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3 UG029854 – Specification – Edexcel International GCSE in Physics (4PH0) –
Issue 4 – November 2011 © Pearson Education Limited 2011
Qualification contentPaper 1 assesses only the content that is not in bold. BOTH TRIPLE & DOUBLE
Paper 2 assesses all content including content in bold. - TRIPLE ONLY
This Edexcel International GCSE in Physics requires students to demonstrate an understanding of:
• forces and motion
• electricity
• waves
• energy resources and energy transfer
• solids, liquids and gases
• magnetism and electromagnetism
• radioactivity and particles.
Section 1: Forces and motion
a) Units
b) Movement and position
c) Forces, movement, shape and momentum
d) Astronomy
a) Units
Students will be assessed on their ability to:
1.1 use the following units: kilogram (kg), metre (m), metre/second (m/s), metre/second2 (m/s2), newton (N), second (s), newton per kilogram (N/kg), kilogram metre/second (kg m/s).
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b) Movement and position
Students will be assessed on their ability to:
1.2 plot and interpret distance-time graphs
1.3 know and use the relationship between average speed, distance moved and
time:
distance movedaverage speed =
time taken
1.4 describe experiments to investigate the motion of everyday objects such as
toy cars or tennis balls
1.5 know and use the relationship between acceleration, velocity and time:
changeinvelocityacceleration =
time taken
( ) =
v ua
t
1.6 plot and interpret velocity-time graphs
1.7 determine acceleration from the gradient of a velocity-time graph
1.8 determine the distance travelled from the area between a velocity-time
graph and the time axis.
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c) Forces, movement, shape and momentum
Students will be assessed on their ability to:
1.9 describe the effects of forces between bodies such as changes in speed,
shape or direction
1.10 identify different types of force such as gravitational or electrostatic
1.11 distinguish between vector and scalar quantities
1.12 understand that force is a vector quantity
1.13 find the resultant force of forces that act along a line
1.14 understand that friction is a force that opposes motion
1.15 know and use the relationship between unbalanced force, mass and
acceleration:
force = mass × acceleration
F = m × a
1.16 know and use the relationship between weight, mass and g:
weight = mass × g
W = m × g
1.17 describe the forces acting on falling objects and explain why falling objects
reach a terminal velocity
1.18 describe experiments to investigate the forces acting on falling objects, such
as sycamore seeds or parachutes
1.19 describe the factors affecting vehicle stopping distance including speed,
mass, road condition and reaction time
1.20 know and use the relationship between momentum, mass and
velocity:
momentum = mass × velocity
p = m × v
1.21 use the idea of momentum to explain safety features
1.22 use the conservation of momentum to calculate the mass, velocity or
momentum of objects
1.23 use the relationship between force, change in momentum and time
taken:
change in momentumforce =
time taken
1.24 demonstrate an understanding of Newton’s third law
1.25 know and use the relationship between the moment of a force and its
distance from the pivot:
moment = force × perpendicular distance from the pivot
1.26 recall that the weight of a body acts through its centre of gravity
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1.27 know and use the principle of moments for a simple system of
parallel forces acting in one plane
1.28 understand that the upward forces on a light beam, supported at its
ends, vary with the position of a heavy object placed on the beam
1.29 describe experiments to investigate how extension varies with applied force
for helical springs, metal wires and rubber bands
1.30 understand that the initial linear region of a force-extension graph is
associated with Hooke’s law
1.31 describe elastic behaviour as the ability of a material to recover its original
shape after the forces causing deformation have been removed.
d) Astronomy
Students will be assessed on their ability to:
1.32 understand gravitational field strength, g, and recall that it is different on
other planets and the moon from that on the Earth
1.33 explain that gravitational force:
causes moons to orbit planets
causes the planets to orbit the sun
causes artificial satellites to orbit the Earth
causes comets to orbit the sun
1.34 describe the differences in the orbits of comets, moons and planets
1.35 use the relationship between orbital speed, orbital radius and time period:
2 orbital radiusorbital speed =
time period
2 rv
T
1.36 understand that:
the universe is a large collection of billions of galaxies
a galaxy is a large collection of billions of stars
our solar system is in the Milky Way galaxy.
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Section 2: Electricity
a) Units
b) Mains electricity
c) Energy and potential difference in circuits
d) Electric charge
a) Units
Students will be assessed on their ability to:
2.1 use the following units: ampere (A), coulomb (C), joule (J), ohm ( ), second
(s), volt (V), watt (W).
b) Mains electricity
Students will be assessed on their ability to:
2.2 understand and identify the hazards of electricity including frayed cables,
long cables, damaged plugs, water around sockets, and pushing metal
objects into sockets
2.3 understand the uses of insulation, double insulation, earthing, fuses and
circuit breakers in a range of domestic appliances
2.4 understand that a current in a resistor results in the electrical transfer of
energy and an increase in temperature, and how this can be used in a
variety of domestic contexts
2.5 know and use the relationship:
power = current × voltage
P = I × V
and apply the relationship to the selection of appropriate fuses
2.6 use the relationship between energy transferred, current, voltage and time:
energy transferred = current × voltage × time
E = I × V × t
2.7 understand the difference between mains electricity being alternating
current (a.c.) and direct current (d.c.) being supplied by a cell or battery.
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c) Energy and potential difference in circuits
Students will be assessed on their ability to:
2.8 explain why a series or parallel circuit is more appropriate for particular
applications, including domestic lighting
2.9 understand that the current in a series circuit depends on the applied
voltage and the number and nature of other components
2.10 describe how current varies with voltage in wires, resistors, metal filament
lamps and diodes, and how this can be investigated experimentally
2.11 describe the qualitative effect of changing resistance on the current in a
circuit
2.12 describe the qualitative variation of resistance of LDRs with illumination and
of thermistors with temperature
2.13 know that lamps and LEDs can be used to indicate the presence of a current
in a circuit
2.14 know and use the relationship between voltage, current and resistance:
voltage = current × resistance
V = I × R
2.15 understand that current is the rate of flow of charge
2.16 know and use the relationship between charge, current and time:
charge = current × time
Q = I × t
2.17 know that electric current in solid metallic conductors is a flow of negatively
charged electrons
2.18 understand that:
voltage is the energy transferred per unit charge passed
the volt is a joule per coulomb.
