PHYSICS Caddate sess uer HIGHER LEVEL PAPER 3 · G5. This question is about wedge ilm interference....
Transcript of PHYSICS Caddate sess uer HIGHER LEVEL PAPER 3 · G5. This question is about wedge ilm interference....
47 pages
M11/4/PHYSI/HP3/ENG/TZ1/XX
Thursday 12 May 2011 (morning)
PHYSICS
HIGHER LEVEL
PAPER 3
INSTRUCTIONS TO CANDIDATES
• Write your session number in the boxes above.
• Do not open this examination paper until instructed to do so.
• Answer all of the questions from two of the Options.
•Write your answers in the boxes provided.
1 hour 15 minutes
© International Baccalaureate Organization 2011
Examination code
2 2 1 1 – 6 5 0 9
Candidate session number
0 0
22116509
0148
–2– M11/4/PHYSI/HP3/ENG/TZ1/XX
Pleasedo notwriteonthispage.
Answerswrittenonthispagewillnotbemarked.
0248
–3–
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Option E — Astrophysics
E1. Thisquestionisaboutsomeoftheplanetsinthesolarsystem.
FouroftheplanetsinthesolarsystemareMars,Venus,JupiterandNeptune.
(a) ListtheseplanetsinorderofincreasingdistancefromtheSun.
NearesttheSun
FurthestfromtheSun
[2]
(b) Listtheseplanetsinorderofdecreasingdiameter.
Largestdiameter
Smallestdiameter
[2]
0348
–4– M11/4/PHYSI/HP3/ENG/TZ1/XX
E2. Thisquestion isabout theHertzsprung–Russell (HR)diagramandusing it todeterminesomepropertiesofstars.
ThediagrambelowshowsthegridofaHRdiagram,onwhichthepositionsofselectedstarsareshown.(LS=luminosityoftheSun.)
A B
luminosityL /LS
surfacetemperatureT /K
1 0 105
. ×
1 0 103
. ×
1 0 101
. ×
1 0 101
. ×−
1 0 103
. ×−
3 0 104
. × 1 2 104
. × 3 0 103
. ×
(a) (i) Drawacirclearoundthestarsthatareredgiants.LabelthiscircleR.
(ii) Drawacirclearoundthestarsthatarewhitedwarfs.LabelthiscircleW.
(iii) Drawalinethroughthestarsthataremainsequencestars.
[1]
[1]
[1]
(This question continues on the following page)
0448
–5–
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(Question E2 continued)
(b) Explain,withoutdoinganycalculation,howastronomerscandeducethatstarBhasalargerdiameterthanstarA. [3]
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(c) UsingthefollowingdataandinformationfromtheHRdiagram,showthatstarAisatadistanceofabout800pcfromEarth.
ApparentbrightnessoftheSun = ×−
1 4 103 2
. Wm
ApparentbrightnessofstarA = ×− −
4 9 109 2
. Wm
MeandistanceofSunfromEarth =1 0. AU
1pc = ×2 1 105
. AU
[4]
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(d) ExplainwhythedistanceofstarAfromEarthcannotbedeterminedbythemethodofstellarparallax. [1]
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0548
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E3. Thisquestionisaboutcosmology.
(a) Statehowtheobservedred-shiftofmanygalaxiesisexplained. [1]
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(b) Explainhowthecosmicmicrowavebackground(CMB)radiationisconsistentwiththeBigBangmodel. [2]
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(c) Calculate the temperatureof theuniversewhen thepeakwavelengthof theCMBwasequaltothewavelengthofredlight( . ).7 0 10 7
×− m [2]
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0648
–7–
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E4. ThisquestionisaboutthemainsequencestarKhad(PhiOrionis).
TheluminosityofKhadis2 0 104
. × LS,whereLSistheluminosityoftheSun.
(a) Assumingthattheexponentninthemass–luminosityrelationis3.5,showthatthemassofKhadisabout17solarmasses. [2]
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(b) OutlinethelikelyevolutionofthestarKhadafteritleavesthemainsequence. [3]
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E5. ThisquestionisaboutHubble’slawandtheageoftheuniverse.
