Centre Number Candidate Number Edexcel GCSE …massawe.yolasite.com/resources/Add_Physics/SAMs PH.pdfEdexcel GCSE You do not need any other materials. Centre Number Candidate Number

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Advice Read each question carefully before you start to answer it. Keep an eye on the time. Try to answer every question. Check your answers if you have time at the end.

*S39986A0117*S39986A©2010 Edexcel Limited.

5PH2H/01Sample Assessment Material

Time: 1 hour

Physics/Additional ScienceUnit P2: Physics for Your Future

Higher Tier

Edexcel GCSE in Physics Sample Assessment Materials © Edexcel Limited 2011 83

FORMULAE

You may find the following formulae useful

charge = current × time Q = I × t

potential difference = current × resistance V = I × R

electrical power = current × potential difference P = I × V

energy transferred = current × potential difference × time E = I × V × t

speed = distance

time

acceleration = change in velocity

time taken a

v ut

=−( )

force = mass × acceleration F = m × a

weight = mass × gravitational field strength W = m × g

momentum = mass × velocity

force = change in momentum

time F

mv mut

=−( )

work done = force × distance moved in the direction of the force E = F × d

power = work donetime taken

PEt

=

gravitational potential energy = mass × gravitational field strength × vertical height GPE = m × g × h

kinetic energy = ½ × mass × velocity2 KE = ½ × m × v2

Edexcel GCSE in Physics Sample Assessment Materials © Edexcel Limited 201184

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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

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Electrostatic paint spraying

1 Joe painted the frame of his bicycle. He used an electrostatic paint gun.

http://www.windridge.co.uk

(a) Paint is an insulator.

The droplets of paint become positively charged as they leave the nozzle of the paint gun.

(i) Complete the sentence by putting a cross ( ) in the box next to your answer.

The droplets of paint become positively charged because they(1)

A gain electrons

B lose electrons

C gain protons

D lose protons

(ii) Explain why the charged droplets of paint are spread out evenly when they leave the nozzle.

(2)

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(b) Before spraying, Joe gives the metal frame a negative charge. He then finds that the paint is attracted to the frame.

http://www.windridge.co.uk

(i) Why is the paint attracted to the metal frame? (1)

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(ii) Joe only needed to spray the metal frame from one side.

Why does all of the frame become covered in paint?(1)

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(iii) Joe allowed the first layer of paint to dry. He then tried to spray the frame with a second layer of paint. The paint was not attracted to the painted frame.

Suggest a reason for this. (1)

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(c) Explain why the movement of the paint particles can be described as a direct current.

(2)

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(Total for Question 1 = 8 marks)


Movement

2 The diagrams below show photographs taken one second apart.

The lines on the graph show the movements of the three people and the dog in the diagrams.

(a) Draw one straight line from each moving object to the graph letter which shows its movement.

One has been done for you.(2)

moving object graph letter

A

B

C

D

P

Q

R

S

t = 0 s

t = 1 s

AB

C D

t = 2 s

A

BC D

AB

C D

Pspeed

time in s

00 2

Q

RS


(b) The dog has a mass of 30 kg. At one time, its momentum is 15 kg m/s. At what velocity is it moving?

(2)

velocity = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . m/s

(c) The graph below shows the movement of a different dog, chasing a ball.

(i) Use data from the graph to calculate the acceleration of the dog in the first 2 s. State the unit.

(3)

acceleration = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . unit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

(ii) Calculate the distance the dog moves in the time between 8 s and 10 s.(2)

distance = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . m


5

10

time in s

00 2 4 6 8 10

speed in m/s


Heating water

3 Shefali buys a battery-operated water heater. She connects it to a 12 V car battery. The current in the metal heater element of the kettle produces a heating effect.

www.roadpro.co.uk

(a) Complete the sentences by putting a cross ( ) in the box next to your answer.

(i) The current in the heater element is a flow of(1)

A electrons

B atoms

C protons

D neutrons

(ii) 12 V is the same as(1)

A 12 W/s

B 12 W/C

C 12 J/s

D 12 J/C

heater element

connection to car battery


(b) Shefali wants to investigate how the current in the heater element varies with the potential difference across the element.

