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Pearson Edexcel
Level 3 GCE
Monday 3 June 2019
Afternoon (Time: 2 hours 30 minutes) Paper Reference 9PH0/03

Physics
Advanced
Paper 3: General and Practical Principles in Physics

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• You areyour answers if you have time at the end.
• appropriate.
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P58359A
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1/1/1/1/1/1/
*P58359A0140*
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*P58359A0240*
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2
 Answer ALL questions in the spaces provided.
1 An engineer was checking the dimensions of a steel tube. The tube had a length of about
DO NOT WRITE IN THIS AREA

45 mm and an external diameter of about 15 mm as shown.

15 mm

45 mm

She used a digital micrometer to measure the diameter of the tube. Before taking the
reading she closed the jaws of the micrometer to check for a zero error.
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(a) State the type of error she avoided by doing this.

(1)

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(b) Describe the procedure she should follow to determine an accurate value for the
external diameter of the tube.
(3)

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(c) The engineer determined the length of the tube using the micrometer. The reading on
the micrometer scale was 45.043 mm. She recorded the reading as 45.0 mm.
State why recording a reading of 45.043 mm could not be justified.
(1)

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(Total for Question 1 = 5 marks)

3
*P58359A0340* Turn over
2 A student determined the specific heat capacity of aluminium.
She used an electrical heater to heat an aluminium block and measured the temperature

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of the block with a digital thermometer.
(a) She connected the electrical heater into a circuit and took measurements to determine
the power of the heater.
Draw a circuit diagram of a suitable circuit.
(2)

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(b) The student monitored the temperature ș of the aluminium block over the time t for
which the heater was switched on.
Her results are plotted on the graph.

40
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35

30
ș / °C

25

20

15

10
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550
t/s

4
*P58359A0440*
 (i) Determine the specific heat capacity of aluminium.
power of heater = 37.5 W
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mass of aluminium block = 0.986 kg

(3)

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Specific heat capacity of aluminium = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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(ii) The student looked up the accepted value for the specific heat capacity of
aluminium. Using this value, the student predicted that it should have taken 240 s
for the temperature of the aluminium block to increase by 10 °C.
Explain the difference between the predicted time and the student’s actual observations.
(2)

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(Total for Question 2 = 7 marks)

5
*P58359A0540* Turn over
3 A student was investigating the forces involved in circular motion.
He placed a small coin on a horizontal turntable as shown. The turntable was connected

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to a driver unit so that it could be rotated at a constant rate.

coin

to turntable
driver
unit

bench
plan view

(a) The student measured the distance r between the centre of the turntable and the centre
of the coin, with a metre rule as shown.

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4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

centre of turntable centre of coin

Explain why the percentage uncertainty in the value of r is about 1%.

Your answer should include a calculation.
(3)

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6
*P58359A0640*
 (b) The student switched on the driver unit and increased the rate of rotation until the
coin slid off the turntable. He read the angular velocity Ȧ of the turntable from a
digital display on the driver unit. He then replaced the coin in the original position
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on the turntable and repeated the procedure.

His results are shown.

Ȧ / rad s–1

0.125 0.112 0.118 0.123 0.116

(i) The student used the results to calculate a mean value of Ȧ.

State the purpose of calculating a mean.
(1)

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(ii) Calculate the percentage uncertainty in the mean value of Ȧ.

(3)
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Percentage uncertainty = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

(iii) The student used Ȧ and r to calculate the centripetal acceleration of the coin at
the instant it started to slide.
Calculate the percentage uncertainty in this centripetal acceleration.
(3)
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Percentage uncertainty = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7
*P58359A0740* Turn over
 (c) The student repeated the procedure with different values of r.
Explain how the value of Ȧ at which the coin started to slide varied as r increased.

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(3)

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(Total for Question 3 = 13 marks)

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8
*P58359A0840*
 DO NOT WRITE IN THIS AREA DO NOT WRITE IN THIS AREA DO NOT WRITE IN THIS AREA

BLANK PAGE

*P58359A0940*
9
Turn over
4 A student carried out an experiment to determine the focal length of a converging lens.
He placed the lens a distance u from an illuminated object. He placed a screen on

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the other side of the lens and moved the screen until a sharp image of the object was
produced. He measured the corresponding image distance v.
The student repeated the procedure for four more values of u.
In his lab report he wrote:
“I made an initial determination of the focal length of the lens and
concluded that it was about 15 cm. When I plotted a graph it confirmed my
initial determination of the lens focal length.”
The student’s graph is shown.