(a) (i) StateHubble’slaw. [1]
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(ii) StatewhyHubble’s lawcannotbeused todetermine thedistance fromEarth tonearbygalaxies,suchasAndromeda. [1]
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(b) (i) Showthat 1
0H
isanestimateof theageof theuniverse,whereH0is theHubble
constant. [2]
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(ii) AssumingH0=801 1kms Mpc− − ,estimatetheageoftheuniverseinseconds. [1]
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M11/4/PHYSI/HP3/ENG/TZ1/XX
Option F — Communications
F1. Thisquestionisaboutmodulation.
In order to test a temporary radio communication link, an audio signal is broadcast usingamplitudemodulation(AM).Thepowerspectrumoftheresultingcarrierwaveisshownbelow.
amplitude
frequency/kHz 96 104 100
0
(a) Usetheinformationinthepowerspectrumtodeterminethe
(i) frequencyofthecarrierwave. [1]
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(ii) frequencyoftheaudiosignal. [1]
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(iii) bandwidthofthissignal. [1]
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(This question continues on the following page)
0948
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(Question F1 continued)
(b) (i) DistinguishbetweenAMandfrequencymodulation(FM). [2]
AM: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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FM: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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(ii) OutlineoneadvantageandonedisadvantageofusingFMasopposedtoAMforthe transmission. [2]
Advantage: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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Disadvantage: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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M11/4/PHYSI/HP3/ENG/TZ1/XX
F2. Thisquestionisaboutdatatransmissionsystems.
Theblockdiagrambelowrepresentsanelectronicsystem,S1,whichconvertsananalogueinputsignalintoaserialdigitaloutputsignalreadyfortransmission.ItinvolvesthreeseparatesystemblockslabelledA,BandC.
System S1
serialdigitaloutputsignal
analogueinputsignal
A B C
(a) StatewhetherthesignalbetweenblockAandblockBisanalogue,digitalormultiplexed. [1]
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(b) StatethefunctionofsystemblockA. [1]
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1148
–12– M11/4/PHYSI/HP3/ENG/TZ1/XX
(Question F2 continued)
(c) Asimilarsystem,S2,isbasedonthesamesystemblocksasS1,buthasfewersignallinesbetweenblockBandblockC,asshownbelow.
System S2
serialdigitaloutputsignal
analogueinputsignal
A B C
Explainwhatdifferences,ifany,therearebetweenS1andS2withrespecttothemaximumqualityofthereproductionoftheanaloguesignalaftertransmission. [2]
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(d) Theserialdigitaloutputsignalistransmittedusinganopticalfibrelink.Theattenuationperunitlengthoftheopticalfibreis− −
41
dBkm .
(i) Defineattenuation. [1]
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(ii) Theinputpowertothefibreopticcableis100mWandtheoutputpowerattheendofthecableis1mW.Determinethelengthofthecable. [2]
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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(This question continues on the following page)
1248
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Turn over
M11/4/PHYSI/HP3/ENG/TZ1/XX
(Question F2 continued)
(iii) State two processes that must take place in order for this digital signal to betransmittedoveraverylongdistance. [2]
1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
F3. Thisquestionisaboutsatellites.
Ageostationarysatelliteisusedbyonecountrytobroadcastinformationtoadifferentcountry.
(a) Statewhichpartoftheelectromagneticspectrumisusedforthistypeofcommunication. [1]
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(b) Explain two disadvantages of using a polar satellite for this type of communication,whencomparedwithusingageostationarysatellite. [2]
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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(c) Outlineonepossibleethicalissueassociatedwiththisbroadcast. [1]
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–14– M11/4/PHYSI/HP3/ENG/TZ1/XX
F4. ThisquestionisaboutaSchmitttrigger.
ThediagrambelowshowsaSchmitttriggercircuitbasedonanoperationalamplifier(op-amp).
+3V
input22kΩ
100kΩ
output
VINVOUT
–
+
0V
TheoutputofthisSchmitttriggerispositivesaturation(+13V)ornegativesaturation(–13V).
