Physique 1999 Concours FESIC

Description

Concours du Supérieur Concours FESIC. Sujet de Physique 1999. Retrouvez le corrigé Physique 1999 sur Bankexam.fr.

Sujets

• Physique
• 1999

Informations

• Publié par: bankexam
• Publié le: 25 juillet 2008
• Nombre de lectures: 119
• Langue: Français

Extrait

Sélection FESIC 1999 Epreuve de Physique Exercice n°1 Le champ électrique créé au pointBune charge ponctuelle par q située en un pointA, est donné par : q Ek i 2

i= vecteur unitaire de la droiteABdirigé deAversB r =distanceAB Données : 9 k9I.10 S. ; 10 cm; 9 q 1010 C. a) Le champélectrique créé par la charge q est uniforme. b) Le champ électrique, créé en B par la charge q, est dirigé de A vers B car q0 . 31 c) La valeur du champ électrique en B est égale à 910 V.m . d) Une autre charge électrique q, placée en B, subit une force attractive de valeur 5 F910 N. Exercice n°2 Un objet de massem200glisse sur une pisteABCayant (en coupe) la forme suivante : h C b g La dénivellationh entre les pointsA etB est égale à12 cm et la longueurABBC est 60 cm. L’objet subit une force de frottement constante0,4sur tout son déplacement deAàC, la direction de cette force est toujours parallèle au déplacement du mobile. On place l’objet enAet on le lâche sans vitesse initiale. 2 Donnée :g10 m.s. et le trava a) Entre les points A et C, le travail du poids vaut W 1  0,24 J il de la force de frottement vaut W 2  0,24 J . b g b g et C s’écrit : E E A E C . b) La variation de l’énergie cinétique E entre A C  C  CC c) La vitesse du mobile en C nulle. On surcharge l’objet avec une massem 50 g. On suppose que la force de frottement ne change pas. On place l’objet enAet on le lâche sans vitesse initiale.

d) Le mobile s’arrête avant le point C. Ecole Louis de BROGLIECPE LYONESAESAPESCOMESEOESTITISAISABISARAISEBISEMISENISEP

1/11

Sélection FESIC 1999 Epreuve de Physique Exercice n°3 Dans un référentiel géocentrique, un satellite de la Terre (masse M , rayon R ) possède un T T mouvement circulaire uniforme à l’altitude h620 km . 2 A cette altitude, le champ8 m.s de pesanteur vaut h . Données :  R6380 km ; T 1 1  567,480,130,018 . 56 56 a) Le vecteur vitesse du satellite est constant. b) Le vecteur accélération du satellite est tangent à la trajectoire. M T c) La valeur de l’accélération du satellite a pour expression : aG . 2 b T g Rh  1 d) La valeur de la vitesse du satellite est environ égale à v7,5 km.s . Exercice n°4 Dans le champ de pesanteur terrestre, deux projectiles P et P sont lancés au même instant 1 2 b g t0d’un point origineOavec des vitesses initiales situées dans un même plan vertical. On néglige les frottements. La figure schématise l’orientation des vitesses initiales et les trajectoires des projectiles. Données : 2 g10 m.s 1 v 2 m.s  1x   v 1 1 v 2 m.s 1y  1 v  2x 2 m.s  v 2 1 v 2y 4 m.s a) Les projectiles arrivent en A et B en même temps. b) A l’instant où le projectileP passe au sommetS, le projectilePpasse en C. 1 1 2 c) Aux deux sommets S et S des trajectoires, les vitesses des projectiles sont égales. 1 2 2 d) e  La trajectoire du projectilP 1 est une portion de parabole d’équation y 5 xx .

