PHYSICS Cadidate sessi er STANDARD LEVEL PAPER 3 · (b) A loudspeaker connected to a signal generator is placed in front of the open end of a tube. tube signal generator 0.910 m loudspeaker

39 pages

M12/4/PHYSI/SP3/ENG/TZ2/XX

Friday 11 May 2012 (morning)

PHYSICS

STANDARD LEVEL

PAPER 3

INSTRUCTIONS TO CANDIDATES

• Write your session number in the boxes above.

• Do not open this examination paper until instructed to do so.

• Answer all of the questions from two of the Options.

• Write your answers in the boxes provided.

• A calculator is required for this paper.

• A clean copy of the Physics Data Booklet is required for this paper.

• The maximum mark for this examination paper is [40 marks].

1 hour

© International Baccalaureate Organization 2012

Candidate session number

0 0

Examination code

2 2 1 2 – 6 5 1 8

0140

22126518

–2– M12/4/PHYSI/SP3/ENG/TZ2/XX

Pleasedo notwriteonthispage.

Answerswrittenonthispagewillnotbemarked.

0240

–3–

Turn over


Option A — Sight and wave phenomena

A1. Thisquestionisaboutvision.

(a) (i) Describewhatismeantbydepthofvision. [2]

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(ii) Stateonefactorthatcanaffectthedepthofvision. [1]

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(b) Abeamofwhitelightisincidentonafilter.Thecolourofthebeamaftertransmissionthroughthefilterisyellow.

Explainthisobservationusingtheideasofcoloursubtractionandaddition. [2]

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0340


A2. Thisquestionisaboutstanding(stationary)waves.

(a) Stateonewayinwhichastandingwavediffersfromatravelling(progressive)wave. [1]

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(b) Aloudspeakerconnectedtoasignalgeneratorisplacedinfrontoftheopenendofatube.

tube

signalgenerator

0.910m loudspeaker

Thefrequencyofthesoundisslowlyincreasedfromzero.Atafrequencyof92.0Hzthefirstlargeincreaseintheintensityofthesoundisheard.

(i) On the diagram above, draw a representation of the wave in the tube for thefrequencyof92.0Hz. [1]

(ii) Thelengthofthetubeis0.910m.Determinethespeedofsoundinthetube. [2]

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(This question continues on the following page)

0440

–5–

Turn over


(Question A2 continued)

(c) Thefrequencyofsoundiscontinuouslyincreasedabove92.0Hz.

Calculate the frequencyatwhich thenext large increase in the intensityof the soundisheard. [2]

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0540


A3. Thisquestionisaboutresolution.

Light from two monochromatic point sources passes through a circular aperture and isobservedonascreen.

sources aperture θ θ =0

screen

ThegraphshowshowtheintensityIofthelightonthescreenvarieswiththeangleθ .

I/arbitraryunits

– 0.03– 0.02– 0.01 0 0.01 0.02 0.03θ /rad

ThetwosourcesarejustresolvedaccordingtotheRayleighcriterion.

(a) Statewhatismeantbyresolvedinthiscontext. [1]

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0640

–7–

Turn over



(b) The wavelength of the light from the two sources is 528nm. The distance of thetwosourcesfromtheapertureis1.60m.

Usingdatafromthegraphopposite,determinethe

(i) separationofthetwosources. [2]

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(ii) diameteroftheaperture. [1]

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0740


A4. Thisquestionisaboutpolarization.

(a) Statewhatismeantbypolarizedlight. [1]

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(b) Lightof intensity 0I is incidentonapolarizer. The transmissionaxisof thepolarizerisvertical.Thepolarizerisrotatedbyanangleθ aboutthedirectionoftheincidentlight.Theintensityofthetransmittedlightismeasuredforvariousanglesθ .

polarizer

incidentlight

transmittedlight

transmissionaxis

On the axes below, sketch graphs to show the variation of the transmitted intensity Iwithθ when the incident light is

(i) horizontallypolarized. [2]

intensity

0I

0 90 180

θ


0840

–9–

Turn over



(ii) unpolarized. [2]

intensity

0I

0 90 180

θ

0940


Option B — Quantum physics and nuclear physics

B1. Thisquestionisaboutthephotoelectriceffect.

(a) Describetheconceptofaphoton. [2]

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(b) Inthephotoelectriceffectthereexistsathresholdfrequencybelowwhichnoemissionofphotoelectronstakesplace.

