9602 2006
DESCRIPTION
stpm physics 2006 paper 2TRANSCRIPT
SULIT*
Section A [40 marks]
Answer all questions in this section.
1 (a) Determine the dimension of Young modulus. [2 marks]
(b) The Young modulus can be determined by propagating a wave of wavelength with velocity v into a solid material of density . Using dimensional analysis, derive a formula for Young modulus. [3 marks]
2 A system consists of an object attached to a spring with spring constant k. The system moves with simple harmonic motion of amplitude A. Calculate, in terms of k and A, the kinetic
energy of the spring at a distance from its equilibrium position. [4 marks]
Bahagian A [40 markah]
960/2 [Lihat sebelah*Kertas soalan ini SULIT sehingga peperiksaan kertas ini tamat. SULIT*
2
CONFIDENTIAL*
Jawab semua soalan dalam bahagian ini.
1 (a) Tentukan dimensi modulus Young. [2 markah]
(b) Modulus Young boleh ditentukan dengan merambatkan gelombang yang mempunyai panjang gelombang dengan halaju v ke dalam bahan pepejal yang ketumpatannya . Dengan menggunakan analisis dimensi, terbitkan rumus bagi modulus Young. [3 markah]
2 Satu sistem terdiri daripada satu objek yang terlekat pada satu spring yang mempunyai pemalar spring k. Sistem itu bergerak mengikut gerakan harmonik ringkas dengan amplitud A.
Hitung, dalam sebutan k dan A, tenaga kinetik spring itu pada jarak dari kedudukan
keseimbangannya. [4 markah]
3 One end of a string of mass 1.45 g and length 50.0 cm is attached to a frequency generator and the other end to a weight holder which hangs over a fixed pulley. The part of the string between the generator and the pulley is horizontal. The string is set to vibrate. Several weights are added until a fundamental frequency of 120 Hz is achieved. 960/2*This question paper is CONFIDENTIAL until the examination is over. CONFIDENTIAL*
3
SULIT*
(a) Describe the motion of the particles in the string. [2 marks]
.....................................................................................................................................................
......
.....................................................................................................................................................
......
(b) Calculate the tension in the string when the fundamental frequency is achieved.[3 marks]
4 When a copper cube of side 2.0 cm is immersed into a perfectly insulated container filled with 1.0 kg of water at 5 C, the temperature of water rises to 7 C. Assuming no heat loss to the surrounding, calculate the original temperature of the cube. [5 marks]
[Density of copper = 8900 kg m3, specific heat capacity of water = 4180 J kg1 C 1 and specific heat capacity of copper = 385 J kg1 C 1.]
3 Satu hujung seutas tali yang berjisim 1.45 g dan panjangnya 50.0 cm dilekatkan pada penjana frekuensi dan hujung yang satu lagi pada pemegang pemberat yang tergantung melalui satu takal tetap. Bahagian tali di antara penjana dan takal itu adalah mengufuk. Tali itu digetarkan. Beberapa pemberat ditambah sehingga frekuensi asas 120 Hz dicapai.
960/2 [Lihat sebelah*Kertas soalan ini SULIT sehingga peperiksaan kertas ini tamat. SULIT*
4
CONFIDENTIAL*
(a) Perihalkan gerakan zarah dalam tali itu. [2 markah]
.....................................................................................................................................................
......
.....................................................................................................................................................
......
(b) Hitung tegangan dalam tali apabila frekuensi asas dicapai. [3 markah]
4 Apabila satu kubus kuprum dengan sisi 2.0 cm ditenggelamkan ke dalam bekas tertebat sempurna yang diisi dengan 1.0 kg air pada 5 C, suhu air meningkat kepada 7 C. Andaikan tiada haba yang hilang ke persekitaran, hitung suhu asal kubus itu. [5 markah]
[Ketumpatan kuprum = 8900 kg m3, muatan haba tentu air = 4180 J kg1 0C1 dan muatan haba tentu kuprum = 385 J kg1 0C1.]
5 A bird stands on a high voltage transmission wire with its feet 4.00 cm apart. The wire is made of aluminium with diameter 2.00 cm and carries a current of 100 A.
(a) Calculate the resistance of the wire between the bird’s feet. [3 marks]
[Resistivity of aluminium = 2.65 108 m.]
960/2*This question paper is CONFIDENTIAL until the examination is over. CONFIDENTIAL*
5
SULIT*
(b) Calculate the potential difference between the bird’s feet. [2 marks]
5 Seekor burung hinggap pada dawai penghantaran voltan tinggi dengan kedua-dua kakinya terpisah pada jarak 4.00 cm. Dawai itu diperbuat daripada aluminium dengan diameter 2.00 cm dan membawa arus 100 A.