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d) Electric charge
Students will be assessed on their ability to:
2.19 identify common materials which are electrical conductors or insulators,
including metals and plastics
2.20 describe experiments to investigate how insulating materials can be
charged by friction
2.21 explain that positive and negative electrostatic charges are
produced on materials by the loss and gain of electrons
2.22 understand that there are forces of attraction between unlike
charges and forces of repulsion between like charges
2.23 explain electrostatic phenomena in terms of the movement of electrons
2.24 explain the potential dangers of electrostatic charges, eg when
fuelling aircraft and tankers
2.25 explain some uses of electrostatic charges, eg in photocopiers and
inkjet printers.
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Section 3: Waves
a) Units
b) Properties of waves
c) The electromagnetic spectrum
d) Light and sound
a) Units
Students will be assessed on their ability to:
3.1 use the following units: degree (°), hertz (Hz), metre (m), metre/second
(m/s), second (s).
b) Properties of waves
Students will be assessed on their ability to:
3.2 understand the difference between longitudinal and transverse waves and
describe experiments to show longitudinal and transverse waves in, for
example, ropes, springs and water
3.3 define amplitude, frequency, wavelength and period of a wave
3.4 understand that waves transfer energy and information without transferring
matter
3.5 know and use the relationship between the speed, frequency and
wavelength of a wave:
wave speed = frequency × wavelength
v = f ×
3.6 use the relationship between frequency and time period:
periodtime
1frequency
Tf
1
3.7 use the above relationships in different contexts including sound waves and
electromagnetic waves
3.8 understand that waves can be diffracted when they pass an edge
3.9 understand that waves can be diffracted through gaps, and that the
extent of diffraction depends on the wavelength and the physical
dimension of the gap.
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c) The electromagnetic spectrum
Students will be assessed on their ability to:
3.10 understand that light is part of a continuous electromagnetic spectrum which
includes radio, microwave, infrared, visible, ultraviolet, x-ray and gamma
ray radiations and that all these waves travel at the same speed in free
space
3.11 identify the order of the electromagnetic spectrum in terms of decreasing
wavelength and increasing frequency, including the colours of the visible
spectrum
3.12 explain some of the uses of electromagnetic radiations, including:
radio waves: broadcasting and communications
microwaves: cooking and satellite transmissions
infrared: heaters and night vision equipment
visible light: optical fibres and photography
ultraviolet: fluorescent lamps
x-rays: observing the internal structure of objects and materials and
medical applications
gamma rays: sterilising food and medical equipment
3.13 understand the detrimental effects of excessive exposure of the human body
to electromagnetic waves, including:
microwaves: internal heating of body tissue
infrared: skin burns
ultraviolet: damage to surface cells and blindness
gamma rays: cancer, mutation
and describe simple protective measures against the risks.
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d) Light and sound
Students will be assessed on their ability to:
3.14 understand that light waves are transverse waves which can be reflected,
refracted and diffracted
3.15 use the law of reflection (the angle of incidence equals the angle of reflection)
3.16 construct ray diagrams to illustrate the formation of a virtual image in a
plane mirror
3.17 describe experiments to investigate the refraction of light, using rectangular
blocks, semicircular blocks and triangular prisms
3.18 know and use the relationship between refractive index, angle of incidence
and angle of refraction:
in
r
sin
sin
3.19 describe an experiment to determine the refractive index of glass, using a glass block
3.20 describe the role of total internal reflection in transmitting information along
optical fibres and in prisms
3.21 explain the meaning of critical angle c
3.22 know and use the relationship between critical angle and refractive index:
1c
nsin
3.23 understand the difference between analogue and digital signals
3.24 describe the advantages of using digital signals rather than
analogue signals
3.25 describe how digital signals can carry more information
3.26 understand that sound waves are longitudinal waves and how they can be
reflected, refracted and diffracted
3.27 understand that the frequency range for human hearing is
20 Hz – 20,000 Hz
3.28 describe an experiment to measure the speed of sound in air
3.29 understand how an oscilloscope and microphone can be used to
display a sound wave
3.30 describe an experiment using an oscilloscope to determine the
frequency of a sound wave
3.31 relate the pitch of a sound to the frequency of vibration of the source
3.32 relate the loudness of a sound to the amplitude of vibration.
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Section 4: Energy resources and energy transfer
a) Units
b) Energy transfer
c) Work and power
d) Energy resources and electricity generation
a) Units
Students will be assessed on their ability to:
4.1 use the following units: kilogram (kg), joule (J), metre (m), metre/second
(m/s), metre/second2 (m/s2), newton (N), second (s), watt (W).
b) Energy transfer
Students will be assessed on their ability to:
4.2 describe energy transfers involving the following forms of energy: thermal
(heat), light, electrical, sound, kinetic, chemical, nuclear and potential
(elastic and gravitational)
4.3 understand that energy is conserved
4.4 know and use the relationship:
inputenergytotal
outputenergyusefulefficiency
4.5 describe a variety of everyday and scientific devices and situations,
explaining the fate of the input energy in terms of the above relationship,
including their representation by Sankey diagrams
4.6 describe how energy transfer may take place by conduction, convection and radiation
4.7 explain the role of convection in everyday phenomena
4.8 explain how insulation is used to reduce energy transfers from buildings and
the human body.
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c) Work and power
Students will be assessed on their ability to:
4.9 know and use the relationship between work, force and distance moved in
the direction of the force:
work done = force × distance moved
W = F × d
4.10 understand that work done is equal to energy transferred
4.11 know and use the relationship:
gravitational potential energy = mass × g × height
GPE = m × g × h
4.12 know and use the relationship:
kinetic energy = 2
1 × mass × speed2
KE = 2
1 × m × v2
4.13 understand how conservation of energy produces a link between
gravitational potential energy, kinetic energy and work
4.14 describe power as the rate of transfer of energy or the rate of doing work
4.15 use the relationship between power, work done (energy transferred) and time taken:
work donepower=
time taken
t
WP
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d) Energy resources and electricity generation
Students will be assessed on their ability to:
4.16 describe the energy transfers involved in generating electricity using:
wind
water
geothermal resources
solar heating systems
solar cells
fossil fuels
nuclear power
4.17 describe the advantages and disadvantages of methods of large-
scale electricity production from various renewable and non-
renewable resources.