0.07

0.06

0.05

DO NOT WRITE IN THIS AREA

0.04
/ cm–1

0.03
1
v

0.02

0.01

0
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07
1
/ cm–1
u

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10
*P58359A01040*
 Comment on whether the student’s data is consistent with his initial determination of the
focal length of the lens.
(5)
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(Total for Question 4 = 5 marks)

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11
*P58359A01140* Turn over
5 An oximeter is a device used in hospitals to monitor the oxygen level in a patient’s blood.
In an oximeter, two light-emitting diodes (LEDs) are mounted opposite light sensors in

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a clip and attached to the patient’s finger. One of the LEDs produces red light and the
other produces infrared.

LEDs

clip
finger

detector

The intensity I of electromagnetic radiation received by the detector, after passing

through a thickness x of blood, is given by
I = I0e–ȝ[

DO NOT WRITE IN THIS AREA

where I0 is the intensity that would have been received if the blood were not present and
ȝ is the attenuation coefficient of blood.
The red LED emits visible light of wavelength 650 nm and the infrared LED emits
infrared of wavelength 950 nm.
The graph shows how ȝ varies with wavelength Ȝ for oxygenated blood and
deoxygenated blood.

10 000

1000
DO NOT WRITE IN THIS AREA
ȝ / m–1

deoxygenated blood

100

oxygenated blood

10
600 650 700 750 800 850 900 950 1000
Ȝ/ nm

12
*P58359A01240*
 (a) I0 for the infrared LED is 1.8 W m–2.
Calculate I for the infrared after passing through 1.4 mm of oxygenated blood.
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(3)

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I = .......................................................

(b) The oximeter determines I / I0 the fraction of radiation transmitted at each wavelength.
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Deduce whether I / I0 will be smaller for the red or the infrared radiation if the blood
is deoxygenated.
(3)

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It is suggested that ambient light could affect the readings produced by the oximeter.
Halogen lamps have a filament temperature of 3200 K.
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(c) Deduce whether the light from such a lamp would have a significant effect on the
oximeter readings.
(3)

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(Total for Question 5 = 9 marks)

13
*P58359A01340* Turn over
6 In 1990, the Hubble Space Telescope (HST) was launched into a low Earth orbit above
the Earth’s atmosphere.

DO NOT WRITE IN THIS AREA

(a) HST orbits the Earth in a circular orbit with a speed of 7.59 km s–1.
mass of Earth = 5.97 × 1024 kg
radius of Earth = 6.37 × 106 m
(i) Show that the height of HST above the surface of the Earth is about 6 × 105 m.
(3)

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(ii) Calculate the increase in the gravitational potential energy as HST is raised, from
its initial position at the Earth’s surface, to its orbital height.
mass of HST = 11 600 kg
(2)

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Increase in gravitational potential energy = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

14
*P58359A01440*
 (iii) A student suggests that giving HST more energy than that required in (ii) would
result in the satellite orbiting at a greater height and with a greater speed.
DO NOT WRITE IN THIS AREA

Assess the validity of the student’s suggestion.

(4)

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DO NOT WRITE IN THIS AREA

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(b) The transmission of electromagnetic radiation through the atmosphere is shown on the graph.

100
% transmission

0
DO NOT WRITE IN THIS AREA

10–7 10–6 10–5 10–4 10–3 10–2 10–1

wavelength / m

State one advantage shown by this graph of positioning a telescope above the atmosphere.
(1)

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15
*P58359A01540* Turn over
 (c) High resolution images from HST allow astronomers to make detailed measurements
of very distant galaxies. The graph shows how the recessional velocities of distant
galaxies depend on their distance from Earth.

DO NOT WRITE IN THIS AREA

45 000

40 000

35 000

30 000
v / km s–1

25 000

20 000

15 000

10 000

DO NOT WRITE IN THIS AREA

5000

0
0.00 0.50 1.00 1.50 2.00
d / 1022 km

Determine an age for the universe.

(3)

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DO NOT WRITE IN THIS AREA
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Age for the universe = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

(Total for Question 6 = 13 marks)

16
*P58359A01640*
 DO NOT WRITE IN THIS AREA DO NOT WRITE IN THIS AREA DO NOT WRITE IN THIS AREA

BLANK PAGE

*P58359A01740*
17
Turn over
7 A trolley is attached to the ends of two springs as shown. When displaced from its
equilibrium position, the trolley moves with simple harmonic motion.

