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AS Physics
Sample Assessment MaterialsPearson Edexcel Level 3 Advanced Subsidiary GCE in Physics (8PH0)First teaching from September 2015First certifi cation from 2016 Issue 1
PearsonEdexcel Level 3Advanced SubsidiaryGCE in Physics (8PH0)Sample Assessment Materials
First certification 2016
Edexcel, BTEC and LCCI qualifications Edexcel, BTEC and LCCI qualifications are awarded by Pearson, the UK’s largest awarding body offering academic and vocational qualifications that are globally recognised and benchmarked. For further information, please visit our qualification websites at www.edexcel.com, www.btec.co.uk or www.lcci.org.uk. Alternatively, you can get in touch with us using the details on our contact us page at www.edexcel.com/contactus
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Original origami artwork: Mark Bolitho Origami photography: Pearson Education Ltd/Naki Kouyioumtzis
ISBN 978 1 446 91447 2 All the material in this publication is copyright © Pearson Education Limited 2014
Contents
1 Introduction 1
2 General marking guidance 3
3 Paper 1: Core Physics I 5
4 Paper 1 Mark Scheme 33
5 Paper 2: Core Physics II 45
6 Paper 2 Mark Scheme 77
Pearson Edexcel Level 3 Advanced Subsidiary GCE in Physics Sample Assessment Materials – Issue 1 – October 2014 © Pearson Education Limited 2014
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Introduction
The Pearson Edexcel Level 3 Advanced Subsidiary GCE in Physics is designed for use in schools and colleges. It is part of a suite of GCE qualifications offered by Pearson.
These sample assessment materials have been developed to support this qualification and will be used as the benchmark to develop the assessment students will take.
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General marking guidance
● All candidates must receive the same treatment. Examiners must mark the last candidate in exactly the same way as they mark the first.
● Mark schemes should be applied positively. Candidates must be rewarded for what they have shown they can do rather than be penalised for omissions.
● Examiners should mark according to the mark scheme – not according to their perception of where the grade boundaries may lie.
● All the marks on the mark scheme are designed to be awarded. Examiners should always award full marks if deserved, i.e. if the answer matches the mark scheme. Examiners should also be prepared to award zero marks if the candidate’s response is not worthy of credit according to the mark scheme.
● Where some judgement is required, mark schemes will provide the principles by which marks will be awarded and exemplification/indicative content will not be exhaustive.
● When examiners are in doubt regarding the application of the mark scheme to a candidate’s response, a senior examiner must be consulted before a mark is given.
● Crossed-out work should be marked unless the candidate has replaced it with an alternative response.
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Centre Number Candidate Number
Write your name hereSurname Other names
Total Marks
Paper Reference
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S47556A©2015 Pearson Education Ltd.
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PhysicsAdvanced SubsidiaryPaper 1: Core Physics I
Sample Assessment Materials for first teaching September 2015Time: 1 hour 30 minutes 8PH0/01You may need the Formulae Sheet, a calculator, protractor and a ruler.
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 in Sections A and B.• Answer the questions in the spaces provided
– there may be more space than you need.
Information
• The total mark for this paper is 80. • The marks for each question are shown in brackets
– use this as a guide as to how much time to spend on each question.• You may use a scientific calculator.• In questions marked with an *, marks will be awarded for your ability to
structure your answer logically, showing how the points that you make are related or how they follow on from each other where appropriate.
Advice
• Read each question carefully before you start to answer it.• Try to answer every question.• Check your answers if you have time at the end.• You are advised to show your working in calculations including units where
appropriate.
Pearson Edexcel Level 3 GCE
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*S47556A0228*
SECTION A
Answer ALL questions.
All multiple choice questions must be answered with a cross in the box for the correct answer from A to D. If you change your mind about an answer, put a line through the box and then
mark your new answer with a cross .
1 Which of the following is a correct statement?
A charge is a base quantity
B velocity is a base quantity
C mass is a derived quantity
D resistance is a derived quantity
(Total for Question 1 = 1 mark)
2 Which of the following is an equivalent unit to the newton?
A kg m s–1
B kg m s–2
C kg m–1 s–2
D kg m2 s–2
(Total for Question 2 = 1 mark)
3 Which of the following is a scalar quantity?
A displacement
B force
C weight
D work
(Total for Question 3 = 1 mark)
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4 Which of the following quantities has the same units as the area beneath an acceleration-time graph?
