases. He 

feels  his  weight  has 

increased. 

 

 

 

  

Page 32: CIE A Level Notes

 

32  Asif Ahsan| Contact:  01911784608

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

Viscous Drag: 

Viscous drag is the force between different layers of a fluid that opposes their relative motion. 

 

Greater the speed, more is the viscous drag  

 

The further the fluid is from the fixed surface, the greater its speed. 

Solid‐fluid Drag Force: 

The force that opposes the motion of a solid in a fluid is called solid‐fluid drag force. The origin of this force is viscous drag. The more the speed of the solid, the more is the drag force. 

 

Up‐thrust remains same since W stay same When D = W, resultant force = 0  

Page 33: CIE A Level Notes

 

33  Asif Ahsan| Contact:  01911784608 

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

As the ball released, it accelerates. The layer of liquid in contact with the ball moves and the adjacent layers oppose its motion. So an upward drag force occurs  As the speed increases, drag force increases. At some particular speed, drag (D) becomes equal to weight (W). The body no more accelerates and reaches a constant speed called the terminal velocity.   Up‐thrust has been neglected 

 

                          

 

 

 

 

 

Page 34: CIE A Level Notes

 

34  Asif Ahsan| Contact:  01911784608 

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

Law about Fluid Motion: 

 

Rate of flow at any cross‐section in the tube is constant. 

Rate of flow = 

 = ∆

∆ 

 Rate of flow is the volume of fluid moving per unit time. V = A   l 

Rate of flow = 

 

∴ Rate of flow = A   v 

(v = velocity =  ) 

∴ A   v = constant  Therefore in the narrow part of the tube water flows faster.  

Aerodynamic Lift 

 

Faster air exerts less pressure than slower air. 

As the aircraft moves volume of air entering end A per second relative to the motion is equal 

to the volume of air leaving end B per second because of the shape of the wing, air above the 

wing has to travel a greater distance than the air beneath it. So the air above moves faster. 

Faster air exerts less pressure than slower or stationary air. 

Page 35: CIE A Level Notes

 

35  Asif Ahsan| Contact:  01911784608 

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

 

Downward pressure of air on the top of the aircraft  is  less than the upward pressure from 

beneath it. This is why the upward force is greater than the downward force and there is a 

resultant upward force on the aircraft which is called the aerodynamic lift.  

Force Diagram: 

Aircraft flying horizontally at a constant velocity: 

 

Page 36: CIE A Level Notes

 

36  Asif Ahsan| Contact:  01911784608

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

Aircraft gaining height at a constant velocity:  

 cos   

sin   

 

   

Page 37: CIE A Level Notes

 

37  Asif Ahsan| Contact:  01911784608

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

Momentum 

Momentum: 

Momentum is the product of mass and velocity. p = mv 

Conservation of Momentum: 

Total momentum of a system of two or more bodies remains constant before and after collision or explosion, provided no other external forces act upon them.  

 

 m1 u1 + m2 u2 = m1 v1 + m2 v2 

 

 m1 u1 + m2 u2 = (m1 + m2) v If u2 = 0, m1 u1 = (m1 + m2) v                                                                                                                                                                                                             

   

Page 38: CIE A Level Notes

 

38  Asif Ahsan| Contact:  01911784608

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

 m1 u1 – m2 u2 = ‐ m1 v1 + m2 v2 

Explosion: 

 

Total momentum = 0 ‐m1 v1 + m2 v2 = 0 ∴ m2 v2 = m1 v1  The  two  trolleys will  gain  equal momentum  in  opposite  direction.  So  the  net  change  in momentum is zero. But the total kinetic energy of the trolley  increases after the collision. The spring does not work on the two trolleys and energy is transferred from the spring to the trolleys and energy is transferred from the spring to the trolleys.    

 

Total momentum of the gun and bullet before the fire is zero.  

Page 39: CIE A Level Notes

 

39  Asif Ahsan| Contact:  01911784608

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

After the fire, momentum of the bullet is mv1  For the total momentum to remains zero, the gun mast recoil, that is, move backward with the same momentum as the bullet. 

An Experiment to investigate Conservation of Momentum, where two bodies 

combine after collision: 

 

G‐1 is given a push to the right. It moves at a constant velocity. After the collision with G‐2, both the gliders move together at a new constant velocity. During these motions, the card interrupts the light gates.  Measurements: Mass of the gliders, m1 and m2 Length of the card, l Time of first interruption, t1 Time of second interruption, t2  Calculations: 

Velocity of glider‐1 before collision is u =   

Common velocity of the gliders after collision is v =   

Total momentum before collision = m1 u Total momentum after collision = (m1 + m2) v  The results should show that, m1 u = (m1 + m2) v So, the law is verified.      

Page 40: CIE A Level Notes

 

40  Asif Ahsan| Contact:  01911784608 

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

 

Impulse 

Impulse: Impulse is the product of force applied and the time for which the force is applied. Impulse = Force   time Usually we deal with impulse when a large force is applied for a short time. For example; 

(i) When a cricket ball is hit by a bat  (ii)  When two mobbing bodies collide and etc. 

 Unit of Impulse = Ns  

F =   

Or, mv – mu = F   t  ∴ Change in momentum of a body = impulse on the body 

Force‐time Graphs: 

i. Constant Force: 

 

Area under force‐time graph = impulse    

Page 41: CIE A Level Notes

 

41  Asif Ahsan| Contact:  01911784608

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

   

ii. Linearly Changing Force: 

 

Change in momentum on impulse =   F   t 

                                                              = Average Force   time  

iii. Non‐uniformly Changing Force: 

 

Impulse = Area under the graph                = Number of complete square under the curve   Area of one square 

   

Page 42: CIE A Level Notes

 

42  Asif Ahsan| Contact:  01911784608

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

Impulses and Conservation of Momentum: 

 

According to Newton’s 3rd Law of Motion, F1 = F2 And the forces act for the same length of time. ∴ F1   t = ‐ F2   t ∴ Impulse on m1 = ‐ Impulse on m2  ∴ Change in momentum of m1 = ‐ Change in momentum of m2 ∴ Net change in momentum is zero and the total momentum remains unchanged.  Δ Pm1 + Δ Pm2 = 0 Δ Pm1 + Δ Pm2 = Δ P (change in momentum) Δ P = 0  Therefore there is no change in momentum ∴ Momentum before collision = Momentum after collision  Change in momentum on m1 = ‐ Change in momentum on m2  Or, m1 v1 – m1 u1 = ‐ (m2 v2 – m2 u2) Or, m1 v1 – m1 u1 = ‐ m2 v2 + m2 u2 ∴ m1 v1 + m2 v2 = m1 u1 + m2 u2 ∴ Total momentum after collision = Total momentum after collision 

To Measure the Force of a Kick: 

 

   

Page 43: CIE A Level Notes

 

43  Asif Ahsan| Contact:  01911784608

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

Measurements: Mass of the ball = m Time of kick = t (from the timer) Height = h (from which the ball is kicked) Horizontal displacement = x  Calculations: If t is the time the ball elapses in air, considering vertical motion, 

h =   gt2 

∴ t =   

 Considering horizontal motion, x = v   t 

v =   

F =   =   

∴ F =   

 

 

 

   

Page 44: CIE A Level Notes

 

44  Asif Ahsan| Contact:  01911784608

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

Chapter 04 

Work, Energy & Power 

 

Work:  It is defined as the product of the force applied and the distance moved in the direction of 

the applied force. 

