PARTIE I : ÉVALUATION DES RESSOURCES. / 24pts

EXERCICE 1 : Vérification des savoirs 8pts

1) Définir :
 Incertitude absolue, interfrange, satellite géostationnaire, effet Doppler, effet photoélectrique. 0,5 pt x5 = 2,5 pts

2) Énoncer la deuxième loi de Newton. 1 pt
3) Choisir la bonne réponse. 0,5pt x3 = 1,5 pt
3.1- Si $\frac{{x + y}}{x}$ est possible alors :
a) $\dim \left( x \right) = \dim \left( y \right)$;
b) $\dim \left(1+ {\frac{x}{y}} \right) = 1$:
c) $\dim \left( x \right) = \dim \left( y \right) = 1$.
3.2- Dans un mouvement circulaire uniforme :
a) La vitesse et l’accélération sont tangentielles ;
b) La vitesse et l’accélération sont perpendiculaires.
c) La résultante des forces au système est centrifuge.
3.3- L’énergie cinétique de l’électron extrait du métal est donnée par la relation :
a) ${E_C} = h\left( {N - {N_S}} \right)$;
b) ${E_C} = h\left( {{N_S} - N} \right)$;
c) ${E_C} = h\frac{C}{\lambda } - hN$
4) Répondre par vrai ou faux. 0,5pt x5 = 2,5 pts
4.1) Les forces gravitationnelles sont attractives et répulsives alors que les forces électriques sont essentiellement attractives.
4.2) L’énergie d’un photon absorbé est égale à l’énergie de la transition qu’il permet de réaliser.
4.3) Deux vibrations en phase produisent une interférence destructive alors que deux vibrations en opposition de phase produisent une interférence constructive.
4.4) Un circuit RLC est à la résonance d’intensité lorsque la fréquence de la tension excitatrice est égale à la fréquence ${f_0}$ propre du circuit.
4.5) 1 jour solaire est égal à 24h alors qu’un jour sidéral est égal à 23h 56 min 04s. C’est-à-dire 86140 s.
5) Choisir la bonne réponse. Une thermistance est : 0,5pt
a) Un capteur d’onde commandé électriquement.
b) Un dipôle commandé manuellement.
c) Capteur de température commandé électriquement.

EXERCICE 2 : Application des savoirs. 8pts

1) On dispose d’une masse de 10 g d’uranium 238 $\left( {{}_{92}^{238}U} \right)$.
a) Déterminer son énergie de masse en Mev. 1pt
b) Écrire l’équation de sa désintégration alpha. 1pt
c) Calculer l’énergie libérée par cette réaction en Mev. 1 pt
On donne : 931,5 Mev = $1u{C^2}$; $C = 3 \times {10^8}$ m/s ; $1eV = 1,6 \times {10^{ - 19}}J$;
$m\,\left( {{}_{93}^{238}Np} \right) = \,237,0\,u$, $m\,\left( {{}_{92}^{238}U} \right) = \,238,029\,u$, $m\,\left( {{}_{91}^{238}Pa} \right) = \,231,036\,$, $m\,\left( {{}_{90}^{234}Th} \right) = \,232,038\,$, $m\,\left( {{}_2^4He} \right) = \,4,0026\,$.

2) Une bobine de résistance $R$ et d’inductance $L$ est successivement alimentée par une tension constante $U = 40V$ et alternative$u = 60\sqrt 2 \sin 100\pi t$, un ampèremètre thermique insère dans le circuit indique 4A en tension continue et 3A en alternatif, calculer R et L. 1,5pt
3) Dans le dispositif des fentes de Young la distance source-écran est $D = 2$ m, distance entre les deux fentes sources secondaires est a = 1 mm, longueur d’onde $\lambda = 0,55\mu m$.
Déterminer la distance séparant 6 franges consécutives de même nature. 1pt
4) Déterminer l’intensité du champ de gravitation à la surface de la lune, on donne : $G = 6.67 \times {10^{ - 11}}SI$; ${R_L} = 1740Km$; ${M_L} = 7,36 \times {10^{22}}Kg$. 1pt
5) On peut attribuer au niveau d’énergie de l’atome d’hydrogène les valeurs $En = \frac{{ - 2,18 \times {{10}^{ - 18}}}}{{{n^2}}}$ en J.
Calculer l’énergie du photon émis lorsque la transition électronique se fait par émission d’un photon du niveau 3 (série de Paschen) au niveau 5. 1,5pt

