Partie I : Évaluation des ressources

Exercice I : Vérification des savoirs / 8 points

1. Définitions
Point de fonctionnement d'un circuit : Couple de valeur intensité-tension pour lequel un circuit fonctionne . 1 pt
Énergie cinétique : énergie que possède un corps du fait de sa vitesse. 1 pt
2. Unités Si des grandeurs physiques :
Quantité de chaleur: en joules (J) ; 0,5 pt
Flux magnétique : en webers ( Wb). 0,5 pt
3. La loi de Lenz : le sens du courant induit est tel que par ses effets électromagnétiques, il s'oppose toujours à la cause qui lui donne naissance. 1 pt
4-
i). vrai 1 pt
(ii). Faux 1 pt
5. Fonctionnement d'un alternateur:
La rotation du rotor (partie mobile) devant le stator (partie fixe) provoque une variation de flux magnétique et entraîne la production de la tension alternative.

Exercice 2 : Application des savoirs / 8 points

Partie 1 : Quantité de chaleur / 8 points

1.1. Quantité de chaleur qu'il faut fournir au morceau de plomb : 1,5 X 2 = 3 pts
1.2. \({Q_1} = m{C_S}\) \(\left( {{\theta _f} - {\theta _1}} \right) = \) \(7,8 \times {10^3}J\)
1.1. Quantité de chaleur qu'il faut pour faire fondre totalement un morceau de plomb :
\({Q_2} = m{L_f} = \) \(5,26 \times {10^3}J\) 1,5 x 2 = 3 pts
1.3. Quantité de chaleur totale à fournir au morceau de plomb : 1 X 2 = 2 pts
\(Q = {Q_1} + {Q_2}\) \( = 1,3 \times {10^4}J\)

 Partie : : Lunette astronomique / 4 points

(Les quatre (4) points de cette partie sont reversés sur la partie 1 précédente)

Exercice 3: Utilisation des savoirs / 8 points

Partie 1 : Énergie et puissance électrique / 4 points

1.1. Intensité du courant électrique dans le circuit en utilisant la loi de Pouillet : 0,5 x2 = 1 pt
\(I = \frac{{E - E'}}{{r + r'}}\) \( = 0,12A\)
1.2. Puissance électrique dissipée par effet ioule : 0,5 x 2 = 1pt
\(Pd = r'{I^2}\) \( = 0,35W\)
1.3. Puissance électrique transformée en puissance chimique: 0,5 x 2 = 1 pt
\(Pe = E'I\) \( = 0,18W\)
1.4. Rendement de l’électrolyseur : 0,5 x 2 = 1 pt
\(\mu = \frac{{E'}}{{E' + r'I}}\) \( = 0,34\) soit \(\mu = 34\% \)

Partie : : Spectre lumineux / 4 points

2.1. Longueur d'onde maximale \(\lambda \) : 0,5 x 2 = 1 pt
\(\lambda = \frac{{2,898 \times {{10}^{ - 3}}}}{T}\) \( = 600\) nm
La lumière émise est orange. 1 pt
2.2. Fréquence de la lumière émise : 0,5 x 2 = 1 pt
\(\lambda = \frac{c}{v} = \) \(5 \times {10^{ - 7}}Hz\)
Énergie en eV de la lumière émise : 0,5 x 2 = 1 pt
\(E = hv\) \( = 2,07eV\)

Partie B : Évaluation des compétences

Le problème scientifique posé est de vérifier l'existence ou non des frottements sur la portion AC afin de départager les deux élèves.
Pour cela, nous allons :
• utiliser le théorème de l'énergie cinétique entre les points A et C pour déterminer la vitesse théorique \({\left( {{V_C}} \right)_{th}}\), du chariot en C en absence de frottement ;
• Comparer la valeur obtenue à celle indiquée par le capteur ;
• Conclure.
(i)- Détermination de \({\left( {{V_C}} \right)_{th}}\)
En absence de frottement :
\(\Delta {E_C} = {W_{AC}}\left( {\overrightarrow P } \right)\) \( + {W_{AC}}\left( {\overrightarrow R } \right)\)
\({E_C}\left( C \right) - {E_C}\left( A \right)\) \( = {W_{AC}}\left( {\overrightarrow P } \right)\) \( = mgAC\sin \alpha \)
Car \(\overrightarrow R \bot \overrightarrow {AC} \) et \({W_{AC}}\left( {\overrightarrow R } \right) = 0\)
\({E_C}\left( C \right) = \) \(\frac{1}{2}m\left( {{V_C}} \right)_{th}^2\)
\({V_A} = 0 \Rightarrow \) \({E_C}\left( A \right) = 0\)
Soit
\(\frac{1}{2}m\left( {{V_C}} \right)_{th}^2 = \) \(mgAC\sin \alpha \Rightarrow \) \({\left( {{V_C}} \right)_{th}} = \) \(\sqrt {2gAC\sin \alpha } \)
\({\left( {{V_C}} \right)_{th}} = 2,83\) m/s
(ii)- Comparaison
\({\left( {{V_C}} \right)_{th}} = 2,83\) est égale à la vitesse indiquée par le capteur.
(iii)- conclusion
L'hypothèse de l'absence de frottement est confirmée, il n'y a pas de frottement sur la portion (AC).
Le problème posé est de vérifier si le chariot parti du point C avec la vitesse indiquée peut atteindre ou non le point D.
Pour cela nous allons :
• utiliser le TEC ou PCEM sur la portion CD pour déterminer la vitesse théorique \({\left( {{V_D}} \right)_{th}}\) avec laquelle le chariot arriverait en D;
• interpréter le resultat obtenu et conclure
(i)- Détermination de \({\left( {{V_D}} \right)_{th}}\)
• Forces : \({\overrightarrow P }\) et \({\overrightarrow R }\).
Le TEC appliqué au chariot s'écrit :
\({E_C}\left( D \right) - \) \({E_C}\left( C \right) = \) \({W_{CD}}\left( {\overrightarrow P } \right) + \) \({W_{CD}}\left( {\overrightarrow R } \right)\)
Avec \({W_{CD}}\left( {\overrightarrow R } \right) = 0\)
\(\frac{1}{2}mV_D^2 - \) \(\frac{1}{2}mV_C^2 = \) \( - 2mgr\)
\({V_D} = \sqrt {V_C^2 - 4gr} \) \( = \sqrt { - 3,9911} \) impossible
(iii) Interprétation et conclusion
Le chariot ne pourra pas atteindre le point D.