DO NOT WRITE IN THIS AREA

spring trolley spring

bench

(a) A student has a stopwatch and metre rule available.

(i) Explain the procedure that the student should follow to make an accurate
determination of the time period T of the trolley.
(6)

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DO NOT WRITE IN THIS AREA

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(ii) Describe how the student should use her value of T to determine the maximum
speed of the trolley.
(3)

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18
*P58359A01840*
 (b) Another student suggests that a more accurate value for T could be obtained by using
a position sensor and data logger.
DO NOT WRITE IN THIS AREA

Comment on this suggestion.

(1)

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(c) The student displaces the trolley a greater distance from the equilibrium position, so the
amplitude of oscillation is doubled. The trolley still moves with simple harmonic motion.
Explain how the maximum kinetic energy of the trolley will change.
(3)
DO NOT WRITE IN THIS AREA

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(Total for Question 7 = 13 marks)

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19
*P58359A01940* Turn over
8 In the sport of curling, two teams of ‘curlers’ take turns sliding polished granite stones
across an ice surface towards a circular target marked on the ice.

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commons.wikimedia.org

(a) A stone of mass 19.6 kg is accelerated uniformly for 1.25 s before being released by a curler.
The stone then decelerates uniformly to rest, travelling 32.5 m in a time of 17.5 s.
Calculate the average useful power developed by the curler in accelerating the stone.
(4)

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Average power = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
*(b) Stone B is stationary. Stone A travels towards the target and makes a direct hit on
stone B as shown. Both stones have mass m.
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stone B stone A

20
*P58359A02040*
 The collision is elastic. Just before the collision stone A has a velocity v. After the
collision stone B moves off with velocity v.
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Discuss how the relevant conservation laws apply to this collision.

(6)

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(c) While a stone is moving towards the target, the curlers vigorously sweep the ice
directly in front of the stone.
Explain why this may make the stone travel further.
(2)

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(Total for Question 8 = 12 marks)

21
*P58359A02140* Turn over
9 The Beaufort scale is used to describe wind intensity. On this scale the average wind
speed v increases with the Beaufort scale value B.

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The relationship between v and B is given by

v = kB௘p

where k and p are constants.

(a) Explain why a graph of log v against log B should give a straight line.
(2)

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(b) The table gives some values of v and corresponding values of B.

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v / m s–1 B

2.00 1
10.0 3
21.5 5
36.0 7
50.5 9
68.0 11

(i) Plot a graph of log v against log B on the grid opposite.

Use the columns provided to show any processed data.
(5)
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22
*P58359A02240*
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*P58359A02340*
23
Turn over
 (ii) Determine the values of p and k.
(3)

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p = .......................................................

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

(Total for Question 9 = 10 marks)

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24
*P58359A02440*
 DO NOT WRITE IN THIS AREA DO NOT WRITE IN THIS AREA DO NOT WRITE IN THIS AREA

BLANK PAGE

*P58359A02540*
25
Turn over
10 Seat belts are being tested by a car manufacturer. In the test, a car moving at a steady
speed of 28 m s–1 collides with a wall and stops.

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A crash-test dummy in the driving seat is wearing a seat belt made from polyester
webbing. The seat belt has a cross-sectional area of 0.85 cm2 and a total length of 2.0 m.
A student suggests that in the collision the seat belt absorbs all the kinetic energy of the
dummy.
(a) Show that the energy per unit volume that would have to be absorbed by the seat belt
is about 2 × 108 J m–3.
mass of dummy = 75 kg
(3)

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(b) The graph shows how stress varies with strain for the seat belt.

35

30

25
Stress / MPa

20

15

10
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0
0.000 0.025 0.050 0.075 0.100 0.125 0.150
Strain

26
*P58359A02640*
 (i) Show that the area under the graph represents the energy stored per unit volume
in the seat belt.
(2)
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(ii) Use the graph to determine whether the seat belt absorbs all the kinetic energy of
the dummy from part (a).
In this collision, the maximum strain of the seat belt is 0.075
(3)

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(Total for Question 10 = 8 marks)

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27
*P58359A02740* Turn over
11 A student investigated how the volume of a fixed mass of air varies with the temperature
of the air. She used the apparatus shown.

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thermometer

oil plug

glass tube beaker

scale

trapped air
water

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A glass tube was sealed at one end. A plug of oil trapped a length l of air in the tube.
The water in the beaker was heated to a temperature ș. The corresponding value of l was
measured. This was repeated for a range of temperatures.
The thermometer had a resolution of 0.5 °C. The scale had mm divisions.
The student’s results are shown in the table.