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Section 5: Solids, liquids and gases
a) Units
b) Density and pressure
c) Change of state
d) Ideal gas molecules
a) Units
Students will be assessed on their ability to:
5.1 use the following units: degrees Celsius (oC), kelvin (K), joule (J), kilogram
(kg), kilogram/metre3 (kg/m3), metre (m), metre2 (m2 ), metre3 (m3),
metre/second (m/s), metre/second2 (m/s2 ), newton (N), pascal (Pa).
b) Density and pressure
Students will be assessed on their ability to:
5.2 know and use the relationship between density, mass and volume:
massdensity=
volume
V
m
5.3 describe experiments to determine density using direct measurements of mass and volume
5.4 know and use the relationship between pressure, force and area:
area
forcepressure
A
Fp
5.5 understand that the pressure at a point in a gas or liquid which is at rest
acts equally in all directions
5.6 know and use the relationship for pressure difference:
pressure difference = height × density × g
p = h × × g
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c) Change of state
Students will be assessed on their ability to:
5.7 understand the changes that occur when a solid melts to form a
liquid, and when a liquid evaporates or boils to form a gas
5.8 describe the arrangement and motion of particles in solids, liquids
and gases
d) Ideal gas molecules
Students will be assessed on their ability to:
5.9 understand the significance of Brownian motion, as supporting evidence for particle theory
5.10 understand that molecules in a gas have a random motion and that they
exert a force and hence a pressure on the walls of the container
5.11 understand why there is an absolute zero of temperature which is –273 C
5.12 describe the Kelvin scale of temperature and be able to convert between the
Kelvin and Celsius scales
5.13 understand that an increase in temperature results in an increase in the
average speed of gas molecules
5.14 understand that the Kelvin temperature of the gas is proportional to
the average kinetic energy of its molecules
5.15 describe the qualitative relationship between pressure and Kelvin
temperature for a gas in a sealed container
5.16 use the relationship between the pressure and Kelvin temperature of
a fixed mass of gas at constant volume:
1 2
1 2
p p
T T=
5.17 use the relationship between the pressure and volume of a fixed mass of gas
at constant temperature:
p1V1 = =p2V2
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Section 6: Magnetism and electromagnetism
a) Units
b) Magnetism
c) Electromagnetism
e) Electromagnetic induction
a) Units
Students will be assessed on their ability to:
6.1 use the following units: ampere (A), volt (V), watt (W).
b) Magnetism
Students will be assessed on their ability to:
6.2 understand that magnets repel and attract other magnets and
attract magnetic substances
6.3 describe the properties of magnetically hard and soft materials
6.4 understand the term ‘magnetic field line’
6.5 understand that magnetism is induced in some materials when they
are placed in a magnetic field
6.6 describe experiments to investigate the magnetic field pattern for a
permanent bar magnet and that between two bar magnets
6.7 describe how to use two permanent magnets to produce a uniform magnetic
field pattern.
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c) Electromagnetism
Students will be assessed on their ability to:
6.8 understand that an electric current in a conductor produces a magnetic field round it
6.9 describe the construction of electromagnets
6.10 sketch and recognise magnetic field patterns for a straight wire, a
flat circular coil and a solenoid when each is carrying a current
6.11 understand that there is a force on a charged particle when it moves
in a magnetic field as long as its motion is not parallel to the field
6.12 understand that a force is exerted on a current-carrying wire in a magnetic
field, and how this effect is applied in simple d.c. electric motors and
loudspeakers
6.13 use the left hand rule to predict the direction of the resulting force when a
wire carries a current perpendicular to a magnetic field
6.14 describe how the force on a current-carrying conductor in a magnetic field
increases with the strength of the field and with the current.
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d) Electromagnetic induction
Students will be assessed on their ability to:
6.15 understand that a voltage is induced in a conductor or a coil when it moves
through a magnetic field or when a magnetic field changes through it and
describe the factors which affect the size of the induced voltage
6.16 describe the generation of electricity by the rotation of a magnet within a
coil of wire and of a coil of wire within a magnetic field and describe the
factors which affect the size of the induced voltage
6.17 describe the structure of a transformer, and understand that a
transformer changes the size of an alternating voltage by having
different numbers of turns on the input and output sides
6.18 explain the use of step-up and step-down transformers in the large-
scale generation and transmission of electrical energy
6.19 know and use the relationship between input (primary) and output
(secondary) voltages and the turns ratio for a transformer:
input (primary) voltage primary turns=
output (secondary) voltage secondary turns
S
P
S
P
n
n
V
V
6.20 know and use the relationship:
input power = output power
VP IP = VS IS
for 100% efficiency
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Section 7: Radioactivity and particles
a) Units
b) Radioactivity
c) Particles
a) Units
Students will be assessed on their ability to:
7.1 use the following units: becquerel (Bq), centimetre (cm), hour (h), minute
(min), second (s).
b) Radioactivity
Students will be assessed on their ability to:
7.2 describe the structure of an atom in terms of protons, neutrons and
electrons and use symbols such as C14
6 to describe particular nuclei
7.3 understand the terms atomic (proton) number, mass (nucleon) number and isotope
7.4 understand that alpha and beta particles and gamma rays are ionising
radiations emitted from unstable nuclei in a random process
7.5 describe the nature of alpha and beta particles and gamma rays and recall
that they may be distinguished in terms of penetrating power
7.6 describe the effects on the atomic and mass numbers of a nucleus of the
emission of each of the three main types of radiation
7.7 understand how to complete balanced nuclear equations
7.8 understand that ionising radiations can be detected using a photographic
film or a Geiger-Muller detector
7.9 explain the sources of background radiation
7.10 understand that the activity of a radioactive source decreases over a period
of time and is measured in becquerels
7.11 understand the term ‘half-life’ and understand that it is different for different
radioactive isotopes
7.12 use the concept of half-life to carry out simple calculations on activity
7.13 describe the uses of radioactivity in medical and non-medical tracers, in
radiotherapy, and in the radioactive dating of archaeological specimens and
rocks
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7.14 describe the dangers of ionising radiations, including:
radiation can cause mutations in living organisms
radiation can damage cells and tissue
the problems arising in the disposal of radioactive waste
and describe how the associated risks can be reduced.
c) Particles
Students will be assessed on their ability to:
7.15 describe the results of Geiger and Marsden’s experiments with gold foil and
alpha particles
7.16 describe Rutherford’s nuclear model of the atom and how it accounts for the
results of Geiger and Marsden’s experiment and understand the factors
(charge and speed) which affect the deflection of alpha particles by a
nucleus
7.17 understand that a nucleus of U-235 can be split (the process of fission) by
collision with a neutron, and that this process releases energy in the form of
kinetic energy of the fission products
7.18 understand that the fission of U-235 produces two daughter nuclei and a
small number of neutrons
7.19 understand that a chain reaction can be set up if the neutrons produced by
one fission strike other U-235 nuclei
7.20 understand the role played by the control rods and moderator when the
fission process is used as an energy source to generate electricity.
