[PDF] PHYSIQUE cours et les exercices corrigé

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Terminales D, TI

Eric Simo, Editeur

PHYSIQUE

Baccalauréat - Sujets Corrigés

Emmanuel Simo, Maurice Noumbissi

Avec 51 schémas d"illustration

et 24 exercices corrigés

Eric Simo, Msc.-Ing. TU-BS (Editeur)

An den Äckern 2

31224 Peine

Allemagne

kuateric@gmail.com

Physique Terminales C, D, E, TI. Nouvelle EditionAuteurs: Emmanuel Simo, Maître Es Sciences; Maurice Noumbissi, Maître Es Sciences (Cameroun)

Contributions: E. S. (Allemagne); F. W., J. T. (Cameroun); E. A. F. (Italie, R-U); T. v. P. (Pays-Bas); A. Z.,

L.S.,I.D.(Ukraine);D.R.,P.B.(Italie);M.B.(Zimbabwe);F.K.(Pakistan);A.K.(Russie);R.K.(Maroc) Conception graphique des couvertures: R. A. (Bangladesh) Thème artistique des couvertures 2017: Intelligence Artificielle

ISBN 978-3-947242-01-6•Maison d"Edition SIMO•Bandjoun Brunswick Belfast Rotterdam•2017

Sous réserve des exceptions légales, toute représentation ou reproduction intégrale ou partielle,

faite, par quelque procédé que ce soit sans le consentement de l"auteur ou de ses ayants droit, est

illicite et constitue une contrefaçon sanctionnée par le Code de la Propriété Intellectuelle. En cas

d"utilisation aux fins de vente, de location, de publicité ou de promotion, l"accord de l"auteur ou

des ayants droit est nécessaire.

Site Internet: www.simo.education

Avant-proposVousavezchoisicelivreparcequevousavezunobjectifàatteindre.C"estuninstrumentréellement

utile et efficace pour aider les apprenants desclasses de terminales scienti?ques et techniques, quel

que soit leur niveau, à améliorer leurs performances enphysique.

Inspirée de la pédagogie nouvelle, la conception de ce livre se fonde sur deux outils à savoir : le

courset lesexercices corrigés. Le cours a été conçu selon le projet pédagogique suivant : "Une présentation claire parfaitement lisible qui permet de faciliter le travail de l"apprenant.

Un enseignement expérimental : comme le programme le demande, l"exposé privilégie l"expé-

rience. A chaque fois que cela est possible les notions sont présentées grâce à une expérience

décomposée en un dispositif suivi d"observations. L"interprétation qui suit systématiquement

ces expériences conduit aux définitions et aux grandes lois de la physique. Un cours bien structuré allant à l"essentiel : conforme aux contenus du programme, ce cours prépare aux compétences exigibles, mais en se limitant strictement aux notions qui doivent être étudiées. Nous l"avons donc voulu bref.

Les exercices résolus et commentés, soutenus par desméthodes de résolutionpermettent à l"ap-

prenant d"acquérir l"esprit scientifique et les principaux modes de raisonnement qu"il devra savoir

développer. C"est une bonne façon d"aborder les nombreux exercices de chaque chapitre. Dans le soucid"efficacitéquiafaitlesuccèsdecetteédition,nousattironsvotreattentiondanslessolutions

proposées, sur la schématisation, la représentation graphique, le choix des notations, la conduite

littérale et enfin l"application numérique.

Notons cependant qu"il ne sert à rien de lire à priori la solution d"un exercice, mais qu"il faut

chercher cette solution après avoir lu l"énoncé en entier et ne consulter la solution proposée dans

le livre que pour contrôler son propre résultat ou en cas d"hésitation. Nous formons le voeu que cet ouvrage constitue un outil efficace pour les apprenants desclasses de terminales scienti?ques et techniques et qu"il apporte à nos collègues professeurs l"aide qu"ils sont en droit d"attendre. Nous attendons avec plaisir toutes les remarques et suggestions.; I

Table des matières

?Sujets d"examen-Baccalauréat Physique-Séries D, TI. . . . . . . . . . . . . . . . . . .?