(a) Statetwopropertiesofanidealop-amp. [2]
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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(b) Determinetheinputvaluethatwillcausetheoutputtoswitchfrom–13Vto+13V. [3]
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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–15–
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M11/4/PHYSI/HP3/ENG/TZ1/XX
(Question F4 continued)
(c) ExplainhowaSchmitttriggercanbeusedtoreshapeadigitalpulse. [3]
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F5. Thisquestionisaboutamobilephonenetwork.
Erinisapassengeronatrainmakingacalltoastandardfixedtelephoneline(“landline”)fromhermobilephone.ThetrainmovesErinbetweenadjacentcommunicationcells.Outlinethechanges,ifany,thattakeplaceinthe
(a) cellularexchange. [1]
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(b) publicswitchedtelephonenetwork(PSTN). [1]
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–16– M11/4/PHYSI/HP3/ENG/TZ1/XX
Option G — Electromagnetic waves
G1. Thisquestionisaboutdispersion.
(a) Stateanapproximatevalueforthewavelengthofvisiblelight. [1]
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(b) Describewhatismeantbydispersion. [2]
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–17–
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(Question G1 continued)
(c) Anarrowbeam,consistingofamixtureofredandbluelight,isincidentuponarectangularglassblock.Thenormaltotheincidentsurfaceisshown.
air
glass
normalincidentredandbluebeams
Onthediagramabove,drawlabelledlinestoshowthepathsoftheredandbluebeams,astheypassthroughtheglassblockandouttotheairontheotherside. [2]
1748
–18– M11/4/PHYSI/HP3/ENG/TZ1/XX
G2. Thisquestionisaboutaconvexlens.
Thediagrambelow,drawn to scale, showsa smallobjectOplaced in frontof a thinconvex(converging)lens.Thefocalpointsofthelensareshown,labelledF.ThelensisrepresentedbythestraightlineXY.
FF
Y
O
X
(a) (i) Definethetermfocal point. [2]
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(ii) Onthediagramabove,constructthepathsoftworaysinordertolocatethepositionoftheimageformedbythelens.LabeltheimageI. [3]
(iii) Explainwhethertheimageisrealorvirtual. [1]
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1848
–19–
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(Question G2 continued)
(b) Aconverginglens,offocallength5.0cm,isusedasasimplemagnifyingglasstoviewanobjectoflength0.80cm.Theobserver’seyeisveryclosetothelens.Theimageisformedatthenearpoint(25cm).
(i) Determinethedistanceoftheobjectfromthelens. [2]
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(ii) Determinethelengthoftheimage. [2]
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G3. Thisquestionisaboutusingadiffractiongratingtoviewtheemissionspectrumofsodium.
Light from a sodiumdischarge tube is incident normally upon a diffraction grating having8 00 10
5. × linespermetre.Thespectrumcontainsadoubleyellowlineofwavelengths589nmand590nm.
(a) Determine the angular separation of the two lines when viewed in the second orderspectrum. [4]
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(b) Statewhyitismoredifficulttoobservethedoubleyellowlinewhenviewedinthefirstorderspectrum. [1]
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G4. ThisquestionisaboutX-rays.
Electronsareacceleratedthroughapotentialdifferenceof25kVandstrikeamolybdenumtarget.TheresultingX-rayspectrumisshownbelow.
intensity/relativeunits
1.0 2.0 3.00
1
2
3
4
5
0
wavelength/TH m/ .×−
1010
Theacceleratingpotentialdifferenceischangedto15kV.
(a) CalculatetheminimumwavelengthoftheX-raysproduced. [2]
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(b) Onthegraphabove,sketchtheX-rayspectrumthatwouldbeproduced. [3]
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G5. Thisquestionisaboutwedgefilminterference.
Oneflat,glassslide isplacedatanangleon topofasecond identicalslide. Theslidesareincontactalongoneshortedgeandareseparatedattheotheredgebyathinpieceofpaper,asshownbelow.
air
glassslide
paper
light
t
L (diagram not to scale)
Athinwedgeofairofvariablethickness,t ,istrappedbetweenthetwoslides.Thearrangementisviewednormallyfromabove,usinglightofwavelength590nm.Theglassplatesarecoated,sothatreflectiononlytakesplaceatthebottomsurfaceofthetopplateandthetopsurfaceofthebottomplate.