ș / °C l / cm

24 8.8
60 9.8
78.5 10.3
95.5 10.9
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(a) (i) Criticise the student’s results.

(3)

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28
*P58359A02840*
 (ii) Explain two possible sources of error in this investigation.
(4)
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(iii) Describe two improvements that would increase the accuracy of measurements
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obtained in this investigation.

(2)

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29
*P58359A02940* Turn over
 (b) The student plotted a graph of l against ș as shown.

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12

10

8
l / cm

0
–300 –250 –200 –150 –100 –50 0 50 100

ș / °C

(i) Explain the significance of the intercept on the x-axis.

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(3)

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30
*P58359A03040*
 (ii) The student wrote a report of the investigation in her lab book. In the conclusion
she wrote:
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“In this investigation uncertainties were minimised by selecting

measuring instruments with a high resolution. The points lie on a
perfect straight line, indicating that the investigation is accurate.”
Discuss the student’s conclusion.
(4)

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(Total for Question 11 = 16 marks)

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31
*P58359A03140* Turn over
12 Impact craters are formed when meteorites strike the surface of a planet. A student
investigated some factors that might influence the formation of impact craters. He did
this by dropping spheres of modelling clay into a tray of sand.

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The diameter of the crater produced by each sphere was measured using vernier calipers as shown.

0 1 2 3 4 5 6 7

This process was repeated for spheres of different diameters.

(a) In one test, the spheres were dropped from the same height.
Determine the factor by which the kinetic energy of the sphere just before impact

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increases when the sphere diameter is increased from 2.0 cm to 4.0 cm.
(3)

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Factor = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
*(b) The student also dropped the spheres from different heights. His results are shown in the table.
DO NOT WRITE IN THIS AREA

Drop height / m Sphere diameter / cm Crater diameter / cm

2.0 3.6
0.30 4.0 7.0
6.0 6.8
2.0 4.8
0.60 4.0 7.5
6.0 7.3
2.0 5.6
0.90 4.0 8.0
6.0 8.3

32
*P58359A03240*
 The student wrote the following conclusion:
“The greater the drop height, the greater the diameter of the crater
DO NOT WRITE IN THIS AREA

formed when a sphere hits the sand. This is because the impact velocity
increases as the drop height is increased. As the speed of the sphere
increases the diameter of the crater formed also increases. Also, the
bigger the sphere the bigger the crater.”
Assess the validity of the student’s conclusion.
(6)

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(Total for Question 12 = 9 marks)

TOTAL FOR PAPER = 120 MARKS

33
*P58359A03340*
DO NOT WRITE IN THIS AREA DO NOT WRITE IN THIS AREA DO NOT WRITE IN THIS AREA

*P58359A03440*
BLANK PAGE

34
 DO NOT WRITE IN THIS AREA DO NOT WRITE IN THIS AREA DO NOT WRITE IN THIS AREA

BLANK PAGE

*P58359A03540*
35
DO NOT WRITE IN THIS AREA DO NOT WRITE IN THIS AREA DO NOT WRITE IN THIS AREA

*P58359A03640*
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36
 List of data, formulae and relationships

Acceleration of free fall g = 9.81 m s–2 (close to Earth’s surface)

DO NOT WRITE IN THIS AREA

Boltzmann constant k = 1.38 × 10–23 J K–1

1
Coulomb law constant k= = 8.99 × 109 N m2 C–2
ʌİ0
Electron charge e = –1.60 × 10–19 C

Electron mass me = 9.11 × 10–31 kg

Electronvolt 1 eV = 1.60 × 10–19 J

Gravitational constant G = 6.67 × 10–11 N m2 kg–2

Gravitational field strength g = 9.81 N kg–1 (close to Earth’s surface)

Permittivity of free space İ0 = 8.85 × 10–12 F m–1

Planck constant h = 6.63 × 10–34 J s

Proton mass mp = 1.67 × 10–27 kg

DO NOT WRITE IN THIS AREA

Speed of light in a vacuum c = 3.00 × 108 m s–1

Stefan-Boltzmann constant ı = 5.67 × 10–8 W m–2 K–4

Unified atomic mass unit u = 1.66 × 10–27 kg

Mechanics Work, energy and power

Kinematic equations of motion ǻW = Fǻs
(u + v)t 1
s= Ek = 2 mv2
2
v = u + at ǻEgrav = mgǻh
1 E
s = ut + 2 at2 P=
t
DO NOT WRITE IN THIS AREA

v2 = u2 + 2as W
P=
Forces t
useful energy output
™F = ma efficiency =
total energy input
F
g= useful power output
m efficiency =
total power input
W = mg

moment of force = Fx

Momentum

p = mv

37
*P58359A03740* Turn over
 Electric circuits Young modulus
Potential difference F
Stress ı =