  Work = Force * Displacement in the direction of the force 

  W =  F * d(x) 

 

 

 

 

 

Circular Motion: 

For an object which is moving in circle, a force always acts on the object which is directed towards the 

centre of the circle. Here, the displacement of the object is along the tangent to the circle and the force 

is perpendicular to the displacement. No work is done on the object. 

Negative work is done when the displacement occurs in the opposite direction of the unbalanced force. 

Its consequence is the deceleration of the body. E.g. work done by a braking force or frictional force 

acting on a moving body is negative work. 

 

 

 

 

 

Force‐Displacement Graphs: 

i) Constant Force 

 

Work done   = Area under the graph 

    = F * x 

 

ii) Force changing linearly 

Ө

F

x

W = Fx  W = (FCosӨ) * x W = (FCos900) * x 

F (Braking Force) 

W = ‐F *x 

F

x F

Page 45: CIE A Level Notes

 

45  Asif Ahsan| Contact:  01911784608

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

 

Work   done  =   Fx 

 

 

 

 

 

 

 

iii) Force changing non‐linearly 

Energy of a small square = 1x1=1J 

No. of complete squares = x 

No. of incomplete squares = y 

Total energy under the graph 

      = (x*1) + (1

2 * y * 1) 

      = z J 

Work Done by a gas that is expanding against a constant external pressure: PΔV  

Energy 

It is the ability of doing work. There are two types of mechanical energy: 

1) Potential Energy 

2) Kinetic Energy 

 

Potential Energy 

Whenever work is done against a non‐contact force, the energy gained by the body is called potential 

energy. There are two types of potential energy: 

a) Gravitational Potential Energy (GPE) 

b) Elastic Potential Energy (EPE) 

c) Electric Potential Energy 

 

   

Page 46: CIE A Level Notes

 

46  Asif Ahsan| Contact:  01911784608

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

 

Gravitational Potential Energy 

A body gains gravitational potential energy when its position is changed against gravitational force. A 

body  loses  gravitational  potential  energy  when  its  position  is  changed  along  the  direction  of 

gravitational force. 

 

 

 

 

 

 

 

Here, the gain in gravitational potential energy = mgΔ h. 

Elastic Potential Energy 

When work  is  done  against  elastic  force,  the  gain  in  energy  is  known  as  elastic  potential  energy. 

Example:  elastic potential energy in a stretched spring 

 

According to Hooke’s Law, force is directly proportional to displacement. 

 

   

mg 

W = F * h

GPE = mgh 

Page 47: CIE A Level Notes

 

47  Asif Ahsan| Contact:  01911784608

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

Hooke’s Law: 

  F ∝ x 

F = kx,     where, k = spring constant (stiffness of the spring) 

 

 

 

 

 

When work is done against a contact force, no potential energy is gained by the body. In this case, the 

body usually gains thermal or internal energy. 

Electric Potential Energy:  

 

 

 

 

 

Kinetic Energy 

Energy possessed by a body because of its motion is called kinetic energy. If a body of mass m moves 

at a velocity v, its kinetic energy, K.E. =   mv2. 

Derivation of ½ mv2: 

 

 

   

 

 

A constant force, F,  is applied on a body of mass m, which  is  initially at rest. The body undergoes a 

constant acceleration a, and gains a velocity v after a displacement of x. 

  v2  = u2 + 2ax 

F (N) 

x (m)

Energy = Area under the graph =   Fx 

E.P.E =   Fx ‐‐‐‐‐‐‐ (i) 

 

E.PE.  =   (kx)x    =   kx2 ‐‐‐‐‐ (ii) 

FF 

v

x

Smooth surface

Page 48: CIE A Level Notes

 

48  Asif Ahsan| Contact:  01911784608

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

or,   v2  = 2ax 

or,  ax =  v2 

Kinetic Energy, K.E.   = F * x 

          = ma * x 

          = m * (ax)  = m * ( v2) 

    ∴    K.E.  =   mv2 

Relationship between kinetic energy and momentum: 

Momentum of a body = its mass * its velocity 

Momentum = m * v 

∴     ρ = m * v        Unit : kgms‐1 

      K.E. =   mv2 *          K.E.  =   * 

 =      

Internal Energy:  Some of potential energy  and  kinetic energy of  the molecules  in matter  is  called 

internal energy. 

 

Power 

It is defined as the rate of doing work or the rate of energy transferred. 

  Power = 

   (Watt)    Power = 

  (J/s) 

∴     P = F * v   

 

Efficiency 

It  is the ratio of useful energy or useful power output to the total energy or total power  input.  It  is 

expressed in both ration and percentage. 

Efficiency = 

 * 100% 

       = 

 * 100% 

 

Page 49: CIE A Level Notes

 

49  Asif Ahsan| Contact:  01911784608

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

Law of Conservation of Energy 

“Energy can neither be created nor destroyed. It can only be transferred from one form to another. The 

total amount of energy in the Universe is constant.” 

EXPERIMENT:  To investigate the law of conservation of energy 

 Procedure: 

As the load falls, it loses potential energy. Both the glider and the falling mass (weight) gains kinetic 

energy. 

 

Measurements:  

Mass of the glider with card   =  m1 

Mass of the falling load      =   m2 

Length of the card        =  L 

Distance travelled by the glider before it interrupts the light gate    =  x 

Time of interruption = t 

 

Calculations:  

Velocity of the glider when it interrupts the light gate: v =     

Loss of G.P.E. of the load: m2gh or m2gx 

Gain in Kinetic energy of glider:       

Gain in Kinetic energy of load:     

If the results show that:            +    = m2gx  then  it  is  proved 

that the total energy of the system is conserved. 

 

Assumption: 

Page 50: CIE A Level Notes

 

50  Asif Ahsan| Contact:  01911784608

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

No friction in the pulley 

The string is inextensible and weightless. 

                                                                                                                                                                                                            

 

Elastic Collision 

When the kinetic energy of a system of two or more colliding bodies remains constant before and after 

the collision, it is called elastic collision. 

 

Inelastic Collision 

When the total kinetic energy of a system changes after collision, it is called inelastic collision. 

 

 

When two bodies collide with springs between them, the collision  is approximately elastic. Perfectly 

elastic collision occurs between atoms and molecules. Usually, in other collisions, total kinetic energy 

decreases because some energy is transferred to internal energy. 

 

 

EXPERIMENT:  To study an elastic collision 

 

 

 

   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Procedure 

The two gliders are given a small push towards each other. The gliders collide and rebound. During 

these motions, each of the cards interrupts on the light gate twice. 

