Eindexamen natuurkunde 1-2 compex havo 2007-I

Eindexamen natuurkunde 1-2 compex havo 2007-I havovwo.nl

Opgave 1 Kernfusie

3p

3p

3p

5p

2p

1

2

3

4

5

In de zon fuseren waterstofkernen tot heliumkernen. Bij fusie komt energie vrij. 26 Op deze manier produceert de zon per seconde 3,9·10 J. Alle energiecentrales op aarde produceren samen in één jaar 14 ongeveer 1,0·10 kWh . Bereken hoeveel jaar de centrales op aarde moeten werken om evenveel energie te produceren als de zon in één seconde doet. Alleen in het binnenste van de zon vindt kernfusie plaats omdat de temperatuur daar hoog genoeg is (ruim tien miljoen graden Celsius). Waterstofkernen fuseren als ze elkaar heel dicht naderen. Leg uit waarom waterstofkernen alleen bij een (zeer) hoge temperatuur elkaar dicht kunnen naderen. Op verschillende plaatsen op aarde staan experimentele kernfusiereactoren. In figuur 1 is schematisch de reactie afgebeeld die in deze reactoren plaatsvindt. Figuur 1 staat ook op de uitwerkbijlage. Schrijf in de figuur op de uitwerkbijlage: − in de twee bovenste rechthoeken de symbolen van de betreffende elementen en hun massagetal; − in de onderste rechthoek de naam van het deeltje dat bij de reactie vrijkomt.

figuur 1 3

H (Tritium) p nn

pn np n pn p n

p n H (Deuterium)

2

Tijdens een experiment in een van de reactoren is gedurende 1,5 seconde een vermogen opgewekt van 16 MW. Bij de fusie van een deuteriumkern met een –29 kg omgezet in energie. tritiumkern wordt een massa van 3,14·10 Bereken hoeveel kg deuterium in deze tijd is gefuseerd. (Aanwijzing: bereken eerst de energie die bij de fusie van een deuteriumkern en een tritiumkern vrijkomt en vervolgens het aantal fusiereacties dat heeft plaatsgevonden.) De twee ‘grondstoffen’ van de fusiereactor zijn deuterium en tritium. Beide stoffen zijn isotopen van waterstof, dus zeer brandbaar. Met een van deze twee stoffen moet men extra voorzichtig omgaan. Welke stof is dat? Licht je antwoord toe met een natuurkundig argument.

▬ www.havovwo.nl

-1-

www.examen-cd.nl ▬


uitwerkbijlage

3 3

H (Tritium) p nn

pn np n pn p n

p n H (Deuterium)

2

▬ www.havovwo.nl

-2-



Opgave 2 Fotograferen

3p

3p

6

7

Een amateur-fotograaf heeft een foto van een bloem gemaakt. Zie figuur 2. Op de achtergrond is de schaduw van de bloem te zien. De afstand tussen de bloem en de lens was 63 cm. De fotograaf heeft scherp ingesteld op de bloem. Het fototoestel heeft een lens met een brandpuntsafstand van 7,0 cm. Bereken de afstand tussen de lens en de film.

figuur 2

Op de uitwerkbijlage staat een figuur waarin schematisch is getekend hoe een punt B van de bloem door de cameralens op de film wordt afgebeeld. Punt S is een punt van de schaduw van de bloem. Beantwoord de volgende vragen: − Waar bevindt zich het beeldpunt van S: in P, Q of R? − Teken op de uitwerkbijlage de lichtbundel die vanuit S via de lens op de film valt. − Leg met behulp van de tekening uit waarom de schaduw van de bloem onscherp is. De fotograaf bekijkt de negatieven van het filmpje met een loep. Zie de foto in figuur 3. In figuur 4 zijn het filmpje (als een pijl) en de loep schematisch getekend. In deze figuur zijn ook de twee brandpunten van de loep aangegeven. figuur 3

figuur 4

F

5p

8

F

Figuur 4 is vergroot op de uitwerkbijlage weergegeven. Construeer in de figuur op de uitwerkbijlage het beeld van het filmpje en controleer of de vergroting in deze constructie overeenstemt met die in figuur 3.

▬ www.havovwo.nl

-3-



uitwerkbijlage 7

+

S

B

P

cameralens

QR

film

Het beeldpunt van S bevindt zich in ………. . ruimte om uit te leggen waarom de schaduw van de bloem onscherp is: ………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………. 8

F

F

ruimte voor de controle of de vergroting in de constructie overeenstemt met die in figuur 3: ………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………. ▬ www.havovwo.nl

-4-



Opgave 3 Schuddynamo Astrid heeft een magneet in een plastic buis gedaan. De uiteinden van de buis zijn dicht. De buis bevindt zich in een spoel die is aangesloten op een computer. Zie de foto in figuur 5. Als zij de buis omdraait, maakt de magneet een (vrije) val door de spoel. De computer meet de inductiespanning Uind

figuur 5

en de bijbehorende flux als functie van de tijd. Zie de figuren 6 en 7.

figuur 6 8 Uind (V) 6 4 2 0 -2 -4 -6 -8 -10 -12

0

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40 t (s)

0

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40 t (s)

figuur 7 flux 0,35 (Wb) 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0

2p

9

Uit de grafiek van de inductiespanning (figuur 6) blijkt dat de maximum spanning op t = 0,12 s kleiner is dan de (absolute) waarde van de minimum spanning op t = 0,17 s. Leg met behulp van de fluxgrafiek (figuur 7) uit waarom dat zo is.

