Staatsexamen VWO
2018
Natuur, leven en technologie
Tijdvak 1Woensdag 9 mei 13.30 – 15.30 uur
College-examen schriftelijk Opgavenboekje
Voor dit examen zijn maximaal 54 punten te behalen; het examen bestaat uit 26 vragen: 24 open en 2 gesloten vragen.
Het examen duurt twee uur. Voor elke vraag is aangegeven hoeveel punten met een goed antwoord behaald kunnen worden. Bij de beantwoording van enkele vragen moet het BINAS tabellenboek 6e druk geraadpleegd worden.
Het gebruik van een grafische rekenmachine is toegestaan.
Als bij een open vraag een verklaring, uitleg of berekening wordt gevraagd, worden aan het antwoord meestal geen punten toegekend als deze verklaring, uitleg of berekening ontbreekt.
Geef niet meer antwoorden (redenen, voorbeelden e.d.) dan er worden gevraagd.
Als er bijvoorbeeld twee redenen worden gevraagd en je geeft meer dan twee redenen, dan worden alleen de eerste twee in de beoordeling meegeteld.
Geef het antwoord van meerkeuzevragen in duidelijke hoofdletters.
Hubble in het klein
De wet van Hubble beschrijft het uitdijend heelal.
Hoe verder je verwijderd bent, hoe groter de radiale snelheid. In formulevorm: v = Ho . r waarbij v de snelheid is in ms-1 Ho de Hubbleconstante in ms-1m-1 en r de afstand in m.
In figuur 1 zijn sterrenstelsels geordend naar afstand tegen roodverschuiving (= radiale snelheid).
Figuur 1: Afstand tegen roodverschuiving
NLT-leerling René bepaalt op een afstand van 20,0 Mpc een roodverschuiving van 1400 km/s.
4p 1 Laat met een berekening zien of de Hubbleconstante die hij uit deze gegevens bepaalt overeenkomt met de Binaswaarde uit tabel 32 F (hint: reken alle gegevens om naar SI-eenheden).
Heel het heelal dijt uit, dus ook op kleine schaal, maar op een kort tijdsbestek niet meetbaar. Ook jouw geodriehoek van 15 cm volgt de wet van Hubble.
1p 2 Laat met een berekening zien dat de snelheid waarmee jouw geodriehoek uitdijt 3,42·10 -19
m/s is. Gebruik daarbij de Hubbleconstante uit tabel 32 F. Stel dat de uitdijing van jouw geodriehoek constant is.
3p 3 Bereken met de gegevens van jouw geodriehoek en de Hubbleconstante de tijd in miljarden jaren vanaf de oerknal, onder aanname dat de uitdijing constant is.
Stel dat je erg veel geodriehoeken achter elkaar legt, van hier naar de ster Rigil Kent A (= α Centaurus).
2p 4 Laat zien dat je 2,7·1017 geodriehoeken nodig hebt om die afstand te overbruggen.
Over honderd jaar doet je achterkleinkind hetzelfde (gedachten) experiment. 1p 5 Heeft hij meer, evenveel of minder geodriehoeken nodig?
A Meer B Evenveel C Minder
Meldonium
Op 1 januari 2016 ging een nieuwe regel in voor de stof meldonium bij het gebruik in sportwedstrijden. Vanaf die datum werd deze stof opgenomen in de lijst van verboden middelen (doping). Meldonium (figuur 2) is ontwikkeld in Letland als medicijn voor hartpatiënten, maar werd met name door veel Russische sporters gebruikt.
Figuur 2: Structuurformule van meldonium
Al snel viel een aantal sporters bij controle door de mand. Bekende voorbeelden daarvan zijn de Russische toptennisspeelster Maria Sharapova en de schaatser Pavel Koelizjnikov, die als eerste onder de 34 seconden reed bij de 500 meter sprint (figuur 3).
Figuur 3: Sharapova en Koelizjnikov
Op 16 april 2016 werden de uitgesproken schorsingen echter ongedaan gemaakt, omdat er twijfel was ontstaan over de afbraaksnelheid van meldonium. De dopingdeskundigen waren uitgegaan van een halfwaardetijd van ingenomen meldonium van 4-6 uur. Daarover
Over de afbraak van meldonium gaat een Coach-model (zie figuur 4). De afbraak van meldonium verloopt niet lineair, maar exponentieel. Meldonium lost op in de waterige fractie van het lichaam, niet in vet.
Figuur 4: Coachmodel voor de afbraak van meldonium
Meldonium is een polair molecuul. 1p 6 Waaruit blijkt dat in figuur 2?