 

Measurements: 

 

1) Length of the cards    =   L1 and L2 

2) Mass of the gliders    =  m1 and m2 

3) Time of interruption of glider 1 before collision    =  T1 sec 

4) Time of interruption of glider 2 before collision    =  T2 sec 

m1  m2

L1  L2

Page 51: CIE A Level Notes

 

51  Asif Ahsan| Contact:  01911784608

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

5) Time of interruption of glider 1 after collision    =  T3 sec 

6) Time of interruption of glider 2 after collision    =  T4 sec 

 

 

 

Calculations: 

Before collision:  velocity of glider 1  =  u1  =    

          velocity of glider 2  =  u2  =    

Total kinetic energy  =   m1u12 +   m2u22

After collision:  velocity of glider 1  =  v1  =    

          velocity of glider 2  =  v2  =   

Total kinetic energy  =   m1v12 +   m2v22 

If,    

   m1u12 +   m2u22    =   m1v12 +   m2v22,     the  collision  is 

elastic. 

 

EXPERIMENT:  To measure the speed of an air rifle pellet 

 

 

 

 

 

 

 

 

Procedure 

The rifle is fired horizontally so that the pellet is embedded in the suspended plastic block. 

 

Measurements: 

Mass of pellet    =  m1 

Page 52: CIE A Level Notes

 

52  Asif Ahsan| Contact:  01911784608

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

Mass of block    =  m2 

Maximum height gained by the pellet and the block    =  h 

 

Calculations: 

GPE gained by the pellet and the block  =  (m1 + m2) * g * h. 

If the common velocity of the block and the pellet just after the collision is v, their kinetic energy is

  =   (m1 + m2)v2. 

 

 

According to the law of conservation of energy,  

(m1 + m2)gh  =   (m1 + m2)v2. 

∴  v    =  √2 h 

  If the speed of the pellet before collision is u, then the law of conservation of momentum , 

          m1u1  =  (m1 + m2)v 

          ∴  u1  = 

 * v

 

   

Page 53: CIE A Level Notes

 

53  Asif Ahsan| Contact:  01911784608 

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

Chapter 05 

Fluids 

Pressure in fluid 

Pressure exerted by a fluid is defined as the weight of fluid per unit area. 

    P = Weightoffluid

Area = 

F

    P = hρg          

 

Atmospheric Pressure 

Atmospheric pressure is the pressure due to the huge amount of air above us. 

  ρ = 1.2 kgm‐3 

  Atmospheric pressure = 9000 * 1.2 * 9.81  =  100,000 Pa 

 

Pressure and depth, h 

Pressure at a given depth is independent of direction. 

The pressure  is same  in all directions. The pressure on a  submerged object  is perpendicular  to  the surface at each point on the surface. 

where, h heightoffluid

ρ densityoffluid

g gravitationalfieldstrength

P  P

Ph

Page 54: CIE A Level Notes

 

54  Asif Ahsan| Contact:  01911784608 

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

The pressure at a given depth is independent of direction -- it is the same in all directions. This is another statement of the fact that pressure is not a vector and thus has no direction associated with it when it is not in contact with some surface. The pressure on a submerged object is always perpendicular to the surface at each point on the surface. 

Upthrust 

Upthrust is the force exerted on an object by a fluid in the upward direction when the object is immersed in the fluid.  Upthrust is the result of pressure difference between the top surface and  the bottom surface of a solid  immersed  in a  fluid. Upthrust of a  fluid on a particular solid at a particular temperature remains constant. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Resultant pressure  =  P2 –P1 

    P      =  (h2 – h1)ρg 

           =  h ρg 

    F      =  Ahρg 

∴    F      =   vρg    (v = volume of the object, ρ = density of fluid, g= gravity) 

 

 

Archimedes’ Principle 

Up thrust on a body by a fluid is equal to the weight of the fluid displaced by the body. 

Volume of can   =   volume of fluid displaced 

Volume of fluid displaced (v) * Density of fluid (ρ)  =  mass of fluid (m) 

Up thrust   =  (vρ)*g 

h2 

P2 

P1  h1 

P1 = h1ρg 

P2 = h2ρg 

Since,  

  h2 > h1, 

∴  P2 > P1, 

Page 55: CIE A Level Notes

 

55  Asif Ahsan| Contact:  01911784608

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

∴  Upthrust  =  mg Where mg is the weight of the fluid displaced.  

Floatation 

An object will float if its weight is equal to the weight of the fluid it displaces. 

 

 

 

 

 

 

   

 

 

 

 

 

 

The ship will float if, 

Weight of the fluid displaced  =  Weight of the ship 

In order to stay afloat, an object (e.g. a ship)  in a fluid (e.g. water) needs to displace fluid of weight equal to the object’s own weight.  If the weight of the object  is  large,  it will need to displace a  large volume of the fluid, else it will sink. On the other hand, if the density of the fluid is high, the object will need to displace less volume of water (since density is more, a smaller volume of the fluid will produce the weight required to balance the object’s weight) and so the object will float more. 

 

   

TITANIC

Upthrust 

Weight

Page 56: CIE A Level Notes

 

56  Asif Ahsan| Contact:  01911784608 

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

Moments and Couples 

There are two types of motion: 

1) Translation 2) Rotation 

Translation: 

Translation occurs when all the points of an object are displaced over the same distance at the same speed. 

 

AA1 = BB1 CC1 A, B, C undergoes the same displacement at the same speed. So, the body undergoes only translation. 

Rotation: 

 

The points A, B, and C undergo different displacements at different speeds. 

In rotation, different points of a body move through different distances at different speeds, and there is at least a single point which does not displace at all.  

Sometimes a body undergoes both translation and rotation. Example; the motion of a top, motion of 

the Earth and etc. 

Page 57: CIE A Level Notes

 

57  Asif Ahsan| Contact:  01911784608 

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

Moments: 

The turning effect of a force is called its moment. Quantitatively moment is the produce of the force and its perpendicular distance from the turning point. Moment = Force   1 distance from the turning point/ pivot/ fulcrum  

Two types of Equilibria:  (i) Translational (ii) Rotational                                                                            The block is at rest on the plane The block does not translate or rotate, so it is in both translational and rotational equilibria.  

A ballet dancer spinning on her toe at a fixed point is in a translational equilibrium, but not in rotational equilibrium.  

A car moving in a straight line is in rotational equilibrium, but not in translational equilibrium. 

Condition for Translational Equilibrium: 

Resultant force on the body must be zero 

 

 

Condition for Rotational Equilibrium: 

Resultant moment by the forces on the body about a point is zero. This is called principle of moments which states that: “When a body is in equilibrium, the total clockwise moment about a point is equal to the total anti‐clockwise moment about the same point”  ∑ fd = 0 When a fan is moving, moment of the forces on the fan is not zero, but the resultant force is zero. So the fan only rotates and does not undergo translation 

Page 58: CIE A Level Notes

 

58  Asif Ahsan| Contact:  01911784608 

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

 

Resultant Force = 0 Resultant Moment   0, because both are clockwise moments 

Couple: 

A couple is formed when two equal forces having different lines of action act on a different body in opposite direction 

 

[d1 = d2]  Couple always causes rotation not translation. The moment of the couple: = F   d2 + F   d1 = F (d1   d2) = F   d ∴ Total moment of a couple = one of the forces   distance between the forces 

Torque ( ): 

The resultant moment of a numbers of forces is called a Torque ( ). Moment of a couple or a system of two or more forces is called Torque. 