Complete the circuit diagram below that Shefali could use for her investigation.(2)

(c) The current in the element produces a heating effect.

Describe how this occurs. (2)

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(d) A charge of 10 C flows in 2 s when the heater is connected to a potential difference of 12 V.

Calculate the energy transferred to the heater in a time of 60 s. State the unit.

(4)

energy transferred = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . unit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .


heater element

12 V


Heavy hydrogen

4 The table below shows information about the most common isotope of hydrogen.

isotope number of protons number of neutrons symbol

hydrogen 1 0 11H

Tritium is a radioactive isotope of hydrogen. The symbol for tritium is 31H.

(a) How many neutrons does a tritium nucleus contain?

Put a cross ( ) in the box next to your answer.(1)

A 0

B 1

C 2

D 3

(b) In an experiment to measure the half-life of tritium, scientists have to allow for background radiation.

(i) Name one source of background radiation.(1)

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(ii) Describe how the background count is taken into account when measuring half-life.

(2)

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(c) Some glow-sticks emit light from the decay of tritium.

Scientifica, visuals Unlimited/Science Photo Library

The graph shows how the count rate from the tritium in the glow-stick varies with time.

(i) Estimate, from the graph, the half-life of tritium. Show your working clearly.

(2)

half life = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . years

count rate in counts per minute

time in years

0 10 20 30 40

1200

1000

800

600

400

200

0


(ii) The minimum count rate needed for this glow-stick to work is 400 counts per minute.

The manufacturer claims that the glow-stick will work for 20 years.

Use data from the graph to decide whether this claim can be justified. (2)

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(d) Tritium can be used in nuclear fusion. Nuclear fusion occurs in stars.

In 1989, two scientists claimed to have achieved fusion on Earth without the extreme conditions found in stars.

Suggest why their claim was not accepted by the scientific community.(2)

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Road safety

5 The chart shows the thinking distances and the braking distances for a car driven at different speeds.

The speeds are shown in miles per hour (mph). The distances are shown in metres (m).

speed distance

20 mph

30 mph

40 mph

50 mph

60 mph

(a) Complete the sentence by putting a cross ( ) in the box next to your answer.

(i) The thinking distance for a speed of 70 mph is(1)

A 17 m

B 21 m

C 37 m

D 90 m

(ii) 10 mph is the same speed as 4.5 m/s. A particular car is travelling at 20 mph. It has a kinetic energy of 40 500 J.

Calculate the mass of the car?(3)

mass = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . kg

(iii) How much work is done to stop the car described in part (ii)?(1)

work done = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . J

6 m

9 m

12 m

15 m

18 m

6 m

14 m

24 m

38 m

55 m

thinking distance

key

braking distance


*(b) On some motorways there are markings on the road.

The markings are 40 m apart. Drivers are advised to keep at least two markings between cars. The maximum speed for a driver on the motorway is 70 mph.

The thinking distance and braking distance can be affected by other factors, as well as speed.

Evaluate whether a distance of 40 m between markings is suitable.(6)

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40 m


Nuclear power

6 (a) A chain reaction occurs in fuel rods in a nuclear power station. One model of this chain reaction involves the toppling of dominoes as shown in

the diagram.

Photo: ajt/Shutterstock

(i) State one way in which this model is similar to the chain reaction in the reactor.(1)

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(ii) Complete the sentence by putting a cross ( ) in the box next to your answer.

The type of particle responsible for continuing the nuclear chain reaction is (1)

A a proton

B an electron

C a neutron

D an alpha particle

(iii) Describe the principle of the nuclear chain reaction in the fuel rods in a power station.

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(iv) Moderators and control rods both affect the rate of the chain reaction in a nuclear reactor.

Explain how either of these controls the rate of the reaction.(2)

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*(b) The processes of nuclear fission and nuclear fusion both produce energy.

There are 19 nuclear power stations in the UK. All of these use fission. However, the Government is investing a lot of money, time and effort to develop

fusion power stations instead.

Explain why fusion power stations would be preferable but the UK only has fission power stations at present.