(a) Hitung rintangan dawai di antara kaki burung itu. [3 markah]
[Kerintangan aluminium = 2.65 108 m.]
960/2 [Lihat sebelah*Kertas soalan ini SULIT sehingga peperiksaan kertas ini tamat. SULIT*
6
CONFIDENTIAL*
(b) Hitung beza keupayaan di antara kaki burung itu. [2 markah]
6 (a) What is a shunt and its function? [2 marks]
.....................................................................................................................................................
......
.....................................................................................................................................................
......
960/2*This question paper is CONFIDENTIAL until the examination is over. CONFIDENTIAL*
7
SULIT*
(b) Describe briefly, with the aid of a circuit diagram, how a shunt can be used in measuring large current by using a galvanometer without damaging it. [4 marks]
.....................................................................................................................................................
......
.....................................................................................................................................................
......
.....................................................................................................................................................
......
.....................................................................................................................................................
......
.....................................................................................................................................................
......
.....................................................................................................................................................
......
6 (a) Apakah pemirau dan fungsinya? [2 markah]
960/2 [Lihat sebelah*Kertas soalan ini SULIT sehingga peperiksaan kertas ini tamat. SULIT*
8
CONFIDENTIAL*
.....................................................................................................................................................
......
.....................................................................................................................................................
......
(b) Perihalkan secara ringkas, dengan bantuan gambar rajah litar, bagaimana pemirau boleh digunakan dalam pengukuran arus yang besar dengan menggunakan galvanometer tanpa merosakkannya. [4 markah]
.....................................................................................................................................................
......
.....................................................................................................................................................
......
.....................................................................................................................................................
......
.....................................................................................................................................................
......
.....................................................................................................................................................
......
.....................................................................................................................................................
......
960/2*This question paper is CONFIDENTIAL until the examination is over. CONFIDENTIAL*
9
SULIT*
7 (a) State the differences between the production of a continuous spectrum and a characteristic spectrum of X-rays. [2 marks]
.....................................................................................................................................................
......
.....................................................................................................................................................
......
(b) Calculate the shortest wavelength of X-rays emitted by electrons striking the surface of a 20 kV television picture tube. [2 marks]
960/2 [Lihat sebelah*Kertas soalan ini SULIT sehingga peperiksaan kertas ini tamat. SULIT*
10
CONFIDENTIAL*
7 (a) Nyatakan perbezaan antara penghasilan spektrum selanjar dengan spektrum cirian sinar-X. [2 markah]
.....................................................................................................................................................
......
.....................................................................................................................................................
......
(b) Hitung panjang gelombang sinar-X terpendek yang dipancarkan oleh elektron yang menghentam permukaan tiub gambar televisyen 20 kV. [2 markah]
960/2*This question paper is CONFIDENTIAL until the examination is over. CONFIDENTIAL*
11
SULIT*
8 (a) Describe the thermonuclear fusion in the Sun. [3 marks]
.....................................................................................................................................................
......
.....................................................................................................................................................
......
.....................................................................................................................................................
......
(b) The intensity of radiation of the Sun on the Earth is 1340 W m 2. The mean distance of the Earth from the Sun is 1.50 1011 m. Calculate the radiation energy of the Sun in a year.
[3 marks]
[1 year = 3.15 107 s.]
960/2 [Lihat sebelah*Kertas soalan ini SULIT sehingga peperiksaan kertas ini tamat. SULIT*
12
CONFIDENTIAL*
8 (a) Perihalkan pelakuran termonukleus dalam Matahari. [3 markah]
.....................................................................................................................................................
......
.....................................................................................................................................................
......
.....................................................................................................................................................
......
(b) Keamatan sinaran Matahari pada Bumi ialah 1340 W m2. Min jarak Bumi dari Matahari ialah 1.50 1011 m. Hitung tenaga sinaran Matahari dalam satu tahun. [3 markah]
[1 tahun = 3.15 107 s.]
960/2*This question paper is CONFIDENTIAL until the examination is over. CONFIDENTIAL*
13
SULIT*
BLANK PAGE
960/2 [Lihat sebelah*Kertas soalan ini SULIT sehingga peperiksaan kertas ini tamat. SULIT*
14
CONFIDENTIAL*
HALAMAN KOSONG
960/2*This question paper is CONFIDENTIAL until the examination is over. CONFIDENTIAL*
15
Sila
koy
akka
n di
sep
anja
ng g
aris
put
us-p
utus
ini
.
SULIT*
Section B [60 marks]
Answer any four questions in this section.
