combined ib sl electricity questions 2009-10 – 8 ......(a) draw the complete diagram of the...
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8810-6505
–8– N10/4/PHYSI/SP2/ENG/TZ0/XX
A3. (a) Drawthecompletediagramofthecircuitthatusesapotentialdivider,ammeter,voltmeterandcelltomeasurethecurrent-voltagecharacteristicsforcomponentX. [3]
X
(This question continues on the following page)
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COMBINED IB SL ELECTRICITY QUESTIONS 2009-10
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Turnover
N10/4/PHYSI/SP2/ENG/TZ0/XX
(Question A3 continued)
(b) Thegraphshowsthecurrent-voltagecharacteristicsforthecomponentX.
current/A
– 5 – 4 – 3 – 2 – 1 0 1 2 3 4 5
4
2
0
– 2
– 4
voltage/V
ComponentXisnowconnectedacrosstheterminalsofacellofemf2.0Vandnegligibleinternalresistance.UsethegraphtoshowthattheresistanceofXis0.83Ω.
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[2]
(c) A resistor of constant resistance 1.0Ω is connected in serieswith the cell in (b) andwithX. Usethegraphtodeducethatthecurrentin thecircuitis1.3A.
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COMBINED IB SL ELECTRICITY QUESTIONS 2009-10
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turn over
M10/4/PHYSI/SP2/ENG/TZ2/XX+
(Question B2 continued)
Part 2 Electricalresistanceandelectriccircuits
(a) DefineresistanceandstateOhm’slaw.
Resistance: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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Ohm’slaw: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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[2]
(b) Aresistormadefromametaloxidehasaresistanceof1.5Ω.Theresistorisintheformofacylinderof length2.2×10–2mand radius1.2×10–3m. Calculate the resistivityofthemetaloxide.
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(c) Themanufactureroftheresistorin(b)guaranteesitsresistancetobewithin±10%of1.5Ωprovidedthepowerdissipationintheresistordoesnotexceed1.0W.Calculatethemaximumcurrentintheresistorforthepowerdissipationtobeequalto1.0W.
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(Question B2, part 2 continued)
(d) Theresistanceofeachoftheresistorsinthecircuitbelowismeasuredtobe1.5Ωwithanaccuracyof±10%.
Thecellhasanemfof2.0Vandnegligibleinternalresistance.
(i) Defineemf.
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[1]
(ii) Determine the minimum and the maximum power that could be dissipated inthiscircuit.
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b3. Thisquestionisintwoparts.Part 1isaboutanelectricalheater.Part 2isaboutheatingaliquid.
Part 1 Electricalheater
Anelectricalheaterconsistsoftwoheatingelements 1E andE2 .Theelementsareconnectedinparallel.Eachelementhasaswitchandisconnectedtoasupplyofemf240V.Thesupplyhasnegligibleinternalresistance.
240 V supply
1E
E2
ElementE1 ismadefromwirethathasacross-sectionalareaof8 26.8 10 m−× .Theresistivity
ofthewireattheoperatingtemperatureoftheelementis1 1 10 6. × − Ωm.
(a) (i) Thetotallengthofwireis4.5m.Showthattheresistanceof 1E is73Ω.
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[1]
(ii) Calculatethepoweroutputof 1E withonlythiselementconnectedtothesupply.
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[2]
(iii) Element E2 ismadeofwireof thesamecross-sectionandmaterialas 1E . Thelengthofwireusedtomake E2 is1.5m.Determinethetotalpoweroutputwhenboth 1E andE2 areconnectedtothesupply.
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(Question B3, part 1 continued)
(iv) Withreferencetothepoweroutput,explainwhyitwouldbeinappropriatetoconnecttheheatingelementsinseries.
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[3]
(b) Eachelementintheelectricalheateriswoundasacoilasshown.
Eachturnofthecoilmaybeconsideredtoactasacurrent-carryinglongstraightwire.
(i) On the diagram, draw the magnetic field around a current-carrying longstraightwire.Thearrowshowsthedirectionofthecurrent. [3]
eye
current-carryingwire
M10/2/A2MGR/HP1/GRE/TZ0/XX
(ii) Stateandexplainwhethertheturnsofwirewillattractorrepeloneanother.
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(Question B2 continued)
Part 2 Electriccircuits
ThecomponentsshownbelowaretobeconnectedinacircuittoinvestigatehowthecurrentIinatungstenfilamentlampvarieswiththepotentialdifferenceVacrossit.
(a) Construct a circuit diagram to show how these components should be connectedtogetherinordertoobtainaslargearangeaspossibleforvaluesofpotentialdifferenceacross the lamp. [4]
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(Question B2, part 2 continued)
(b) Ontheaxes,sketchagraphofIagainstVforafilamentlampintherangeV =0toitsnormalworkingvoltage. [2]
I
0 0 V
(c) The lampismarkedwith thesymbols“1.25V,300mW”. Calculate thecurrent in thefilamentwhenitisworkingnormally.
