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–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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(c) A resistor of constant resistance 1.0Ω is connected in serieswith the cell in (b) andwithX. Usethegraphtodeducethatthecurrentin thecircuitis1.3A.

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turn over

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(Question B2 continued)

Part 2 Electricalresistanceandelectriccircuits

(a) DefineresistanceandstateOhm’slaw.

Resistance: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Ohm’slaw: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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(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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(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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(ii) Calculatethepoweroutputof 1E withonlythiselementconnectedtothesupply.

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(iii) Element E2 ismadeofwireof thesamecross-sectionandmaterialas 1E . Thelengthofwireusedtomake E2 is1.5m.Determinethetotalpoweroutputwhenboth 1E andE2 areconnectedtothesupply.

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Turn over



(iv) Withreferencetothepoweroutput,explainwhyitwouldbeinappropriatetoconnecttheheatingelementsinseries.

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(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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Part 2 Electriccircuits

ThecomponentsshownbelowaretobeconnectedinacircuittoinvestigatehowthecurrentIinatungstenfilamentlampvarieswiththepotentialdifferenceVacrossit.

(a) Construct a circuit diagram to show how these components should be connectedtogetherinordertoobtainaslargearangeaspossibleforvaluesofpotentialdifferenceacross the lamp. [4]


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turn over

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(b) Ontheaxes,sketchagraphofIagainstVforafilamentlampintherangeV =0toitsnormalworkingvoltage. [2]

I

0 0 V

(c) The lampismarkedwith thesymbols“1.25V,300mW”. Calculate thecurrent in thefilamentwhenitisworkingnormally.

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(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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Turn over


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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(ii) Calculatetheresistanceoftheheatingcoilatitsnormalworkingtemperature.

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(iii) Showthatthelengthofwireneededtomaketheheatingcoilisapproximately4m.

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(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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Part 2 Electricfieldsandelectriccircuits

(a) Twoparallel,chargedmetalplatesAandBareinavacuum.

+ + + + + + +A

B

P•

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AtaparticularinstantanelectronisatpointP.

Onthediagram,draw

(i) theelectricfieldpatternduetotheplates.

(ii) anarrowtorepresentthedirectionoftheforceontheelectronatP.

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(b) TheaccelerationoftheelectronatPis 8 8 1014. × ms−2.DeterminethemagnitudeoftheelectricfieldstrengthatthepointP.

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(c) Theelectricpotentialenergyoftheelectronchangesby1 9 10. × −17 J asitmovesfromoneplatetotheother.Showthatthepotentialdifferencebetweentheplatesis120V.

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turn over



(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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1 9 2 0


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2209-6511


(Question B3, part 2 (d) continued)

(iv) DeterminetheresistanceoftheresistorR.

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2 0 2 0


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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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– 7 –

turn over

SPEC/4/PHYSI/SP2/ENG/TZ0/XX


(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


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combined ib sl electricity questions 2009-10 – 8 …nothingnerdy.wikispaces.com/file/view/combined...

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