A acceleration
B force
C momentum
D velocity
(Total for Question 4 = 1 mark)
5 An object is acted on by a vertical force of 25 N and a horizontal force of 34 N.
The angle to the horizontal of the resultant force is given by
A cos–1 (25/34)
B sin–1 (34/25)
C tan–1 (25/34)
D tan–1 (34/25)
(Total for Question 5 = 1 mark)
6 Which of the following statements about the forces in a Newton’s Third Law pair is not correct?
The forces
A act along the same line.
B act on the same body.
C are equal in magnitude.
D are of the same type.
(Total for Question 6 = 1 mark)
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7 A potential difference is applied to a wire.
The current in the wire
A depends only on the potential difference applied.
B depends only on the resistance of the wire.
C depends on both the potential difference and the resistance of the wire.
D does not depend on the potential difference or the resistance of the wire.
(Total for Question 7 = 1 mark)
8 A ball is dropped from a student’s hand and falls to the ground.
Which graph correctly shows the variation of kinetic energy E with velocity v for the ball?
E
vOA
E
vOB
E
vOC
E
vOD
A
B
C
D
(Total for Question 8 = 1 mark)
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9 An electric motor takes 45.0 s to lift a mass of 800 kg through a vertical height of 14.0 m. The potential difference across the motor is 230 V and the current is 13.0 A.
Calculate the efficiency of the motor.
.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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Efficiency = .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
(Total for Question 9 = 3 marks)
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10 The photograph shows cars travelling on a straight section of a motorway.
The maximum speed limit on a motorway in the U.K. is 31ms−1.
(source: http://tracksideviews.com/tag/motorway/)
(a) A car is travelling along the motorway at 31ms−1. The driver sees stationary traffic 180 m ahead. After 0.6 s the driver reacts by applying a constant braking force that stops the car in 10 s.
(i) Draw a velocity-time graph of the car’s motion, from the instant the driver sees the stationary traffic until the car stops.
(1)
40 –
30 –
20 –
10 –
0
time/s
velo
city
/ms–1
2
–
4
–
6
–
8
–
10
–
12
–
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(ii) Analyse the data to determine whether the car stops without colliding with the stationary traffic.
(2)
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TURN OVER FOR QUESTION 10(b)
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(b) The maximum speed limit on motorways has not been raised since the 1960s. However, developments in engineering mean that modern cars have much higher top speeds than cars in the past and can stop safely in shorter distances.
Discuss the risks and benefits of raising the maximum speed limits on motorways.(4)
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(Total for Question 10 = 7 marks)
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*S47556A0928* Turn over
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TURN OVER FOR QUESTION 11
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*S47556A01028*
11 Extinct animals can be studied by using their fossils. 70-million-year-old fossils from the Tyrannosaurus rex and Triceratops dinosaurs show that a Triceratops was sometimes eaten by a Tyrannosaurus rex.
The diagram shows a Tyrannosaurus rex skull.
muscle force
force at tooth = 6500 N
X
Y
J
P
© Markwitton.com
On the diagram, the position of the main biting muscle is indicated by the line labelled ‘muscle force’. The muscle is connected to the jaw at point J. This produces a moment about point P where the jaw is hinged. Teeth marks found in fossilised Triceratops bones show that the force exerted by a tooth at the front of the jaw X could reach 6500 N.
The skull is drawn to a scale of 1 to 10. The force arrows are not drawn to scale.
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(a) Take measurements from the diagram to determine the size of the muscle force when the force exerted by the tooth at X is 6500 N.
(5)
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Muscle force = .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
(b) The length of a tooth from another dinosaur is approximately 10 cm.
Scientist A measures this length with a metre rule, and scientist B measures this length with callipers.
Scientist B claims that his measurement will produce a more accurate value for the length of the tooth.
Comment on the claim made by scientist B.(3)
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(Total for Question 11 = 8 marks)
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*S47556A01228*
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*S47556A01328* Turn over
12 A potential difference is applied across the metal filament of a light bulb and charge flows.
(a) By referring to the mean drift velocity of the electrons, explain what happens to the current in the metal filament if the potential difference is unchanged and the temperature of the metal increases.
(3)
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*S47556A01428*
(b) The graph shows the variation of current I with potential difference V for two electrical components X and Y.
X is a filament bulb and Y is a fixed resistor.
1.0 –
0.8 –
0.6 –
0.4 –
0.2 –
0 2
–
4
–
6
–
8
–
10
–
V/V
I /AY
X
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*S47556A01528* Turn over
A potential divider circuit consisting of components X and Y is connected to a 9.0 V supply in series with a fixed resistor R as shown. The supply has a negligible internal resistance.