?.?Enoncé des sujets d"examen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ?

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II Table des matières

Sujetsd"examen-BaccalauréatPhysique-SériesD,TI

?.?Enoncé des sujets d"examen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .?

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?? Chapitre ?. Sujets d"examen-Baccalauréat Physique-Séries D, TI ?.? Enoncé des sujets d"examen ?.?.? Enoncé - Baccalauréat ????

Examen:BaccalauréatSéries:D, TI

Session:????Durée:? heures

Épreuve:PhysiqueCoef.:?

Exercice 1.

Mouvements dans les champs et leurs applications

1.1.Tige parcourue par un courant dans un champ ma-

gnétique Une tige de cuivre(t)de longueurL, est mobile autour d"un axe horizontal(A)passant par son extrémité supé- rieureO.L"autreextrémitéAdelatigeplongelégèrement dans une cuve à mercure. L"ensemble baigne dans un champ magnétique~B, orthogonal au plan de la figure et de sens sortant (voir figure ci-dessous). On fait pas- serdansla tige un courantcontinu d"intensitéI. Celle-ci s"écarte de la verticale d"un angle=7°.O A~

BCuve à

mercure1.1.1.

Quelnomdonne-t-onàlaforcequiaprovoquéle

déplacement de la tige(t)? Calculer l"intensité de cette force. 1.1. 2. Représenter sur la figure, les forces qui s"ap- pliquent sur la tige(t), ainsi que le sens du courant qui la traverse. 1.1. 3. Écrire la condition d"équilibre de la tige, puis en déduire la massemde celle-ci. On donne :L=85cm;

B=0,02T;I=2,2A;g=10Nkg1.

1.2.Champ de gravitation de la Terre

On considère que la Terre présente une répartition de masse à symétrie sphérique. 1.2. 1. Faire un schéma où on représentera la Terre et le vecteur champ de gravitation~Gqu"elle créé en un point Mde son voisinage situé à une distancerde son centre O. 1.2. 2.

Montrer que l"intensitéGde~Gen fonction de sa

valeurG0auniveaudusolapourexpression:G=G0R2Tr 2 oùRTest le rayon de la Terre.1.2.3. Dans un repère géocentrique, un satellite de la Terre décrit à vitesse constante une orbite circulaire de rayonr. 1.2. 3.

1.Qu"est ce qu"un repère géocentrique?

1.2. 3. 2.

En appliquant au satellite la deuxième loi de

Newton sur le mouvement, établir l"expression de sa vi- tessev, en fonction deG0,r, etRT. 1.2. 3. 3. En déduire l"expression de la période de révolu- tionTdusatellite,puiscalculersavaleurnumérique.On donne :G0=9,81ms2;RT=6400km;r=7103km.Exercice 2.

Les systèmes oscillants

L"enregistrement des variations de l"élongationen fonction du temps d"un pendule simple, est représenté sur la figure ci-dessous. Échelle :1div$0,5ssur l"axe des temps. La masse du pendule estm=100get sa lon- gueur`.t(s)(rad)+0,160

0,162.1.

Cet oscillateur est-il harmonique? Justifier la ré- ponse. 2.2. Déterminer à l"aide du graphique ci-dessus la pé- riode propreT0du pendule, puis calculer sa longueur`.

On prendrag=9,81ms2.

2.3. Déterminer l"équation horaire(t)du mouvement du pendule. 2.4.

Calculerlavaleurnumériquedelavitesseangulaire

maximalemaxdu pendule. 2.5.

Calculer l"énergie potentielle maximaleEPmaxdu

pendule, puis en déduire son énergie mécanique. On prendra l"énergie potentielle de pesanteur nulle lorsque le pendule est à la verticale. On fera l"approximation cos122 .Exercice 3.

