Partie A : Évaluation des ressources / 24 points

Exercice 1 : Vérification des savoirs / 8 points

1- Définir : énergie de désintégration, dipôle commandé. 2pt
2- Donner une application de l’effet Doppler. 1pt
3- Donner l’expression de la période d’un pendule de torsion et expliciter ses termes. 2pt
4- Donner le symbole d’une thermistance. 1pt
5- Donner un exemple d’application de l’effet photoélectrique. 1pt
6- Donner une méthode de protection contre le rayonnement. 1pt

Exercice 2 : Application des savoirs / 8 points

1- Niveaux d’énergie de l’atome d’hydrogène / 3points

Les niveaux d’énergie de l’atome d’hydrogène sont donnés par \(En = \frac{{13,6}}{{{n^2}}}\) , E n en eV et n est un entier naturel non nul.
1.1 Déterminer l’énergie d’ionisation en eV. 1,5pt
1.2 Déterminer la longueur d’onde de la radiation émise par l’atome d’hydrogène lorsque l’électron passe du niveau 2 au niveau 1. 1,5pt
Constante de Planck : h = 6,62. 10 ^-34 J.s; célérité de la lumière dans le vide : c = 3.10 ⁸ m.s^-1

2- Onde le long d’une corde / 3 points

L’extrémité d’une corde horizontale est reliée un à vibreur effectuant un mouvement rectiligne sinusoïdal, l’autre extrémité est enrobée de coton peu tassé. On éclaire la corde avec un stroboscope électronique, la plus grande fréquence des éclairs pour laquelle la corde paraît immobile à un aspect, en position est Ne = 100 Hz.
2.1 Déterminer la fréquence du vibreur. 1,5pt
2.2 La corde, apparemment immobilisée, a la forme d’une sinusoïde de période spatiale 10 cm.
Déterminer la célérité des vibrations le long de la corde. 1,5pt

2- Pendule élastique / 2 points

Un pendule élastique est constitué d’un solide (s) de masse m = 0, 35 kg, attaché à l’extrémité A d’un ressort horizontal de raideur k = 80 N/m. L’autre extrémité B du ressort est fixée à un support fixe.
Déterminer la période des oscillations du pendule. 2pt

Exercice 3 : Utilisation des savoirs / 8 points

Des particules \(\alpha \left( {{}_2^4H{e^{2 + }}} \right)\) de masse m, sont émises avec une vitesse négligeable à travers l’ouverture 0 1 d’une plaque métallique P.
IIls traversent successivement trois régions 1, 2, 3, d’une enceinte où on a fait le vide. On négligera à priori l’action de leur poids devant les forces électriques. Les mouvements des ions dans le plan de la figure seront reportés aux repères (Oi, X, Y) ; L’origine Oi correspondant aux points de passage dans chacune des régions (Oi, Y) désignant la verticale du lieu de l’expérience.

1- Accélération dans la région 1 où règne un champ électrique.

Les plaques P et N planes, parallèles et perpendiculaires au plan de la figure, présentent entre elles une tension \(Uo = {U_{NP}} = {V_N} - {V_P}\). On veut que les particules α arrivent au point O2 avec une vitesse V0 de direction (\({O_1}{O_2}\)).
1.1 Préciser et justifier le signe de U₀ . 1,5pt
1.2 Déterminer la vitesse V₀ . 1,5pt
Charge élémentaire : e = 1,6.10 ^-19 C ; Masse d’un hélium : m = 6,68.10 ^-27 kg ; U₀ = 2000 V.

2- Déviation dans la région 3

Les particules α pénètrent en \({O_3}\) avec la même vitesse \({V_0}\) entre les armatures planes A et B perpendiculaires au plan de la figure, distantes de d et de longueur \(l\). Une tension \({U_{AB}}\) leur est appliquée. On veut que les particules traversent cette région pour sortir au point S tel que \(\overline {OS'} = 5\) mm.
On donne particules \(ℓ = 0,2\) m et \(d = 0,05\) m.
2.1 Déterminer le signe de la tension \({U_{AB}} = {V_A} - {V_B}\). 1pt
2.2 Établir l’équation de la trajectoire des particules α dans le repère cartésien \(\left( {{O_3},X,Y} \right)\). 2pt
2.3 Exprimer \({U_{AB}}\) en fonction de \(d\), \({U_0}\), \(ℓ\), et \({Y_S} = \overline {OS'} = 5\) mm et calculer sa valeur. 2pt

Partie B : Évaluation des compétences / 16 points

Situation-problème 1 :

Pour le laboratoire de physique du collège, le responsable a commandé deux dipôles électriques.
• - Une bobine d’inductance B de résistance r = 50 Ω et d’inductance 0,52 H.
• Un condensateur de capacité C = 4 ?F.
Afin de s’assurer que les dipôles reçus correspondent à la commande un groupe d’élèves a réalisé les expériences suivantes.
Expérience 1 :
On établit aux bornes de la bobine (B) une tension continue U₁ = 12 V, l’intensité du courant traversant la bobine est alors I₁ = 0,24 A.
Expérience 2 :
On établit aux bornes de (B) une tension alternative sinusoïdale de fréquence N = 10 Hz et valeur efficace U₂ = 12 V. L’intensité du courant traversant la bobine a pour valeur efficace I₂ = 0,2 A.
Expérience 3 :
On monte en série la bobine (B) et le condensateur de capacité C. On applique une tension alternative sinusoïdale de fréquence N = 50 Hz et de valeur U₃ = 12 V aux bornes de l’ensemble. L’intensité efficace du courant est I₃ = 15,7 mA.
1- En utilisant les résultats des deux premières expériences et à l’aide d’une démarche scientifique, examine si les caractéristiques de la bobine sont conformes ou non. 4pt
2- En utilisant les informations ci-dessus et à l’aide d’une démarche scientifique, prononce-toi sur la conformité de la capacité. 4pt

Situation-problème 2 :

Dans un laboratoire de recherche nucléaire, on a retrouvé deux sources radioactives étiquetées A et B non identifiées. Les documents consultés indiquent qu’il y a une source de radon et une source de mercure. La charge d’identifier ces sources est confiée au stagiaire Mbita qui a réalisé l’expérience suivante avec la source A.
A l’aide d’un compteur, on détermine le nombre de désintégrations ayant eu lieu pendant une durée donnée.
Ces mesures faites pendant plusieurs jours. Le traitement de ces mesures a conduit au tableau de mesure ci-après où t est le temps et A l’activité de la source A.
Informations :
Décroissance radioactive : \(A(t) = {A_0}ex( - \lambda t)\) ou \(\ln \left( A \right) = \ln \left( {{A_0}} \right) - \lambda t\), avec \(\lambda = \frac{{\ln 2}}{T}\) (\(\lambda \) et T respectivement la constante et la période radioactives)

En utilisant les informations ci-dessus et à l’aide d’une démarche scientifique, identifie les deux sources.8pt