R
YX
V
9.0 V
The reading on the voltmeter is 3.0 V.
(i) Determine the current in the fixed resistor R.(2)
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Current in the fixed resistor R = .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
(ii) Component X is removed from the circuit.
Explain, without further calculation, how this would change the voltmeter reading.(3)
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*S47556A01628*
13 A laboratory technician found a reel of resistance wire, without a label.
(a) In order to determine the type of wire on the reel she recorded the following measurements.
Length of wire l = 70.7 cm ± 0.2 cm
Diameter of wire d = 1.82 mm ± 0.02 mm
Potential difference across wire V = 1.50 V
Current through wire I = 4.11 A
The uncertainty in the measurements of V and I is negligible.
Calculate the resistivity of the wire.(3)
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Resistivity = .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
(b) The technician used the internet to find values for the resistivity of the different wires available in the laboratory. She recorded these values in a table.
Wire Resistivity/× 10–8 Ωm
Constantan 49.0
Nichrome 125
Kanthal 139
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2117
*S47556A01728* Turn over
Use the uncertainties in the measurements to explain whether the technician could conclude which type of wire was on the reel.
(4)
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(Total for Question 13 = 7 marks)
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*S47556A01828*
14 A student is asked to determine the e.m.f. and internal resistance of a cell using standard laboratory apparatus and a graphical method.
(a) The diagram below shows a cell with internal resistance. Add to the diagram to show the circuit she could use.
(2)
(b) Explain how she should determine the e.m.f. and internal resistance of the cell. Your answer should include a sketch of the graph.
(5)
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(Total for Question 14 = 7 marks)
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*S47556A01928* Turn over
15 The photograph shows a small plastic container, its lid and some pellets of frozen carbon dioxide, known as dry ice. When at room temperature the dry ice gradually changes state directly from solid to gas.
Dry ice is placed in the container and the lid is put on. The container is turned upside down and placed on the floor. After a few minutes the pressure of the gas causes the container to fly into the air, leaving the lid and some dry ice behind.
A student investigated the motion of the container.
(a) The student obtained measurements of the maximum height reached by the container for a particular initial mass of dry ice. The student determined that the maximum height was 2.5 m.
Calculate the initial speed of the container.(2)
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Initial speed = .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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*S47556A02028*
(b) The student investigated how the maximum horizontal distance travelled by the container varies with launch angle.
Calculate the maximum horizontal distance the container would travel if launched at an initial speed of 6.5 m s–1 at an angle of 20° to the vertical.
(5)
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Maximum horizontal distance = .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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*S47556A02128* Turn over
(c) The student added dry ice to the container again and placed it on its side on the floor. When the lid was forced off, the container moved forward at a speed of 5.5 m s–1 and the lid moved backwards. The pellets of dry ice remained in their original position.
mass of container = 4.3 g mass of lid = 1.6 g
(i) Calculate the initial speed of the lid.(3)
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Initial speed of lid = .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
(ii) Explain why the dry ice remained at the original position.(2)
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(Total for Question 15 = 12 marks)
TOTAL FOR SECTION A = 60 mARKS
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*S47556A02228*
SECTION B
Answer ALL questions.
16 Fibre optic cables are made from strands of optically pure glass as thin as a human hair. Although they are used in a wide range of applications, they are particularly important in communication systems.
Bending an optical fibre can cause the fibre to break.
(a) The table shows data collected when the optical fibre is bent. Theory suggests that the strain in the fibre is inversely proportional to the bending radius.
Radius/mm % strain
2 3.15
3 2.10
7 0.90
9 0.70
10 0.65
(i) Use the data to draw a graph to determine whether the suggested relationship is correct.
(4)
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*S47556A02328* Turn over
(ii) The fibre can fail under repeated strains in excess of 2.4%.
Use your graph to estimate the smallest bending radius that the fibre should be subjected to.
(2)
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(b) The diagram shows an optical fibre. A small force F is applied to the end of the optical fibre causing it to bend through an angle α.
optical fibre
F
F
α
α
Fibre under load
Explain why the stress parallel to the surface of the fibre increases as the fibre bends.(4)
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17 An 8 W, 230 V energy-efficient light bulb is used as a reading lamp.
(a) Calculate the number of electrons passing a point in the reading lamp circuit in one hour.
(4)
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*(b) The light from the lamp is reflected from the surface of a CD, which consists of a spiral track of elongated bumps.