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TOTAL FOR PAPER = 60 MARKS



Sample Mark Scheme

Unit P2: Physics for Your Future (Higher Tier)

QuestionNumber

Answer Mark

1(a)(i) B (1)

QuestionNumber

Answer Acceptable answers Mark

1(a)(ii) an explanation linking the following:

all have same (negative) charge (1)

(so) repel each other/minimum repulsion when all the same distance apart (1) (2)

QuestionNumber


1(b)(i) opposite/unlike charges attract accept ‘+ and – attract’ accept ‘because the paint is positive’ (1)

QuestionNumber

Answer Mark

1(b)(ii) all frame is charged (even back)/back is also oppositely charged (1)

QuestionNumber


1(b)(iii) frame no longer negative(ly charged) accept like charges repel

accept frame is neutral/positive(ly charged) after the first layer of paint (1)

QuestionNumber

Answer Mark

1(c) an explanation linking the following:

paint is only moving in one direction/away from the sprayer (1)

(just as) direct current is the movement of charge in one direction(1) (2)

TOTAL: 8 MARKS


QuestionNumber


2(a) all 3 correct = 2 marks

any 2 correct = 1 mark

(2)

QuestionNumber


2(b) 15 = 30 x velocity (1) 0.5 (1)

accept 15/30 1/2 (2)

QuestionNumber


2(c)(i) evidence of selection of appropriate data from graph (1)

either using gradient of graph or correct formula (1)

2.5 m/s2 (1)

OR 5/2

correct units required for marking point 3 (3)

QuestionNumber


2(c)(ii) area under graph OR 8 x 2 (1)

= 16 (m) (1) accept correct answer, no working for (2) (2)

TOTAL: 9 MARKS

A

B

C

D

P

Q

R

S


QuestionNumber

Answer Mark

3(a)(i) A (1)

QuestionNumber

Answer Mark

3(a)(ii) D (1)

QuestionNumber


3(b) complete circuit including battery symbol, heater and ammeter in series with variable resistor (1)

voltmeter in parallel across heater (1)

complete circuit not needed for this mark (2)

QuestionNumber


3(c) a description linking the following:

energy transfer (1)

between electrons and nuclei/atoms (of the wire) (1)

accept movement of electrons for 1 mark

(2)

TOTAL: 10 MARKS

QuestionNumber


3(d) selection and rearranging of equation for charge (1)

calculation of current current = 10/2 = 5 A (5 C/s) (1)

substituting into equation for energy energy = 12 x 5 x 60 (1)

3600 J (1) 3.6 kJ

correct units required for marking point 4 (4)


QuestionNumber

Answer Mark

4(a) C (1)

QuestionNumber

Answer Mark

4(b)(i) any one from:

radon gas space/solar living things (1)

QuestionNumber


4(b)(ii) a description including the following:

average background count found for same time as experiment (1)

subtracted from each reading (1)

suitable description of measuring average rate and subtracting appropriate amount

(2)

QuestionNumber


4(c)(i) suitable reference lines drawn on graph (1)

13.5 (years) (1)

allow values to be shown in writing

accept +/- 0.5 (years) (2)

QuestionNumber


4(c)(ii) an answer linking the following:

activity of 400 counts/minute will be reached at about 22 years (1)

(therefore justified since) this is more than 20 years (1)

count has a value of (approx) 420 after 20 years

(justified since) more than 400

accept claim is unjustified as radioactive decay is a random process (1) (2)


QuestionNumber

Answer Mark

4(d) an answer including the following:

no supporting peer review (1)

(therefore) experimental results not reproduced (1) (2)

TOTAL: 10 MARKS


QuestionNumber

Answer Mark

5(a)(i) B (1)

QuestionNumber

Answer Mark

5(a)(ii) 40 500 = ½ x m x (2 x 4.5)2 (1)

2 x 40 500/(2 x 4.5)2 (1)

1000 (kg) (1) (3)

QuestionNumber

Answer Mark

5(a)(iii) 40 500 (1)


QuestionNumber

Indicative content Mark

*5(b)QWC

an evaluation including some of the following: makes some sensible effort at quantification with speed eg uses the extension of thinking distance trend to 21 m for part (ai) at 70 mph and estimates the value for braking distance for that speed mentions need for keeping a safe distance apart discusses this safe distance in terms of different reaction time of people (the effects of drugs, age etc) and road/car conditions reaches some judgement of the appropriateness of 40 m under various conditions

Factors that affect thinking distances include: drugs/alcohol tirednessmusic/radio/phones/talking light conditions

Factors that affect braking distances include: condition of brakes condition of road weather conditions substances on road

idea that stopping distance is affected by all of these.

