Partie 1 : Évaluation des ressources / 24 points
Exercice 1 : Vérification des savoirs / 8 points
1.1 Formule traduisant la loi de Wien : \(T \times {\lambda _{\max }} = cte\) 1 pt
T : température absolue de surface du corps chaud 0,5 pt
\({\lambda _{\max }}\) : longueur d'onde d'émission maximale du corps chaud 0,5 pt
1.2 Unité des grandeurs physiques : 0,5 x 4 = 2 pts
• Force électromotrice : volt (V);
• Flux magnétique : weber(Wb);
• Champ magnétique : tesla(T) ;
• Puissance d'un instrument optique : dioptrie (\(\delta \)).
1.3 Rôle et principe de fonctionnement d'un alternateur
Rôle : production du courant alternatif 1 pt
Principe de fonctionnement : il est basé sur l'induction électromagnétique avec la rotation du rotor devant le stator qui provoque la variation du flux magnétique. 1 pt
1.4 Énoncé :
Loi de Joule : La quantité de chaleur dissipée par un résistor est proportionnelle à sa résistance, au carré de l'intensité du courant et à la durée de passage du courant 1 pt
Loi de Lenz : Le sens du courant induit est tel que par ses effets électromagnétiques il s'oppose à la cause qui lui a donné naissance. 1 pt
Exercice 2 : Application des savoirs / 8 points
2.1 Détermination de l'incertitude absolue sur la capacité
\(\Delta C = \Delta {C_1}\) \( + \Delta {C_2}\) 0,5 pt
AN: \(\Delta C = 1,1\mu F\) 0,5 pt
Expression du résultat :
\(C = {C_1} + {C_2}\) \( = 22\mu F\) 0,5 pt
\(C = \left( {22,0 \pm 1,1} \right)\mu F\) 0,5 pt
2.2 Détermination de la force électromotrice du générateur
\({U_G} = E - rI\) \( \Rightarrow E = \) \({U_G} + rI\) 0,5 X 2 = 1pt
AN : E = 13 V 0,5 pt
2.3 Détermination de l'énergie en joule et électron-volt
\(E = \frac{{hc}}{\lambda }\) 0,5 pt
\(E = 3,06 \times {10^{ - 19}}J\) \( = 1,91eV\) 0,5 X 2 = 1 pt
2.4.1 Calcul du flux du champ magnétique à travers le solénoïde
\(\Phi = NBS\cos \theta \) \( = NBS\) car \(\theta = 0\) 0,5 x 2 = 1 pt
\(\Phi = 9,42 \times {10^{ - 4}}Wb\) 0,5 pt
2.4.2.1 Explication du courant induit.
En annulant le champ magnétique il se produit dans le solénoïde une variation de flux qui produira par la suite un courant induit d'après la loi de Lenz 1 pt
2.4.2.1 Quantité d'électricité induite
\(Q = \frac{{NBS}}{R}\) 0,5 pt
AN : \(Q = 9,42 \times {10^{ - 5}}C\) 0,5 pt
Exercice 3 : Utilisation des savoirs / 8 points
3.1.1 Construction de l’image A’B’ de AB à travers la lentille L1 1 pt
3.1.2 Détermination de la nature, la position et la grandeur de A’B’
• Position : En exploitant la formule de conjugaison
\(\frac{1}{{\overline {OA'} }} - \frac{1}{{\overline {OA} }}\) \( = \frac{1}{{{f_1}}} \Rightarrow \overline {OA'} \) \( = \frac{{\overline {OA} \times {f_1}}}{{\overline {OA} + {f_1}}}\) \( = 0,75m\) 1 pt
• Nature de l'image : Image réelle car \(\overline {OA'} \succ 0\) 0,5 pt
• Grandeur : \(\gamma = \frac{{\overline {OA'} }}{{\overline {OA} }} = \) \(\frac{{\overline {A'B'} }}{{\overline {AB} }} \Rightarrow \) \(\overline {A'B'} = \) \(\overline {AB} \frac{{\overline {OA'} }}{{\overline {OA} }}\) \( = - 1cm\) 0,5 pt