Outlinehowthe

(i) wavetheoryoflightisunabletoaccountforthisobservation. [2]

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(ii) conceptsofthephotonandworkfunctionareabletoaccountforthisobservation. [2]

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1040

–11–

Turn over


(Question B1 continued)

(c) Lightofwavelength420nmisincidentonacleanmetalsurface.Theworkfunctionofthemetalis2.0eV.

Determinethe

(i) thresholdfrequencyforthismetal. [2]

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(ii) maximumkineticenergyineVoftheemittedelectrons. [4]

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1140


B2. Thisquestionisaboutnuclearenergylevelsandnucleardecay.

(a) Theisotopebismuth-212undergoesα-decaytoanisotopeofthallium.Inthisdecayagamma-rayphotonisalsoproduced.Theisotopepotassium-40undergoes +β decaytoanisotopeofargon.

Outlinehowthe

(i) α particle spectrum and the gamma spectrum of the decay of bismuth-212giveevidencefor theexistenceofdiscretenuclearenergy levels. [3]

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(ii) +β spectrum of thedecay of potassium-40 led to the existence of the neutrinobeingpostulated. [2]

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1240

–13–

Turn over


(Question B2 continued)

(b) The isotope potassium-40 occurs naturally inmany rock formations. In a particularsampleofrockitisfoundthat,outofthetotalnumberofargonpluspotassium-40atoms,23%arepotassium-40atoms.

Determine the age of the rock sample. The decay constant for potassium-40 is5.3×10–10yr–1. [3]

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1340


Option C — Digital technology

C1. Thisquestionisaboutdigitaldevices.

(a) BothaCDandalongplayingrecord(LP)areusedtostoreandreproducemusicalsounds.

Outlinethedifferencebetweenthesetwomethodsofstoringmusicalsounds. [3]

CD: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

LP: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .


1440

–15–

Turn over


(Question C1 continued)

(b) InaparticularCD,thewavelengthofthelaserlightusedtoretrievethemusicalsoundsstored is720nm.

Determine,explainingyouranswer,thedepthdofapitonthesurfaceoftheCD. [3]

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1540



(c) Acharge-coupleddevice(CCD),unlikeanaudioCD,storesopticalimages.ThesurfaceofaCCDisdividedintosmallregionscalledpixels.EachpixelbehaveslikeacapacitorwithcapacitanceC.

(i) Definecapacitance. [1]

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(ii) ApixelofaparticularCCDhascapacitanceC=20pFandaquantumefficiencyof80%.Thepixelisilluminatedwithlightforashortperiodoftime,suchthattheelectricpotentialofthepixelchangesby0.18mV.

Estimatethenumberofphotonsincidentonthepixelinthistimeperiod. [3]

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1640

–17–

Turn over


C2. Thisquestionisaboutanoperationalamplifier.

Thediagramshowsanoperationalamplifiercircuitinanon-invertingconfiguration.

800kΩ

INVX

Y

100kΩ

OUTV

(a) Thevaluesoftheresistorsinthecircuitare800kΩand100kΩasshowninthediagram.Calculatethegainoftheamplifier. [2]

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


1740



(b) Explain,intermsofthepropertiesofanoperationalamplifier,

(i) why there isnopotentialdifferencebetweenpointsXandYwhen thecircuit isoperatingcorrectly. [3]

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(ii) whytheelectriccurrentinthe800kΩand100kΩresistorsisthesame. [1]

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

1840

–19–

Turn over


C3. Thisquestionisaboutthecellularexchange.

(a) Outlinetheroleofthecellularexchangeinamobilephonenetwork. [3]

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

(b) Stateoneenvironmentalissuethatyouconsiderarisesfromtheuseofcellularexchangesinamobilephonenetwork. [1]

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

1940


Option D — Relativity and particle physics

D1. Thisquestionisaboutsimultaneity.

(a) Statethepostulateofspecialrelativitythatisrelatedtothespeedoflight. [1]

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


2040

–21–

Turn over


(Question D1 continued)

(b) Arocketmovingatarelativisticspeedpassesanobserverwhoisatrestonthegroundequidistant from two treesLandR. At themoment thatanobserver in the rocket isoppositethegroundobserver,lightningstrikesLandRatthesametimeaccordingtothegroundobserver. Light from the strikes reaches theobserver in the rocket aswell astheobserverontheground.

rocket

treeL treeR

(i) Explainwhy, according to theobserver in the rocket, light from the two strikeswillreachthegroundobserveratthesametime. [2]

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

(ii) Usingyouranswerto(a)and(b)(i),outlinewhy,accordingtotherocketobserver,treeRwashitbylightningbeforetreeL. [2]

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

2140


D2. Thisquestionisaboutrelativistickinematics.

