Partie l : Évaluation des ressources / 24 points

Exercice 1 : Vérification des savoirs / 8 points

1.1. Définitions :
Intervalle de confiance d'une mesure : Ensemble des valeurs comprises entre deux bornes dans lequel se trouve la valeur vraie de la mesure. 1 pt
Flux magnétique : Grandeur physique égale au produit scalaire du vecteur champ magnétique \(\overrightarrow E \) et du vecteur surface \(\overrightarrow S \) 1 pt
1.2 Énonces :
• 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 . 1pt
• Principe de conservation de l'énergie mécanique : L'énergie mécanique d'un système isolé se conserve. 1 pt
1.3. Unités des grandeurs :
• puissance d'un microscope : dioptrie \(\left( \delta \right)\) 0,5 pt
• inductance d'une bobine : henry (H) 0.5 pt
1.4. Deux parties de l'œil réduit : 0.5 pt x 2
• Iris ou pupille (ou Diaphragme) ;
• Cristallin (ou Lentille convergente) ;
• Rétine (ou Écran).
1.5. Expérience permettant de décomposer la lumière blanche en ses différentes radiations :
Expérience à l'aide d'un prisme
On éclaire un écran blanc avec la lumière blanche d'une lampe et on interpose le prisme entre la lampe et l'écran. Lorsque la lumière blanche traverse le prisme, on observe sur l'écran un spectre continu constitué des différentes radiations que renferme cette lumière.

Exercice 2 : Application des savoirs / 8 points

1. Puissance et énergie / 3 points

1.1. Puissance reçue par le récepteur: 0,75 x 2 = 1,5 pt
\(P = UI\) \( = 6W\)
1.2. Énergie électrique consommée : 0,75 x 2 = 1,5 pt
\(Wel = Pt = \) \(UIt = 21600J\) \( = 6Wh\)
2. circuits électriques / 2 points
Intensité l du courant dans le circuit
D'après la loi de Pouillet : 1 X 2 = 2 pts
\(I = \frac{E}{{R + r}}\) \( = 0,3A\)
3. Énergie d'un photon / 1,5 points
\(W = \frac{{hc}}{\lambda }\) \( = 3,4 \times {10^{ - 19}}J\)
4. lentille mince / 1,5 points
4.1.Nature de la lentille : La lentille est divergente. 0,5 pt
4.2.Vergence :
\(C = \frac{1}{{OF'}}\) \( = - 50\delta \)

Exercice 3 : Utilisation des savoirs / 8 points

1. Optique / 4 points
1 1 Position de l’image 0,5 x2 = 1 pt
Partant de la formule de conjugaison \( - \frac{1}{{\overline {OA} }} + \frac{1}{{\overline {OA'} }} = \frac{1}{{\overline {OF'} }}\) ,
on obtient \(\overline {OA'} = \frac{{\overline {OA} \times \overline {OF'} }}{{\overline {OA} + \overline {OF'} }}\) \( = 36\) cm
Nature: Image réelle, car \(\overline {OA'} \succ 0\). 0,5 x 2 = 1 pt
1.2 Grandeur de l'image : 0,5 x 2 = 1 pt
Partant de la formule du grandissement, nous avons :
\(\gamma = \frac{{\overline {OA'} }}{{\overline {OA} }} = \) \(\frac{{\overline {A'B'} }}{{\overline {AB} }} \Rightarrow \overline {A'B'} \) \( = \overline {AB} .\frac{{\overline {OA'} }}{{\overline {OA} }}\) \( = - 10\) mm
1.3 Calcule e la vergence de la lentille L₂ 0,5 x 2 = 1 pt
\({C_2} + C = 0\) \( \Rightarrow {C_2} = - 8,3\delta \)
3. Calorimétrie / 4 points
2.1 Expression de la quantité de chaleur cédée par le plomb : 1 PT
\({Q_2} = {m_2}{C_{Pb}}\) \(\left( {{\theta _f} - {\theta _2}} \right)\)
2.2 Expression de la quantité de chaleur reçue par le calorimètre et son contenu : 1pt
\({Q_1} = \left( {{m_1} + \mu } \right)\) \({C_e}\left( {{\theta _f} - {\theta _1}} \right)\)
2.3 Température d'équilibre:
D'après le principe des échanges de chaleur :
\({Q_1} + {Q_2} = 0 \Leftrightarrow \) \(\left( {{m_1} + \mu } \right){C_e}\) \(\left( {{\theta _f} - {\theta _1}} \right) + \) \({m_2}{C_{Pb}}\left( {{\theta _f} - {\theta _2}} \right)\) \( = 0\)
\({\theta _f} = \) \(\frac{{{m_2}{C_{Pb}}{\theta _2} + \left( {{m_1} + \mu } \right){C_e}{\theta _1}}}{{{m_2}{C_{Pb}} + \left( {{m_1} + \mu } \right){C_e}}}\) 0,75 pt
\({\theta _f} = {28,3^o}C\) 0,75 pt