9 (a) Define the work done on an object and state the work-energy theorem. [2 marks]
(b) Describe the process in which mechanical energy is converted to thermal energy.[2 marks]
(c) The diagram below shows a body of mass 5.0 kg placed 1.0 m high on an inclined plane with base length 3.0 m. The body slides down the inclined plane without friction. Calculate the velocity of the body when it reaches the bottom. [3 marks]
(d) If the body slides down the inclined plane in (c) with coefficient of kinetic friction equal to 0.2, calculate
(i) the work done against friction, [3 marks]
(ii) the net work done on the body, [3 marks]
(iii) the velocity of the body when it reaches the bottom. [2 marks]
10 (a) (i) What is meant by diffraction? [2 marks]
(ii) Describe how the Huygen’s principle is used to explain a single slit diffraction phenomenon. [2 marks]
(iii) Sketch the variation of the intensity of light across the single slit diffraction pattern with angle when the width of the slit is a. [2 marks]
(b) (i) Using a ray diagram, show that the destructive interference of a single slit diffraction is given by
sin =
where is the diffraction angle, the wavelength, a the width of the slit and m an integer. [4 marks]
(ii) If the diffraction angle is very small, estimate the optical resolution for light of wavelength 500 nm. [Assume that the aperture of eyelens is 3.0 mm.] [3 marks]
(iii) Using the equation in (b)(i) with m = 1, explain why an electron microscope resolves better than an optical microscope. [2 marks]
960/2 [Lihat sebelah*Kertas soalan ini SULIT sehingga peperiksaan kertas ini tamat. SULIT*
16
1.0 m
3.0 m
CONFIDENTIAL*
Bahagian B [60 markah]
Jawab mana-mana empat soalan dalam bahagian ini.
9 (a) Takrifkan kerja yang dilakukan pada suatu objek dan nyatakan teorem kerja-tenaga.[2 markah]
(b) Perihalkan proses tenaga mekanik ditukarkan ke tenaga terma. [2 markah]
(c) Gambar rajah di bawah menunjukkan satu jasad berjisim 5.0 kg yang terletak pada tinggi 1.0 m di atas satah condong dengan panjang tapak 3.0 m. Jasad itu menggelongsor ke bawah satah condong tanpa geseran. Hitung halaju jasad itu ketika jasad itu sampai ke bawah.
[3 markah]
(d) Jika jasad itu menggelongsor ke bawah satah condong dalam (c) dengan pekali geseran kinetik sama dengan 0.2, hitung
(i) kerja yang dilakukan menentang geseran, [3 markah]
(ii) kerja bersih yang dilakukan pada jasad itu, [3 markah]
(iii) halaju jasad itu ketika jasad itu sampai ke bawah. [2 markah]
10 (a) (i) Apakah yang dimaksudkan dengan belauan? [2 markah]
(ii) Perihalkan bagaimana prinsip Huygen digunakan untuk menjelaskan fenomena belauan celah tunggal. [2 markah]
(iii) Lakar ubahan keamatan cahaya merentasi corak belauan celah tunggal dengan dengan sudut apabila lebar celah ialah a. [2 markah]
(b) (i) Dengan menggunakan gambar rajah sinar, tunjukkan bahawa interferens memusnah belauan celah tunggal diberikan oleh
sin =
dengan sudut belauan, panjang gelombang, a lebar celah dan m integer. [4 markah]
(ii) Jika sudut belauan adalah sangat kecil, anggar penguraian optik bagi cahaya dengan panjang gelombang 500 nm. [Anggap bahawa bukaan kanta mata ialah 3.0 mm.]
[3 markah]
(iii) Dengan menggunakan persamaan dalam (b)(i) dengan m = 1, jelaskan mengapa mikroskop elektron mengurai lebih baik daripada mikroskop optik. [2 markah]
960/2*This question paper is CONFIDENTIAL until the examination is over. CONFIDENTIAL*
17
1.0 m
3.0 m
Sila
koy
akka
n di
sep
anja
ng g
aris
put
us-p
utus
ini
.
SULIT*
11 (a) Describe briefly three mechanisms of heat transfer. [3 marks]
(b) The diagram below shows an aluminium rod 1.0 m long and 1.0 cm in diameter with their ends connected to two blocks B and C. Blocks B and C are maintained at temperatures 100 C and 0 C respectively. The side of the rod is perfectly insulated. The system reaches equilibrium.
(i) Calculate the rate of heat flow in the rod. [3 marks]
(ii) Calculate the temperature at a point 25 cm from block C. [1 mark]
(c) If block C is instantaneously replaced by a huge block of ice, calculate the amount of ice melt in 10 minutes. [3 marks]
(d) Half of the aluminium rod is then replaced with a brass rod of equal dimensions with its free end connected to block C as shown in the diagram below. The system reaches equilibrium.