Ashortpulsecontainingmanynucleiofaradioactive isotope isemittedfromasourceS inalaboratory.Thenucleihavespeedv=0.920casmeasuredwithrespecttothelaboratory.

S v=0.920cpulseofnuclei

Q

D

250m

ThepulsearrivesatadetectorD.Thedetectoris250mawayasmeasuredbyanobserverinthelaboratory.

(a) CalculatethetimeittakesthepulsetotravelfromStoD,accordingto

(i) anobserverinthelaboratory. [1]

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

(ii) anobserverQmovingalongwiththepulse. [2]

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(b) CalculatethedistancebetweenthesourceSandthedetectorDaccordingtoobserverQ. [1]

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


2240

–23–

Turn over



(c) Accordingtothelaboratoryobserver,bythetimethepulsearrivesatDhalfofthenucleihavedecayed.

StateifthefractionofthenucleithathavedecayedaccordingtoobserverQislessthan,equaltoorgreaterthan 12 . [1]

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

2340


D3. Thisquestionisaboutthedecayofakaon.

Akaon( )K + isamesonconsistingofanupquarkandananti-strangequark.

(a) Suggestwhythekaonisclassifiedasaboson. [2]

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

(b) Akaondecaysintoanantimuonandaneutrino,K vµ+ +→ + .TheFeynmandiagramfor thedecay isshownbelow.

Y

X

A

time

(i) StatethetwoparticleslabelledXandY. [2]

X: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Y: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .


2440

–25–

Turn over



(ii) Explain how it can be deduced that this decay takes place through the weakinteraction. [2]

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

(iii) StatethenameandsignoftheelectricchargeoftheparticlelabelledA. [2]

Name: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Sign: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

(iv) Themass of the particle in (b)(iii) is 1.4×10–25kg. Determine the range of theweak interaction involved in thisdecay. [2]

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2540


Option E — Astrophysics

E1. Thisquestion is about someof thepropertiesof the starAldebaran and also aboutgalacticdistances.

(a) AldebaranisaredgiantstarintheconstellationofTaurus.

(i) Describethedifferencesbetweenaconstellationandastellarcluster. [3]

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(ii) Definetheluminosityofastar. [1]

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(iii) TheapparentbrightnessofAldebaranis3.3×10–8Wm–2andtheluminosityoftheSunis3.9×1026W.TheluminosityofAldebaranis370timesthatoftheSun.ShowthatAldebaranisatadistanceof19pcfromEarth.(1pc=3.1×1016m) [3]

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


2640

–27–

Turn over


(Question E1 continued)

(b) TheapparentmagnitudeofAldebaranis0.75.

(i) Statewhatismeantbytheapparentmagnitudeofastar. [1]

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(ii) Usetheanswerto(a)(iii)todeterminetheabsolutemagnitudeofAldebaran. [2]

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(c) DistancestogalaxiesmaybedeterminedbyusingCepheidvariablestars.

By considering thenature andpropertiesofCepheidvariable stars, explainhow suchstarsareusedtodeterminegalacticdistances. [5]

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2740


E2. Thisquestionisaboutthedevelopmentoftheuniverse.

(a) Define,withreferencetotheflatmodeloftheuniverse,critical density. [2]

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2840

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Turn over


(Question E2 continued)

(b) Thediagramrepresentshowtheuniversemightdevelopifitsdensityweregreaterthanthecriticaldensity.

radiusofuniverse

time

Thedottedlinerepresentsthedevelopmentoftheuniverseifthedensityoftheuniversewerezero.

Onthediagramabove,

(i) labelwiththeletterNthepresenttime. [1]

(ii) drawalinelabelledFtorepresentthedevelopmentoftheuniversecorrespondingtoaflatuniverse. [1]

(iii) drawalinelabelledOtorepresentthedevelopmentoftheuniversecorrespondingtotheuniverseifitsdensitywerelessthanthecriticaldensity. [1]

2940


Option F — Communications

F1. Thisquestionisaboutradiotransmission.

(a) Describe,with reference to theamplitudeof the signalwave,how the frequencyof acarrierwaveisvariedinfrequencymodulation(FM)radiotransmission. [2]

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

(b) An amplitude-modulated (AM) carrierwave of frequency 190kHz ismodulated by asignalwaveoffrequency5.0kHz.

