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P41631A2013 Pearson Education Ltd.

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*P41631A0116*

Edexcel GCE

PhysicsAdvancedUnit 6B: Experimental PhysicsInternational Alternative to Internal Assessment

Tuesday 15 January 2013 Morning

Time: 1 hour 20 minutes 6PH08/01

You must have:Ruler

Instructions

tUse blackink or ball-point pen.tFill in the boxes at the top of this page with your name,

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Information

t The total mark for this paper is 40.

t The marks for each question are shown in brackets

use this as a guide as to how much time to spend on each question.

t The list of data, formulae and relationships is printed at the end of this booklet.

t Candidates may use a scientific calculator.

Advice

t Read each question carefully before you start to answer it.t Keep an eye on the time.

t Try to answer every question.

t Check your answers if you have time at the end.


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2

*P41631A0216*

Answer ALL questions in the spaces provided.

1 A student is asked to determine the density of a metal in the form of a thin sheet.

The sheet is a square of approximately 00 mm 00 mm and has a thickness of about

0.01 mm.

(a (i Explain why a metre rule is suitable to measure the length of each side of thesheet.

(1)

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(ii escribe how the student should use this rule to make the measurements as

accurate as possible.

(1)

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(b n order to determine the thickness, the student is told to fold the sheet in half five

times.

(i Explain why this technique would make the value for the thickness of the sheet

more precise.

(2)

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(ii tate what instrument the student should use to measure the thickness of the

folded sheet.

(1)

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(c The student makes the following measurements.

Mean values / mm

ength of sheet/mm 297, 02, 05, 298 01

idth of sheet/mm 0, 297, 299, 01 00

Thickness of folded sheet/mm 0.7, 0.75, 0.2, 0.79, 0.5, 0.9 0.9


3/16

3

*P41631A0316* Turn over

(i The folded sheet is 2 times thicker than a single sheet.

se these measurements to show that the volume of the sheet is about

1.0 10 m.

(2)

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(ii se the measurements to estimate the percentage uncertainty in the volume.

(2)

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ercentage uncertainty = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

(iii The student measures the mass of the sheet as 2.49 g with negligible uncertainty.

Calculate the density of the metal.

(1)

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ensity = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . kg m

(iv A website gives a value for the density of aluminium as 2750 kg m.

se your calculations to determine whether the sheet might be made from

aluminium.(2)

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(Total for Question 1 = 12 marks)


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2 A student writes a plan for an experiment to measure the current as a capacitor

discharges through a resistor. is aim is to find a value for the time constant for the

exponential decay of the current. is outline plan, which includes a circuit diagram, is

shown below.

uggest improvements to the plan that would allow the student to carry out the

experiment successfully.

our improvements should include:

(a the initial current and the range he should set on the multimeter,(2)

(b the expected value for the time constant and for how long he should take readings of

the current,(2)

(c a reason why this stopwatch is suitable,(1)

(d a technique he should use to ensure his readings are as accurate as possible and one

safety precaution that might be necessary,(2)

(e an explanation of why a graph of lnagainst twould give a straight line and how he

should find a value for the time constant from the graph.(2)

Set up the circuit shown using a multimeter as the ammeter and use astopwatch with a precision of 0.01 s.

Set the switch to position X.

Move the switch to position Y and record the current at regular timeintervals.

The current decays according to the equation

I = I0et/RC where RC is the time constant

Plot the measurements on a graph to find a value for the time constant.

6.0 V

Y)

NX

A


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5


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*P41631A0616*

(f A teacher suggests that with this circuit it would be necessary to wait for some time

before switching from position X to position .

(i Comment on why this wait is necessary.

(1)

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(ii raw below a different arrangement of the circuit components so that there is no

time delay. (1)


.0

)

NX

A


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*P41631A0816*

3 A student carries out an experiment on the tefan-Boltzmann law.

=74A

he uses the filament of a light bulb as a model for a black body radiator.

(a he obtains the following results.

= 2.5 2 7= 2400 K 4

The student estimates the surface area of the filament A to be 2.0 105 m2 5.

(i se her results to calculate an experimental value for the tefan-Boltzmann

constant

(1)

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Experimental value of = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . m2 K4

(ii Estimate the percentage uncertainty in the experimental value of.

(2)

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ercentage uncertainty = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

(iii Calculate the percentage difference between the experimental value ofand the

accepted value, = 5.7 108 m2 K4.

(1)

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

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ercentage difference = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

(iv se these percentages to comment on the reliability of the experimental value

for.