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Assessment
Assessment summary
Paper 1 is externally assessed through an examination paper lasting 2 hours.
Paper 2 is externally assessed through an examination paper lasting 1 hour.
The assessment for this qualification is linear and both papers must be taken in the
same series.
There will be a range of compulsory, short-answer structured questions in both
papers which are ramped to ensure accessibility for less able students, as well as to
stretch more able students.
Students may be required to perform calculations, draw graphs and describe,
explain and interpret physical phenomena. Some of the question content will be
unfamiliar to students; these questions are designed to assess data-handling skills
and the ability to apply physical principles to unfamiliar situations. Questions
targeted at grades A*–B will include questions designed to test knowledge,
understanding and skills at a higher level, including some requiring longer prose
answers.
Summary of table of assessment
Physics Paper 1 Paper code: 4PH0/1P
Externally assessed
Availability: January and June series
First assessment: June 2013
Assesses all Assessment Objectives
Maximum mark 120
2-hour examination
Assesses specification content not in bold
Physics Paper 2 Paper code: 4PH0/2P
Externally assessed
Availability: January and June series
First assessment: June 2013
Assesses all Assessment Objectives
Maximum mark 60
1-hour examination
Assesses all specification content, including that in bold
P38759A©2011 Edexcel Limited.
1/1/1/1/
*P38759A0132*
Instructions
Use black ink or ball-point pen.
Fill in the boxes at the top of this page with your name,
centre number and candidate number.
Answer all questions.
Answer the questions in the spaces provided – there may be more space than you need.
Show all the steps in any calculations and state the units. Some questions must be answered with a cross in a box . If you change
your mind about an answer, put a line through the box and then mark
your new answer with a cross .
Information
The total mark for this paper is 120.
The marks for each question are shown in brackets
– use this as a guide as to how much time to spend on each question.
Advice
Read each question carefully before you start to answer it. Keep an eye on the time.
Write your answers neatly and in good English.
Try to answer every question.
Check your answers if you have time at the end.
Turn over
Materials required for examination.Ruler, protractor, calculator
Centre Number Candidate Number
Write your name here
Surname Other names
Total Marks
Paper Reference
Edexcel IGCSE
PhysicsUnit: 4PH0Science (Double Award) 4SC0Paper: 1P
Friday 27 May 2011 – Morning
Time: 2 hours4PH0/1P4SC0/1P
2
*P38759A0232*
EQUATIONS
equations
VT
orbital speedperiod
2 r2 orbital radius
3
*P38759A0332* Turn over
Answer ALL questions.
1 A golfer hits a golf ball and it bounces into the hole.
(a) Use words from the box to complete the sentences below.
Each word may be used once, more than once, or not at all.
chemical elastic electrical gravitational kinetic
(i) Each time the golf ball moves upwards, it gains . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
potential energy.
(1)
(ii) Each time the golf ball hits the ground it changes shape and energy is stored as
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . potential energy.
(1)
(iii) When the golf ball is moving it has . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . energy.
(1)
(b) Each time the ball hits the ground, energy is transferred away from the ball.
(i) How can you tell this from the diagram?
(1)
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(ii) Describe what happens to the energy that is transferred.
(1)
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(Total for Question 1 = 5 marks)
4
*P38759A0432*
2 This question is about radiations in the electromagnetic spectrum.
radio waves microwaves infrared A ultraviolet Bgamma
rays
(a) The names of two parts of the electromagnetic spectrum are missing.
Complete the table below, with the names of the missing parts.
(2)
Name
A
B
(b) Which electromagnetic radiation is used for heating and night vision equipment?
(1)
A radio waves
B microwaves
C infrared
D ultraviolet
(c) Which electromagnetic radiation is used for cooking and satellite transmissions?
(1)
A radio waves
B microwaves
C infrared
D ultraviolet
(d) The list of electromagnetic radiations, from radio waves to gamma rays, is in order of
(1)
A decreasing frequency
B decreasing wavelength
C increasing amplitude
D increasing time period
5
*P38759A0532* Turn over
(e) Exposure to excessive electromagnetic radiations can be harmful to the human body.
For two named types of electromagnetic radiation, describe
(4)
Name of radiation ………………………... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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Name of radiation ………………………... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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(Total for Question 2 = 9 marks)
6
*P38759A0632*
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7
*P38759A0732* Turn over
3 A student measures the length of a pencil.
The photograph shows the arrangement she uses.
The student says:
The student may not be correct.
(a) Use the photograph to estimate the length of the pencil and give its unit.
(2)
Length = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . unit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
(b) Suggest two ways that the student could improve the accuracy of this measurement,
using only the equipment shown in the photograph.
(2)
1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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(Total for Question 3 = 4 marks)
I think that the pencil is 16.9 cm long.
8
*P38759A0832*
4 Some students are investigating a simple electric motor.
(a) When the switch is closed the coil spins on the axle.
State why.
(2)
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(b) State two changes that would make the motor spin faster.
(2)
1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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axle
switch
coil
9
*P38759A0932* Turn over
(c) The students change their circuit, replacing the cell and switch with a lamp.
When they spin the coil by hand, the lamp lights.
Explain why the lamp lights.
(2)
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(Total for Question 4 = 6 marks)
lamp
10
*P38759A01032*
5 The diagram shows the side view of a laptop computer.
A student opens the computer with an upward force of 4.2 N.
The force is applied 0.25 m from the pivot.
(a) (i) State the equation linking moment, force and distance.
(1)
(ii) Calculate the moment of the force that opens the computer.
(2)
Moment = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . N m
4.2 N
0.25 m
pivot
11
*P38759A01132* Turn over
(b) The student finds that 4.2 N is the minimum upward force needed to open the
computer.
Then the student applies a downward force, F, to close the computer.
Explain why the minimum force needed to close the computer is likely to be less
than 4.2 N.
(2)
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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(Total for Question 5 = 5 marks)
F
0.25 m
12
*P38759A01232*
6 Light from an object forms an image in a plane mirror.
(a) Tick ( ) the two correct statements.
