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.