Examen VWO
2007
tijdvak 1
donderdag 31 mei
13.30 - 16.30 uur
natuurkunde 1,2
Bij dit examen hoort een uitwerkbijlage.
Het gehele examen bestaat uit 23 vragen.
Voor dit examen zijn maximaal 77 punten te behalen.
Voor elk vraagnummer staat hoeveel punten met een goed antwoord behaald kunnen
worden.
Als bij een vraag een verklaring, uitleg, berekening of afleiding gevraagd wordt, worden
aan het antwoord meestal geen punten toegekend als deze verklaring, uitleg, berekening
of afleiding ontbreekt.
Geef niet meer antwoorden (redenen, voorbeelden e.d.) dan er worden gevraagd. Als er
bijvoorbeeld twee redenen worden gevraagd en je geeft meer dan twee redenen, dan
worden alleen de eerste twee in de beoordeling meegeteld.
700025-1-021o
, Opgave 1 Didgeridoo
Een didgeridoo is een muziekinstrument dat oorspronkelijk werd bespeeld door
de Aboriginals in Australië. De didgeridoo bestaat uit een door termieten
uitgeholde boomtak die verschillende tonen voortbrengt als je erop blaast.
Zie figuur 1.
figuur 1
Tom onderzoekt de klank van een didgeridoo. Hij blaast daartoe op het smalle
uiteinde van de didgeridoo en registreert het geluid aan het brede uiteinde met
behulp van een computer. Het resultaat is te zien in figuur 2.
figuur 2
0,4
spanning
(V)
0
-0,4
0 0,08
tijd (s)
4p 1 Bepaal de laagste frequentie van deze klank.
In Australië is de temperatuur vaak hoger dan in Nederland. Het uitzetten van de
didgeridoo als gevolg van de hogere temperatuur mag worden verwaarloosd.
3p 2 Leg uit of de didgeridoo bij hogere temperatuur hoger of lager klinkt.
Voor het geluidsvermogen dat de didgeridoo voortbrengt, geldt P = IA.
Hierin is:
−2
− I de geluidsintensiteit (in W m );
2
− A de doorsnede van het brede uiteinde van de didgeridoo (in m ).
Het brede uiteinde is cirkelvormig met een binnendiameter van 16 cm.
Bij de toon van figuur 2 is het geluids(druk)niveau in het brede uiteinde 82 dB.
3p 3 Bereken het geluidsvermogen dat de didgeridoo bij deze toon uitzendt.
700025-1-021o 2 lees verder ►►►
, Opgave 2 Radioactieve schilderijen
Hieronder volgen twee fragmenten uit een artikel in de Volkskrant van
22 december 2002. Lees het eerste fragment.
Ten behoeve van kunsthistorisch onderzoek bestraalt men in de kernreactor in Petten
oude schilderijen met langzame neutronen. In de verfstoffen van de schilderijen
ontstaan door deze bestraling radioactieve isotopen die bij verval ioniserende straling
uitzenden. Deze straling wordt opgevangen door een fotografisch gevoelige plaat. Op
deze manier worden contouren van onderliggende verflagen zichtbaar en verkrijgt
men informatie over de chemische samenstelling van de oorspronkelijke verfstoffen.
De langzame neutronen hebben een energie van 0,025 eV.
3p 4 Bereken de snelheid van deze neutronen.
In een blauwe verfstof zit de isotoop arseen-75. Als een arseen-75-kern een
langzaam neutron invangt, ontstaat er een radioactieve isotoop.
4p 5 Geef de reactievergelijking van het ontstaan en die van het verval van deze
isotoop.
Over een schilderij dat in Petten is onderzocht, vervolgt het artikel:
Het schilderij bevat onder andere mangaanhoudende bruine verf, arseenhoudende
blauwe verf en kobalthoudende diepblauwe verf. De halveringstijden van het
geactiveerde mangaan, arseen en kobalt zijn respectievelijk 2,6 uur; 26,8 uur en
5,3 jaar. Direct na het einde van de bestraling wordt een fotografisch gevoelige plaat
achter het schilderij gezet. Na zes uur wordt deze plaat verwijderd. Een volgende
plaat wordt 20 uur na het einde van de bestraling gedurende 24 uur achter het
schilderij gezet. Twee weken later wordt een derde fotografisch gevoelige plaat achter
het schilderij gezet.
Na 20 uur plaatst men de tweede fotografisch gevoelige plaat in de
veronderstelling dat het mangaan zo ver is vervallen dat het niet meer van
invloed is op de registratie van de straling van het vervallende arseen.
Stel dat direct ná de bestraling de activiteit van het mangaan en die van het
arseen gelijk aan elkaar waren.
3p 6 Toon aan dat na 20 uur de activiteit van het mangaan ruim honderd keer zo klein
is als de activiteit van het arseen.