EXERCICE 3 : UTILISATION DES SAVOIRS. 8 points

1) Des ions positifs de masse $m$ et de charge $q$ sont produits dans la chambre d’ionisation $C1$
Ils pénètrent sans vitesse initiale par le point A dans une chambre $C2$ ou règne un champ électrique uniforme $\overrightarrow E$ produit par deux plaques planes et parallèles $P1$ et $P2$ entre lesquelles est maintenue une tension positive $U = {U_{{P_1}{P_2}}} \succ 0$, on négligera le poids des ions devant les autres forces.
1.1- Établir l’expression de leur vitesse en O. 0,75 pt
1.2- On produit dans la chambre $C1$ les ions et de masses respectives $m1$ et $m2$ et de charges respectives $q1$ et $q2$.
Calculer les vitesses $V1$ et $V2$ des ions au point O. 0,5pt x 2 = 1pt.
1.3- Animés de ces vitesses, ces ions pénètrent en $C3$ ou règne un champ magnétique uniforme $\overrightarrow B$ perpendiculaire au plan de la figure.
a) Montrer que le mouvement des ions est circulaire uniforme dans $C3$ . 0,5pt
b) Calculer les rayons ${R_1}$ et ${R_2}$ de courbure de ces ions et dire si la séparation est possible. 1,25 pt
Données : U = 40000V ; $e = 1,6 \times {10^{ - 19}}C$; m(proton) = m(neutron) ${m_P} = 1,67 \times {10^{ - 27}}Kg$; B= 0,25 T.
2) Dans le dispositif des fentes de Young, une fente source monochromatique S éclaire deux fentes ${S_1}$ et ${S_2}$ , la source S est sur la perpendiculaire au plan de ${S_1}$ et ${S_2}$ et est équidistante de ${S_1}{S_2}$.
On observe des interférences sur l’écran E place à la distance D du plan de ${S_1}{S_2}$. (figure 1)
2.1- La radiation émise par la source S à pour longueur d’onde $\lambda = 460nm$, décrire la figure d’interférence observée sur l’écran. 0,5 pt.
2.2- On déplace la source vers le haut pour l’amener en S’ d’une distance y (figure 2), qu’observe-t-on sur l’écran, préciser le sens de déplacement de la frange centrale. 1pt
2.3- La source S est remplacée à sa position initiale et on dispose derrière la fente ${S_1}$ une petite lame de verre d’indice $n$ et d’épaisseur $e$.
a) La lumière se propage-t-elle plus ou moins vite dans le verre que dans l’air ? 0 ,5pt
b) Qu’observe-t-on sur l’écran quand on ajoute la lame de verre ? Préciser le sens de déplacement de la frange centrale. 1,5 pt
3) Un disque noir porte 4 rayons blancs en forme de croix et tourne à raison de 20 tr/s, la fréquence des éclairs varie entre 25 Hz et 200 Hz, pour quelles fréquences des éclairs le disque parait-il immobile avec ses quatre rayons en forme de croix. 1 pt

PARTIE II :- Évaluation des compétences / 16 points

Situation problème 1: 8 points
Deux élèves Ali et Moussa jouent à un jeu qui consiste à achever le parcourt d’une bille S de masse M au fond d’un puit. Le jeu consiste à attribuer à la bille une vitesse au point A en supposant négligeable les forces résistance tout au long de son déplacement. Une fois en B la suite du déplacement se fera dans l’espace ; partant de B avec une vitesse ${V_B}$. On donne : Moussa ${V_A} = 30m/s$; Ali : ${V_A} = 20m/s$; $AB = 25$ m ; $\theta = {60^o}$. L’axe du puit de rayon 60 Cm est situé à 72,4 m du point O. on utilisera le repère d’axes Ox et Oy et g= 10 N/Kg.
Tâche : Sur la base des informations disponibles et par un raisonnement scientifique établir qui des deux élèves réussira à ce jeu.

Situation problème 2: 8 points

On dispose dune tige homogène de masse m inconnue et de longueur $l = 1,5m$, d’un ressort de raideur K = 0,2 N/m en un leu ou g = 10N/kg prendre $\pi = 10$. Pour déterminer la masse expérimentale de la tige ainsi que la valeur de l’intensité de la pesanteur au lieu de l’expérience, on réalise deux expériences.

Expérience 1 :
La tige est accrochée par son milieu à un ressort vertical de raideur k = 0,2 N/m comme l’indique la figure ci-contre. Étirée de sa position d’équilibre d’une longueur de 2 mm puis abandonnée sans vitesse initiale on note la durée correspondante à 10 oscillations du système voir tableau.
Tableau

Expérience 2 :
La tige est fixe à un support par son extrémité, elle est écartée de sa position d’équilibre d’un angle de $\theta = {60^o}$ et abandonnée sans vitesse initiale, l’expérience est répétée plus dune fois et on note la durée de 5 oscillations voir tableau ci-dessous.
Tableau

Consignes : On supposera négligeables les forces de résistance pendant les différentes phases.
Pour chaque expérience on fera une étude dynamique et on déduira l’expression de la période propre des oscillations de chacun des pendules.
Tâche: Des expériences réalisées en te servant des consignes données détermine la masse de cette tige homogène et vérifie la valeur de l’intensité de la pesanteur à l’expérience 2.