Page 59: CIE A Level Notes

 

59  Asif Ahsan| Contact:  01911784608

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

Centre of Gravity (G): 

Centre of a gravity of a body is a point through which the total weight of the body seems to act To locate the centre of gravity of irregular shaped objects (thin), two methods are used: 

(i) Balancing Method (ii) Hanging Method 

Conditions for Equilibrium: 

When a static system is acted upon with a number of co‐planar forces, then the conditions for equilibrium are: 

(i) Sum of the forces in any one direction (horizontal) is zero (ii) Sum of the forces in another direction (vertical) is zero (iii) Sum of the moments about a point is zero 

                     

2m 

Page 60: CIE A Level Notes

 

60  Asif Ahsan| Contact:  01911784608

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

Matter and Deforming Solids 

   

Page 61: CIE A Level Notes

 

61  Asif Ahsan| Contact:  01911784608

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

   

Page 62: CIE A Level Notes

 

62  Asif Ahsan| Contact:  01911784608

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

According to general observation, solids are categorized into the following types:  1) Rigid:    materials which do not deform easily when a force is applied. E.g. block of metal, wood 2) Plastic:  materials which deform permanently and do not return to their original shape when a 

force is applied. E.g. wet clay, dough, etc. 3) Elastic:  materials which deform easily when a force is applied and returns to its original shape 

when th0e force is removed. E.g. spring, rubber band  

Different Types of solids:  

Malleable 

Materials those can be hammered into thin sheets . Gold, as an example, is malleable material and can 

be hammered into Gold leaf. 

Ductile  

Ductile materials can be drawn into wires. Copper wires are used extensively for electrical connections 

and are produced by drawing out cylinders to the desired thickness. Most ductile materials are also 

malleable but not all malleable materials are not ductile. 

Tough 

Tough materials are those which are able to withstand  large  impact forces without breaking. Tough 

metals usually undergo considerable plastic deformation in order to absorb the impact energy. 

Brittle 

A brittle object will break or shatter with little deformation when subjected to shocks or impacts. 

Hard 

The materials which resist plastic deformation caused by denting or scratching or cutting are said to be 

hard materials. 

Strong 

An object  is strong  if  it can withstand a  large  force before  it breaks. The strength of a material will 

depend on its size. For e.g. thick cotton thread requires a bigger breaking force than a thin wire. 

The strength of a material is defined in terms of its breaking force 

Hooke’s Law 

“Extension of an elastic body is directly proportional to the force applied or directly proportional     to the restoring force but in the opposite direction until it exceeds its elastic limit.”   

Page 63: CIE A Level Notes

 

63  Asif Ahsan| Contact:  01911784608

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

 F   e or Fs   ‐e (F = applied force, Fs = Restoring Force, e = extension also represented by Δx) F = ke   Or   Fs =  ‐ke  (The  negative  sign  represents  that  the  extension  of  the  spring  and  the restoring force are proportional but takes place in the opposite direction.)  K = F/e = spring constant/ or stiffness of the spring.  Qualitative definition of ‘k’ = How much force is required to extend or compress the spring. Car springs are stiffer than ordinary laboratory springs.  Quantitative definition:  Spring constant is the force needed per unit extension.  Force ‐ Extension graph of average extendable materials:  

 

Limit of proportionality: The  force up to which extension  is directly proportional to  force, that  is,  ‘F’ against ‘e’ graph is straight line, is called the limit of proportionality. 

Elastic Limit: The force beyond which an elastic material behave plastically that is, the material does not return  to  its  original  shape  or  length  when  the  force  is  removed  is  called  elastic  limit.  Limit  of proportionality and the elastic limit are very close and the limit of proportionality is a little less than the elastic limit. The extension or deformation beyond the elastic limit is called plastic deformation. 

Yield Point & Breaking Point 

Beyond elastic  limit, at a certain point, known as  the yield point,  the extension of a body  increases rapidly with even a small increase in force.  

Original unextended length

Page 64: CIE A Level Notes

 

64  Asif Ahsan| Contact:  01911784608

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

If the object keeps extending, at a certain point, known as the breaking point, the object breaks down. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E  =   kx2 

or,  E  =   Fx    =   (kx)x  =   kx2 

Unit : Joule 

 

 

 

 

Stress, Strain & Young’s Modulus 

 

Stress:    It is the force per unit area of cross‐section. 

 k3 

k2 

3

F (N) 

e (m)

Gradient = k1

∴  k3>k2>k1 

∴  Spring (3) is more stiff than spring (2) 

∴  Spring (2) is more stiff than spring (1) 

Area under a force‐extension graph  

=   Energy stored in spring 

 

  Elastic Potential Energy 

Page 65: CIE A Level Notes

 

65  Asif Ahsan| Contact:  01911784608 

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

      i.e.  stress  = Force

Areaofcross section 

There are three types of stress:  

1) Tensile2) Compressive3) Shear

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Tensile Stress:    It is defined as the tensile force per unit area of cross‐section. 

          Tensile stress    = Force

Areaofcross section    S.I. 

Unit: Nm‐2 or Pascal 

 

Strain:    The extension per unit length is called the strain   

        Strain  = L   or,   

L       

        Extension,   e  =  L1 –L2 

 

 

 

Young’s Modulus 

For materials that obey Hooke’s Law, the tensile stress is found to be directly proportional to tensile strain i.e Stress α Strain. 

Tensile Stress Compressive Stress 

L1L2 

 

Shear Stress 

Page 66: CIE A Level Notes

 

66  Asif Ahsan| Contact:  01911784608

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

Stress α Strain 

Stress =  E * Strain 

E = young Modulus 

  Young’s modulus (E)  = 

Strain Ԑ  

Unit:  Pa (Yes ! It is same as Pressure’s unit) 

Stress – Strain Graph beyond the elastic limit of a ductile Material: 

 

u =  

A – Limit of proportionality:  It is the point up to which the stress is proportional to strain and the graph is a straight line. After that the stress is not directly proportional but will come back to original shape after the removal of stress. 

 

B – Elastic limit:  It is the stress beyond which the body or the material behaves plastically and it fails to return to its original shape after the stress is removed. 

 

y = Yield Point : The point at which material shows large increase in strain for a small increase in stress. 

 

C – Ultimate tensile stress: Ultimate Tensile Strength = Ultimate tensile strength (UTS), often shortened to tensile strength (TS) or ultimate strength, is the maximum stress that a material can withstand while being stretched or pulled before failing or breaking.  

Relationship Between Young Modulus and Stiffness. 

Page 67: CIE A Level Notes

 

67  Asif Ahsan| Contact:  01911784608

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

Young’s modulus:   

Strain Ԑ   = 

/

/   = 

∗   =  k*    

            E    =  k* 

          ∴  k    =    

If  the  gradient  of  the  force‐extension  graph  or  stress‐strain  graph  is  large,  that means  the  Young Modulus of the material is large and the material will be stiffer. 

Compressive Force 

When a force tries to reduce the volume of a material, the force is called a compressive force. 

 

Compressive Stress 

It is the compressive force per unit area. 

  Compressive stress  =   

 

 

The stress beyond which a material breaks is called its compressive strength. 