(Source: http://gantisreerajiv.blogspot.co.uk/2012/04/you-cant-imagine-world-if-there-are.html:)
A physics student notices that although the light from the lamp is white, different colours are seen in the reflected light. He suggests that the colours are produced when diffraction occurs at the surface of the CD.
CD surface showing spiral track of bumps with a smooth reflective surface in between.
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Discuss the extent to which the student’s suggestion explains the presence of colours in the light reflected from the surface of the CD.
(6)
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(Total for Question 17 = 10 marks)
TOTAL FOR SECTION B = 20 mARKSTOTAL FOR PAPER = 80 mARKS
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35
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n 10
= 7
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n N
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n 13
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s−1 ×
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• us
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s−1 ×
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t = 0
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s ho
rizon
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6.1
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n 15
= 1
2 m
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)
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16 (a
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s (1)
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1.54
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16 (a
)(ii)
•
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m−1
(1)
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17 (a
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*S47557A0132*
PhysicsAdvanced SubsidiaryPaper 2: Core Physics II
Sample Assessment Materials for first teaching September 2015Time: 1 hour 30 minutes 8PH0/02You may need the Formulae Sheet, a calculator, protractor and a ruler.
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 in Sections A and B.• Answer the questions in the spaces provided
– there may be more space than you need.
Information
• The total mark for this paper is 80. • The marks for each question are shown in brackets
– use this as a guide as to how much time to spend on each question.• You may use a scientific calculator.• In questions marked with an *, marks will be awarded for your ability to
structure your answer logically showing how the points that you make are related or follow on from each other where appropriate.
Advice
• Read each question carefully before you start to answer it.• Try to answer every question.• Check your answers if you have time at the end.• You are advised to show your working in calculations including units where
appropriate.
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*S47557A0232*
Section A
Answer ALL questions.
All multiple choice questions must be answered with a cross in the box for the correct answer from A to D. if you change your mind about an answer, put a line
through the box and then mark your new answer with a cross .
1 Which of the following would increase the amount of detail (resolution) in an ultrasound scan?
A faster wave speed
B larger wavelength
c lower frequency
D shorter pulses
(total for Question 1 = 1 mark)
2
A
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D
c
B
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Which of the materials represented in the graph has the largest value of the Young Modulus?
A
B
c
D
(total for Question 2 = 1 mark)
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*S47557A0332* Turn over
3 Light passes between medium X and medium Y.
Speed of light in X = 2.00 × 108 m s–1
Speed of light in Y = 2.25 × 108 m s–1
Which line of the table correctly shows what happens to the frequency and wavelength of the light as light passes from medium X to medium Y?
Frequency Wavelength
A decreases increases
B increases decreases
c unchanged increases
D unchanged decreases
(total for Question 3 = 1 mark)
4 The diagram shows how an image is formed by an object that is placed a small distance from a thin converging lens.
object
lens
A B
C D
Which of the labels A, B, C or D represents the focal point of the lens?
A
B
c
D
(total for Question 4 = 1 mark)
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484
*S47557A0432*
5 The viscosity of fluids varies with temperature.
Which line of the table correctly shows the change in viscosity with increasing temperature?
oil Dry air
A decreases decreases
B decreases increases
c increases decreases
D increases increases
(total for Question 5 = 1 mark)
6 In everyday life the effect of diffraction is more significant for sound than for light.
This is because
A light has a much shorter wavelength than sound.
B light is a transverse wave but sound is a longitudinal wave.
c light is an electromagnetic wave but sound is a mechanical wave.
D the speed of light in air is much higher than the speed of sound.
(total for Question 6 = 1 mark)
7 Two waves have the same amplitude and are travelling in the same medium.
The two waves can produce a standing wave if they
A have different frequencies and travel in opposite directions.
B have different frequencies and travel in the same direction.
c have the same frequency and travel in opposite directions.
D have the same frequency and travel in the same direction.
(total for Question 7 = 1 mark)
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495
*S47557A0532* Turn over
8 In an investigation of the photoelectric effect, a metal plate is illuminated with light of different frequencies.
The graph shows the maximum kinetic energy of emitted electrons at different frequencies.
maximum kinetic energy
frequency
Which line of the table correctly shows the values given by the graph?
x intercept negative y intercept
A Planck constant work function
B threshold frequency Planck constant
c threshold frequency work function
D work function threshold frequency
(total for Question 8 = 1 mark)
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*S47557A0632*
9 Kidney stones can form from the deposit of minerals in a human kidney.
The photograph shows a kidney stone that has been removed from a hospital patient.