(2)
Statement Tick
the image in a plane mirror is virtual
light from the object passes through the image in a plane mirror
light waves are longitudinal
the angle of incidence equals the angle of reflection
the incident ray is always at right angles to the reflected ray
(b) (i) Use words from the box to complete the labels on the diagram below.
(2)
mirror normal ray reflection
(ii) Write r on the diagram above to show the angle of reflection.
(1)
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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13
*P38759A01332* Turn over
(c) A student investigates the formation of the image in a plane mirror, using the
apparatus shown in the photograph.
She uses the holes that the pins make to construct this diagram.
(i) Add to the diagram to show how the student should find the position of the
image.
(3)
(ii) Explain how the student could confirm that the position of the image is correct.
(2)
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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(Total for Question 6 = 10 marks)
object pin
sighting pins
object pin
sighting pins
14
*P38759A01432*
7 This question is about an electric kettle.
(a) The Sankey diagram represents the energy transfers taking place when the kettle
heats some water.
What is the efficiency of the kettle?
(1)
A 0.1
B 0.9
C 200
D 1800
thermal energy
to surroundings
200 J
thermal energy
to heat water
1800 J
electrical energy
from mains
2000 J
15
*P38759A01532* Turn over
(b) Why does the heating element in the kettle get hot when its electrical supply is
switched on?
(2)
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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(c) The power of the heating element in the kettle is 2000 W when it is connected to a
230 V mains supply.
(i) State the equation linking power, current and voltage.
(1)
(ii) Show that the current in the heating element is approximately 9 A.
(2)
Current = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A
(iii) The plug of the kettle has a fuse.
Fuses are available in values of
1 A 3 A 7 A 13 A
Identify the fuse that is the most suitable for this kettle, and explain why.
(2)
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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(Total for Question 7 = 8 marks)
16
*P38759A01632*
8 A train travels 9 km from station A to station B.
It takes 15 minutes.
(a) (i) State the equation linking average speed, distance moved and time taken.
(1)
(ii) Calculate the average speed of the train and give its unit.
(3)
Average speed = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . unit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
(iii) The maximum speed of the train must be higher than the value you have
calculated.
Explain why.
(2)
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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17
*P38759A01732* Turn over
(b) The train continues along a straight track from station B to station C.
The graph shows how the velocity of the train changes with time during this part of
the journey.
(i) Use the graph to calculate the acceleration of the train, in m/s2, during the first
100 seconds after it leaves station B.
(3)
Acceleration = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . m/s2
(ii) Use the graph to calculate the distance, in m, between station B and station C.
(3)
Distance = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . m
(Total for Question 8 = 12 marks)
40 –
35 –
30 –
25 –
20 –
15 –
10 –
5 –
0 – –
50
–
100
–
150
–
200
–
250
–
300
–
0
time in s
vel
oci
ty i
n m
/s
Station B Station C
18
*P38759A01832*
9 Builders work on a new house.
A builder carries a concrete block from the ground up to the top of the scaffolding.
(a) (i) State the equation linking gravitational potential energy, mass, g and height.
(1)
(ii) The concrete block has a mass of 18 kg.
Calculate the gravitational potential energy gained by the concrete block if the
scaffolding is 5 m high.
(2)
Gravitational potential energy = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . J
scaffolding
19
*P38759A01932* Turn over
(iii) What is the link between the gravitational potential energy gained by the
concrete block and the work done by the builder to lift it?
(1)
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(b) The builders fit a layer of insulating material in the roof of the house.
The diagram shows a section through the insulating material.
Explain how the insulating material reduces the amount of heat lost through the roof
by conduction, convection and radiation.
(5)
conduction
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convection
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radiation
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(Total for Question 9 = 9 marks)
air trapped
between fibres
aluminium foil
aluminium foil
20
*P38759A02032*
10 A student investigates how the resistance of a thermistor changes with temperature.
He measures a current and a voltage.
The diagram shows part of the circuit that the student uses.
(a) (i) Label the thermistor on the diagram.
(1)
(ii) Add to the diagram to show how a voltmeter should be connected.
(2)
(b) The student varies the temperature of the thermistor and obtains the results below.
Temperature in °C 0 20 40 60 80 100
Current in mA 0.8 2.0 4.2 8.2 15.1 26.6
(i) State the equation linking voltage, current and resistance.
(1)
(ii) The voltage across the thermistor is 12 V.
Calculate the resistance of the thermistor at 20 °C.
(2)
Resistance = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
A
21
*P38759A02132* Turn over
(iii) Use the results from the table opposite to plot a graph of current against
temperature.
(5)
(iv) Use your graph to describe how the current in the thermistor changes as the
temperature increases.
(2)
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*P38759A02232*
(v) The student concludes:
Evaluate this conclusion.
(2)
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(Total for Question 10 = 15 marks)
As the temperature increases, the resistance of the thermistor also increases.
23
*P38759A02332* Turn over
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24
*P38759A02432*
11 A student investigates the density of a liquid.
The student uses scales that show mass to the nearest gram.
The student uses a measuring cylinder that is marked with volume in cm3.
First the student puts an empty measuring cylinder on the scales.
Then the student puts some liquid into the measuring cylinder.
Then the student looks at the level of liquid in the measuring cylinder.
25
*P38759A02532* Turn over
(a) Complete the results table for this investigation by transferring the information given
opposite.
(6)
mass of measuring cylinder and liquid
mass of empty measuring cylinder
∴ mass of liquid in cylinder
volume of liquid
(b) Show how the student should use these results to calculate the density of the liquid.
(2)
(c) Suggest two ways in which the student could improve the investigation to give a
more accurate value for the density.
(2)
1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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(Total for Question 11 = 10 marks)
26
*P38759A02632*
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27
*P38759A02732* Turn over
12 The photograph shows two cups of coffee.
The cups are the same size.
One cup is full of coffee, the other cup is half full.
Compare the pressures in the coffee at the bottom of each cup.
(4)
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(Total for Question 12 = 4 marks)
28
*P38759A02832*
13 This question is about the use of radioactivity to treat tumours.
(a) Iridium-192 is written using this symbol
192
77Ir (i) How many protons does a nucleus of iridium-192 contain?
(1)
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(ii) How many neutrons does a nucleus of iridium-192 contain?
(1)
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(b) Iridium-191 is a different isotope of iridium.
What are isotopes?
(2)
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A horse has a tumour near one eye.