 

Energy Density 

The energy stored per unit volume or the work done per unit volume in an elastic deformation is called the energy density. 

i.e 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4πr2 F

Stress 

Strain 

.     Energy density  = 

  

    Stress  =       

Strain  =    

∴    Stress * Strain  =      *    =

 

 

Stress = E * strain 

Area = ½ * stress * strain 

       = Energy density 

 

Page 68: CIE A Level Notes

 

68  Asif Ahsan| Contact:  01911784608

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

Experiment to measure the Young Modulus of a straight wire 

 

Before adding the loads the length of the wire ‘l’ from the end of the wooden blocks and middle of the 

pulley is measured using a meter just hanging the mass hanger only. 

The diameter of the wire  is also measured at several places of the wire using a screw gauge and an 

average diameter ‘d’ is calculated.  

A known mass ‘ m’ is hung with the help of the mass hanger and the extensions ‘e’ found with the help 

of the meter rule.  

The experiment repeated with several known masses and the corresponding extensions of the wire are 

measured. 

Calculations 

Radius of the wire: r =   

Cross Sectional Area of the Wire: A = πr2

ForceappliedtothewireF mg

Stressappliedtothewire F/A

Strain e/l

AgraphofStressagainstStraininplottedandthegradientofthegraphgivestheyoungmodulusofthematerial.

SafetyPrecaution:Safetygogglesshouldbewornincaseofsnappingwires.Theapparatusshouldbesetupatlowheightsothatfallingloadcan’tdomuchdamage.Alsofloormatsmustbeusedtoavoidbouncingbackofloadstofeet.

Precaution:Thescrewgaugeshouldbehandledcarefullytoavoiddamageofthewire.

Page 69: CIE A Level Notes

 

69  Asif Ahsan| Contact:  01911784608 

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

Electric Field & Coulomb’s Law: 

Two charged bodies attract or repel each other by a force called electrostatic force. Some points to 

remember about electrostatic phenomena and electric charges are: 

(i) By friction, electrons are transferred from one substance to another. Example: From 

Perspex to cloth or from cloth to polythene. 

(ii) Positively charged body means there is a lack of electrons and, negatively charged body 

means there is excess of electrons. 

(iii) Like charges repel and unlike charges attract. 

(iv) Electric charges always transfer discretely, i.e. at whole number of electronic charge 

1.6 10   

 

Coulomb’s Law of Electronic Force: 

               

The force of attraction or repulsion between two charged bodies is directly proportional to the product 

of the amount of their charges, i.e.  ∝ 1 2 (i)  

The force is also inversely proportional to the square of their distance apart, i.e.  ∝   (ii) 

Combining (i) and (ii),  ∝   

∴  , where   is a constant which depends on the medium between the charges. For vacuum 

or air,  9 10  . 

 

 

Calculate the electrostatic force between two spheres, 12  apart in air, having positive charges of 

95  and 106 . 

.6.29 10   

If   is positive, the force is repulsive and if   is negative, the force is attractive. 

In the expression,   , 

 , where   is a constant called the permittivity of the medium between the charged 

bodies. 

Page 70: CIE A Level Notes

 

70  Asif Ahsan| Contact:  01911784608 

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

i.e.    

For vacuum, permittivity is  o 8.85 10    

Relative Permittivity: 

The relative permittivity of a medium is the ratio of its permittivity,  , to the permittivity of vacuum, 

o. 

∴   

For air,  o 1.005  

For water,  o 80  

Permittivity of water is about 80 times that of air. 

When NaCl  is  in water, electrostatic  force of attraction between Na+ and Cl‐ becomes  . So, NaCl 

dissolves in water. 

Electric Field: 

The region around an electric charge, where it exerts an electrostatic force on another charge is called 

an electric field. 

Electric field is represented by lines of forces. It is a vector quantity; the direction of the field at any 

point is defined as the direction of the force on a small positive charge placed at that point. 

     

For an isolated point charge, the electric field is radial. 

 

Page 71: CIE A Level Notes

 

71  Asif Ahsan| Contact:  01911784608 

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

For a hollow charged conductor, there is no electric field inside and, if the conductor is spherical, then 

the field outside is radial. 

 

At a greater distance, flux density decreases, so field strength decreases. 

Between two parallel charged plates, the field is uniform. 

Electric Field Strength (E): 

Electric field strength at a point is the force exerted by the field on 1C charge. 

i.e.    

;

  

:   

  

 

The field strength at   is, 

  

  

Or,    

∴ ∝   

Page 72: CIE A Level Notes

 

72  Asif Ahsan| Contact:  01911784608 

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

 

Experimental Investigations to find the pattern of Electric Field Lines: 

(i) Between two point electrodes 

 

(ii) Between two parallel plate electrodes 

 

Page 73: CIE A Level Notes

 

73  Asif Ahsan| Contact:  01911784608 

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

(iii) Field between two parallel plates 

 

In region  , the field lines are parallel and equal spaced. Such a field is called a uniform field. 

In a uniform field, field strength,  , remains constant everywhere. 

Work Done in an Electric Field: 

  

∴   

Also,    

Since  ,    

∴   therefore W/q = Ex  

So E = V/d 

Problem: 

   

Page 74: CIE A Level Notes

 

74  Asif Ahsan| Contact:  01911784608

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

Electricity 

Electric Current: 

Qualitatively, an electric current is a flow of charge or charged particles. 

In a metal conductor, the charged carries are free electrons and so, an electric current is usually a flow 

of electrons. 

Qualitatively, an electric current is defined as the rate of flow of charge, i.e. 

Current = 

 

I =   

I = ∆

∆ 

SI unit: Ampere (A) 

1 A = 1 Cs‐1 

Charge is always transferred discretely. 

Charge of an electron = 1.6 10   

Since  fraction of electron cannot be  transferred,  it  is not possible  for any amount of charge  to be 

transferred, i.e. the amount of charge must always be whole number multiple of electronic charge. 

How many electrons have to moved to transfer 0.5C charge? 

Q = ne 

N =   =.

.  

therefore n = 3.125 x 1018  

To make the free electron in a metal flow, a push is required. Qualitatively, this electrical push is called 

e.m.f. or electromotive force. Usually a cell or a battery or a generator provides this electrical push. 

Electromotive Force: 

Quantitatively, e.m.f. is defined as the amount of work done or energy transfer to move one coulomb 

charge in a complete loop of an electrical circuit. 

E.m.f. of a cell is the amount of chemical energy transferred to electrical energy per coulomb charge 

by the cell. 

E.m.f. =  /

 

E =   or   

Page 75: CIE A Level Notes

 

75  Asif Ahsan| Contact:  01911784608 

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

W =   

Unit: JC‐1 or Volt (V) 

1 V = 1 JC‐1 

 

 

Terminal Potential Difference: 

 

 

 

Page 76: CIE A Level Notes

 

76  Asif Ahsan| Contact:  01911784608

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

E.m.f T + lost voltage  VT = V1 + V2 + V3  VT = terminal voltage  E = E1 + E2 + E3 + Elost  The potential difference between the two points is an electrical circuit is the amount of work done to 

flow 1 C of charge between the points. 