Aseriesofstraightbrightanddarkfringes,equallyseparatedandparalleltotheshortedgeoftheslides,isseen.
(a) Deducethatthethicknessoftheairwedgetthatgivesrisetoabrightfringe,isgivenby2 1
2t m= +( ) .λ [2]
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–23–
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M11/4/PHYSI/HP3/ENG/TZ1/XX
(Question G5 continued)
(b) The lengthof theairwedge,L, is8.2cm. Thebright fringesareeachseparatedbyadistanceof1.2mm.Calculatethethicknessofthepaper. [3]
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Option H — Relativity
H1. Thisquestionisaboutlengthcontractionandsimultaneity.
(a) Defineproperlength. [1]
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(b) Aspaceshipistravellingtotherightatspeed0.75c,throughatunnelwhichisopenatbothends.ObserverAisstandingatthecentreofonesideofthetunnel.ObserverA,forwhomthetunnelisatrest,measuresthelengthofthetunneltobe240mandthelengthofthespaceshiptobe200m.ThediagrambelowshowsthissituationfromtheperspectiveofobserverA.
0.75c
observerA
observerB
240m200m
ObserverB,forwhomthespaceshipisstationary,isstandingatthecentreofthespaceship.
(i) CalculatetheLorentzfactor,γ ,forthissituation. [1]
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(ii) CalculatethelengthofthetunnelaccordingtoobserverB. [1]
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(This question continues on the following page)
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M11/4/PHYSI/HP3/ENG/TZ1/XX
(Question H1 continued)
(iii) CalculatethelengthofthespaceshipaccordingtoobserverB. [1]
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(iv) According to observer A, the spaceship is completely inside the tunnel for ashorttime.Stateandexplainwhetherornot,accordingtoobserverB,thespaceshipisevercompletelyinsidethetunnel. [2]
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–26– M11/4/PHYSI/HP3/ENG/TZ1/XX
(Question H1 continued)
(c) Twosourcesoflightarelocatedateachendofthetunnel.ThediagrambelowshowsthissituationfromtheperspectiveofobserverA.
light1 light2
0.75c
observerA
observerB
240m200m
According to observerA, at the instantwhen observer B passes observerA, the twosourcesoflightemitaflash.ObserverAseesthetwoflashessimultaneously.DiscusswhetherornotobserverBseesthetwoflashessimultaneously. [4]
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–28– M11/4/PHYSI/HP3/ENG/TZ1/XX
H2. Thisquestionisaboutrelativevelocitiesandenergyatrelativisticspeeds.
Two identical rockets are moving along the same straight line as viewed from Earth.Rocket1ismovingawayfromtheEarthatspeed0.80crelative to the Earthandrocket2ismovingawayfromrocket1atspeed0.60crelative to rocket 1.
rocket2
0.80c relativetoEarth 0.60c relativetorocket1
rocket1Earth
(a) Calculatethevelocityofrocket2relativetotheEarth,usingthe
(i) Galileantransformationequation. [1]
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(ii) relativistictransformationequation. [2]
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(This question continues on the following page)
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(Question H2 continued)
(b) Commentonyouranswersin(a). [2]
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(c) The restmass of rocket 1 is1 0 103. × kg. Determine therelativistic kinetic energy ofrocket1,asmeasuredbyanobserveronEarth. [3]
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H3. ThisquestionisabouttheMichelson–Morleyexperiment.
The diagram below shows the essential features of the apparatus used in theMichelson–Morleyexperiment.
lightsource
telescope
semi-transparentmirror
mirror
mirror
(a) StateandexplainhowthisapparatuswasusedtotryandmeasurethespeedoftheEarthrelativetotheaether. [4]
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(Question H3 continued)
(b) Statetheresultofthisexperimentandexplainhowthisresultsupportsthespecialtheoryofrelativity. [2]
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H4. Thisquestionisaboutgravitationalred-shift.