The tumour is several centimetres across.
A vet treats the tumour using radiotherapy.
The vet puts an isotope called iridium-192 into the tumour.
Iridium-192 emits beta particles.
29
*P38759A02932* Turn over
(c) When iridium-192 decays, a beta particle is emitted and the iridium changes into
platinum.
Complete the nuclear equation that shows this decay.
(2)
192 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0
Ir Pt +–
77 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . –1
(d) The tumour in the horse is several centimetres across.
Explain why beta radiation is more suitable than alpha or gamma radiations for this
treatment.
(3)
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(e) The energy from the beta radiation is expected to destroy the cells in the tumour over
a period of several weeks.
(i) The most suitable half-life for the radioactive source would be
(1)
A 75 minutes
B 75 hours
C 75 days
D 75 years
(ii) Explain your choice.
(2)
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(Total for Question 13 = 12 marks)
30
*P38759A03032*
14 Two scientists, Geiger and Marsden, used alpha particles in a famous experiment.
(a) An alpha particle is formed from four smaller particles.
The diagram below represents an alpha particle.
Complete the labels to show the names of the four particles.(2)
(b) The two scientists aimed alpha particles at a thin gold foil. Most of the alpha
particles travelled straight through the thin gold foil.
Some of the alpha particles were deflected as shown in the diagram.
(i) The scientists removed all the air from the apparatus.
Give two reasons why this was necessary.
(2)
1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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not to scale
thin gold foil
source of
alpha particles
vacuum
31
*P38759A03132*
(ii) Describe the force that caused some alpha particles to deflect.
(2)
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(iii) The experiment showed that
Scientists concluded that each gold atom has a small, dense,
positively-charged nucleus.
Explain how the results of this experiment led the scientists to this conclusion.
(5)
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(Total for Question 14 = 11 marks)
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no m
ark
2
(b
) (i
)
2
(i
i)
1
normal
mirror
r
----
--
----
----
Qu
esti
on
nu
mb
er
An
sw
er
No
tes
Marks
6
(c)
(i)
First
suitable
lin
e e
xte
nded;
Second s
uitable
lin
e e
xte
nded;
Image indic
ate
d c
orr
ectly a
t cro
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es ;
e.g
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pin
lin
e
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ct
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s o
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er
positio
n
Image m
ay b
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ate
d w
ith a
ny c
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mark
or
label
1
1
1
(ii)
EIT
HER
Appro
priate
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nal dra
win
g;
e.g
. exte
nd p
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endic
ula
r /
second s
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e
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e p
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hro
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OR
Measure
dis
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o m
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r);
Obje
ct
dis
tance =
im
age d
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OR
pin
pla
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age p
ositio
n;
meth
od o
f no p
ara
llax n
am
ed o
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Any a
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nal dra
win
g s
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be
com
ple
menta
ry t
o 6
(c)(
i) a
nsw
er
2
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tal
10
marks
iIm
age
here
Qu
esti
on
nu
mb
er
An
sw
er
Accep
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eje
ct
Marks
7
(a)
B
1
(b
)
Any t
wo o
f
Energ
y t
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om
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ical energ
y;
Energ
y t
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ent)
;
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therm
al
/heat
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2 m
ark
s
IGN
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ele
ctr
icity
2
(c
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er
= c
urr
ent
x v
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O
r equiv
ale
nt,
e.g
. e
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ngle
s”
1
Pow
er
= v
oltage x
curr
ent
Voltage =
pow
er
curr
ent
Curr
ent
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er
voltage
P=
I x
V
If (
i) is b
lank,
but
corr
ect
equation
writt
en in (
ii),
then
cre
dit.
(ii)
Substitu
tion
2
000 /
230;
Calc
ula
tion
8.7
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ACCEPT:
8.6
9 (
A)
2
(iii)
13 A
;
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bove w
ork
ing c
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ent;
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OW
TTE
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he o
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2
To
tal
8 m
arks
Qu
esti
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nu
mb
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An
sw
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Accep
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ct
Marks
8
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tim
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ale
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–
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speed
tim
e,
tim
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dis
tance
speed,
or
corr
ect
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bols
e.g
. v =
d /
t
If (
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lank,
but
corr
ect
equation w
ritt
en in (
ii),
then
cre
dit.
1
(ii)
Substitu
tion
9
000 /
900;
Calc
ula
tion
10;
Unit
m/s
;
ACCEPT:
e.g
. 9/1
5 =
0.6
km
/min
ute
9
/0.2
5 =
36 k
m/h
our
9
000/1
5 =
600 m
/min
9
/900 =
0.0
1 k
m/s
i.e.
any u
nit t
hat
is c
onsis
tent
with t
he n
um
ber
2
1
(iii)
Any t
wo
from
:
speed n
ot
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nt
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e)
poin
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poin
ts /
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een s
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slo
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1)
2
8
(b)
(i)
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tim
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OR
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nt
–
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tim
e
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e =
change in v
el
accn
1
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30 /
100 ;
Calc
ula
tion
0
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m/s
2)
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Bald
answ
er
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3 m
ark
s
1
1
(ii)
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nder
gra
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cle
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f att
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pt)
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30 x
100)
+ (
30 x
100)
+ (
½ x
30 x
100);
6000 (
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ACCEPT:
trapeziu
m
meth
od
½
(300 +
100)
30
ACCEPT:
answ
ers
where
the u
nit is c
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tent
with
the n
um
ber.
3
Bald
answ
er
gets
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e
mark
s
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tal
12
marks
Qu
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nu
mb
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sw
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No
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Marks
9
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ACCEPT:
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gra
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CT:
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h
1
(ii)
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10 x
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ula
tion
9
00 (
J) ;
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i) is b
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but
corr
ect
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ritt
en in
(ii)
, th
en c
redit.
ACCEPT:
882 (
J)
2
(iii)
equal /
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am
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=
ACCEPT:
equiv
ale
nt
REJE
CT:
pro
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ORE:
900 J
1
(b
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icle
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y a
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r
5
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tal
9 m
arks
Qu
esti
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nu
mb
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sw
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No
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Marks
10
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isto
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r 1
(ii)
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r sym
bol ;
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d in p
ara
llel w
ith t
herm
isto
r ;
REJE
CT:
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d in p
ara
llel w
ith b
att
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2
(b
) (i
) voltage =
curr
ent
resis
tance
Or
equiv
ale
nt
–
resis
tance =
voltage
curr
ent
V =
I x
R
1
(ii)
Substitu
tion
12 =
0.0
02
R;
Calc
ula
tion
R =
12 /
0.0
02 =
6000 (
);
If (
i) is b
lank,
but
corr
ect
equation w
ritt
en in
(ii)
, th
en c
redit.