Phénomènes vibratoire et corpusculaire

3.1. Interférences à la surface libre de l"eau d"une cuve

à ondes

Les deux pointes d"une fourche fixée à l"extrémité d"une lame vibrante, frappent simultanément enO1etO2la surface de l"eau contenue dans une cuve à ondes.

La lame vibre à la fréquencef=50Hz.

3.1. 1.

Quelles conditions doivent remplir deux sources

vibratoiresS1etS2, pour qu"on observe le phénomène d"interférences dans le milieu de propagation?O1etO2 remplissent-elles ces conditions? 3.1. 2. La célérité des ondes dans l"eau ci-dessus est c=30cms1. Calculer la longueur d"onde.; ?.?. Enoncé des sujets d"examen 3.1.

3.Donner l"état vibratoire des points suivants du

champ d"interférences : M d

1=15cm

d

2=3cmN(

d

1=8,4cm

d

2=27cmP(

d

1=16,5cm

d

2=15cm

3.2.Radioactivité

Le fluor 18 est émetteur-.

3.2. 1. Écrirel"équationdedésintégrationd"unnoyaude fluor 18. On donne les symboles des éléments et leurs numéros atomiques : Oxygène (O; 8); Fluor (F; 9); Néon (Ne; 10);

Sodium (Na; 11).

3.2. 2. Un échantillon de fluor 18 contient initialement

N0=9,51010noyaux radioactifs.

Combien de noyaux radioactifs reste-t-il dans l"échan- tillon après 1h 5min? 3.2. 3. Quelle est à cette date, l"activité de l"échantillon? On donne la demi-vie du fluor 18 :T=109,4s.Exercice 4.

Expérience de physique

On se propose d"étudier l"influence de la tensionUAC entre l"anodeAet la cathodeCd"une cellule photo- électrique, sur l"intensité du courant photoélectrique qu"elle produit. Pour réaliser l"expérience, on dispose : d"une cellule photoélectrique, d"un générateur de ten- sion réglable, d"un voltmètre, d"un milliampèremètre, d"un interrupteurK, des fils de connexion et d"une source de lumière monochromatiqueS, de fréquence =71014Hz. 4.1. Compléter sur la figure ci-dessous, le schéma de montage.AC K 4.2.

Pour une puissancePde la source lumineuseS,on

a obtenu la courbe ci-dessous :U

AC(V)I(mA)032

12 B 4.2. 1. Lire sur ce graphe,les valeurs du potentiel d"arrêt et de l"intensité du courant de saturation de la cellule. 4.2. 2. Donner une interprétation électronique de cha- cun des domaines suivants de la caractéristique : do- maineÀ:UAC1V; domaineÁ:UAC4V 4.2. 3. Quelle est l"intensité du courant au pointBde la courbe? Quelle explication peut-on en donner? 4.2. 4. Calculer en électron-volts (eV), l"énergie ciné- tique maximale des électrons émis par la cathode. 4.2. 5.

Calculer (eneV), le travail d"extractionW0d"un

électron de la cathode.

Données :e=1,61019C;

Constante de Planck :h=6,621034Js.?.?.? Enoncé - Baccalauréat ????

Examen:BaccalauréatSéries:D, TI

Session:????Durée:? heures

Épreuve:PhysiqueCoef.:?

Exercice 5.

Mouvements dans les champs de forces

5.1.Champ de pesanteur

Unebillesupposéeponctuelledemassem=50gestsus-

pendue en un pointOpar un fil inextensible de masse négligeable et de longueurL=50cm. Le fil étant tendu, on écarte la bille de la verticale d"un angle0=60° puis on l"abandonne avec une vitesse initiale de module v0=10ms1. Prendreg=9,8ms2. 5.1. 1.