2p 7 Leg uit dat m (de massa van de sporter) invloed heeft op de meldoniumconcentratie in het bloed.
V (van vetwaarde) is een constante, die voor vrouwen een hogere waarde heeft dan voor mannen. Vet zit opgeslagen in reservevoorraden buiten de waterige fractie (bloed en vocht in en rond de cellen).
2p 8 Leg uit waardoor de concentratie meldonium in het bloed direct na inspuiten in een vrouw van 80 kg hoger is dan van een man van 80 kg.
In het model wordt ervan uitgegaan dat de sporter 180 dagen lang per dag 1 dosis
meldonium van 100 mg inspuit. Het model start met een mannelijke sporter met een massa van 80 kg.
Na 180 dagen stopt hij omdat het 1 januari 2016 is. De vraag is nu, wanneer deze sporter op de vereiste waarde van 1 μg/mL bloed komt.
Het model wordt gerund (doorgerekend). Bekijk figuur 5.
Figuur 5: Het verloop van de concentratie meldonium
2p 9 Na hoeveel dagen wordt deze grens bereikt? Gaat deze sporter vrijuit of niet?
De ziekte van Alzheimer
Bij dementie ten gevolge van de ziekte van Alzheimer is er sprake van een voortschrijdende achteruitgang van de cognitieve functies. De ziekte wordt volgens de meest geaccepteerde hypothese veroorzaakt doordat bepaalde eiwitten (amyloïdprecursorproteïne: APP)
abnormaal worden afgebroken. Hierdoor ontstaan abnormale afbraakproducten (bèta amyloïd), welke plaques (klonten) vormen buiten de hersencellen. De ziekte begint met geheugenstoornissen. In het begin is vooral het kortetermijngeheugen verstoord, waardoor nieuwe informatie niet meer wordt opgeslagen. De patiënt vraagt bijvoorbeeld meerdere malen per dag hetzelfde en vergeet afspraken. Informatie die in het verleden is opgeslagen, zoals herinneringen aan vroeger, is nog wel beschikbaar. Als de ziekte voortschrijdt, ontstaan ook stoornissen in het langetermijngeheugen.
Vroege detectie of vaststelling van de ziekte van Alzheimer vormt momenteel een belangrijk onderwerp van studie. Een nieuwe techniek is het in beeld brengen van bepaalde
specifieke eiwitten in de hersenen door middel van een scan. Daarbij wordt door een arts een radioactieve stof in de bloedbaan van de arm gespoten.
1p 10 Welke term wordt tegenwoordig ook wel gebruikt in plaats van kortetermijngeheugen?
2p 11 Bij welke scantechniek wordt een radioactieve stof in de bloedbaan van de arm gespoten? A CT-scan
B Echografie-scan C MRI-scan
D PET-scan
Henne Holstege van het VUMC in Amsterdam (figuur 6) doet onderzoek naar het verschil tussen demente mensen van 100 jaar of ouder en een groep van dezelfde leeftijd die nog geestelijk gezond is. Zij ontdekte dat het DNA (de erfelijke component) een belangrijke rol speelt bij het verschil tussen beide groepen.
Figuur 6: Henne Holstege
2p 12 Leg uit hoe het DNA invloed zou kunnen hebben op de verandering van eiwitten in de
hersenen, zodat die anders dan normaal worden afgebroken.
2p 13 Leg uit hoe het komt dat een Alzheimerpatiënt zich vaak nog veel van vroeger herinnert,
maar niet iets kan onthouden dat net is gebeurd.
Kernfusiedrempel
De energie die vrijkomt bij een kernfusiereactie (figuur 7) is veel groter dan de energie die vrijkomt bij een splijtingsreactie. Een kernfusiereactie heeft echter een hoge activeringsenergie.
1p 14 Leg uit waardoor de activeringsenergie van een kernfusiereactie zo hoog is.
Daarom is een plasma noodzakelijk in een fusiereactor.
Een manier om het plasma zowel te verhitten als aan te vullen, is neutrale-bundelverhitting. Om een verhittingsvermogen van 7,00 MW te verkrijgen heb je in de module “Kernfusie” berekend dat daar 5,14·1020 deuteriumatomen per seconde voor
nodig zijn.
Figuur 7: Een kernfusiereactie
In figuur 8 is geschetst hoe het gas op temperatuur gebracht wordt.
Figuur 8: Gas wordt op temperatuur gebracht. D = deuterium, T = tritium
1p 16 Leg uit of het rooster op hoge spanning positief of negatief geladen is.