Conclusion e.g 40 m is a compromise between being ultra-safe and being unrealistically too far apart (for the conditions).

(6)

Level 0 No rewardable material 1 1-2 there is limited discussion of factors that influence thinking distances, only

mentioning one factor there is limited discussion of factors that influence braking distances, only mentioning one factor there is little or no evidence of any calculation of what the probable stopping distance would be at 70mph limited or no mention of appropriateness of separation of markings the answer communicates ideas using simple language and uses some scientific terminology as given in the question. Spelling, punctuation and grammar are used with limited accuracy

2 3-4 there is some discussion of factors that influence thinking distances, with more than one factor given there is some discussion of factors that influence braking distances, with more than one factor given there is some evidence of working out the stopping distance at 70mph maybe a mention of the appropriateness or not of separation of markings the answer communicates ideas showing some evidence of clarity and organisation and uses scientific terminology appropriately. Spelling, punctuation and grammar are used with some accuracy


3 5-6 there is a clear discussion of the key factors that influence thinking distancesthere is a clear discussion of the key factors that influence braking distancesthere is clear evidence of working out the stopping distance at 70mph suitable conclusion based on arguments given e.g a comment about the appropriateness of motorway markings for certain conditions but innappropriateness in other conditions – compromisethe answer communicates ideas clearly and uses a range of scientific terminology appropriately. Spelling, punctuation and grammar are used with few errors

TOTAL: 11 MARKS


QuestionNumber

Answer Mark

6(a)(i) a sensible and relevant response e.gone event triggers another similar event orenergy is transferred/released at a steady rate (1)

QuestionNumber

Answer Mark

6(a)(ii) C (1)

QuestionNumber

Answer Mark

6(a)(iii) a description including the following points:

(a neutron causes) splitting of a (U-235) nucleus, releasing further neutrons (1)

from which (on average) one new neutron produces another fission (1) (2)

QuestionNumber

Answer Mark

6(a)(iv) an explanation that links a pair of the following:

moderators increase the rate of reaction by slowing down fast-moving neutrons (1) (so) they can be absorbed more easily (1)

control rods slow the rate of reaction by absorbing neutrons (1) (so) that they cannot cause further fission (1) (2)


QuestionNumber

Indicative content Mark

*6(b)QWC

an explanation including some one of the following:

distinguishes clearly between fission (splitting – large nuclei) and fusion (joining - small nuclei) relative safety issues if things go wrong difficulties of producing conditions for fusion/ease of producing conditions for fission radioactive waste from fission but not fusion availability of fuels better for fusion energy potential per reaction from fusion is greater at present, difficulties of producing and controlling fusion are the major problemdespite difficulties, fission is feasible at present, fusion is not

explanation of principle of each process

discussion of advantages/disadvantages of each

conclusion of why fission is currently feasible although fusion would be more desirable

(6)

Level 0 No rewardable material

1 1-2 makes a limited attempt at an explanation of similarities/differences between the two in terms of process, energy potential, the conditions needed to initiate the process, safety or control issues makes little or no effort to suggest why fission is in use or why fusion isn’t, but might be good in future the answer communicates ideas using simple language and uses some scientific terminology as given in the question. Spelling, punctuation and grammar are used with limited accuracy.

2 3-4 explains similarities/differences between key features of the two processes in terms of process, energy potential, the conditions needed to initiate the process, safety or control issues explains either why fission is currently used or why fusion is preferred the answer communicates ideas showing some evidence of clarity and organisation and uses scientific terminology appropriately. Spelling, punctuation and grammar are used with some accuracy.

3 5-6 gives a clear explanation of similarities/differences between the two in terms of process, energy potential, the conditions needed to initiate the process, safety and control issues clearly explains why existing systems use fission but with reasons for preference of fusion if attainable the answer communicates ideas clearly and uses a range of scientific terminology appropriately. Spelling, punctuation and grammar are used with few errors.

TOTAL 12 MARKS


Documents

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