▬ www.havovwo.nl

-5-



Door de magneet heen en weer te schudden, wekt Astrid een wisselspanning op. Zie figuur 8. Om een regelmatig signaal te krijgen, schudt ze horizontaal. figuur 8 U ind (V)

15 10 5 0 -5

-10 -15 2,1

3p

2p

3p

2p

2,2

2,3

2,4

2,5

2,6

2,7

2,8

2,9 t (s)

10

Bepaal zo nauwkeurig mogelijk de frequentie van deze wisselspanning.

11

Hieronder staan twee beweringen over deze wisselspanning. a De gemiddelde waarde van de spanning is 0 V. b De effectieve waarde van de spanning is 0 V. Zeg van elke bewering of deze juist is of onjuist. Licht je antwoorden toe.

12

13

Op het internet vindt Astrid een site waar ze een zaklamp kan kopen die veel lijkt op haar schuddynamo. Zie figuur 9. De elektrische energie die je tijdens het schudden opwekt, wordt in de zaklamp opgeslagen (in een condensator). De zaklamp heeft als lichtbron een LED waarvan de (I,U)-karakteristiek in figuur 10 staat. Als de zaklamp wordt aangezet, heeft de stroomsterkte door de LED gedurende de eerste 5,0 s een constante waarde van 30 mA. Bepaal met behulp van figuur 10 de hoeveelheid elektrische energie die de LED in deze tijd heeft verbruikt. Astrid sluit zo’n zelfde LED aan op de spoel van haar eigen opstelling. De LED geeft dan licht. Vervolgens vervangt ze de spoel door een spoel met veel minder windingen. De LED geeft dan geen licht. Leg met behulp van figuur 10 uit waarom de LED dan geen licht geeft.

figuur 9 LED

spoel magneet

figuur 10 I 80 (mA) 60 40 20 0

▬ www.havovwo.nl

-6-

0

1

2

3

4

5 U (V)



Opgave 4 Nachtstroomkachel 1

De kachel op de foto hiernaast is een zogenaamde nachtstroomkachel. Deze kachel bestaat uit grote blokken speksteen die door een elektrisch verwarmingselement van binnenuit worden opgewarmd. Het opwarmen gebeurt ’s nachts omdat elektrische energie dan goedkoper is. Overdag geven de stenen hun warmte langzaam weer af.

Het verwarmingselement van de afgebeelde kachel heeft een vermogen van 5,6 kW. Voor de kachel is een zogenaamde krachtstroomgroep aangelegd. Hiervan is de spanning 398 V. De groep is beveiligd met een zekering (smeltveiligheid). Er zijn zekeringen van 10 A, 16 A of 25 A. 2p

3p

3p

14

Laat met een berekening zien welke zekering minimaal nodig is voor deze groep.

15

Het verwarmen van de stenen duurt gemiddeld 4,0 uur. Per jaar gebeurt dat zo’n 200 keer. Een kWh kost ’s nachts € 0,11. Bereken de energiekosten in een jaar voor deze kachel.

16

De massa van de spekstenen van de afgebeelde kachel is 700 kg. In de eerste 30 minuten stijgt de temperatuur van de spekstenen met 12 °C. Je mag aannemen dat dan alle warmte door de stenen is opgenomen en er nog geen warmte aan de omgeving is afgestaan. Bereken de soortelijke warmte van speksteen.

▬ www.havovwo.nl

-7-



Als de temperatuur van de stenen 80 °C is, wordt deze temperatuur gehandhaafd totdat de nachtstroomperiode eindigt. De stenen koelen daarna af. In figuur 11 is het temperatuurverloop van de stenen weergegeven. figuur 11

2p

17

Het afkoelen van de spekstenen is op drie manieren getekend. Leg uit welke van deze grafieken (A, B of C) hoort bij het afkoelen van de stenen. Dit was de laatste vraag van het deel waarbij de computer niet wordt gebruikt.

▬ www.havovwo.nl

-8-



Als je gevraagd wordt resultaten op te slaan, doe je dat in de examenmap. In het openingsscherm is de naam van deze map gegeven. Sla het resultaat op in de examenmap als vraagnummer_examennummer. Bijvoorbeeld vr99_010 als 99 het vraagnummer is en 010 je examennummer is.

Opgave 5 Optrekkende auto In deze opgave bestuderen we het optrekken van een auto in drie verschillende situaties. A Optrekken vanuit stilstand Klik in het openingsscherm op optrekken en bekijk het filmpje. De lengte van de auto, van bumper tot bumper, is 4,2 m. Stel de schaallengte in.