3p 17 In welke richting staat het magneetveld dat de resterende ionen doet afbuigen?
Geef in je uitleg de richting van de Lorentzkracht en de stroomrichting aan en breng deze in verband met het teken van de lading van de ionen.
Naast heliumkernen ontstaan neutronen bij D-T fusiereacties. Deze scheiden zich af van de resterende ionen.
1p 18 Leg uit waardoor neutronen zich afscheiden van de resterende ionen.
Geo-biologische ‘vingerafdruk’
Strafrechtzaken draaien regelmatig om de vraag of een verdachte ook daadwerkelijk op de plek van het misdrijf is geweest. Grondsporen op kleding of schoenen van een verdachte kunnen belangrijke informatie opleveren. Om de herkomst van gevonden grond vast te stellen kan er onder andere gekeken worden naar de pH en geleidbaarheid. Door onderzoeksbureau TNO kan ook een geo-biologische vingerafdruk van het grondspoor worden gemaakt. Het is een bewezen technologie in onder andere de olie- en gaswinning. Nieuw is de toepassing in forensisch onderzoek.
Voor een geo-biologische vingerafdruk identificeert TNO microfossielen (pollen, diatomeeën e.d.). In tegenstelling tot de meeste chemische stoffen blijven microfossielen, zoals de resten van stuifmeelkorrels (pollen) en de skeletjes van kiezelalgen (diatomeeën, figuur 9), vrijwel onveranderd geconserveerd achter in bodem en grond gedurende miljoenen jaren.
Figuur 9: Uitvergroot skeletje van kiezelalg
2p 19 Noem twee andere kenmerken dan pH en geleidbaarheid waarop grondsoorten kunnen worden onderscheiden.
2p 20 Leg uit dat een geo-biologische vingerafdruk informatie kan geven over de herkomst en de leeftijd van het grondspoor.
In tegenstelling tot de geo-biologische vingerafdruk kan de geleidbaarheid van een
grondsoort relatief eenvoudig worden bepaald met behulp van de opstelling die is te zien in figuur 10.
Figuur 10: Geleidbaarheidsopstelling
Het bakje is gevuld met de te onderzoeken grondsoort. In het bakje zitten twee elektroden met afmetingen van 2,0 bij 4,0 cm, de afstand tussen de elektroden is 5,0 cm. Op de elektroden wordt een spanning van 6,0 V gezet. Er blijkt een stroom van 2,1 mA te lopen. Met de afgebeelde opstelling kan zowel de geleidbaarheid als de soortelijke geleidbaarheid worden bepaald.
2p 21 Leg uit waarom voor het vergelijken van grondsoorten wordt gekeken naar de soortelijke geleidbaarheid en niet naar de geleidbaarheid.
3p 22 Bereken de soortelijke geleidbaarheid van de te onderzoeken grondsoort in Sm-1.
Neem bij je berekening aan dat de stroom alleen loopt tussen de twee elektroden en dat de stroom homogeen verdeeld is over de grond. Gebruik bij je berekening Binas tabel 35D1 en de formule voor soortelijke geleidbaarheid (= σ) :
Blue energy aan het Noordzeekanaal
Voor het opwekken van blue energy is een locatie nodig waar zoet en zout water bij elkaar komen. In principe komt bij elke open riviermonding aan zee zoet water in contact met zout water. Een dergelijke locatie is echter niet zonder meer geschikt.
In 2010 is de haalbaarheid van een blue energy centrale bij IJmuiden onderzocht door onderzoeksbureau Deltares. In IJmuiden is het Noordzeekanaal met sluizen verbonden met de Noordzee.
Figuur 11: Sluizen in het Noordzeekanaal bij IJmuiden
2p 23 Verklaar waarom een open riviermonding niet zonder meer geschikt is voor een blue energy centrale.
Bij het onderzoek naar de haalbaarheid van een mogelijke blue energy centrale is Deltares uitgegaan van een Pressure Retarded Osmosis (PRO) centrale. Bij PRO wordt er gebruik gemaakt van membranen die alleen water doorlaten. Deze membranen worden geplaatst tussen een compartiment met zoet water en een compartiment met zout water.
4p 25 Leg uit hoe een centrale die gebaseerd is op PRO, energie opwekt. Gebruik in je uitleg onder andere de begrippen waterdruk, osmose, entropie en energie.
2p 26 Beredeneer dat het vermogen van een centrale maximaal is als de waterdruk gelijk is aan de helft van het osmotisch drukverschil.