Potential difference = 

 

Terminal  potential  difference  is  the  potential  difference  between  the  positive  and  the  negative 

terminals of the cell, when connected in an electrical circuit. 

Some voltage is always lost due to the internal resistance of the supply itself. 

Vlost = Ir                  r = internal resistance 

E = VT + Vlost 

∴ E = VT + Ir 

E = e.m.f. 

If the cell does not have any internal resistance, 

E = VT 

Therefore, e.m.f. is the total energy transferred by the cell per coulomb charge and terminal potential 

difference is the total energy used up per coulomb charge by all the components in the external circuit. 

To measure the e.m.f. ( ) and the Internal Resistance (r) of a cell roughly 

 

When the switch is opened, the voltmeter reading is recorded. This reading is an approximate value 

for the e.m.f. of the cell. 

When  the  switch  is  closed,  the  voltmeter  reading  is  again  recorded.  This  reading  is  the  terminal 

potential difference, Vt. also the ammeter reading, I is recorded. 

Page 77: CIE A Level Notes

 

77  Asif Ahsan| Contact:  01911784608

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

VT + Vlost 

VT +  r 

r =   – VT 

∴ r =   

 

Ohm’s Law: 

The current in a conductor is directly proportional to the potential difference between two points of 

the conductor, provided the temperature is constant. 

∝  or,  ∝  

∴   

∴   [R is the resistance of the conductor] 

 

              

SOMETHING MISSING ABSENT WRITTEN IN COPY 

Ohm’s Law: 

Under constant physical conditions, the resistance   of a conductor is constant, i.e. R is independent 

of   or   or their directions 

Page 78: CIE A Level Notes

 

78  Asif Ahsan| Contact:  01911784608

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

 

Obeying Ohm’s Law 

Experiment: To investigate Ohm’s Law using a coil of wire and to measure its resistance 

 

A set of values for   are obtained by altering the total resistance of the circuit with the help of 

the variable resistor. The fixed resistor  is used to  limit the maximum current of the circuit within a 

small value,  like not more than 1 (A). Otherwise, with greater current, the coil would become hot, 

causing a change in resistance. If the wire is thin, then it might burn or melt from overheating.  

The whole experiment is repeated by reversing the polarity of the battery. 

A graph is plotted with . The best fit line is a straight line through the origin. 

Page 79: CIE A Level Notes

 

79  Asif Ahsan| Contact:  01911784608

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

 

R = gradient of the line. 

∝   

Advantages of Graphical Calculation of Resistance over a tabular method: 

i. The graphical method averages the set of good readings, avoiding the wrong values. 

ii. Any systematic error is eliminated in the graphical methods. 

Current in Microscopic View: ∆

∆  (Macroscopic view) 

  

 = carrier density, i.e. the number of free electrons in unit volume. [unit: m‐3] 

 = area of cross‐section of the conductors. [unit: m2] 

 electronic charge = 1.6 10  

drift velocity of the charge carriers. [unit: ms‐1] 

According to conductivity, materials are of three types: 

i. conductors 

ii. Semi‐conductors 

iii. Insulator 

In conductors, there are always a remarkable number of free electrons, i.e. carrier density   is large. 

The change in temperature does not affect their carrier density. 

Semi‐conductors have very few electrons at normal temperature. As temperature increases, number 

of free electrons, i.e. the carrier density   increases. So, at low temperatures, semi‐conductors are like 

insulators, and at high temperatures, they behave like good conductors. Example: silicon, graphite and 

etc.  

Insulators do not have any free electrons whatever the temperature is. 

 

Page 80: CIE A Level Notes

 

80  Asif Ahsan| Contact:  01911784608

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

Random Speed and Mean free path: 

 

The mean  free  path  is  the  average  distance  travelled  by  free  electrons  between  two  successive 

collisions. 

The free path is travelled by the electron at a large speed, around 106 ms‐1. This speed is called the 

random speed. 

Drift Velocity: 

When a potential difference is applied between the ends of the conductor, free electrons drift slowly 

in the opposite direction of the convectional current. This average displacement of the charge carriers 

in 1 second is called their drift velocity (typical value: 10‐3m or 104m) 

Volume covered by the charged particles in 1s is   ( ) 

∴ Number of free electrons passing through any cross‐section in 1s is  . 

∴ Charge transferred in 1s is  . 

 

1   1   1.6 10   10    

 Calculate the drift velocity 

1 10   

∴ 1 10 10   

V = .

 

Page 81: CIE A Level Notes

 

81  Asif Ahsan| Contact:  01911784608

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

∴ V = 6.25 10  

The  length of the wire connecting the  lamp with the battery  is 1m. How  long will  it take for a free 

electron to move from the power to the lamp? 

Time = .

  1.6 10  

When the switch is closed, it takes a long time for the free electrons to move from the power supply 

to the  filament of the  lamp. But practically the  lamp  lights  instantly as the switch  is closed. This  is 

because, when the switch is closed, all the charge carriers in the circuit start to move together at a 

time,  and  the  electrical  effect  travels  around  the  circuit  at  the  speed  of  light  in  the  form  of 

electromagnetic wave.  

Application of I = nAqv to interpret some cases: 

Case 1: 

 

I is constant because wires are connected in series 

A is same because material is same 

q is constant because it is electronic charge 

 

   

Page 82: CIE A Level Notes

 

82  Asif Ahsan| Contact:  01911784608

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

Experiment: To compare the Drift Velocity of Charge Carriers in two wires 

  

∴   

∴  ∝    [I, n & q are constant] 

Thin wire has a smaller area of cross‐section. So, drift velocity v in the thin wire is greater than in the 

thick wire. 

 

Filament diameter   1cm 

Area of cross‐section A of the wire is 106 times that of the area of cross‐section of the filament. 

∴ Drift velocity of the charge carriers in the filament is 106 times in the wire. 

As calculated before, in wire  6.25 10  

∴ In filament,  6.25 10 10  

⇒  6.25 10  

∴  625  

   

Page 83: CIE A Level Notes

 

83  Asif Ahsan| Contact:  01911784608

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

Case 2: 

 

Experiment: Compare the Drift Velocities of the charged Carriers in the two materials 

  

∴   

I, A & q are constant 

∴ ∝   

For conductor,  10  

For semi‐conductor,  10  

∴ For conductor,   is 105 times that for semi‐conductor. 

Since  ∝ , in semi‐conductor, the charge carriers move 105times faster than in the conductor. 

 

 

   

Page 84: CIE A Level Notes

 

84  Asif Ahsan| Contact:  01911784608 

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

V‐I & I‐V Graphs for some non‐ohmic Conductors or Electrical Components: 

Filament of a Lamp: 

 

With increasing temperature, resistance of a conductor increases. At greater current, the filament is 

heated up more; its temperature increases, so does its resistance. As a result, the gradient of V‐I graph 

increases and the gradient of the I‐V graph decreases. 

Microscopic View: 

  

At higher temperature,  ,  does not change because of the  increase  in  internal energy, the 

fixed  ions  in  the metal  vibrate more  vigorously.  The  free  electrons  collide with  fixed  ions more 

frequently. As a result, the passage of charge carriers is hindered more, their drift velocity v decreases. 