3.1.3 Détermination de la distance focale de la lentille L2
Soit A’B’ l’objet pour la lentille L2, A”B” son image et f2 da distance focale. En exploitant la formule de conjugaison, nous avons :
\(\frac{1}{{\overline {O'A''} }} - \frac{1}{{\overline {O'A'} }}\) \( = \frac{1}{{{f_,}}} \Rightarrow {f_2} = \) \(\frac{{\overline {O'A''} \times \overline {O'A'} }}{{\overline {O'A'} - \overline {O'A''} }}\) \( = - 0,5m\) 0,75 x 2 = 1,5 pt
La lentille L2 est divergente car sa distance focale est négative. 0,5 pt
3.2.1 Schéma du montage 1 pt
3.2.2 Détermination de l'intensité du courant dans le circuit 0,5 x 2 = 1 pt
D'après la loi de Pouillet : \(I = \frac{E}{{R + r + g}}\) \( = 0,44A\)
3.2.3 Détermination de l’indication sur le voltmètre placé aux bornes du générateur
\({U_G} = E - rI\) \( = 4,67V\) 0,5 x 2 = 1 pt
Partie Il : Évaluation des compétences / 16 points
SITUATION PROBLÈME : Vérification de la pureté du fer / 16 points
Prise de position sur la valeur en eau \(\mu \)
Le problème posé est de vérifier si la valeur en eau marquée sur le calorimètre jamais utilisé est exacte.
Pour cela, nous allons :
• Déterminer les quantités de chaleur échangées par les différentes parties du système.
• Appliquer le principe des échanges de chaleur pour déterminer la valeur en eau, la comparer à celle marquée sur le calorimètre et conclure.
Quantité de chaleur échangée par le calorimètre et son contenu : \({Q_1} = \left( {{m_1} + \mu } \right)\) \(Ce\Delta \theta \) 0,5 pt
Quantité de chaleur échangée par l’eau ajoutée : \({Q_2} = {m_2}Ce\Delta \theta '\) 0.5pt
D'après le principe des échanges de chaleur :
\({Q_1} + {Q_2} = 0\) \({Q_1} + {Q_2} = 0\) \( \Rightarrow \mu = \) \(\frac{{{m_2}\Delta \theta '}}{{\Delta \theta }} - {m_1}\) 1 pt
AN : \({\mu _{\exp }} = 18,18g\) \( \approx 18,2g = {\mu _{th}}\) 0,5 pt
La valeur en eau marquée sur le calorimètre jamais utilisé est correcte car la valeur expérimentale est sensiblement égale à la valeur théorique. 0,5 x 2 = 1 pt
2 Avis sur l'état de pureté du fer
Le problème posé est de vérifier la pureté du fer à béton afin d'orienter l'entreprise dans sa commande.
Pour cela, nous allons :
• Déterminer les quantités de chaleur échangées par les différentes parties du système.
• Appliquer le principe des échanges de chaleur pour déterminer la chaleur massique du fer, la comparer à celle donnée par la littérature et conclure.
Quantité de chaleur échangée par le calorimètre et son contenu :
\(Q = \left( {m + \mu } \right)Ce\Delta \theta ’\) 1 pt
Quantité de chaleur échangée par le fer : \({Q_{Fe}} = {m_{Fe}}{C_{Fe}}\Delta \theta ''\)
D'après le principe des échanges de chaleur :
\(Q + {Q_{Fe}} = 0 \Rightarrow \) \({C_{Fe}} = \) \(\frac{{\left( {m + \mu } \right)\Delta \theta '}}{{{m_{Fe}}\Delta \theta ''}}\) 1 pt
AN : \({C_{Fe}} = 451,78J\) \(/Kg/K\)
\({C_{Fe}} = 451,78J\) \(/Kg/K \ne 470J\) \(/Kg/K\)
L’entreprise ne doit pas passer la commande car le fer à béton n'est pas pur.
Présentation 1 pt