This kidney stone was detected using pulses of ultrasound. The ultrasound used to detect this kidney stone had a frequency of 2.5 MHz.
Justify whether this was a suitable frequency for detecting this kidney stone.
Speed of sound in body tissue = 1500 m s–1
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(total for Question 9 = 4 marks)
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10 (a) Electromagnetic radiation can be polarised.
Describe what happens during the polarisation of an electromagnetic wave.(3)
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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(b) The photograph shows a filter for microwave radiation.
The filter is placed between a microwave source and a detector, which detects a strong signal.
When the filter is rotated by 90° about a horizontal axis to the position shown below, the detected signal falls from a maximum to zero.
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*S47557A0932* Turn over
Explain this observation.(3)
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(total for Question 10 = 6 marks)
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5410
*S47557A01032*
11 A student carries out an experiment to determine the viscosity of a liquid. To do this, she takes measurements to determine the terminal velocity of a solid sphere falling through the liquid.
The data needed for such an experiment is:
weight of sphere = 4.8 × 10–3 N radius of sphere = 2.5 × 10–3 m volume of sphere = 6.5 × 10–8 m3 density of liquid = 1300 kg m–3
(a) Show that the upthrust on the sphere is about 8 × 10–4 N.(3)
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(b) The student calculates that the terminal velocity is 4.6 × 10–3 m s–1.
Use this value to calculate the viscosity of the liquid in kg m–1 s–1.(3)
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Viscosity = .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . kg m–1 s–1
(total for Question 11 = 6 marks)
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*S47557A01232*
12 A student obtains the following diffraction pattern on a wall by shining a red laser beam through a single narrow slit.
The corresponding graph of intensity against position is shown below.
intensity
(a) Explain how the diffraction pattern is created.(3)
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(b) Explain how the pattern would differ if green laser light were used instead of red laser light.(3)
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*S47557A01332* Turn over
(c) A student replaces the single slit with a diffraction grating and obtains the pattern shown in the photograph.
The photograph shows the zero order maximum and the first and second orders on either side.
The student takes measurements to determine the grating spacing.
laserdiffraction
grating
θ
y
first order maximumxzero order maximum
The student measures x, the distance between the zero order maximum and the first order maximum, and y, the distance between the slit and the screen.
x = 23 cm y = 1.5 m Number of lines per millimetre = 300
Calculate the wavelength of light from the laser.(3)
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Wavelength = .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
(total for Question 12 = 9 marks)
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*S47557A01432*
BLAnK PAGe
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*S47557A01532* Turn over
13 A motorist pays for petrol at a filling station using a bank card for which a personal identification number must be entered on a key pad.
There is a thick sheet of glass between the cashier and the motorist, with a gap at the bottom to give access to the key pad.
glass security barrier
key pad
When standing as shown in the diagram, refraction of light through the glass means that the motorist is unable to see the key pad without moving his head to see under the glass.
QUeStion 13 continUeS on neXt PAGe
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*S47557A01632*
glass barrier
key pad
eye
X
A B
(a) The diagram shows rays from the key pad. The light travelling initially along the path XA, which then passes through the glass, does not reach the motorist’s eye. Assume no light passes through the surface AB.
(i) Measure the angle of incidence for the ray travelling along XA and calculate the angle of refraction in the glass.
refractive index of glass = 1.5(3)
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6117
*S47557A01732* Turn over
(ii) Add to the diagram to show that light travelling initially along the path XA does not reach the eye of the motorist.
(1)
*(b) The refractive index of glass may be determined by measuring angles of incidence and angles of refraction for light passing into a glass block.
Explain how the choice of the width of the ray of light and the range of the angles of incidence can ensure the accuracy of the result.
(6)
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(total for Question 13 = 10 marks)
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6218
*S47557A01832*
14 The diagram represents some of the energy levels for an atom.
–0.38 eV
–0.55 eV
–0.85 eV
–1.51 eV
–3.41 eV
n = 5
n = 4
n = 3
n = 2
n = 1
(a) Calculate the lowest frequency of light that would be absorbed by an electron with energy –0.85 eV in the atom shown.
(3)
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Frequency = .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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*S47557A01932* Turn over
(b) When the light from a star is dispersed to form a spectrum, dark lines are seen at a number of frequencies. This is known as an absorption spectrum and is caused by the presence of certain elements in the star.
Explain how the absorption spectrum is created.(3)
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(total for Question 14 = 6 marks)
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15 The photograph shows a child’s nature observation kit used for observing small creatures such as flies.
The lid has a built-in lens and an additional optional lens to allow the magnification to be increased.