(i) Calculate the temperature at the aluminium-brass junction. [2 marks]
(ii) Calculate the rate of heat flows through the aluminium-brass junction. [1 mark]
(e) Calculate the length of a copper rod that has the same conducting ability as the 1.0 m aluminium rod. [2 marks]
[Thermal conductivity of aluminium = 205 W m1 K1,
thermal conductivity of brass = 109 W m1 K1,
thermal conductivity of copper = 385 W m1 K1 and
latent heat of fusion of ice = 3.34 105 J kg1.]
960/2 [Lihat sebelah*Kertas soalan ini SULIT sehingga peperiksaan kertas ini tamat. SULIT*
18
CONFIDENTIAL*
11 (a) Perihalkan dengan ringkas tiga mekanisme perpindahan haba. [3 markah]
(b) Gambar rajah di bawah menunjukkan dua hujung satu rod aluminium dengan panjang 1.0 m dan diameter 1.0 cm yang disambungkan hujungnya kepada blok B dan C. Blok B dan blok C masing-masing dikekalkan pada suhu 100 C dan 0 C. Sisi rod itu ditebat dengan sempurna. Sistem itu mencapai keseimbangan.
(i) Hitung kadar haba yang mengalir dalam rod itu. [3 markah]
(ii) Hitung suhu pada titik 25 cm dari blok C. [1 markah]
(c) Jika blok C digantikan serta-merta dengan satu blok ais besar, hitung jumlah ais yang cair selepas 10 minit. [3 markah]
(d) Separuh rod aluminium kemudiannya digantikan dengan rod loyang yang mempunyai dimensi yang sama dengan hujung yang bebas disambungkan kepada blok C seperti yang ditunjukkan dalam gambar rajah di bawah. Sistem itu mencapai keseimbangan.
(i) Hitung suhu di cantuman aluminium-loyang. [2 markah]
(ii) Hitung kadar haba yang mengalir melalui cantuman aluminium-loyang.[1 markah]
(e) Hitung panjang rod kuprum yang mempunyai kebolehan konduksi yang sama dengan 1.0 m rod aluminium. [2 markah]
[Kekonduksian terma aluminium = 205 W m1 K1,
kekonduksian terma loyang = 109 W m1 K1,
kekonduksian terma kuprum = 385 W m1 K1, dan
haba pendam pelakuran ais = 3.34 105 J kg1.]
960/2*This question paper is CONFIDENTIAL until the examination is over. CONFIDENTIAL*
19Si
la k
oyak
kan
di s
epan
jang
gar
is p
utus
-put
us i
ni.
SULIT*
12 (a) The diagram below shows an electron which enters a region of uniform electric field
between two charged plates in a horizontal direction with velocity vo. Its position is d from
the negative plate. The electron traces a path and comes out of the field region at the end of one of the plates. The two plates are each 5.0 cm long and separated by a distance of 2.0 cm. The uniform field has magnitude 500 V m1.
(i) Sketch the electric field lines and trajectory of the electron in the field region. [2 marks]
(ii) Derive an equation to represent the motion of the electron while it is in the field region (ignore gravity). [5 marks]
(iii) What path does the equation describe? [1 mark]
(iv) Determine the initial velocity of the electron. [2 marks]
(b) Consider a proton being accelerated from rest through a region of electric potential V1 to V2 ( V ). The final speed of the proton is 2.0 106 m s1.
(i) Describe the energy change in the proton. [2 marks]
(ii) Determine the potential difference between V1 and V2. [3 marks]
13 (a) (i) Define the stopping potential in photoelectric effect. [1 mark]
(ii) State four most important results from a photoelectric effect experiment. [4 marks]
(b) The work function for cesium is 2.14 eV.
(i) Calculate the maximum wavelength of light that ejects electrons from a cesium target. [3 marks]
(ii) If light of wavelength 452 nm is illuminated on cesium, calculate the maximum kinetic energy of photoelectrons. [2 marks]
(c) If this page of this question paper is illuminated by 120 W m 2 of light with wavelength 550 nm, calculate
(i) the power received by an area of 1.0 cm2, [2 marks]
(ii) the number of photons striking each square centimetre per second. [3 marks]
960/2 [Lihat sebelah*Kertas soalan ini SULIT sehingga peperiksaan kertas ini tamat. SULIT*
20
vo
d
+
14 d
CONFIDENTIAL*
12 (a) Gambar rajah di bawah menunjukkan satu elektron yang memasuki rantau medan elektrik seragam di antara dua plat bercas dalam arah mengufuk dengan halaju vo.