Auninstantquelconque,lefilfaitunangleavec

laverticale. Lavitessedupenduleprendalorsunevaleur v. En utilisant le théorème de l"énergie cinétique, établir l"expression de la vitesseven fonction dev0,L,,0et gpuis calculer sa valeur pour=15°. 5.1. 2. 5.1. 2. 1. Faire un schéma sur lequel on présentera les forces s"exerçant sur la bille lors du mouvement. 5.1. 2. 2.

EntravaillantdanslerepèredeFrenet,exprimer

l"intensitéTde la tension du fil en fonction dev,L,,

0,metgpuis calculer sa valeur pour=15°.

5.2.Champ électrostatique

Un électron de massem=91031kget de charge

q=1,61019Cet un positron de même masse et de charge opposée, pénètrent avec la même vitesse initiale horizontale de modulev0=107ms1dans un champ électrostatique uniforme~Eétabli entre les armatures horizontales d"un condensateur-plan. Les vecteurs vi- tesseinitialeetchampélectrostatiquesontorthogonaux. Dans un repère orthonormé dont l"origine est située à l"entrée du condensateur, l"équation cartésienne de la trajectoire de l"électron dans le champ est de la forme : y=eE2mv20x2 5.2. 1. Faire un schéma montrant le condensateur, la vi- tesse initiale et les axes du repère choisi. 5.2. 2. Donner sans calcul, l"équation cartésienne de la trajectoire du positron. 5.2. 3.

Onadmetquelesparticulesvontsortirduchamp.

Dans un même schéma, donner l"allure des deux trajec- toires et placer les deux points de sortieS1etS2à l"autre; ?? Chapitre ?. Sujets d"examen-Baccalauréat Physique-Séries D, TI extrémité du condensateur. 5.2.

4.Calculer la distanced=S1S2.On donne : ddp entre les armatures du condensateur :

U=102V;

longueur des armatures :L=10cm; vitesse initiale des particules :v0=107ms1; distance entre les armatures :d=4cm.Exercice 6.

Système mécanique oscillant

Unpendulesimple,écartédesapositiond"équilibred"un anglem=9°puis abandonné à lui-même sans vitesse, se met à osciller. Prendreg=9,8ms2. 6.1. En appliquant la 2èmeloi de Newton, établir l"équa- tion différentielle du mouvement du pendule. 6.2.

La fréquence propre du mouvement est

f0=0,66Hz, calculer la longueurLde ce pendule. 6.3.

Déterminer l"équation horaire=g(t)du mouve-

ment en tenant compte des conditions initiales. 6.4.

Tracerlacourbe=g(t)surunintervalledetemps

de longueur égale 2 périodes. On y présentera toutes les valeurs numériques utilisées.Exercice 7.

Radioactivité et propagation des ondes

7.1.Radioactivité

7.1. 1. Lafamilleradioactivedel"uraniumdébuteàl"ura- nium23892Uet se termine au plomb stable20682Pb. On note xetylesnombresrespectifsdesdésintégrationset- qui se produisent au cours de ces transformations. 7.1. 1. 1. Écrire l"équation générale de la réaction glo- bale. 7.1. 1. 2.

En appliquant les lois de conservation, calculer

xety. 7.1. 2. Le nucléide césium13955Csest un émetteur-de demi-vieT=7min. L"activité d"un échantillon de cé- sium à un instant donné estA=2106Bq. Déterminer le tempstqu"il faudra pour qu"elle soit divi- sée par 1500.

7.2.Propagation des ondes mécaniques

Les deuxpointes d"une fourche fixée à un vibreur,créent en effleurant la surface d"une eau contenue dans une cuve à ondes, des ondes circulaires. Les pointes vibrent en phase à la même fréquencef=28Hz. La longueur d"onde des perturbations produites est =11mm. 7.2.

1.Calculer la céléritévdes ondes.

7.2. 2. La surface libre de l"eau est éclairée à l"aide d"un stroboscope dont la fréquence des éclairs estfe=28Hz. Dessiner l"aspect de la surface libre de l"eau comprise entre les deux extrémités de la fourche. 7.2. 3.

