PARTIE A : ÉVALUATION DES RESSOURCES / 24 points
EXERCICE 1 : Vérification des savoirs / 8 points
1. Définir : demi-vie radioactive, interfrange. 2pt
2. Énoncer la loi de Coulomb. 1pt
3. Donner l’unité SI de : la constante radioactive, la constante de Rydberg. 1pt
4. Quand dit-on qu’un dipôle est commandé ? 0,5pt
5. Répondre par vrai ou faux : 1pt
5.1. Un pendule simple est synchrone d’un pendule pesant lorsqu’ils ont la même longueur.
5.2. Une expression littérale homogène atteste toujours que la formule littérale est juste.
6. Donner les conditions de réalisation des interférences mécaniques. 1pt
7. Citer une application des ondes stationnaires et une application de l’effet Doppler. 1pt
8. Donner, en utilisant les périodes \(Te\) et \(T\) respectivement des éclairs et du mouvement, la condition d’immobilité apparente à deux repères fixes. 0,5pt
EXERCICE 2 : Application des savoirs / 8 points
1. Atténuation d’un faisceau de photons par la matière / 2 points
Le coefficient d’absorption linéique du plomb est \({\mu _{pb}} = 0,79\) cm -1 pour des photons de 1 Mev.
On définit la couche de demi-atténuation comme étant l’épaisseur de matière qui réduit de moitié l’intensité du faisceau de rayonnement.
1.1. Déterminer la longueur d’onde de ces photons. 1pt
1.2. Calculer la couche de demi-atténuation du plomb pour ces photons. 1pt
Données : h = 6,63.10 -34 J.s ; c = 3.108 m.s -1 ; 1 MeV = 1,6.10-13 J.
2. Circuit RLC / 2 points
Un circuit RLC série porte les indications suivantes : résistance 80 Ω ; impédance 180 Ω.
Déterminer :
2.1. Le facteur de puissance du circuit. 1pt
2.2. La puissance moyenne consommée lorsque la tension efficace aux bornes du circuit est U = 120 V.
3. Niveau d’énergie de l’atome d’hydrogène / 2 points
On fournit à un atome \(H\), pris à l’état fondamental, les énergies suivantes : 13 eV ; 13,6 eV ; 14 eV.
3.1. Quelles sont les énergies qui peuvent ioniser cet atome ? 1pt
3.2. Déterminer, le cas échéant, l’énergie cinétique de l’électron expulsé. 1pt
4. Oscillateur mécanique / 2 points
Un cerceau de rayon R et de masse m oscille autour de l’arête d’un couteau.
4.1. Montrer que la période propre T 0 des petites oscillations de ce cerceau autour de l’arête du couteau est de la forme \(To = 2\pi \sqrt {\frac{{2R}}{g}} \). 1,5pt
4.2. Calculer la valeur de R pour que ce pendule batte la seconde. 0,5pt
Prendre : g = 9,8 m/s 2
EXERCICE 3 : Utilisation des savoirs / 8 points
1. Ondes lumineuses / 4 points
Deux fentes fines \({F_1}\) et \({F_2}\) réalisées dans une plaque opaque (P), sont séparées d’une distance a = 1 mm. 
Elles sont éclairées par une fente fine F située dans le plan médiateur des fentes \({F_1}\) et \({F_2}\) . La fente F est éclairée par une lumière monochromatique de longueur d’onde \(\lambda = 0,6\mu m\).