Hence, current   decreases and resistance R increases. 

 

Thermistor: 

A temperature‐sensitive resistor is called a thermistor.  

There are two types of thermistors: 

I. NTC (Negative Temperature Coefficient) Thermistor 

Resistance of this types of thermistors decreases with the increase in temperature. 

 

II. PTC (Positive Temperature Coefficient) Thermistor 

Resistance of this types of thermistors increases with the increase in temperature. 

 

   

Page 85: CIE A Level Notes

 

85  Asif Ahsan| Contact:  01911784608

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

For NTC Thermistor: 

 

  

At  lower temperature, these materials have very small carrier density . As temperature  increases, 

more electrons become  free  from  the atoms. So, carrier density    increases significantly and drift 

velocity decreases slightly. Consequently, the current increases i.e. resistance decreases.  

   

Page 86: CIE A Level Notes

 

86  Asif Ahsan| Contact:  01911784608 

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

                      

Semi‐Conducting Diode: 

An electrical component, which allows current  to  flow only  in one direction,  is known as a diode.

 

 

The diode in this series is in forward bias. When voltage across the diode is very small no current flows 

through the circuit. On increasing the voltage, the current very slowly increases. On reaching a certain 

voltage  (0.1V),  the  current  starts  to  increase  significantly.  At  this  voltage,  the  carrier  density   

increases remarkably. So,   increases and hence R decreases. 

Page 87: CIE A Level Notes

 

87  Asif Ahsan| Contact:  01911784608 

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

 

In this diagram, the diode is in reverse bias. Here the current reading remains zero even if the voltage 

is  increased  too high. This  is because  in  reverse bias,  carrier density    remains  zero or negligible 

whatever the voltage is. 

 

 

 

 

 

Resistivity: 

At constant temperature, resistance of a conductor depends on two factors: 

i. Its length   

∝  ‐‐‐‐‐‐‐(i)   [when area of cross‐section A is constant] 

 

ii. Its area of cross‐section (A) 

∝  ‐‐‐‐‐‐‐‐(ii)   [when   is constant] 

Page 88: CIE A Level Notes

 

88  Asif Ahsan| Contact:  01911784608

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

Combining (i) and (ii): 

∝   

⇒ ƍ     

Where ƍ is a constant called the resistivity of the material of the conductor. 

ƍ   

⇒   

Unit:   

If A = 1 m2 &   1  

ƍ   

∴ ƍ = R 

 

Resistivity: 

The resistivity of the material of a conductor is its resistance per unit length and unit area of cross‐

section. 

If temperature changes, resistance also changes. This is why resistivity changes. 

 

Experiment: To measure the resistivity of the material of a coil of wire 

 

Measurement of R: 

With the help of the variable resistor, a set of values for   are recorded.   graph is plotted. The best‐fit line is drawn through the points. 

R = gradient of the line 

Precautions: 

Page 89: CIE A Level Notes

 

89  Asif Ahsan| Contact:  01911784608 

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

The current should be kept small, within 1A because at a grater current, the wire will be heated up, 

changing its resistance. For this purpose, the fixed resistance   has been connected in series. 

Measurement of l: 

Number of turns in the coil is recorded N. Diameter of the coil is measured D using a slide calipers. 

Length of wire,     

Measurement of A: 

Diameter   of the wire is measured with a micrometer screw gauge. 

  

Using the measured values, resistivity is calculated. 

  

 

Internal Resistance & Short‐Circuit Current: 

 

  

⇒   

∴   

∴   

  

 

Page 90: CIE A Level Notes

 

90  Asif Ahsan| Contact:  01911784608 

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

Experiment: To measure E and r 

By changing the total resistance of the circuit with the variable resistor, a set of values for terminal 

voltage   and current in the circuit   are recorded. A graph is plotted . It will be a straight line, having y‐intercept and a negative gradient. 

  

  

 

Short Circuit: 

 

If the two terminals of a cell or a battery or any other power supply are directly connected with a very 

low resistance wire (i.e. without any load), it is called a short circuit. During short circuit, a large current 

flow, which is called a short circuit current. 

  

⇒   

⇒   

∴   

In case of a short circuit, R = 0 

∴   

Page 91: CIE A Level Notes

 

91  Asif Ahsan| Contact:  01911784608 

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

i.e.  Short  

Short circuit current  is the maximum possible current  in a circuit and the  internal resistance of the 

supply limits the current (to the maximum value). 

 

Typical values of Internal Resistance for different Power Source: 

Power Source  Internal Resistance ( ) 

AA Cell  1.5   0.5   (Ishort.

.3 ) 

Car Battery  12    0.05   (Ishort .240 ) 

E.h.t. Supply (Extra high tension)  5   1   (Ishort 5 ) 

 

Combinations of Resistors: 

Series Combination: 

 

In series combination same current flows through all the resistors, but the total voltage   is divided 

across the resistor. According to Ohm’s Law, 

V1=IR1 

V2=IR2 

V3=IR3 

If the effective resistance is R3, V=IRs 

Page 92: CIE A Level Notes

 

92  Asif Ahsan| Contact:  01911784608 

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

 

According to Kirchhoff’s Second Law, 

V = V1 + V2 + V3 

∴ IRs = IR1 + IR2 + IR3 

∴ Rs = R1 + R2 + R3 

Parallel Combination: 

 

In parallel combination, voltage drop across the resistors remains same but the total current in the 

circuit is divided in the resistors. 

Using Ohm’s Law, 

I1 =   

I2 =   

I3 =   

In the effective resistance is Rp 

I =   

Page 93: CIE A Level Notes

 

93  Asif Ahsan| Contact:  01911784608 

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

 

 

 

 

According to Kirchhoff’s 1st Law, 

I = I1 + I2 + I3 

∴   

∴   

Potential Divider: 

A potential divider is an arrangement of resistor or resistance wires, connected in series, which is used 

to divide the voltage from a source in proportion to the resistances. 

 

Vout = IR2 

I = in

 

∴ Vout =  2 

Page 94: CIE A Level Notes

 

94  Asif Ahsan| Contact:  01911784608 

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

∴ Vout =   Vin 

Vin → VT 

 

Vout =   Vin 

In a potential divider circuit, when a component of low resistance is connected across the output, the 

voltage drops remarkably from the expected voltage. However, if a very high resistance component is 

connected across nearly same as the expected voltage. 

Temperature Sensitive Potential Divider: 

An NTC thermistor can be as a temperature as a temperature sensitive potential divider. 

 

 

 

 

Page 95: CIE A Level Notes

 

95  Asif Ahsan| Contact:  01911784608

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

 

V =  Vin 

As temperature increases, resistance of NTC thermistor RT decreases. 

∵ Vout =   Vin 

∴ When RT decreases, Vout increases. 

Therefore, an increase in voltmeter reading indicates an increase in temperature. 

Circuit 2: 

If  temperature  increases,  resistance  RT  decreases.  So,  the  voltage  across  thermistor  decreases. 

Therefore, a decrease in voltmeter reading indicates an increase in temperature 

 

Light Sensitive Potential Divider: 

 

A light‐dependent resistor (LDR) can be used as a light‐sensitive potential divider. Resistance of an 

LDR decreases with increase in the intensity of light falling on it. 