Kedudukannya ialah d dari plat negatif. Elektron itu melakari satu lintasan dan keluar dari
rantau medan di hujung salah satu plat. Dua plat itu mempunyai panjang 5.0 cm setiap satu dan dipisahkan sejauh 2.0 cm. Medan seragam itu mempunyai magnitud 500 V m1.
(i) Lakar garis medan elektrik dan trajektori elektron dalam rantau medan itu. [2 markah]
(ii) Terbitkan satu persamaan untuk mewakili gerakan elektron semasa elektron itu berada dalam rantau medan (abaikan graviti). [5 markah]
(iii) Apakah lintasan yang diperihalkan oleh persamaan itu? [1 markah]
(iv) Tentukan halaju awal elektron itu. [2 markah]
(b) Pertimbangkan satu proton yang dipecutkan dari keadaan rehat melalui satu rantau yang mempunyai keupayaan elektrik V1 ke V2 ( V ). Laju akhir proton itu ialah 2.0 106 m s1.
(i) Perihalkan perubahan tenaga dalam proton. [2 markah]
(ii) Tentukan beza keupayaan di antara V1 dan V2. [3 markah]
13 (a) (i) Takrifkan keupayaan penghenti dalam kesan fotoelektrik. [1 markah]
(ii) Nyatakan empat keputusan yang paling penting daripada uji kaji kesan fotoelektrik. [4 markah]
(b) Fungsi kerja bagi sesium ialah 2.14 eV.
(i) Hitung panjang gelombang maksimum cahaya yang melecit elektron dari sasaran sesium. [3 markah]
(ii) Jika cahaya dengan panjang gelombang 452 nm disinarkan pada sesium, hitung tenaga kinetik maksimum fotoelektron. [2 markah]
(c) Jika halaman kertas soalan ini disinarkan oleh cahaya 120 W m 2 dengan panjang gelombang 550 nm, hitung
(i) kuasa yang diterima oleh luas 1.0 cm2, [2 markah]
(ii) bilangan foton yang menghentam setiap sentimeter persegi per saat. [3 markah]
14 (a) Define the half-life and decay constant of a radioactive substance. [2 marks]
(b) Naturally occurring radium-226 with atomic number Z = 88 produces radioactive gas
960/2*This question paper is CONFIDENTIAL until the examination is over. CONFIDENTIAL*
21
Sila
koy
akka
n di
sep
anja
ng g
aris
put
us-p
utus
ini
.
vo
d
+
14 d
SULIT*
radon-222 by alpha decay.
(i) Write an equation for the decay process. [1 mark][3 marks]
(ii) Calculate the total kinetic energy of the decay products in MeV. [3 marks]
[Radium mass = 226.025402 u, radon mass = 222.017570 u and helium mass = 4.002603 u.]
(c) Give three reasons why some radioisotopes are useful for medical diagnosis. [3 marks]
(d) A doctor uses 1.49 g of iodine-131 to treat thyroid disorder. Iodine-131 has half-life of 8.0 days. Calculate
(i) the number of nuclei initially present, [3 marks]
(ii) the initial activity. [3 marks]
14 (a) Takrifkan setengah hayat dan pemalar reputan bagi bahan radioaktif. [2 markah]
(b) Radium-226 dengan nombor atom Z = 88 yang wujud secara semula jadi menghasilkan
960/2 [Lihat sebelah*Kertas soalan ini SULIT sehingga peperiksaan kertas ini tamat. SULIT*
22Si
la k
oyak
kan
di s
epan
jang
gar
is p
utus
-put
us i
ni.
CONFIDENTIAL*
gas radioaktif radon-222 melalui reputan alfa.
(i) Tulis persamaan bagi proses reputan itu. [1 markah][3 marks]
(ii) Hitung jumlah tenaga kinetik hasil reputan dalam MeV. [3 markah]
[Jisim radium = 226.025402 u, jisim radon = 222.017570 u, dan jisim helium = 4.002603 u.]
(c) Berikan tiga sebab mengapa sesetengah radioisotop berguna untuk diagnosis perubatan.[3 markah]
(d) Seorang doktor menggunakan 1.49 g iodin-131 untuk merawat gangguan tiroid. Iodin-131 mempunyai setengah hayat 8.0 hari. Hitung
(i) bilangan nukleus pada awalnya, [3 markah]
(ii) aktiviti awal. [3 markah]
BLANK PAGE (HALAMAN KOSONG)
960/2*This question paper is CONFIDENTIAL until the examination is over. CONFIDENTIAL*
23