700025-1-021o 3 lees verder ►►►
, Opgave 3 Koelbox
In een koelbox kunnen levensmiddelen koel gehouden worden.
Een bepaald type koelbox wordt aangesloten op een autoaccu van 12 V.
Wanneer het elektrisch koelsysteem aan staat, gebruikt het een vermogen van
54 W. De zogenaamde "capaciteit" van de gebruikte autoaccu is 55 Ah.
Dat betekent dat deze accu bijvoorbeeld gedurende 1 uur een stroomsterkte van
55 A kan leveren of gedurende 11 uur 5 A.
3p 7 Bereken het aantal uren dat het elektrisch koelsysteem op een volle accu zou
kunnen werken.
We vergelijken een lege koelbox met een koelbox die gevuld is met 5,0 kg
water. De tijd die nodig is voor een temperatuurdaling van 1,0 °C blijkt bij de
volle koelbox 20× zo groot te zijn als bij de lege koelbox.
Verwaarloos de warmte die vanuit de omgeving door de wanden van de koelbox
stroomt.
3p 8 Bereken de warmtecapaciteit van de lege koelbox.
Bij gebruik van de koelbox raakt de autoaccu leeg. Als de auto rijdt, wordt met
een dynamo de accu weer opgeladen. Hiertoe wordt de wisselspanning van de
dynamo gelijkgericht. Bij een bepaald toerental van de motor is de frequentie
van de wisselstroom van de dynamo 100 Hz en de effectieve waarde van de
wisselspanning 14,5 V.
Een voorbeeld van een schakeling die wisselspanning omzet in gelijkspanning is
getekend in figuur 3. In die schakeling zijn vier diodes opgenomen. Een diode
geleidt de stroom als de spanning over de diode groter is dan 0,70 V in de
doorlaatrichting.
figuur 3 figuur 4
Udynamo
20
U PQ (V)
15
P
10
R
5
Q
0
0 5 10 15 20
t (ms)
Over de weerstand R wordt in P en Q een spanningssensor aangesloten.
In figuur 4 staat de spanning over de punten P en Q als functie van de tijd.
4p 9 Verklaar de volgende aspecten van figuur 4:
1 waarom de spanning niet negatief wordt;
2 waarom er 4 pulsen zijn in 20 ms;
3 waarom de toppen van UPQ hoger liggen dan 14,5 V;
4 waarom er horizontale stukjes zijn tussen de spanningspulsen.
700025-1-021o 4 lees verder ►►►
2007
tijdvak 1
donderdag 31 mei
13.30 - 16.30 uur
natuurkunde 1,2
Bij dit examen hoort een uitwerkbijlage.
Het gehele examen bestaat uit 23 vragen.
Voor dit examen zijn maximaal 77 punten te behalen.
Voor elk vraagnummer staat hoeveel punten met een goed antwoord behaald kunnen
worden.
Als bij een vraag een verklaring, uitleg, berekening of afleiding gevraagd wordt, worden
aan het antwoord meestal geen punten toegekend als deze verklaring, uitleg, berekening
of afleiding ontbreekt.
Geef niet meer antwoorden (redenen, voorbeelden e.d.) dan er worden gevraagd. Als er
bijvoorbeeld twee redenen worden gevraagd en je geeft meer dan twee redenen, dan
worden alleen de eerste twee in de beoordeling meegeteld.
700025-1-021o
, Opgave 1 Didgeridoo
Een didgeridoo is een muziekinstrument dat oorspronkelijk werd bespeeld door
de Aboriginals in Australië. De didgeridoo bestaat uit een door termieten
uitgeholde boomtak die verschillende tonen voortbrengt als je erop blaast.
Zie figuur 1.
figuur 1
Tom onderzoekt de klank van een didgeridoo. Hij blaast daartoe op het smalle
uiteinde van de didgeridoo en registreert het geluid aan het brede uiteinde met
behulp van een computer. Het resultaat is te zien in figuur 2.
figuur 2
0,4
spanning
(V)
0
-0,4
0 0,08
tijd (s)
4p 1 Bepaal de laagste frequentie van deze klank.
In Australië is de temperatuur vaak hoger dan in Nederland. Het uitzetten van de
didgeridoo als gevolg van de hogere temperatuur mag worden verwaarloosd.
3p 2 Leg uit of de didgeridoo bij hogere temperatuur hoger of lager klinkt.
Voor het geluidsvermogen dat de didgeridoo voortbrengt, geldt P = IA.
Hierin is:
−2
− I de geluidsintensiteit (in W m );
2
− A de doorsnede van het brede uiteinde van de didgeridoo (in m ).
Het brede uiteinde is cirkelvormig met een binnendiameter van 16 cm.
Bij de toon van figuur 2 is het geluids(druk)niveau in het brede uiteinde 82 dB.
3p 3 Bereken het geluidsvermogen dat de didgeridoo bij deze toon uitzendt.