(1)

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9/16

9


(b The tefan-Boltzmann law can be written as

ln = 4ln 7+ ln $

The student obtains a range of values for and 7and plots a graph of ln against

ln 7.

(i Explain clearly how she could use this graph to obtain a value for.

(2)

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(ii he realises that she cannot control the temperature of the room.

uggest why this will have little effect on the result of the experiment.

(1)

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10/16

10

*P41631A01016*

4 A wire is held under tension. A standing wave is set up by an oscillator at one end, as

shown in the diagram.

(a The wire is oscillated at a constant frequency. Measurements are taken to determine

the wavelengthfor different values of the mass m. The following data are

obtained:

m/kg /m 2/m2

0.100 0.41

0.150 0.77

0.200 0.905

0.250 1.012

0.00 1.10

0.50 1.19

se the grid opposite to draw a straight line graph to test the relationship

2 = km

se the column provided to show your processed data.

(4)

50 z power supplyscillatorulley

Mass m


11/16

11


TURN OVER FOR QUESTION 4(b)


12/16

12

*P41631A01216*

(bse your graph to find a value fork.

(2)

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k= . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

(c t is suggested that

2

gk

f =

whereg= 9.81 kg1, frequencyf = 50.0 z and = the mass per unit length of

the wire.

se your value for the gradient to calculate a value for.

(3)

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= . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .


TOTAL FOR PAPER = 40 MARKS


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13


List of data, formulae and relationships

Acceleration of free fall g= 9.81 m s2 (close to Earths surface

Boltzmann constant k= 1.8 10 J K

Coulombs law constant k = 1/40

= 8.99 109 m2 C2

Electron charge e = 1.0 1019 C

Electron mass me

= 9.11 101 kg

Electronvolt 1 e = 1.0 1019 J

ravitational constant = .7 10 m2 kg

ravitational field strength g= 9.81 kg1 (close to Earths surface

3HUPLWWLYLW\RIIUHHVSDFH 0

= 8.85 10 m

lanck constant h = . 104 J s

roton mass mp

= 1.7 10 kg

peed of light in a vacuum c = .00 108 m s1

6WHIDQ%ROW]PDQQFRQVWDQW 8 m2 K4

nified atomic mass unit u = 1. 1027 kg

Unit 1

MechanicsKinematic equations of motion v = u + at

s = ut + at2

v2 = u2 + 2as

orces = ma

g = /m

= mg

RUNDQGHQHU\ = s

Ek

= mv2

Egrav = mg

h

Materials

tokes law UY

ookes law = kx

ensity P9

ressure p = /A

oung modulus ( where

tress =/A

trainx/x

Elastic strain energy Eel

= x


14/16

14

*P41631A01416*

Unit 2

aves

ave speed YI

efractive index1

2= sin i /sin r= v

1/v

2

Electricity

otential difference 9:4

esistance 59,

Electrical power, energy and 39,

efficiency = 2R

39 2/R

:9,W

esistivity 5O $

Current = 4t

= nqvA

esistors in series R =R1 +R2 +R

esistors in parallel

1 1 1 1

1 2 R R R R= + +

4XDQWXPSK\VLFV

hoton model E = hf

Einsteins photoelectric hf = o/+ mv2max

equation

efficiency =

useful energy output

100total energy input

efficiency =useful power output

100total power input


15/16

15


Unit 4

Mechanics

Momentum p = mv

Kinetic energy of a

non-relativistic particle Ek = p2

/2m Motion in a circle YU

7 = ma = mv2/r

a = v2/r

DU2

ields

Coulombs law = N414

2/r2 where k =

0

Electric field ()4

(N4U 2

(9G

Capacitance &49

Energy stored in capacitor = 49

Capacitor discharge 440et/RC

n a magnetic field = Blsin

= Bqv sin

US%4

aradays and enzs aws = d(o//dt

article physics

DVVHQHU\ E= c2 m

de Broglie wavelength = h/p


16/16

16

Unit 5

Energy and matter

HDWLQ E= mc

Molecular kinetic theory mc2 = /N7

deal gas equation S91N7

uclear hysics

adioactive decay d/dt

= ln 2/t

= 0et

Mechanics

imple harmonic motion D2x

D$2 cos W Y$sin W

x = A cos W

71/f =

ravitational force = m1m

2/r2

bserving the universe

adiant energy flux = /d2

tefan-Boltzmann law = 74A

= r274

LHQVDZ max

7= 2.898 10 m K

edshift of electromagnetic

radiation z = f / fv/c

Cosmological expansion v = H0d

126760246 edexcel gce physics unit 6b qp

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