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.