I. ÉVALUATION DES RESSOURCES 24 Points

EXERCICE 1 : VÉRIFICATION DES SAVOIRS 8Pt

1) Définition : 0,5pt
L’effet joule est le dégagement de chaleur qui se produit dans un conducteur lorsque celui-ci est parcouru par un courant électrique.
2) Énonçons le théorème de l’énergie cinétique et donnons sa forme mathématique. 1,5pt
« Dans un référentiel galiléen, la variation de l’énergie cinétique d’un système dans un intervalle de temps donné, est égale à la somme algébrique des travaux de toutes les forces extérieures appliquées à ce système pendant cet intervalle de temps »
Expression mathématique : $\Delta {E_C} = \sum {W(\overrightarrow F ext)}$
3) Énonçons les deux postulats de BOHR. 2pt
Postulat 1 : « Un niveau d’énergie est une orbite privilégiée suivant lequel les électrons gravitent autour du noyau d’un atome »
Postulat 2 : « Une transition est le passage d’un niveau d’énergie à un autre. Les variations d’énergies ne peuvent prendre que des valeurs bien déterminées : on dit qu’elles sont quantifiées »
4) Énonçons la loi de Lenz. 1pt
« Le sens du courant induit est tel que, par ses effets électromagnétiques, il s’oppose toujours à la cause qui lui donne naissance ».
5) Énonçons la loi de POUILLET. 1pt
« Dans un circuit fermé sans dérivation, l’intensité de courant qui traverse le circuit est égale à la somme des f.é.m. des générateurs moins la somme des f.c.é.m. des récepteurs sur la résistance totale du circuit »
Expression mathématique : $I = \frac{{\sum E - \sum {E'} }}{{\sum R }}$
6) La différence entre induction électromagnétique et auto-induction ? 1pt
• L’induction électromagnétique est le phénomène d’apparition d’une f.é.m. induite dans un circuit, lorsque celui-ci subit une variation du flux d’un champ magnétique à travers lui
• L’auto-induction est le phénomène d’apparition d’une f.é.m. induite dans un circuit, lorsque celui-ci subit une variation de son flux propre.
7) Donnons la représentation schématique d’un œil myope corrigé. 1pt

EXERCICE 2 : APPLICATION DES SAVOIRS 8 Pt

PARTIE A : / ÉNERGIE MÉCANIQUE / 4 Pt

1) Donnons l’expression des énergies cinétique et potentielle au point A.1pt
${E_C}(A) = \frac{1}{2}mV_A^2$ avec ${V_A} = 0$ alors ${E_C}(A) = 0$ ainsi ${E_P}(A) = mg{h_A}$
2) Donnons l’expression des énergies cinétiques et potentielles aux points B et C. 1pt
Au point B
${E_C}(B) = \frac{1}{2}mV_B^2$
${E_P}(B) = - mg{h_B}$
Au point C
${E_C}(C) = \frac{1}{2}mV_C^2$
${E_P}(C) = mg{h_C}$
3) Déduisons les vitesses du skieur aux points B et C.. 2pt
${E_C}(B) - {E_C}(A) =$ $- {E_P}(B) - {E_P}(A) =$ $\frac{1}{2}mV_B^2 = - ( - mg{h_B}$ $- mg{h_A})$
Point B
$V_B^2 = 2mg({h_B} + {h_A})$
AN : ${V_B} = 12$ m/s
Point C
${V_C} = \sqrt {2mg({h_A} - {h_C})}$
AN : ${V_C} = 8$ m/s

PARTIE B : LE TÉLESCOPE DE NEWTON/ 4 Pt

1) Nommer sur votre copie, les éléments optiques légendés 1, 2, et 3. 1,5pt
1. Miroir principal
2. Miroir secondaire
3. Oculaire
2) Calculons le grossissement de ce télescope. 0,5pt
$G = \frac{{f{'_{ob}}}}{{f{'_{oc}}}} = 1000$
3) A travers ce télescope, on observe la planète Mars sous un diamètre apparent $\theta ' = 2,7116 \times {10^{ - 2}}rad$
3.1) Calculons le diamètre apparent la planète Mars vu par cet observateur à l’œil nu. 1pt
$G = \frac{{\theta '}}{\theta } \Rightarrow \theta =$ $\frac{{\theta '}}{G} = 27,116 \times {10^{ - 6}}$ rad.
3.2) Calculons la distance entre la terre point d’observation et la planète Mars. 1pt
$\theta = \frac{d}{D} \Rightarrow D$ $= \frac{d}{\theta } = 250 \times {10^6}$ km