 

Resistance is high in the dark and low in the bright light. 

Page 96: CIE A Level Notes

 

96  Asif Ahsan| Contact:  01911784608

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

 

VR =   Vin 

Circuit 1: 

When light intensity increases, RL decreases. 

Vout =   Vin 

Therefore Vout increases. So, increase in voltmeter reading indicates an increase in light intensity. 

 

Circuit 2: 

VR=   Vin 

as light intensity increases, RL decreases. 

∴ Vout decreases. So, decrease in voltmeter reading indicates an increase in light intensity. 

This light‐sensitivity potential divider can be used as a light meter. 

   

 

 

 

 

 

   

Page 97: CIE A Level Notes

 

97  Asif Ahsan| Contact:  01911784608 

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

Another types of light‐meter:  

[i]  

 

[ii] 

 

Current is not zero, since resistance is not infinite. 

 

Potentiometer: 

A potentiometer can provide a continuous variable potential difference from zero to full voltage of 

the supply. 

 

At position A of the sliding contact, the lamp gets the full voltage of the supply, and so the current in 

the lamp is maximum. 

Page 98: CIE A Level Notes

 

98  Asif Ahsan| Contact:  01911784608

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

As the contact is moved down, voltage across the lamp decreases. At position C, the voltage across 

the lamp becomes zero, and so the current in the lamp also becomes zero. 

 

Rotation type Potentiometer: 

 

Vout=

Vin 

As the knob is rotated from A to C, the voltage reading decreases from full voltage (of the supply) to 

zero. 

In parallel connection, R=maximum 

                                         V= 0 

 

Rheostat: 

 

At A, the voltage across the lamp = full voltage of the supply 

When the sliding contact is moved towards C, the voltage becomes minimum, but not zero. 

Page 99: CIE A Level Notes

 

99  Asif Ahsan| Contact:  01911784608 

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

A rheostat is a variable resistor, by means of which, voltage across another component in the circuit 

can be varied from full voltage of the supply down to a minimum value, which is not zero. 

Error in Ammeter and Voltmeter Readings while measuring Resistance: 

An ideal ammeter should have zero resistance and an ideal voltmeter should have infinite resistance. 

But in practice, meters are not ideal, so they give rise to error.  

 

In circuit (i),  V R 

  

 

 

In this circuit, there is no error in the voltmeter reading. Since the voltmeter does not have  infinite 

resistance,  some  current  flows  through  it.  So  the  ammeter  cannot  read  the  current passing only 

through the resistor. As a result, the ammeter reading has error. So, the calculated resistance value 

will be  less than the original value. The percentage error  is more  if the resistance of the resistor  is 

more. 

However, in this circuit, error will be more prominent if   is large. To measure small resistance, this 

circuit is suitable. 

In circuit (ii),  A R 

In circuit (ii), the ammeter reading does not have any error. Since the ammeter does not have zero 

resistance, some voltage is dropped across the ammeter. So the voltmeter cannot measure the voltage 

dropped only across the resistor. In this circuit, the smaller the resistance of  , the more prominent is 

the error. This circuit is suitable for measuring large resistances. 

   

Page 100: CIE A Level Notes

 

100  Asif Ahsan| Contact:  01911784608 

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

Solar Cells: 

Symbol:    

 

A solar cell is a semiconducting device which can convert light energy into DC electricity.  It doesn’t 

produce any harmful gas like CO2 (which increases global warming) and SO2 (which produces acid 

rain), so it is eco‐friendly. 

Problems regarding solar cell: Solar cell is very inefficient in terms of converting sun light into 

electricity. At low sunlight it produces high current but low voltage. So overall power output of solar 

cell is low. On the other hand at high solar radiation the output voltage becomes high but the current 

supply falls and eventually the power output drops. The maximum power is therefore obtained for a 

certain value of solar radiation. Since intensity (brightness) of solar radiation varies over the day, so 

does the power output of the cell. 

 

Kirchhoff’s Law 

Kirchhoff’s laws are used to find the currents in different parts of an electrical circuit that consists of 

different electrical components. 

 

Kirchhoff’s 1st Law 

Kirchhoff’s first law refers to any point in an electrical circuit. It states that the total current arriving at 

any junction or at any point in a circuit is equal to the total current leaving the junction or point. 

Page 101: CIE A Level Notes

 

101  Asif Ahsan| Contact:  01911784608

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

 According to Kirchhoff’s 1st law,  

At point B: 

Total incoming current   = total outgoing current 

        I1  +  I2  =  I 

Current is taken to be positive when it flows to a point and negative when it flows away from a point. 

The first law is a consequence of the law of conservation of charge. That is, electrical charges are neither 

produced nor destroyed or accumulated at any point of an electrical circuit. 

Kirchhoff’s 2nd Law 

Kirchhoff’s second  law relates to the total Ԑ.m.f  in a closed  loop with the total potential drop  in the 

loop.  It  states  that,  round a closed  loop,  the algebraic  sum of  the  Ԑ.m.f  is equal  to  the  sum of  the 

potential difference. 

An  Ԑ.m.f  is considered positive  if  its direction  is  the same as  that of  the current, and negative  if  its 

direction is opposite to that of the current. 

 Applying Kirchhoff’s 2nd law along ABEF, 

  6V  =  (I1 + I2)8 + (I1)3 

    =  I1(8+3) + I2(8) 

∴  6V  =  11I1 + 8I2    ________ (1) 

 

Along CDEF, 

 

  4V  =  (I1 + I2)8 + I2(2) 

∴  6V  =  8 I1 +10 I2    ________ (2) 

 

∴  I1 =  0.61 A    &    I2 =  ‐0.09 A 

Page 102: CIE A Level Notes

 

102  Asif Ahsan| Contact:  01911784608

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

 

The  second  law  is a consequence of  law of conservation of energy. That  is, energy  transferred per 

coulomb charge by the cells is equal to energy consumed by all the resistors in a closed loop. 

Potentiometer to find EMF of unknown batteries 

 

   

Page 103: CIE A Level Notes

 

103  Asif Ahsan| Contact:  01911784608 

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

Electrical Height: 

 

A to B → water flows due to difference in height 

C to D → no flow, since no difference in height 

 

AF and XY are two identical resistance wires. 

C = midpoint of AF 

D = midpoint of XY 

Current flows between two points when there is a potential difference. Current flows from a higher 

potential to lower potential. In the circuit, A is a higher potential and D is a lower potential. Current 

flows from A to D. as the contact is moved from A to C, current decreases because potential difference 

Page 104: CIE A Level Notes

 

104  Asif Ahsan| Contact:  01911784608

 

CIE A‐LEVEL PHYSICS NOTES   COURSE INSTRUCTOR – ASIF AHSAN CONT: 01911784608 

between the contact and D decreases. At C, the ammeter reading becomes zero because there is no 

potential difference between C and D. 

As the contact  is moved from C towards F, current reading starts to  increase, but this time current 

flows in the opposite direction through the ammeter because all the points between C and F are at a 

lower potential than D. This potential difference is called electrical height.