Exercice 1 : Mouvements dans les champs de force l 7 points
Les parties A et B sont indépendantes et on prendra g = 9,8 m/s².
Partie A : Mouvement d'un bolide sur une piste / 4 points
Un bolide de masse m = 1 tonne démarre sur une route horizontale ; la vitesse de son centre d'inertie passe à 120 km/h sur une distance de 200 m. Les forces de frottement sont équivalentes à une force unique \(\vec f\) parallèle à la route dont le module est le dixième du poids du bolide.
1. Calculer son accélération moyenne. 0,5pt
2. Déterminer la force motrice supposée parallèle à la route développée par son moteur. 0,75pt
3. La piste horizontale est longue de 500 m et est perchée à une altitude de 50 m.
3.1. Déterminer la vitesse du bolide en bout de piste, 0,75pt
3.2. Arrivé en bout de piste à une date qu'on prend comme origine des dates, le bolide effectue un vol plané;
3.2.1. Établir l'équation de la trajectoire de son centre d'inertie dans un repère (O; x, z) Ox étant horizontal et Oz vertical descendant; O étant le point où se trouve le centre d'inertie du bolide à l'origine des dates.1pt
3.2.2. Calculer les coordonnées de son point de chute.  1pt

Partie B : Pendule électrostatique dans un condensateur plan / 3 points
Un pendule électrostatique est constitué d'une petite boule électrisée B de masse m = 10 g, de charge q = - 10^-6 C suspendue à un fil isolant, inextensible de longueur l et de masse négligeable. L'ensemble est plongé entre les armatures planes et verticales P et N d'un condensateur entre lesquelles est maintenue une tension U_PN ; les armatures sont distantes de 20 cm. Le pendule s'écarte alors de la verticale d'un angle \(\alpha = {8^o}\).
1. Sur un schéma clair où ressortiront les plaques P(+) et N(-), représenter toutes les forces qui s'appliquent sur B à l'équilibre. 1pt
2. Calculer U_PN. 1pt
3. Calculer la tension du fil. 1pt

Exercice 2 : Généralités sur les systèmes oscillants / 4 points
Un solide S est suspendu à un ressort à spire non jointive accroché verticalement. À partir de sa position d'équilibre stable O, on tire S vers le bas de 0,5 cm, et on l'abandonne sans vitesse initiale. S décrit alors un mouvement vertical autour de sa position d'équilibre.
1. Quelle est la nature du mouvement que décrit S ? 0,5pt
2. La durée de quatre passages consécutifs au point O est de 0,2 secondes. Déduire la période du mouvement de S. 0,75pt
3. Écrire la loi horaire du mouvement si à l'instant initial, S se déplace dans le sens des élongations négatives. 1pt
4. On éclaire le dispositif précédent à l'aide d'un Stroboscope à fréquence des éclairs variable. La plus grande valeur des éclairs pour laquelle S parait immobile hors de sa position d'équilibre est Ne = 10 Hz.
4.1. En déduire la période du mouvement. 0,5pt
4.2. Déterminer une fréquence pour laquelle S parait immobile à la position d'équilibre. 0,5pt
4.3. Décrire le mouvement de S si on règle la fréquence des éclairs à N‘ = 9,9 Hz. 0,7pt

Exercice 3 : Phénomènes ondulatoires et corpusculaires / 5 points
Partie A : La lumière / 2,5 points
La longueur d'onde seuil du métal constituant la cathode d'une cellule photoélectrique est \(0,65 \times {10^{ - 6}}\)m.
1. Calculer le travail d'extraction d'un électron de cette cathode. 0.5pt
2. La cathode de cette cellule est éclairée par deux radiations de longueur d'onde respectives \(0,70 \times {10^{ - 6}}\)m et \(0,50 \times {10^{ - 6}}\)m. Laquelle de ces deux radiations provoque-t-elle l'effet photoélectrique ? Pourquoi ? 0,5pt
3. La cellule est maintenant éclairée par une lumière monochromatique \(0,60 \times {10^{ - 6}}\)m.
3.1. Quelle est la vitesse maximale d'émission d'un électron ? 1pt
3.2. Définir « potentiel d'arrêt » 0,5pt
Données : \(e = 1,6 \times {10^{ - 19}}\)C ; \(h = 6,62 \times {10^{ - 34}}\) J.s ; \(c = 3 \times {10^8}\)m/s.

Partie B : Ondes Mécaniques / 2,5 points
1. La pointe d'un vibreur impose en un point A de la surface libre d'un liquide un mouvement sinusoïdale de direction verticale, de fréquence N = 14 Hz et d'amplitude Ym= 3 mm. On immobilise à l'aide d'un éclairage stroboscopique de fréquence convenable, les rides circulaires qui se forment à la surface et on mesure la distance L qui sépare la 1iere et 5ème ride.
1.1. Déterminer la longueur d'onde et déduire la célérité des ondes à la surface du liquide lorsque L = 92 mm. 0,5pt
1.2. Établir l'équation horaire du mouvement d’un point M de la surface situé à une distance d = 80,5 mm de A ; sachant qu'à l'instant initial le point A passe par la position d'équilibre en allant dans le sens des élongations croissantes. 0,75pt
2. On remplace la pointe par une fourche dont les pointes S₁ et S₂ sont distante 80 mm. La surface étant éclairée à l'aide d'un stroboscope, on observe une figure interférence.
2.1. Définir : Interférence mécanique. 0.5pt
2.2. Déterminer ‘le nombre des lignes entre S₁S₂ qui vibrent avec l'amplitude maximale. 0,75pt

Exercice 4 : Expérience de physique / 4 points
L'objectif de cet exercice est de déterminer la période radioactive du radioélément \({}_{82}^{214}Pb\)
1. Définir le terme « période radioactive ». 0,5pt
2. L’isotope \({}_{82}^{214}Pb\) est radioactif \({\beta ^ - }\) Écrire l'équation de désintégration radioactive de ce radioélément. 0,75pt
On donne l'extrait du tableau de classification périodique des éléments suivant :

3. On considère un échantillon contenant à l'instant initial N = 1011 noyaux de ce radioélément. Par un procède adéquat, on détermine le nombre de noyaux restant à l'instant t dans cet échantillon.

3.1. Tracer la courbe N = f(t). 1pt
Échelle : 1 cm pour 10 min et 1 cm pour 10⁹ noyaux.
3.2. Donner les valeurs de N pour t = 15 min ; t = 45 min ; t = 65 min. 0,75pt
3.3. Déterminer la période radioactive de l'isotope \({}_{82}^{214}Pb\) 1pt