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Interpreting dataQuestion Paper 1

Level International A Level

Subject Physics Exam Board Edexcel Topic Lab Skills 2

Sub Topic Booklet Question Paper 1

Time Allowed: 70 minutes

Score: /58

Percentage: /100

Grade Boundaries:

A* A B C D E U

>85% 777.5% 70% 62.5% 57.5% 45% <45%

Interpreting data

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1 A metre rule has a small hole drilled at the 5 cm mark. The rule is hung on a horizontal pin passing through the hole.

The rule is rotated through a small angle and released. It then oscillates about the pin as a pendulum with a time period T.

There are five more holes drilled at 5 cm intervals down the rule. The rule is hung from each hole and the distance h from the pin to the 50 cm mark is recorded. T is determined for each value of h.

A graph of T against h is plotted.

T / s

h / m

1.62

1.60

1.58

1.56

1.54

1.520.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50


(a) (i) Draw the line of best fit on the graph.(2)

(ii) Use your line to determine the value of h that would produce the smallest value of T.

Record these values.(1)

h = .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . T = .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

(b) The variables T and h are related by2 2

2T h 4= π h Cg

+

where C is a constant.

The graph of T against h does not produce a straight line.

State:

C from this graph

C.(3)

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(Total for Question 1 = 6 marks)


2 (a) The electrons in an atom of an element can only occupy discrete energy levels.

Describe how discrete energy levels result in the emission of photons of specific frequencies.

(2)

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(b) Theory predicts that the frequency f of the photons emitted is related to the protonnumber Z of the element by

f = P Z n

where P and n are constants.

Show that a graph of ln f against ln Z will give a straight line of gradient n.(2)

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(c) The following data were recorded.

Z / 1015 f Hz

8 1.22

14 4.19

23 12.0

38 34.0

56 75.0

80 155

(4)

Use the grid opposite to draw a graph of ln f against ln Z. Use the columns in the table for your processed data


(ii) Use your graph to determine a value for n.(2)

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n = .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .


(d) Theory suggests that n = 2.00

Use your value for n to comment on this suggestion.(2)

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(e) Describe how you would use your graph to determine a value for P.(2)

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3 In an electrical circuit, as the frequency f of a signal generator is varied the potential difference V across a component also varies. This causes an electrical resonance effect which is similar to mechanical resonance.

The magnitude of V is a maximum at the resonant frequency.In an experiment using a particular circuit the following measurements were recorded.

f /kHz V/mV

35

10 5

15 11

20 22

25 27

27 19

30 15(a) A graph of V against f is plotted.

35

30

25

20

15

10

5

0

–

5

–

10

–

15

–

20

–

25

–

30

–

–

–

–

–

–

–

–

f /kHz

V/mV


(2)(i) Draw a line of best fit on the graph.

(ii) Estimate the maximum value of V.(1)

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(iii) State the value of the resonant frequency.(1)

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(b) Suggest one way in which the experiment could be improved to obtain a moreaccurate value of the resonant frequency.

(1)

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4 A pendulum is made by tying a small mass on to a length of thread. A paper cone is placed over the mass as shown.

(a) The pendulum is pulled to one side and released so that it oscillates. The amplitudeof oscillation decreases because the cone provides damping.

(i) Explain how you would use the apparatus above to measure the amplitude.You should add to the diagram.

(2)

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(ii) State the uncertainty you would expect in the measurements of amplitude.(1)

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Support

Diagram not to scale

Paper coneMass

Rule

Thread


(b) It is predicted that the amplitude A is related to the number of oscillations n by

A = A0e–kn

where A0 is the initial amplitude and k is a constant.

Show that a graph of ln A against n should be a straight line.(2)

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(c) In an experiment to measure A and n the following measurements were recorded.

n /cmA

0 20.0

2 18.2

4 16.2

6 14.4

8 13.2

10 11.9

(5)

(i) Use the grid opposite to draw a graph of ln A against n. Use the column in thetable for your processed data.

(ii) Use your graph to determine a value for k.(2)

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


5 A trolley is attached to two fixed points by springs as shown.

When pulled to one side and released, the trolley oscillates with simple harmonic motion. The periodic time T of this oscillation is measured. Masses m are placed on the trolley and the new periodic times are measured. The results are shown in the table.

m/kg T/s

0 1.59

0.5 1.94

1.0 2.19

1.5 2.47

2.0 2.66

(a) The relationship between T and m is

π4 M22

T 2 = 4kk

π m +

where k is the stiffness of the arrangement of the springs and M is the mass of the trolley.

(i) Draw a graph of T 2 against m on the grid opposite. Use the extra column in thetable for your processed data.

(4)

trolley

bench


(ii) Use your graph to determine a value for k.(3)

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

(iii) Use your graph to determine a value for M.(3)

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(b) The mass of the trolley is measured using a balance and recorded as 1.05 kg.Comment on the accuracy of your answer for (a)(iii).

(2)

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6 A burette is a transparent tube that can contain a liquid. It has a tap at the bottom to allow the liquid to flow out. The volume V of liquid remaining in the burette is measured using a scale on the side of the tube.

It is suggested that V decreases exponentially with time as shown by the equation

=V Vtb

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0 e

where V0 is the initial volume, t is the time since the tap was opened and b is a constant.

(4)

(1)

(a) Write a plan for an experiment to determine a value for b using a graphical methodand a burette where V0 = 100 cm3.

Your plan should include

(i) a description of how you would measure V and t and two precautions you wouldtake to make your readings as accurate as possible,

(ii) one source of uncertainty in the measurements,

(iii) the graph you would plot and how you would use the graph to determine b.(2)

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(b) The temperature of the liquid in the burette is increased. This reduces the viscosity ofthe liquid.

Explain the effect of this on the value of b in the equation.(2)

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