DO NOT WRITE IN THIS AREA

A
W
V= ǻ௘x
Q Strain İ =
x
Resistance ı
E=
V İ
R=
I
Elastic strain energy
Electrical power and energy 1
ǻEel = 2 Fǻ௘x
P = VI

P = ,࣠2R Waves and Particle Nature of Light

V2 Wave speed
P=
R
v = f௘Ȝ
W = VIt
Speed of a transverse wave on a string

DO NOT WRITE IN THIS AREA

Resistivity
ȡO T
R= v=
A ȝ

Current Intensity of radiation

ǻQ P
I= I=
ǻt A
I = nqvA Power of a lens
1
Materials P=
f
Density P = P1 + P 2 + P 3 + …
m Thin lens equation
ȡ=
V
1 1 1
+ =
Stokes’ law u v f
DO NOT WRITE IN THIS AREA

F ʌȘUY Magnification for a lens

Hooke’s law image height v
m= =
object height u
ǻF = kǻ௘x
Diffraction grating

QȜ = d sin ș

38
*P58359A03840*
 Refractive index Fields

n1 sin ș1 = n2 sin ș2 Coulomb’s law

DO NOT WRITE IN THIS AREA

c QQ
F = k 12 2
n= r
v 1
where k =
Critical angle ʌİ0
1 Electric field strength
sin C =
n F
E=
Q
Photon model
Q
E=k
E = K࣠I U࣠2
V
Einstein’s photoelectric equation E=
d
1
hf = ‫ ׋‬+ 2 mv2max Electric potential
Q
V=k
de Broglie wavelength r
DO NOT WRITE IN THIS AREA

h Capacitance
Ȝ=
p Q
C=
V
Further mechanics
Energy stored in a capacitor
Impulse 1
W = 2 QV
Fǻt ǻp
Capacitor discharge
Kinetic energy of a non-relativistic
particle Q = Q0e–t/RC
p2 Resistor – capacitor discharge
Ek =
2m
I = I0e–t/RC
Motion in a circle
V = V0e–t/RC
v = ȦU
In a magnetic field
ʌ
DO NOT WRITE IN THIS AREA

T= F = BIl sin ș
Ȧ
mv2 F = Bqv sin ș
F = ma =
r
Faraday’s and Lenz’s laws
v2
a= –d(1‫)׋‬
r İ=
dt
a = UȦ2
Root-mean-square values
Centripetal force
V0
mv2 VU௘PV =
F= ¥
r I
IU௘PV = 0
F = PUȦ2 ¥

39
*P58359A03940* Turn over
 Nuclear and particle physics Radioactive decay
In a magnetic field A = Ȝ1

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p dN
r= = ±Ȝ1
BQ dt
ln 2
Ȝ=
Thermodynamics t½
N = N0 e±ȜW
Heating
A = A0 e±ȜW
ǻE = mcǻș
ǻE = Lǻm Gravitational fields
Molecular kinetic theory Gravitational force
1 3 Gm1m2
2
m˜c2§ = 2 kT F=
U࣠2
1
pV = 3 Nm˜c2§
Gravitational field strength

Ideal gas equation Gm

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g=
U࣠2
pV = NkT
Gravitational potential
Stefan-Boltzmann law
–Gm
L = ı$7࣠4 Vgrav =
r
L = ıʌr27࣠4
Oscillations
Wien’s law
Simple harmonic motion
ȜmaxT = 2.898 × 10–3 m K
F = ±N࣠[
Space a = ±Ȧ2x
Intensity x = A cos ȦW
L
I= v = ±$Ȧ sin ȦW
ʌG࣠2
DO NOT WRITE IN THIS AREA

a ௅$Ȧ2 cos ȦW
Redshift of electromagnetic radiation 1 ʌ
T= =
ǻȜ ǻf v f Ȧ
z= § §
Ȝ f c Ȧ ʌ௘f
Cosmological expansion Simple harmonic oscillator
v = H0d m
T ʌ
k
Nuclear radiation l
T ʌ
Mass-energy g

ǻE = c2ǻm

40
*P58359A04040*