12 =
2 x
R =
6 (
) gets
1 m
ark
Bald
answ
er
2 m
ark
s
6 k
gets
2 m
ark
s
2
(iii)
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e c
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>50%
of
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Axes labelled w
ith q
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nd u
nits (
either
way
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plo
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g e
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;
ACCEPT:
° O
R C
REJE
CT:
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4 m
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5
(iv)
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TTE ;
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2
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Any t
wo o
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urr
ent
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ith t
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p (
for
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ase w
ith t
em
p ;
“stu
dent
is c
orr
ect”
score
s 0
mark
s
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tc t
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r 1 m
ark
ACCEPT:
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use o
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from
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2
To
tal
15
marks
Qu
esti
on
nu
mb
er
An
sw
er
No
tes
Marks
11
(a)
M
ass o
f cylinder
+ u
nit =
325 ;
Mass o
f cylinder
= 1
06 ;
Mass o
f liquid
in c
ylinder
= 2
19 ;
Volu
me o
f liquid
= 1
76 ;
Mass u
nit:
g ;
Volu
me u
nit:
cm
3 /
ml ;
ACCEPT:
ecf
on M
1 a
nd M
2
ACCEPT:
either
unit u
sed a
ppro
priate
ly a
t le
ast
once
6
(b
)
Any t
wo fro
m:
equation;
corr
ect
substitu
tion m
ade o
r corr
ect
mass
indic
ate
d;
density =
betw
een 1
.24 a
nd 1
.25;
density u
nit (
g/c
m3 O
R g
/ml)
;
ecf
from
11(a
)
Corr
ect
and c
onsis
tent
altern
ative e.g
. 1240
kg/m
3
1.2
4 k
g/d
m3
2
(c
)
Any t
wo fro
m:
more
sensitiv
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ment
;
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;
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;
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er
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;
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ORE:
repeat
experim
ent
IGN
ORE:
refs
to “
use m
ore
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”
2
To
tal
10
marks
Qu
esti
on
nu
mb
er
An
sw
er
No
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Marks
12
M1
M2
M3
M4
pre
ssure
gre
ate
r in
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he h
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full c
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h
g
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/ m
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of
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/ f
orc
e d
iffe
rent
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density /
g /
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ACCEPT:
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ORE:
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ount
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4
To
tal
4 m
arks
Qu
esti
on
nu
mb
er
An
sw
er
No
tes
Marks
13
(a)
(i)
77
1
(ii)
115
1
(b
)
(nucle
i w
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sam
e n
um
ber
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sam
e a
tom
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num
ber
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ons /
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mole
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ORE:
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ctr
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2
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78;
2
(d
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ha n
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um
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;
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ating /
tra
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str
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ht
thro
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eakly
ionis
ing /
OW
TTE ;
beta
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but
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ys
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es w
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tum
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(but
no f
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ORE:
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IGN
ORE:
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ong’
IGN
ORE:
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f alp
ha,
beta
and g
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3
(e
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1
(ii)
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C r
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ain
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over
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ent)
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not
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ent
/ A a
nd B
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D c
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cause d
am
age (
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er
tr
eatm
ent)
;
ACCEPT:
calc
ula
tion o
f period o
f activity
IGN
ORE:
bald
‘w
eak’ or
‘str
ong’
2
To
tal
12
marks
Qu
esti
on
nu
mb
er
An
sw
er
No
tes
Marks
14
(a)
tw
o p
roto
ns labelled ;
two n
eutr
ons labelled ;
ACCEPT:
a p
roto
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ACCEPT:
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ACCEPT:
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collis
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ange e
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ssed in o
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ORE:
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2
(ii)
Any t
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;
repuls
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betw
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e c
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forc
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IGN
ORE:
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pole
s
2
14
(b)
(iii)
Any f
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Undeflecte
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–
there
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ms m
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pty
space;
Deflections s
how
–
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e o
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e
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s a
lpha p
art
icle
s (
or
both
positiv
e c
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e);
(only
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i are
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mall t
arg
et;
Larg
e d
eflections s
how
–
nucle
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nough m
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alp
has t
o b
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back;
mass o
f a n
ucle
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f an
alp
ha p
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icle
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hig
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nd s
mall s
ize;
ACCEPT:
corr
ect
revers
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rgum
ents
5
To
tal
11
marks
PA
PE
R T
OTA
L:
12
0 M
AR
KS
P38760A©2011 Edexcel Limited.
1/1/1/
*P38760A0120*
Instructions
Use black ink or ball-point pen.
Fill in the boxes at the top of this page with your name,
centre number and candidate number.
Answer all questions.
Answer the questions in the spaces provided – there may be more space than you need.
Show all the steps in any calculations and state the units. Some questions must be answered with a cross in a box . If you change
your mind about an answer, put a line through the box and then mark
your new answer with a cross .
Information
The total mark for this paper is 60.
The marks for each question are shown in brackets
– use this as a guide as to how much time to spend on each question.
Advice
Read each question carefully before you start to answer it. Keep an eye on the time.
Write your answers neatly and in good English.
Try to answer every question.
Check your answers if you have time at the end.
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Paper Reference
Edexcel IGCSE
PhysicsUnit: 4PH0Paper: 2P
Friday 17 June 2011 – Afternoon
Time: 1 hour 4PH0/2P
2
*P38760A0220*
EQUATIONS
You may find the following equations useful.
energy transferred = current voltage time E = I V t
pressure volume = constant p1 V1 = p2 V2
frequency = 1
time period f
T=
1
power = work done
time taken P
W
t=
power = energy transferred
time taken P
W
t=
orbital speed = 2π ×orbital radius
time period
2× × rV
T=
π
pressure
temperatureconstant=
p
T
p
T
1
1
2
2
=
force =change in momentum
time taken
Where necessary, assume the acceleration of free fall, g = 10 m/s2.
3
*P38760A0320* Turn over
BLANK PAGE
4
*P38760A0420*
Answer ALL questions.
1 Hubble and Kepler are the names of two space telescopes.
Hubble telescope Kepler telescope
(a) The Hubble telescope is in a circular orbit around the Earth.