(i) StatethefrequenciestransmittedintheAMsignal. [2]

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(ii) ThefrequencyofthisAMradiosignaliswithintheEuropeanlongwaveradiobandthatisallocatedfrequenciesbetween149kHzand284kHz.

Determinethemaximumnumberofradiostationsthatcantransmitthisradiosignalinthisradioband. [2]

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


3040

–31–

Turn over


(Question F1 continued)

(c) StateandexplaintheroleofblockBandblockCinthebasicradioreceivershown. [5]

A

B rf amplifier C af

amplifierloudspeaker

BlockB: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Explanation: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

BlockC: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Explanation: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3140


F2. Thisquestionisabouttransmissionofdigitalsignalsinanopticfibre.

(a) ThediagramshowsdigitalsignalsA,B,C,…arrivingsimultaneouslyatatime-divisionmultiplexer.

A

B

C

time- division multiplexer

amplifier X amplifier demultiplexer

A

B

C

Explain how large numbers of sampled digital audio signals can be sent along thesingleopticfibreX. [3]

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

(b) TheinputpowertothesingleopticfibreXis25mW.Thesignalneedstobeamplifiedwhen the power has been attenuated to 4.0×10–19W. The attenuation loss in theopticfibre is1.8dBkm–1.

Calculatethemaximumdistancebetweenamplifiersinthesystem. [3]

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3240

–33–

Turn over


(Question F2 continued)

(c) In a time-division multiplex system, sampling is carried out at a rate of 32kHz.Thedurationofeachsampleis50ns.

Determinethenumberofseparatechannelsthatthesystemcantransmit. [3]

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3 340




3440

–35–

Turn over


Option G — Electromagnetic waves

G1. Thisquestionisaboutthenatureofelectromagneticwaves.

(a) Outlinewhatismeantbyanelectromagneticwave. [2]

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(b) Statetwocasesinwhichelectronsmayproduceelectromagneticwaves. [2]

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3540


G2. Thisquestionisaboutanastronomicaltelescope.

A particular astronomical telescope is being used to observe theMoon. The ray diagramshowsthepositionPoftheintermediateimageoftheMoonformedbytheobjectivelens.

raysfromtheMoon

θ

90cm

P

objectivelens eyepiecelens (nottoscale)

Thetelescopeisinnormaladjustment.

(a) Onthediagramabove,

(i) labelwiththeletterFthetwofocalpointsoftheeyepiecelens. [1]

(ii) drawraystodeterminethelocationofthefinalimageoftheMoon. [3]


3640

–37–

Turn over


(Question G2 continued)

(b) ThediameteroftheMoonsubtendsanangleof8.7×10–3radattheunaidedeye.

(i) DeterminethediameteroftheimageoftheMoonformedbytheobjectivelens. [2]

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(ii) Thefocallengthoftheeyepieceis30cm.CalculatetheanglethatthefinalimageoftheMoonsubtendsattheeyepiece. [2]

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3740


G3. Thisquestionisabouttwo-sourceinterference.

(a) Lightfromamonochromaticsourceisincidentatrightanglestotwoslits.Afterpassingthroughtheslits the light is incidentonadistantscreen. PointM is themid-pointofthe screen.

monochromaticlightsource

θ

Q

M

(nottoscale) slits screen

The separation of the slits is large compared to their width. A pattern of light anddarkfringesisobservedonthescreen.

(i) StatethephenomenonthatenableslighttoreachpointMonthescreen. [1]

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(ii) On the axes below, sketch the intensity of light as observed on the screen as a

functionoftheangleθ .(Youdonothavetoputanynumbersontheaxes.) [3]

intensity

θ 0 M


3840

–39–

Turn over


(Question G3 continued)

(iii) Thedistanceofthescreenfromtheslitsis1.8mandtheslitseparationis0.12mm.Thewavelengthofthelightis650nm.PointQonthescreenshowsthepositionofthefirstdarkfringe.

CalculatethedistanceMQ. [2]

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(b) Suggestwhy,eventhoughtherearedarkfringesinthepattern,noenergyislost. [2]

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PHYSICS Cadidate sessi er STANDARD LEVEL PAPER 3 · (b) A loudspeaker connected to a signal generator is placed in front of the open end of a tube. tube signal generator 0.910 m loudspeaker