1p

18

1p

19

Kies het punt waarop je de eerste keer gaat klikken en leg in dat punt de oorsprong van het assenstelsel.

2p

20

Maak met behulp van een videometing het (s,t)-diagram van de beweging. Zorg ervoor dat de assen maximaal benut zijn.

2p

21

Bepaal de snelheid op het tijdstip t = 1,80 s. Schrijf op welke handelingen je daarvoor hebt verricht.

Sla het resultaat op in de examenmap als vr18-21_examennummer. Sluit Coach.

B Schakelen Klik in het openingsscherm op schakelen en bekijk het filmpje.

3p

4p

22

23

Tijdens de opname van deze film schakelde de chauffeur van de tweede naar de derde versnelling. Aan deze film is al een videometing gedaan. Het (v,t)-diagram van de beweging staat in het diagram rechtsboven. Tijdens het schakelen neemt de snelheid van de auto iets af. Bepaal de afstand die de auto tijdens het schakelen heeft afgelegd. Schrijf op welke handelingen je daarvoor hebt verricht. Tijdens het schakelen wordt de motor ontkoppeld. Op de auto werkt dan alleen de wrijvingskracht. De massa van de auto inclusief bestuurder is 1200 kg. Bepaal de grootte van de wrijvingskracht op de auto tijdens het schakelen. Schrijf op welke handelingen je daarvoor hebt verricht.

Sla het resultaat op in de examenmap (ook als er niets is veranderd) als vr22-23_examennummer. Sluit Coach.

▬ www.havovwo.nl

-9-



C Optrekken met een automaat Klik in het openingsscherm op automaat en bekijk het filmpje.

2p

5p

24

25

De auto in de film heeft een automatische versnellingsbak. Daardoor vertoont de (v,t)-grafiek geen aflopende stukken zoals bij de auto in het tweede filmpje. In de grafiek linksonder staat horizontaal de tijd uitgezet en verticaal de arbeid die de motor tot dat moment heeft verricht. Bepaal het (nuttige) vermogen van de motor. Schrijf op welke handelingen je daarvoor hebt verricht. Bij lage snelheden is de wrijvingskracht op de auto te verwaarlozen en wordt alle arbeid die de motor verricht, omgezet in kinetische energie van de auto. Bij hogere snelheden speelt de wrijvingskracht op de auto wel een merkbare rol. De massa van deze auto inclusief bestuurder is 1400 kg. Onderzoek vanaf welke snelheid de wrijvingskracht op de auto niet meer te verwaarlozen is. Schrijf op welke handelingen je daarvoor hebt verricht.

Sla het resultaat op in de examenmap (ook als er niets is veranderd) als vr24-25_examennummer. Sluit Coach.

▬ www.havovwo.nl

- 10 -



Opgave 6 Nachtstroomkachel 2 Een zo genoemde nachtstroomkachel bestaat uit grote blokken speksteen die door een elektrisch verwarmingselement van binnenuit worden opgewarmd. Het opwarmen gebeurt ’s nachts omdat elektrische energie dan goedkoper is. Als de temperatuur van de stenen 80 °C is, wordt deze temperatuur gehandhaafd totdat de nachtstroomperiode eindigt. Overdag koelen de stenen langzaam af.

3p

26

De temperatuur van de stenen wordt figuur 12 gemeten met een temperatuursensor. Figuur 12 is de ijkgrafiek van deze sensor. Bepaal de gevoeligheid van de sensor bij een temperatuur van 80 °C . Het is de bedoeling om met het programma Systematic een schakeling te ontwerpen die het verwarmingselement automatisch in- en uitschakelt. Klik in het openingsscherm op nachtstroomkachel. Het verwarmingselement wordt voorgesteld door de LED. Als de LED brandt, is het verwarmingselement aan. De variabele spanning fungeert als uitgangsspanning van de temperatuursensor. Als de schakeling wordt gerund, kan de spanning tussen 0 en 5 V gevarieerd worden. De toggle vervangt een (automatische) tijdklok die de nachtstroom in- en uitschakelt.

5p

27

Aan de schakeling stelt men de volgende eisen. − Als er geen elektrische energie geleverd wordt tegen nachttarief (toggle open) moet het verwarmingselement uit blijven. − Als er wel elektrische energie tegen nachttarief wordt geleverd (toggle dicht), moet het verwarmingselement alleen aan zijn wanneer de temperatuur lager is dan 80 °C. De schakeling zorgt er ook voor dat, wanneer de temperatuur van 80 °C bereikt is, deze constant gehouden wordt totdat de nachtstroomperiode eindigt. Ontwerp een schakeling die aan de gestelde eisen voldoet en controleer de werking.

Sla het resultaat op in de examenmap als vr27_examennummer.wks. Sluit Systematic. Dit was de laatste vraag van het deel waarbij de computer wordt gebruikt.

Klik op Controleren of Inleveren en controleer of de resultaten zijn opgeslagen. Klik daarna op Inleveren en afsluiten of op Terug.

▬ www.havovwo.nl

- 11 -


Eindexamen natuurkunde 1-2 compex havo 2007-I

Recommend Documents