PARTIE I: ÉVALUATIONS DES RESSOURCES (24 points)

EXERCICE 1 : Vérification des savoirs (8 points)

1- Définir chacun des termes suivants :Effet photoélectrique ; Radioactivité. 2 pts
2- Énoncer : - le théorème du centre d’inertie- La loi de Laplace 2 pts
3- L’énergie électrique emmagasinée par un condensateur peut être déterminée par l’expression $E = \frac{1}{2}\frac{{{Q^2}}}{C}$. Indiquer les grandeurs physiques qui interviennent dans cette relation en précisant pour chacune d’elles son unité dans le système international. 2 pts
4- Répondre par vrai ou faux.
4.1- La force de Lorentz est la force que subit un conducteur parcouru par un courant et plongé dans un champ magnétique. 1 pt
4.2- Deux corps de masses ${m_1}$ et ${m_2}$ avec ${m_1} \succ {m_2}$ exercent mutuellement l’un sur l’autre des forces de gravitation d’intensités égales.1 pt

EXERCICE 2 : Application des savoirs (8 points)

PARTIE 1 : Ondes mécaniques/ (3 pts)

L’extrémité d’une corde est fixée à l’extrémité O d’un vibreur de fréquence 50 Hz l’autre extrémité est fixée à un dispositif empêchant la réflexion des ondes.
1- Déterminer la longueur d’onde sachant que les vibrations se propagent à la célérité de $10m/s$ 1pt
2- Comparer les mouvements de deux points M et N de la corde situés respectivement aux distances ${x_1} = 15cm$ et ${x_2} = 45cm$ du point 0. 2pts

PARTIE 2 : Circuit RLC/(3 pts)

Un circuit RLC tel que $R = 20\Omega$; L=0.2H et C=0.02mF est alimenté sous une tension alternative sinusoidale $u(t) = 5\sqrt 2$ $\cos \left( {100\pi t + \varphi } \right)$ en volt.
1- Construire sans soucis d’échelle le diagramme de Fresnel associé à ce circuit.1pt
2- Déterminer l’intensité efficace du courant dans ce circuit et le déphasage φ de la tension aux bornes de ce circuit. 2pts

PARTIE 3 : Radioactivité/ (2 pts)

Le nucléide Carbone ${}_6^{14}C$ subit une radioactivité de type ${\beta ^ - }$ pour donner l’azote.
1- Ecrire l’équation de la désintégration du carbone 14. 1pt
2- Ecrire l’expression du nombreNde noyaux ${}_6^{14}C$ présents dans un échantillon après un temps t en fonction du nombre ${N_0}$ de noyaux initialement présents dans cet échantillon et de la constante radioactive $\lambda$ du carbone. 1pt

EXERCICE 3 : Utilisation des savoirs (8 points)

1. Force de Laplace/ (5 pts)

La balance de coton schématisée (figure ci-contre) fonctionne comme suit :
On accroche l’objet dont on veut mesurer la masse m à l’extrême droite du dispositif. L’ensemble est libre de tourner autour d’un axe horizontal (∆) passant par le point O. A l’aide d’un rhéostat, on fait varier l’intensité du courant I dans le circuit, de façon à rétablir l’équilibre de la balance (C’est-à-dire jusqu’à ce que les portions de longueur $x$ et $d$ soient à nouveau horizontales).Seule la partie horizontale de la balance se trouvant dans circonscrite sur la figure par le rectangle représenté en traits interrompus est soumise à l’action du champ magnétique $\overrightarrow B$.
1.1- Quel doit être le sens du courant dans le circuit pour espérer rétablir l’équilibre ?1pt
1.2- Établir la relation qui donne la masse m à mesurer en fonction de $I$ $B$, $x$, $l$, $d$ et $g$ à l’équilibre.3pts
1.3- Calculer la valeur numérique de m. 1pt
On donne : $B = 2 \times {10^{ - 7}}T$, $x =10$ cm $l = 20$ cm, $d = 30$ cm $I= 6 A$ $g = 10 m/s^2$

2. Effet photoélectrique/ (3 pts)

L’énergie d’extraction d’un électron du métal de la cathode d’une cellule photoélectrique à vide est $Es = 1,90eV$.
2.1- Calculer la longueur d’onde ${\lambda _S}$ correspondant au seuil photoélectrique. 1pt
2.2- Cette cathode est éclairée successivement par deux radiations de longueurs d’onde : ${\lambda _1} = 0,70\mu m$ et ${\lambda _2} = 0,50\mu m$ .
Quelles sont parmi ces radiations celles qui provoquent l’effet photoélectrique ?
On donne $h = 6,62 \times {10^{ - 34}}J.s$ et $C = 3 \times {10^8}m/s$ 2pts

PARTIE II: EVALUATIONS DES COMPÉTENCES (16 points)

Situation problème 1 / (8 pts)
Pour déterminer l’intensité du champ électrique crée entre deux plaque parallèles et horizontales, un groupe d’élèves utilise le dispositif ci-dessous :
Un ressort de raideur k = 100 N/m est fixé à la plaque supérieure par l’intermédiaire d’un isolant.
A son extrémité libre, on suspend une petite bille de masse m et de charge $q = 6 \times {10^{ - 7}}C$. Un générateur crée entreles deux plaques un champ électrique uniforme :
-Lorsque la plaque supérieure est reliée au pôle positif du générateur, le ressort s’allonge de $\Delta {l_1} = 2,5$ cm .
-Lorsque la plaque supérieure est reliée au pôle négatif du générateur, le ressort s’allonge de $\Delta {l_2} = 1,3$.
Tâche : Aides ces élèves à déterminer l’intensité du champ électrique.

Situation problème 2 : 8 pts
Le tennisman Serbe Novak Djokovic frappe en un point P situé à une hauteur $h = 2,7$ m au-dessus du sol à l’aide d’une raquette, une balle de tennis, assimilable à un point matériel.
Celle-ci part de ce point à un instant $t$ pris comme origine des dates $(t=0)$ avec une vitesse $\overrightarrow {{V_0}}$ faisant un angle $\alpha = {45^o}$ avec l’horizontale, de valeur $Vo = 10m/s$ figure 2 ci-dessus). Le filet de hauteur $h_o = 1$ m est placée à une distance $L = 12$ m du point O.On suppose que le service est réussi lorsque la balle traverse le filet et on prendra $g = 10m/s$.
Tâche : Prononce-toi sur ce service de Novak Djokovic.