1.1. Décrire l’aspect du phénomène qui se produit sur l’écran, puis représenter cet aspect. 1pt
1.2. Calculer la valeur de l’interfrange i sachant que D = 2 m. 1pt
1.3. On rote l’écran d’un angle \(\alpha = {9^o}\) autour d’un axe (Δ) passant par O.
a) Que se passe – t – il sur l’écran si le système reste éclairé par la même radiation ? 1pt
b) Calculer la valeur de la nouvelle interfrange i’ du nouveau système de frange obtenu. 1pt
2. Spire rectangulaire dans un champ magnétique uniforme / 4 points
Les côtés horizontaux et verticaux d'une spire rectangulaire ACDE ont respectivement pour longueurs a = 10 cm et b = 20 cm. La spire est suspendue à un point O par l'intermédiaire d'un fil de torsion de constante de torsion C et placée dans un champ magnétique uniforme \(\overrightarrow B \) horizontal d’intensité B = 0,07 T. Le vecteur champ \(\overrightarrow B \) est parallèle aux cotés horizontaux de la spire lorsqu'elle n’est parcourue par aucun courant. Lorsqu'on fait passer un courant d’intensité l = 15 A dans la spire, cette dernière effectue une rotation d’angle \(\alpha = {20^o}\) autour de l'axe vertical (Δ) passant par le fil de suspension (figure 1 ci-dessous). 
2.1. Reproduire la vue de dessus de la figure 1 et y représenter les forces électromagnétiques \(\overrightarrow {{F_1}} \) et \(\overrightarrow {{F_2}} \)qui s’exercent respectivement sur les côtés verticaux AC et ED
de la spire après la rotation. 0,5pt
2.2. Calculer l’intensité commune F de \(\overrightarrow {{F_1}} \) et \(\overrightarrow {{F_2}} \) sachant qu’elles sont appliquées aux milieux de ces côtés. 1pt
2.3. Donner les deux couples de forces qui s’exercent sur la spire après la rotation. 1pt
2.4. Appliquer la deuxième condition d’équilibre à la spire pour montre que \(C = \frac{{Fa\cos \alpha }}{\alpha }\) 1pt
2.5. Calculer la valeur de la constante C du fil de torsion si \(F = 2,1 \times {10^{ - 2}}N\) 0,5pt
PARTIE B : ÉVALUATION DES COMPÉTENCES / 16 points
Situation problème 1/ 8 points
Un joueur de pétanque veut pointer sa boule pour l’amener près du cochonnet (endroit servant de but aux joueurs de pétanque).
Le cochonnet se trouve à une distance D du point de lancement et la boule de pétanque ne doit pas dépasser une hauteur maximale \(H_{max}\) au-dessus du sol, car le plafond du gymnase peut gêner sa progression. La main du joueur lâche la boule à une hauteur h au-dessus du sol avec un angle \(\alpha \) sur l’horizontal.
La figure ci – dessus présente la situation de lancer. On néglige les forces exercées par l’air sur le système.
A l’examen des contraintes du jeu, deux camarades Ernest et Célestine sont en désaccord sur la réussite de l’opération. Pour Ernest, il manque d’autres données pouvant conduire à une conclusion. Mais pour Célestine, toutes les données sont réunies pour que le joueur réussisse l’opération.
Données : D = 6 m ; Hmax = 3 m ; h = 1,2 m ; α = 40° ; g = 9,8 m.s -2 .
En utilisant les informations ci-dessus et à l’aide d’une démarche scientifique, départage les deux camarades.
Situation problème 2 / 8 points
Dans le laboratoire du Lycée, le professeur de physique, assisté de ses élèves, veut déterminer expérimentalement la valeur de la constante de Planck. Il dispose pour ce faire : d’une cellule photoémissive à cathode de césium, d’un générateur de tension variable E, d’un voltmètre V, d’un galvanomètre g et d’un interrupteur K. Pendant que ses élèves sont distraits, le professeur utilise la cellule photoémissive qu’il éclaire successivement par des faisceaux lumineux monochromatiques de même puissance P, mais de fréquences ν différentes. Il relève pour chacune des tensions, la valeur de la tension d’arrêt U 0 de la cellule. Il consigne ses résultats dans le tableau suivant : 
Lorsque les élèves se retournent vers leur professeur pour continuer l’expérimentation, ils ne trouvent que le tableau des résultats obtenus. Déçus, les élèves sollicitent ton aide pour comprendre l’expérience.
A partir de tes connaissances et en exploitant les informations ci – dessus :
1. Propose le montage électrique ayant permis d’obtenir les données de ce tableau. 3pt
2. Déduis la valeur de la constante de Planck h en te servant du papier millimétré en annexe. 5pt
Données : charge élémentaire e = 1,6.10 -19 C ; célérité c = 3.108 m.s -1