EXERCICE 3 : UTILISATION DES SAVOIRS 8pt

PARTIE A : QUANTITE DE CHALEUR / 4 Pt

Un calorimètre de capacité thermique K=150J/⁰K
1) Déterminons la Quantité de chaleur à recevoir par la glace pour se fondre entièrement. 0,5pt
$Q = {Q_1} + {Q_2}$ alors $Q = 37620J$
2) Déterminons la Quantité de chaleur à fournir par l’eau et le calorimètre pour atteindre la température de solidification (0°C). 0,5pt
$Q' = - 69160J$
3) Ya-t-on encore la glace à l’état final du système ? Justifions. 1pt
non car $\left| {Q'} \right| \succ Q$
4) Déterminons la température θ de l’état d’équilibre du système. 2 pt
A l’équilibre, on a :
$Q + {Q_3} + Q'' = 0$
$Q + {m_g}{C_e}\theta + ({m_e}{C_e}$ $+ K)(\theta - 70) = 0$
$\theta = \frac{{70({m_e}{C_e} + K) - Q}}{{({m_g} + {m_e}){C_e} + K}}$
$\theta = 22,42{}^oC$

PARTIE B : INDUCTION MAGNÉTIQUE / 4Pt

1) Donnons les caractéristiques du vecteur champ magnétique $\overrightarrow B$ crée au centre du solénoïde. 1,5pt
• Point d’application : le centre du solénoïde
• Direction : suivant l’axe du solénoïde
• Sens : suivant la règle du tire-bouchon
• Intensité $B = \frac{{4\pi {{10}^{ - 7}}NI}}{L}$ Soit $B = 0,02T$
2) Faisons un schéma indiquant le sens du courant, le vecteur champ magnétique $\overrightarrow B$ et quelques lignes de champ magnétique dans ce solénoïde. 0,5pt
3) On place dans ce solénoïde une bobine plate circulaire de 8 cm de rayon et comportant 250 spires de telle sorte que le flux qui traverse la bobine soit maximal.
Exprimons et calculer ce flux.1pt
$\phi = NBS = NB\pi {R^2}$
$\phi = 0,1web$
4) Déterminons la valeur de la f.é.m. induite moyenne pendant cette variation de courant. 1pt
${e_{moy}} = \frac{{\Delta \phi }}{{\Delta t}} = 0,05V$

II. ÉVALUATION DES COMPÉTENCES 16 Points

Problème scientifique : déterminer la distance focale d’une lentille divergente.
Démarche à suivre:
• Recopier puis compléter le tableau de mesure.
• Traçer la courbe $\frac{1}{{\overline {OA'} }} = f\left( {\frac{1}{{\overline {OA} }}} \right)$
• Exprimer $\frac{1}{{\overline {OA'} }}$ en fonction de ${\frac{1}{{\overline {OA} }}}$ et de la vergence C de la lentille
• Déterminer graphiquement la valeur expérimentale de la vergence du système
• Déterminer la vergence de la lentille divergente
• Déduire la distance focale de la lentille utilisée
• Comparer.
1) Recopions puis complétons le tableau de mesure ci-dessus 2 pts

2) Traçons la courbe $\frac{1}{{\overline {OA'} }} = f\left( {\frac{1}{{\overline {OA} }}} \right)$
3) Exprimons $\frac{1}{{\overline {OA'} }}$ en fonction de ${\frac{1}{{\overline {OA} }}}$ et de la vergence C de la lentille
$\frac{1}{{\overline {OA'} }} = \frac{1}{{\overline {OA} }} + {C_{syst}}$
4) Déterminons graphiquement la valeur expérimentale de la vergence du système de lentille utilisée.
Graphiquement, on trouve ${C_{syst}} = 10\delta$
5) Déterminons la vergence de la lentille divergente
D’après le théorème des vergences, on a ${C_{sys}} = {C_C} + {C_D}$ $\Rightarrow {C_D} = {C_{syst}} - {C_C}$ $= - 5\delta$
6) Déduisons la distance focale de la lentille utilisée $f{'_D} = \frac{1}{{{C_D}}} = - 20cm$
Conclusion: c’est le deuxième groupe d’élève qui a trouvé la bonne réponse.