Partie lI : Évaluation des compétences / 16 points

Examen de l'utilisation du dispositif 1
Il s'agit de déterminer la force de frottement pour vérifier si le transport des sacs de ciment peut se faire à l'aide du remonte pente sans déchirure.
Pour cela:
• Établir l'expression théorique du travail \(W\left( {\overrightarrow F } \right)\) de la force motrice en fonction de la longueur x du déplacement, en utilisant le théorème de l'énergie cinétique;
• Calculer la valeur expérimentale de la force de frottement ;
• La comparer à la valeur critique et conclure.
1.1. Bilan des forces
Un sac de ciment est soumis à :
• son poids \({\overrightarrow P }\);
• la réaction \({\overrightarrow R }\) ;
• la force motrice \({\overrightarrow F }\) ;
• la force de frottement \({\overrightarrow f }\) supposée constante.
1.2.Expression du travail de la force motrice
D'après le théorème de l'énergie cinétique. \(\Delta {E_C} = \) \(\sum {W\left( {\overrightarrow {{F_{ext}}} } \right)} \)
comme la vitesse est constante, on a : \(\sum {W\left( {\overrightarrow {{F_{ext}}} } \right)} = 0\)
Par ailleurs, \(W\left( {\overrightarrow P } \right) = \) \( - mgx\sin \alpha \), \(W\left( {\overrightarrow {{R_N}} } \right) = 0\) et \(W\left( {\overrightarrow f } \right) = - fx\)
Il vient donc :
\(W\left( {\overrightarrow F } \right) = x\) \(\left( {mg\sin \alpha + f} \right)\)
1.2. Valeur expérimentale de la force de frottement
Tableau de valeurs

La quatrième valeur de \(\frac{{W\left( {\overrightarrow F } \right)}}{x}\) est à éliminer. On retient \(\frac{{W\left( {\overrightarrow F } \right)}}{x}\) \( = 262,5\) N
Partant de \(W\left( {\overrightarrow F } \right) = x\) \(\left( {mg\sin \alpha + f} \right)\), on obtient \(f = \frac{{W\left( {\overrightarrow F } \right)}}{x}\) \( - mg\sin \alpha \)
\({f_{\exp }} = \frac{{W\left( {\overrightarrow F } \right)}}{x}\) \( - 250\)
AN : \({f_{\exp }} = 12,5\) N
1.4. Comparaison: \({f_{\exp }} \prec 15\)
Conclusion : Le dispositif 1 peut être utilisé.
Aide au choix du dispositif
Il s'agit ici de trouver le dispositif le plus rentable, en identifiant celui qui génère moins de dépense en énergie.
Pour cela :
• Calculer le travail mécanique effectué en utilisant une poulie simple ;
• Calculer le coût journalier correspondant ;
• Comparer au coût journalier associé au dispositif 1 et conclure.
2.1 Travail mécanique effectué en utilisant une poulie simple
Travail du poids d'un sac : \(W\left( {\overrightarrow {{P_1}} } \right) = - mgh\)
\({W_m} = 3000 \times \) \(\left| {W\left( {\overrightarrow {{P_1}} } \right)} \right| = \) \(3000mgh = \) \(7,5 \times {10^6}J\)
2.2 Coût journalier pour le dispositif 2
Énergie électrique consommée : \(We = Wm = \) \(7,5 \times {10^6}J = \) \(2,08kWh\)
Coût: \({C_2} = 75 \times Wm\) \( = 156FCFA\)
2.3. Comparaison
Le coût journalier en énergie électrique est plus important avec le remonte pente inclinée qu'avec la poulie simple.
conclusion : Il est préférable d'utiliser la poulie simple.