TwoidenticallasersaresituatedonthesurfaceoftheEarth.OneisdirectedhorizontallytowardsobserverA,whomeasuresthefrequencytobe4 62 10
14. × Hz.Theotherisdirectedvertically
upwardstowardsobserverB,whoisataheightof1 00 102. .× m
laser
observerA Earth’ssurface
observerB
1 00 102. .× m
(a) (i) StatehowthefrequencyasmeasuredbyobserverBcompareswiththefrequencyasmeasuredbyobserverA. [1]
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(ii) Calculate the difference in frequency between the laser light as measured byobserversAandB. [2]
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(iii) Stateoneassumptionthatyoumadein(a)(ii). [1]
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(Question H4 continued)
(b) Thelasersarenowplacedonaspaceship,whichisacceleratingupwardsataconstantrateof9 81 2. m s− ,farawayfromanyothermassesasshownbelow.ThedistanceofobserverDfromthelaseris1 00 10
2. .× m ObserverCisatthebottomofthespaceship.
9.81ms–21 00 10
2. .× m
laser
observerC
observerD
Explain, with reference to the equivalence principle, the frequencies measured byobserversCandD,ascomparedtoobserversAandB. [2]
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Option I — Medical physics
I1. Thisquestionisaboutsoundintensitylevels.
Aspart of a safety inspectionof anew factory, adata loggermeasures the intensityof thesoundsgeneratedbythemachines. Thesoundintensity levelsneedtobewithinacceptablelimits.
(a) Defineintensityandintensity level. [2]
Intensity: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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Intensity level: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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(b) The data logger is moved between five different locations in the factory ( ).A E→ Thereadingsareshownbelow.
Location Readingondatalogger/mWm–2
A 302B 158C 891D 413E 524
(i) Determinetheintensitylevelatthenoisiestlocation. [3]
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(Question I1 continued)
(ii) Usingyouranswerto(b)(i),discusswhetherornotitisnecessaryforthemachineoperatorstouseearprotectorswhenworkinginthisfactory. [2]
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(iii) Onepossibleeffectonhearingoflong-termexposuretonoiseistinnitus.Outlinewhatismeantbytinnitus. [1]
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I2. Thisquestionisaboutmedicalimaging.
Apatientissuspectedofhavingapartialblockageinhisintestineasit leadsawayfromhisstomach.PossiblemedicalimagingtechniquesincludeX-rayphotography,ultrasoundandtheuseofanendoscope.
(a) WhenproducingtheX-rayphotograph, thedoseiskept toaminimumbyatechniquecalledenhancement.
(i) Outlinewhythedoseneedstobekepttoaminimum. [2]
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(ii) Describeonepossibleenhancementtechnique. [2]
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(iii) Discussanyextraprocedures thatareneeded togetanappropriate imageof theintestineinthissituation. [2]
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(Question I2 continued)
(b) A successful ultrasound scan relies on changes of acoustic impedance around thestructurebeing imaged.
(i) Defineacoustic impedance. [1]
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(ii) StatetheSIunitinwhichitismeasured. [1]
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(iii) Explain,intermsofacousticimpedance,whygelneedstobeappliedonthesurfaceoftheskinbeforetheultrasoundscan. [2]
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(Question I2 continued)
(c) The blockage is cut out and removed in a procedure which involves a laser and anendoscope.
(i) Outlinehowitispossibletousealaserasascalpel(knife). [2]
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(ii) Byreferringtotheroleplayedbyopticfibres,discusshowanendoscopeisusedinthissituation. [2]
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I3. Thisquestionisaboutradiationinmedicine.
Anuclearstresstestisusedtoinvestigatethebloodflowwithinapatient’sheartduringexercise.Theradioisotopethallium-201isinjectedintothepatient’sbloodandagamma-raydetectoristhenusedtorecorditsdistributionwithintheheartmuscle.
Thefollowinginformationaboutthisprocedureisavailable.
Massofpatient =75kgDoseequivalentforanuclearstresstest =25mSv
(a) Thequalityfactorofthegamma-raysis1.Determinetheenergyabsorbedbythepatientasaresultofthethalliuminjection. [3]
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(b) Suggestwhetheryouwouldexpecttheenergycalculatedin(a)toresultinasignificantincreaseinthepatient’stemperature. [1]
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(Question I3 continued)
(c) Onaverage,1inevery1000patientswhoundertakeanuclearstresstestgoontodevelopcancerasaresultoftheradioactivedosethattheyreceivedduringthetest.