The Kepler telescope is in a circular orbit around the Sun.
(i) The orbit of the Hubble telescope is most like the orbit of a
(1)
A comet
B moon
C planet
D star
(ii) The orbit of the Kepler telescope is most like the orbit of a
(1)
A comet
B moon
C planet
D star
(iii) The force that keeps space telescopes in orbit is
(1)
A friction
B gravity
C lift
D upthrust
5
*P38760A0520* Turn over
(b) Space telescopes are used to study galaxies.
Use words from the box to complete the sentences below.
Each word may be used once, more than once, or not at all.
Milky Way Solar System Sun Universe
(i) There are billions of stars in the galaxy called the . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
(1)
(ii) There are billions of galaxies in the . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
(1)
(c) Which of these is nearest to the Earth?
(1)
A the surface of the Moon
B the surface of the Sun
C the centre of the Solar System
D the centre of the Universe
(d) Gravitational field strength is measured in
(1)
A kg/N
B kg/N2
C N/kg
D N/kg2
(Total for Question 1 = 7 marks)
6
*P38760A0620*
2 The photograph shows a plotting compass and a small bar magnet.
(a) Describe how you should use this apparatus to investigate the magnetic field pattern
of the bar magnet.
(3)
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(b) Add the magnetic field pattern of the bar magnet to the diagram below.
(3)
(Total for Question 2 = 6 marks)
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S
7
*P38760A0720* Turn over
3 The photograph shows a worker fuelling an aircraft.
Fuelling an electrically-charged aircraft can be dangerous.
The worker connects a safety wire to the aircraft before adding the fuel.
(a) Explain how an aircraft can become electrically charged while it is flying.(2)
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(b) Describe a possible danger of fuelling an electrically-charged aircraft.(1)
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(c) What electrical connection is made by the safety wire?(1)
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(d) Explain how connecting the safety wire reduces the possible dangers when fuelling
an electrically-charged aircraft.(2)
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(Total for Question 3 = 6 marks)
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*P38760A0820*
4 CD players use digital signals to transfer information.
Earlier systems using vinyl discs produced analogue signals.
(a) Describe the difference between digital signals and analogue signals.
(2)
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(b) Give one advantage of using digital signals.
(1)
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9
*P38760A0920* Turn over
(c) A CD player is connected to this loudspeaker system.
The sound produced has a range of frequencies.
Use ideas about diffraction to explain why different frequencies require different
sizes of loudspeaker.
(3)
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(Total for Question 4 = 6 marks)
10
*P38760A01020*
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11
*P38760A01120* Turn over
5 A student wants to use a weighing scale to find the weight of her school bag.
She has a weighing scale marked in kilograms instead of newtons.
The weighing scale is not working properly.
With nothing hanging from it, the weighing scale shows 1.5 kg.
(a) What is the weight of a 1.5 kg mass?
(1)
Weight = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . N
12
*P38760A01220*
(b) The student decides to check the weighing scale.
She has no accurate weights.
Instead, she puts some tins of beans in a plastic bag and hangs it from the scale.
Her readings are shown in the table.
Number
of tins of
beans
0 1 2 3 4 5 6
Scale
reading
(in kg)
1.5 2.0 2.3 2.8 3.7 3.5 3.9
13
*P38760A01320* Turn over
(i) Draw a graph to show how the scale reading varies with the number of tins of
beans.
(5)
(ii) Circle the anomalous point on your graph.
(1)
14
*P38760A01420*
(c) The student notices that the label on each tin says ‘contains 0.4 kg of beans’.
She remembers that six tins of beans gave a scale reading of 3.9 kg.
She hangs her school bag from the weighing scale.
The scale reading is 5.0 kg.
She also concludes that her school bag must have a mass of exactly 3.5 kg.
Suggest reasons why the student’s conclusions might be incorrect.
(4)
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(Total for Question 5 = 11 marks)
She thinks:
Six tins of beans, so…
mass = 6 x 0.4 = 2.4 kg
and…
3.9 – 1.5 = 2.4 kg
I can use this scale as normal! All I need to do is to subtract 1.5 kg from each reading to get the right answer.
She concludes:
15
*P38760A01520* Turn over
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16
*P38760A01620*
6 The photograph shows a kettle on a camping stove.
The cylinder contains some gas.
(a) Water in the kettle boils at a temperature of 100 °C and steam is produced.
(i) Convert this to a temperature on the Kelvin scale.
(1)
100 °C = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . K
(ii) State one way in which the molecules in steam are different from the molecules
in water.
(1)
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kettle
burner
gas
cylinder
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(iii) Explain how the molecules of steam exert a pressure on the inside of the kettle.
(3)
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(b) The wind blows the flame out and 820 cm3 of gas, at a pressure of 130 kPa, escapes
from the cylinder.
As the gas escapes, its pressure decreases to 101 kPa.
Calculate the volume of the escaped gas at a pressure of 101 kPa.
(2)
Volume = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . cm3
(c) The cylinder is turned off to stop more gas escaping.
The temperature of the gas in the cylinder decreases.
Explain what happens to the pressure of the gas in the cylinder.
(2)
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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(Total for Question 6 = 9 marks)
18
*P38760A01820*
7 Scientists test the safety features of a car by crashing it into a large block of concrete.
A dummy is placed in the driver’s seat and the scientists video the crash.
(a) In one test, the dummy and the car travel at 8 m/s.
The mass of the dummy is 72 kg.
Calculate the momentum of the dummy.
(2)
Momentum = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . kg m/s
19
*P38760A01920* Turn over
(b) In another test, the momentum of the dummy changes by 920 kg m/s in a time
of 0.17 s.
Calculate the average horizontal force acting on the dummy during this time.
(2)
Average force = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . N
(c) These tests help to make our roads safer.
(i) State two factors that affect the stopping distance of a car driven on a road.
(2)
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(ii) Use ideas about momentum to explain how the crumple zone of a car helps to
reduce injuries during a crash.
(3)
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(Total for Question 7 = 9 marks)
20
*P38760A02020*
8 The diagram shows some of the parts of a nuclear power station.
Describe the process of controlled fission of U-235 in the nuclear reactor.(6)
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(Total for Question 8 = 6 marks)
TOTAL FOR PAPER = 60 MARKS
steel vessel
steam
concrete chamber
graphite core
(moderator)
uranium rods
(fuel)
heat exchanger
pressurised water
(as coolant)
control rods
pump
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