700025-1-021o 2 lees verder ►►►
, Opgave 2 Radioactieve schilderijen
Hieronder volgen twee fragmenten uit een artikel in de Volkskrant van
22 december 2002. Lees het eerste fragment.
Ten behoeve van kunsthistorisch onderzoek bestraalt men in de kernreactor in Petten
oude schilderijen met langzame neutronen. In de verfstoffen van de schilderijen
ontstaan door deze bestraling radioactieve isotopen die bij verval ioniserende straling
uitzenden. Deze straling wordt opgevangen door een fotografisch gevoelige plaat. Op
deze manier worden contouren van onderliggende verflagen zichtbaar en verkrijgt
men informatie over de chemische samenstelling van de oorspronkelijke verfstoffen.
De langzame neutronen hebben een energie van 0,025 eV.
3p 4 Bereken de snelheid van deze neutronen.
In een blauwe verfstof zit de isotoop arseen-75. Als een arseen-75-kern een
langzaam neutron invangt, ontstaat er een radioactieve isotoop.
4p 5 Geef de reactievergelijking van het ontstaan en die van het verval van deze
isotoop.
Over een schilderij dat in Petten is onderzocht, vervolgt het artikel:
Het schilderij bevat onder andere mangaanhoudende bruine verf, arseenhoudende
blauwe verf en kobalthoudende diepblauwe verf. De halveringstijden van het
geactiveerde mangaan, arseen en kobalt zijn respectievelijk 2,6 uur; 26,8 uur en
5,3 jaar. Direct na het einde van de bestraling wordt een fotografisch gevoelige plaat
achter het schilderij gezet. Na zes uur wordt deze plaat verwijderd. Een volgende
plaat wordt 20 uur na het einde van de bestraling gedurende 24 uur achter het
schilderij gezet. Twee weken later wordt een derde fotografisch gevoelige plaat achter
het schilderij gezet.
Na 20 uur plaatst men de tweede fotografisch gevoelige plaat in de
veronderstelling dat het mangaan zo ver is vervallen dat het niet meer van
invloed is op de registratie van de straling van het vervallende arseen.
Stel dat direct ná de bestraling de activiteit van het mangaan en die van het
arseen gelijk aan elkaar waren.
3p 6 Toon aan dat na 20 uur de activiteit van het mangaan ruim honderd keer zo klein
is als de activiteit van het arseen.
700025-1-021o 3 lees verder ►►►
, Opgave 3 Koelbox
In een koelbox kunnen levensmiddelen koel gehouden worden.
Een bepaald type koelbox wordt aangesloten op een autoaccu van 12 V.
Wanneer het elektrisch koelsysteem aan staat, gebruikt het een vermogen van
54 W. De zogenaamde "capaciteit" van de gebruikte autoaccu is 55 Ah.
Dat betekent dat deze accu bijvoorbeeld gedurende 1 uur een stroomsterkte van
55 A kan leveren of gedurende 11 uur 5 A.
3p 7 Bereken het aantal uren dat het elektrisch koelsysteem op een volle accu zou
kunnen werken.
We vergelijken een lege koelbox met een koelbox die gevuld is met 5,0 kg
water. De tijd die nodig is voor een temperatuurdaling van 1,0 °C blijkt bij de
volle koelbox 20× zo groot te zijn als bij de lege koelbox.
Verwaarloos de warmte die vanuit de omgeving door de wanden van de koelbox
stroomt.
3p 8 Bereken de warmtecapaciteit van de lege koelbox.
Bij gebruik van de koelbox raakt de autoaccu leeg. Als de auto rijdt, wordt met
een dynamo de accu weer opgeladen. Hiertoe wordt de wisselspanning van de
dynamo gelijkgericht. Bij een bepaald toerental van de motor is de frequentie
van de wisselstroom van de dynamo 100 Hz en de effectieve waarde van de
wisselspanning 14,5 V.
Een voorbeeld van een schakeling die wisselspanning omzet in gelijkspanning is
getekend in figuur 3. In die schakeling zijn vier diodes opgenomen. Een diode
geleidt de stroom als de spanning over de diode groter is dan 0,70 V in de
doorlaatrichting.
figuur 3 figuur 4
Udynamo
20
U PQ (V)
15
P
10
R
5
Q
0
0 5 10 15 20
t (ms)
Over de weerstand R wordt in P en Q een spanningssensor aangesloten.
In figuur 4 staat de spanning over de punten P en Q als functie van de tijd.
4p 9 Verklaar de volgende aspecten van figuur 4:
1 waarom de spanning niet negatief wordt;
2 waarom er 4 pulsen zijn in 20 ms;
3 waarom de toppen van UPQ hoger liggen dan 14,5 V;
4 waarom er horizontale stukjes zijn tussen de spanningspulsen.
700025-1-021o 4 lees verder ►►►