(i) Byreferringtotheconceptofbalancedrisk,outlinewhythetestmaystillbeofbenefittothepatient. [2]
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(ii) Thehospitaltechnicianwhoadministersthetestcouldalsoreceiveanincreaseddose.Outlinehowfilmbadgesareused toprotect technicians from receivingexcessivedosesofradiation. [2]
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M11/4/PHYSI/HP3/ENG/TZ1/XX
Option J — Particle physics
J1. Thisquestionisaboutmesons.
(a) Statewhatismeantbyanexchangeparticle. [1]
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(b) In 1935, the physicist Hideki Yukawa predicted that the strong interaction betweennucleonswasmediatedbyparticlescalledmesons. Giventhat therangeofthestronginteractionisapproximately1 5 10 15. ×
−
m,calculateapossiblevaluefortherestmassofameson. [2]
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–42– M11/4/PHYSI/HP3/ENG/TZ1/XX
(Question J1 continued)
(c) A meson called the pionwas detected in cosmic ray reactions in 1947byPowell andOcchialini.Thepioncomesinthreepossiblechargestates:π π π
+ −
, .and0 TheFeynman
diagrambelowrepresentsapossiblereactioninwhichapionparticipates.
n
np
p
pion
Stateandexplainwhetherthemesonproducedisaπ π π+ −
, .or a0 [2]
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(d) Statethepossiblespinnumbersofmesonsandexplainyouranswer. [3]
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–43–
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(Question J1 continued)
(e) Explainwhy,accordingtothequarkmodel,itisnotpossibleforaparticletoconsistoftwoupquarksonly. [2]
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–44– M11/4/PHYSI/HP3/ENG/TZ1/XX
J2. Thisquestionisaboutacceleratingparticles.
Thediagrambelowshowsthebasicstructureofacyclotron.
vacuumtarget
source
x x x x
x x x x
x x x x
x x x x
dees
Chargedparticlesareemittedfromasourceatthecentre.TheymoveinavacuumthroughtwoD-shapedcavitiesor“dees”.Thereisauniformmagneticfielddirectedintothepage,withintheregionofthedees.
(a) Outlinewhythevoltageappliedacrossthedeesmustchangepolarityeveryhalfrevolution. [2]
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4448
–45–
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M11/4/PHYSI/HP3/ENG/TZ1/XX
(Question J2 continued)
(b) Showthatthefrequency,f,oftheappliedpotentialdifferenceisgivenbytheexpression
fqB
m=
2π
where q = chargeofparticle m = massofparticle B = magneticfieldstrength. [3]
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(c) Statetwodisadvantagesofusingacyclotronratherthanasynchrotrontoaccelerateparticles. [2]
1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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(d) Explainwhyitisnecessarytoaccelerateparticlestohighspeedsinordertocreatenewparticlesoflargemass. [2]
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–46– M11/4/PHYSI/HP3/ENG/TZ1/XX
(Question J2 continued)
(e) Highenergyparticlesareusedtoprobethenucleus.Explainwhyalphaparticleswouldgivebetterresolutionthanprotonsmovingatthesamespeed. [3]
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J3. Thisquestionisaboutenergyandconservationlaws.
Two protons moving at the same speed in opposite directions, collide with each otherproducing threeprotonsandananti-proton,asshownbelow.
p p p p p p+ → + + +
(a) Calculatetheminimumpossiblekineticenergyofoneofthecollidingprotons. [2]
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–47– M11/4/PHYSI/HP3/ENG/TZ1/XX
(Question J3 continued)
(b) Explainwhythefollowingreactionisnotpossible,evenifthecollidingparticleshaveenoughenergy.
p n p p p+ → + + [2]
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J4. Thisquestionisaboutcosmologyandstrings.
(a) Thebindingenergyofaheliumnucleusisabout28MeV.Calculatethetemperatureoftheuniverseabovewhichheliumnucleicouldnothaveexisted. [2]
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(b) Statetwofundamentaldifferencesbetweenthestandardmodelandthetheoryofstrings. [2]
1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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