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[1]
(d) Theresistivityoftungstenatthelamp’sworkingtemperatureis7 4 10 7. × − Ωm.Thetotallengthofthetungstenfilamentis0.80m.Estimatetheradiusofthefilament.
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(e) Thecellisconnectedtotwoidenticallampsconnectedinparallel.Thelampsareratedat 1.25V, 300mW. The cell has an emf of 1.5V and an internal resistance of 1.2Ω.Determinewhetherthelampswilllightnormally.
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a2. Thisquestionisaboutelectricalresistance.
(a) A heating coil is to be made of wire of diameter 3.5×10–4m. The heater is todissipate980Wwhenconnected toa230Vd.c. supply. Thematerialof thewirehasresistivity 1.3×10–6Ωm at theworking temperature of the heater.
(i) Defineelectrical resistance.
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[1]
(ii) Calculatetheresistanceoftheheatingcoilatitsnormalworkingtemperature.
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[2]
(iii) Showthatthelengthofwireneededtomaketheheatingcoilisapproximately4m.
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(Question A2 continued)
(b) Three identical electrical heaters eachprovidepowerPwhen connected separately toa supply Swhichhaszero internal resistance. On the diagram below, complete thecircuit by drawing two switches so that the power provided by the heaters may beeitherPor2Por3P. [2]
supplyS
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(Question B3 continued)
Part 2 Electricfieldsandelectriccircuits
(a) Twoparallel,chargedmetalplatesAandBareinavacuum.
+ + + + + + +A
B
P•
– – – – – – –
AtaparticularinstantanelectronisatpointP.
Onthediagram,draw
(i) theelectricfieldpatternduetotheplates.
(ii) anarrowtorepresentthedirectionoftheforceontheelectronatP.
[3]
[1]
(b) TheaccelerationoftheelectronatPis 8 8 1014. × ms−2.DeterminethemagnitudeoftheelectricfieldstrengthatthepointP.
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[3]
(c) Theelectricpotentialenergyoftheelectronchangesby1 9 10. × −17 J asitmovesfromoneplatetotheother.Showthatthepotentialdifferencebetweentheplatesis120V.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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(Question B3, part 2 continued)
(d) AresistorRandafilamentlampLareconnectedinserieswithabattery.Thebatteryhasanemfof12Vandinternalresistance4.0.Thepotentialdifferenceacrossthefilamentofthelampis3.0Vandthecurrentinthefilamentis0.25A.
12V
R L
(i) Defineemf anddescribetheconceptofinternalresistance.
emf:
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Internalresistance:
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(ii) Calculatethetotalpowersuppliedbythebattery.
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(iii) Calculatethepowerdissipatedintheexternalcircuit.
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COMBINED IB SL ELECTRICITY QUESTIONS 2009-10
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2209-6511
–20– M09/4/PHYSI/SP2/ENG/TZ1/XX+
(Question B3, part 2 (d) continued)
(iv) DeterminetheresistanceoftheresistorR.
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COMBINED IB SL ELECTRICITY QUESTIONS 2009-10
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– 6 – SPEC/4/PHYSI/SP2/ENG/TZ0/XX
a2. This question is about an electric circuit.
Aparticularfilamentlampisratedat12V,6.0mA.Itjustlightswhenthepotentialdifferenceacrossthefilamentis6.0V.
A student sets up an electric circuit to measure the I-Vcharacteristicofthefilamentlamp.
In the circuit, shown below, the student has connected the voltmeter and the ammeter into the circuit incorrectly.
12V
A
100 k S
V
The battery has e.m.f. 12V and negligible internal resistance. The ammeter has negligibleresistance and the resistance of the voltmeter is 100 k. The maximum resistance of the variable resistor is 15 .
(a) Explain, without doing any calculations, whether there is a position of the slide S at which the lamp will be lit.
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(b) Estimate the maximum reading of the ammeter.
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COMBINED IB SL ELECTRICITY QUESTIONS 2009-10
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– 7 –
turn over
SPEC/4/PHYSI/SP2/ENG/TZ0/XX
(Question A2 continued)
(c) Complete the circuit diagram below showing the correct position of the voltmeter and of the ammeter in order to determine the I-V characteristicofthefilamentlamp. [2]
12V
COMBINED IB SL ELECTRICITY QUESTIONS 2009-10
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Elec SL from Physics SL paper 2 N10 A3Elec SL from Physics SL paper 2 M10 TZ2 B2p2Elec SL from Physics SL paper 2 M10 TZ1 B3p1Elec SL from Physics SL paper 2 N09 B2p2Elec SL from Physics SL paper 2 M09 TZ2 A2Elec SL from Physics SL paper 2 M09 TZ1 B3p2Elec SL from Physics SL paper 2 spec 09 qA2
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