Onaugmentelafréquenceduvibreuretonadmet

que la célérité des ondes se conserve. Donner la consé- quence de cette action sur le système de lignes d"interfé- rences.Exercice 8.

Exploitation d"une ?che de T.P.

Une fiche de T.P., exécutée au laboratoire de physique par un élève présente ci-dessous le travail effectué que vous exploiterez.

Fiche de T.P.

8.1.Classe : TD

8.2.Titre du TP : La machine d"Atwood

8.3. Objectifs :Exploiter le mouvement de ce dispositif pourdéterminerexpérimentalementl"accélérationdela pesanteur du lieu de l"expérience.

8.4.Matériel :

Un ensemble de deux massesM=0,5kget

M0=M+moùm=0,01kgest la masse de la sur-

charge. Unfilinextensibledemassenégligeable,passantdans la gorge d"une poulie aussi de masse négligeable et supportant à chaque extrémité l"une des masses ci- dessus. "Un chronomètre(C), "Une règle graduée(R).

8.5.Schématisation :(P)(M)(m)(M)(R)(C)8.6.Protocole expérimental :

En abandonnant le système à lui- même, les massesM etM0se mettent en mouvement. A des instants choi- sis, on lit sur la règle la distancexparcourue par l"une des masses. On obtient ainsi le tableau de mesures ci- dessous.

8.7.Tableau de mesurest(s)02466,5

x(m)00,190,771,732,03

8.8.Exploitation :

8.8. 1.

Tracer la courbex=f(t2)sur le document à re-

mettre avec la copie. Échelles:Abscisse:1cmpour4s2;Ordonnée:1cmpour 0,1m 8.8. 2. Donner la forme de la courbe puis écrire une re- lation simple liantxett2. 8.8. 3. Justifier que l"accélération de la masseMest

égale à celle deM0.

8.8. 4.

En étudiant le mouvement de la machine, mon-

trer que l"accélérationacommune deMet deM0est de la forme : a=m2M+mg.

En déduire la loi horaire du mouvement de(M).

8.8. 5. A partir de la courbe, déterminer la valeurae xp de l"accélération expérimentale du dispositif.; ?.?. Enoncé des sujets d"examen 8.8.

6.En déduire la valeur expérimentalege xpde l"ac-

célération de la pesanteur du lieu de l"expérience.?.?.? Enoncé - Baccalauréat ????

Examen:BaccalauréatSéries:D, TI

Session:????Durée:? heures

Épreuve:PhysiqueCoef.:?

Exercice 9.

Mouvements dans les champ de forces et leurs applications

9.1.Mouvement dans le champ de pesanteur

Aubasd"unplaninclinéd"angle=20°surl"horizontale, on lance sur la ligne de plus grande pente une caissette de massem=200g. Elle démarre avec une vitesse paral- lèle au plan et de modulev=20ms1. Les frottements sont négligeables. Prendreg=10ms2.

La figure ci-contre traduit la situation :O

xy 9.1. 1.

Calculer sa vitessevsacquise au sommet du plan

de longueur`=10m. 9.1. 2.

En supposant la caissette ponctuelle, établir

l"équation cartésienne de la trajectoire décrite après le sommet du plan. On utilisera le repère proposée sur le schéma. On prendra pour origine des dates l"instant où la caissette quitte le sommet du plan incliné. 9.1. 3.

Calculer la distancedséparant le sommet du

plan et le point de chute de la caissette sur l"axeOx. 9.2.

Mouvement d"une particule chargée dans les

champ électrique et magnétique Une particule de massemet de chargeqentre dans une région où règnent simultanément un champ électrique uniforme de vecteur~Eet un champ magnétique aussi uniforme de vecteur~B. Ces deux vecteurs champs or- thogonaux le sont aussi par rapport au vecteur vitesse~v constant de la particule.quotesdbs_dbs20.pdfusesText_26

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