Partie I : Évaluation des ressources / 26 points

Exercice 1 : Vérification des savoirs / 8 points

1.1 Définitions :
Générateur électrique : dispositif capable de transformer toute autre forme d'énergie en énergie électrique. 1 pt
Lentille mince-: lentille dont l'épaisseur est faible devant les rayons de courbure de ses faces. 1 pt
1.2 Énonçons de la loi de Lenz 2 pts
Le sens du courant induit est tel que par ses effets électromagnétiques, il s'oppose toujours à la cause qui lui donne naissance.
1.3 Principe de fonctionnement d'un microscope : 2 pts
Association de deux lentilles convergentes dont l’objectif qui donne d'un objet réel, une image réelle et renversée. Celle-ci devient l’objet pour la deuxième lentille appelée oculaire (loupe). L’image définitive et virtuelle nettement plus grande que l’objet initial.
1.4 Un appareil constitué de lentilles : Microscope, lunette astronomique... 2 pts

Exercice 2 : Application des savoirs / 8 pts

A. Mesures et incertitudes

1. Incertitude élargie 1,5 pt
\(U = ku\),
AN : \(U = 2 \times 0,15 = 0,30W\)
2. Expression du résultat: 1,5 pt
\(P = (10,6 \pm 0,3)W\) ou \(10,3W \le P \le 10,6W\)

B. Induction électromagnétique

1. Flux magnétique 1 pt

\(\Phi = NBS\)
AN : \(\Phi = 1000 \times 0,5 \times 78,5\) \( = 3,925Wb\)
2.
2.1 Détermination de la variation du flux : 1 pt
\(\Delta \Phi = {\Phi _f} - {\Phi _i}\)
AN : \(\Delta \Phi = 0 - 3,925 = - 3,925Wb\)
2.2 Calcul de la f.e.m d'induction : 1,5 pt
\(e = - \frac{{\Delta \Phi }}{{\Delta t}}\)
AN : \(e = - \frac{4}{{0,1}} = - 40V\)
2.3 Calcul de l'intensité du courant induit: 1,5pt
\(i = \frac{e}{R}\)
AN : \(i = \frac{{ - 40}}{{50}} = - 0,8A\)

Exercice 3 = Utilisation des savoirs /8 points

A. Œil réduit

1. Nature des verres correcteurs : lentilles convergentes 1 pt
2. Vergence de la lentille de contact: 3 pt
\( - \frac{1}{{\overline {OA} }} + \frac{1}{{\overline {OA'} }} = C\)
\(\left\{ \begin{array}{l}OA = - 0,25m\\OA' = - 5m\end{array} \right. \Rightarrow C = 3,8\delta \)

B. Caractéristiques d’un générateur

1. Deux éléments du circuit permettant de prendre ces-mesures :voltmètre, ampèremètre, multimètre. 0,5x2= 1 pt
2. Valeur de la f.e.m du générateur: 1 pt
\(E = 20,00V\)
l 3. Résistance interne du générateur :
• Première méthode : le candidat choisit deux points, calcule la pente et déduit la valeur de \(r\).
\(r = - \frac{{\Delta U}}{{\Delta I}}\)
• Deuxième méthode:
Le candidat calcule la valeur de \(r\) correspondant a chaque couple de valeur \((I,U)\), ll obtient le tableau suivant en utilisant la relation \(r = \frac{{E - U}}{I}\).
Il calcule la valeur moyenne de \(r\). \(r = 0,94\Omega \)

PARTIE II : ÉVALUATION DES COMPÉTENCES 16 points

1 Il s'agit de déterminer la hauteur maximale atteinte par la locomotive avec la force \({F_m}\) en l’absence des frottements afin de se prononcer sur la déclaration de NGADI.
Pour cela, nous allons :
(i) Faire l’inventaire des forces qui s'exercent sur la locomotive entre A et B, puis entre B et C;
(ii) Appliquer le TEC (ou la conservation de l’énergie mécanique) entre les points A et B, puis. A entre B et C afin de déterminer la hauteur maximale H atteinte;
(iii) Comparer H et h, puis conclure.
Inventaire des forces
Application du TEC
Entre A et B :
\({E_{{C_B}}} - {E_{{C_A}}} = \sum {W({{\overline F }_{ext}})} \)
\({E_{{C_B}}} - {E_{{C_A}}} = W(\overrightarrow P )\) \( + W(\overrightarrow R ) + W({\overrightarrow F _m})\)
\(\frac{1}{2}mV_B^2 = {F_m}AB\) (1)
Entre B et C:
\({E_{{C_C}}} - {E_{{C_B}}} = \sum {W({{\overline F }_{ext}})} \)
\({E_{{C_C}}} - {E_{{C_B}}} = W(\overrightarrow P ) + W(\overrightarrow R )\)
\(\frac{1}{2}mV_B^2 = mgH\) (2)
En combinant (1) et (2), on obtient:
\(H = \frac{{{F_m}AB}}{{mg}}\)
AN : \(H = 116,67m\)
Comparaison et conclusion
\(H \prec 139m\), donc NGADi n'a pas raison (même en l’absence des frottements, la locomotive ne peut atteindre le sommet)
2. Il s'agit de déterminer l'intensité minimale de la force motrice \(F{'_m}\) pour atteindre le point C afin d'examiner la proposition de BAPA.
Pour: cela, nous allons:
Faire l’inventaire des forces qui s'exercent sur la locomotive entre B et C;
(ii) Appliquer le TEC (ou la conservation de
L’énergie mécanique) entre Les points B et C pour déterminer la vitesse \({V_B}\) de la locomotive en B ;
(iii) Faire l'inventaire des forces qui s'exercent sur la locomotive entre A et B ;
(iv) Appliquer le TEC (ou la conservation de l’énergie mécanique) entre les points A et B pour déterminer l’intensité \(F{'_{\min }}\);
(v) Comparer \(F{'_{\min }}\) à \({F_{\min }}\).
(vi) Conclure.
Inventaire des forces entre B et C
Système : locomotive›
Forces extérieures : le poids de la locomotive et la réaction du support.
Application du TEC entre B et C
\({E_{{C_C}}} - {E_{{C_B}}} = \sum {W({{\overline F }_{ext}})} \)
\({E_{{C_C}}} - {E_{{C_B}}} = W(\overrightarrow P ) + W(\overrightarrow R )\)
\( - \frac{1}{2}mV_B^2 = - mgH\)
Soit \({V_B} = \sqrt {2gh} \). AN : \({V_B} = 52,73m.{s^{ - 1}}\)
Inventaire des forces rentre A et B
Système : locomotive
Forces extérieures : le poids de la locomotive, la force motrice et la réaction du support.
Application du TEC entre A et B
\({E_{{C_C}}} - {E_{{C_B}}} = \sum {W({{\overline F }_{ext}})} \)
\({E_{{C_C}}} - {E_{{C_B}}} = W(\overrightarrow P ) + W(\overrightarrow R )\) \( + W({\overrightarrow {F'} _{\min }})\)
\(\frac{1}{2}mV_B^2 = F{'_{\min }}AB\) \( \Rightarrow F{'_{\min }} = \frac{1}{{2AB}}mV_B^2\)
AN : \(F{'_{\min }} = 834,1N\)
Comparaison :
\(F{'_{\min }} = 834,1N\)
Conclusion: BA.PA a raison