The photographs below show the appearance of a fly using no lens, a single lens and two lenses respectively.
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*S47557A02132* Turn over
(a) A student reads that the power of a combination of lenses is equal to the sum of the powers of the individual lenses.
powercombination = powerlens1 + powerlens2
The student investigates this relationship using the lenses in the observation kit.
The student records the method and measurements as shown below.
Method
Set up a bulb on one side of the laboratory.Hold the lens near the opposite wall and vary the distance from the wall until a clear image of the bulb is seen on the wall.With the other hand, use a ruler to measure the distance of the lens from the clear image formed.This is the focal length.
Results
Lens Focal length/cmLens in the lid 12Optional lens 17.5Combination of both lenses 7
The distance between the light and the opposite wall was 6 m.
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(i) Explain one way of improving the value obtained for the focal length of the lens.(2)
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(ii) Determine whether the data from this experiment supports the conclusion
powercombination = powerlens1 + powerlens2
Support your answer with a calculation.(4)
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*S47557A02332* Turn over
(b) The distance of an object from the combined lenses is 5.0 cm.
Calculate the magnification of the lens.
Focal length = 7.0 cm.(3)
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(total for Question 15 = 9 marks)
totAL FoR Section A = 58 MARKS
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Section B
Answer ALL questions.
16 Read the following press release and then answer the questions that follow.
“Lockheed Martin Demonstrates Weapons Grade High Power Fiber Laser
BOTHELL, Wash., Jan. 28, 2014 – Lockheed Martin has demonstrated a 30-kilowatt electric fiber laser, the highest power ever documented while retaining beam quality and electrical efficiency.
The internally funded research and development program culminated in this demonstration, which was achieved by combining many fiber lasers into a single, near-perfect quality beam of light – all while using approximately 50 percent less electricity than alternative solid-state laser technologies. The unique process, called Spectral Beam Combining, sends beams from multiple fiber laser modules, each with a unique wavelength, into a combiner that forms a single, powerful, high quality beam.”
(Source: Lockheed Martin Demonstrates Weapons Grade High Power Fiber Laser Wash Bothell, Jan 28, 2014)
Traditional solid state lasers convert about 20% of electrical input energy to light output.
(a) The high power laser uses Spectral Beam Combining involving several beams with different wavelengths instead of a system using coherent beams.
Explain how combining coherent beams could lead to zero intensity in some parts of the combined beam.
(3)
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(b) A student uses a laser pointer to measure the internal resistance of a cell. The laser uses a battery of three small cells. The student obtains the following results:
Laser switched off
Potential difference across cells 4.1 V
Current in cells 0 mA
Laser switched on
Potential difference across cells 3.7 V
Current in cells 14 mA
(i) Calculate the internal resistance of the battery of cells.(2)
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Internal resistance = .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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(ii) The student notices that the manufacturer of the laser pointer claims it is as efficient as industrial lasers. At a distance of several metres the laser pointer produces a circular spot of diameter 6 mm and intensity 140 W m–2.
Max power output <5mW
Use this data and the data in the passage to evaluate the manufacturer’s claim.(5)
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(total for Question 16 = 10 marks)
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*S47557A02932* Turn over
17 The photograph shows a toy that fires rubber bands.
A student investigates the properties of one of the rubber bands and obtains the following graph.
12 –
10 –
8 –
6 –
4 –
2 –
0 –0
–
5
–
10
–
15
–
20
–
25
–
30
–
length / cm
forc
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(a) The student wants to determine the mass of one of the rubber bands. He places five rubber bands on a balance and obtains a reading of 2 g. He divides the reading on the balance by five to determine the mass of one rubber band.
Explain how he could improve his result.(3)
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(b) The rubber band is stretched by 17.4 cm when it is placed on the toy.
Show that the work done on the rubber band is about 1 J.(3)
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(c) Calculate the maximum possible value for the initial velocity of the rubber band as it is fired from the toy. Assume the mass of a rubber band is 0.4 g.
(2)
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(d) The student thinks the calculated value of maximum velocity is too high because the band does not travel as far as expected.
Explain how the student could determine the initial velocity with the use of a video camera and why light gates would not be suitable.
(4)
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(total for Question 17 = 12 marks)
totAL FoR Section B = 22 MARKS totAL FoR PAPeR = 80 MARKS
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Pearson Edexcel Level 3 Advanced Subsidiary GCE in Physics Sample Assessment Materials – Issue 1 – October 2014 © Pearson Education Limited 2014
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