Ecole Louis de BROGLIECPE LYONESAESAPESCOMESEOESTITISAISABISARAISEBISEMISENISEP

2/11

Sélection FESIC 1999 Epreuve de Physique Exercice n°5 La boule d’un pendule électrostatique, de longueur  , de massem, portant une chargeq positive, est en équilibre entre les armatures verticalesAetB d’un condensateur plan. Ce pendule fait un angle avec la verticale, étant supposé inférieur à 10°. Données : 00 VU AB  1;  d5,0 cm ;  in  0,1 ; cos  1,0;  tan0,1 ; m0,1;   20 cm; 2 g10 m.s. d a) La tensionUest positive. AB  8 b) La valeur de la charge estq510 C. c) L’angle est indépendant de la longueur  , tant que la boule ne touche pas l’armature du condensateur. d) Lorsque l’on double la distance d, l’angle diminue sensiblement de moitié. Exercice n°6 On considère un oscillateur élastique horizontal de massemde constante de raideur et k. La variable qui caractérise sa position estx. Les variations de l’énergie potentielle du système (oscillateurTerre) en fonction dexsont représentées dans le graphe cicontre. L’énergie mécanique du système est égale à12,5 mJ. On néglige les frottements. Données : m100; 1 k10 N.kg; 2 g10 m.s. a) L’oscillateur est en équilibre lorsque le paramètre x a pour valeur x = 0. b) L’amplitude du mouvement de l’oscillateur est égale à 5 cm.  1 c) La valeur de la vitesse maximale est égale à 0,5 m.s . d) La longueur du pendule simple de même période est égale à 10 cm.

Ecole Louis de BROGLIECPE LYONESAESAPESCOMESEOESTITISAISABISARAISEBISEMISENISEP

3/11

Sélection FESIC 1999 Epreuve de Physique Exercice n°7 Un corpsC, de massem100, est accroché à un ressort horizontal de masse négligeable et 1 de constante de raideurK20 N.m. L’ensemble est immobile. Un objet  , identique àC, est lancé selon l’axe du ressort et vient se fixer surC. Juste après 1 le choc et l’accrochage, l’ensemble des deux objets a une vitesse de val0 m.set eurv O 0,2 cet ensemble entre en oscillations supposées non amorties.  a) La période T des oscillations dépend de la valeur v v .de la vitesse O O b) La période T des oscillations est d’environ0,63 . c) En considérant que l’énergie potentielle de pesanteur reste constamment nulle au cours du déplacement, l’énergie mécanique du système (pendule + Terre) est constante et vaut 4 mJ. d) Si le choc entre C et  lieu sans perte d’énergie, la vitesse a v   de  , juste avant le 1 choc, a pour valeur : v  = 0,28 m.s. Exercice n°8 Une aiguille aimantée mobile autour d’un pivot vertical est placée au centre d’un solénoïde « infini ». L’axe de cette bobine est perpendiculaire au plan du méridien magnétique terrestre du lieu (schéma 1). Lorsqu’un courant électrique d’intensité8 mA circule dans le solénoïde, l’angle entre l’aiguille et l’axeest de45°. Données : 5 composante horizontale du vecteur champ magnétique terrestre :B210 T; h 7 ide :4 10 S. I.perméabilité magnétique du v O  a) L’aiguille pivote de 45° vers l’est, lorsque l’intensité a le sens indiqué sur le schéma 2.  b) Le champ magnétique créé par le courant électrique à l’intérieur du solénoïde et la  composante horizontale Bdu champ magnétique terrestre ont la même valeur. h c) Le nombre de spires par unité de longueur du solénoïde est d’environ 1000. d) Si l’intensité du courant augmente, l’anglediminue.

Ecole Louis de BROGLIECPE LYONESAESAPESCOMESEOESTITISAISABISARAISEBISEMISENISEP

4/11

Sélection FESIC 1999 Epreuve de Physique Exercice n°9 Une particule(noyau d’hélium), formée de deux protons et de deux neutrons, est introduite puis lâchée sans vitesse initiale entre les plaques verticales d’un condensateur plan, distantes de d10,0 cm et soumises à une tension U1,0 kV .  27 Données : Masse d’une particule:m6,610 kg;  19  Charge élémentaire :e1,610 C. a) Entre les plaques, dans la zone centrale, règne un champ électrique uniforme.  15 b) La particule3,2constante et de valeur est soumise à une force électrique .10 N c) Le mouvement que la particuleacquiert est dû à son poids. d) La particuleun mouvement rectiligne uniformément accéléré, la valeur de son a 122 accélération est environ 0,510 m.s . Exercice n°10 2022 Deux ionsNe etNeémis sans vitesse initiale en sont O. Ils sont accélérés par un 10 10 1  champ électrique uniforme horizontal créé par deux plaques parallèlesP etP d’un 1 2 condensateur soumises à une différence de potentielU V V  P  P 2 . 1 Ils traversent la plaqueP enOpénètrent en et Oune zone de l’espace où règne un dans 2 2  champ électrique E ascendant. Ils subissent une déflexion observée sur un écran vertical, O vertical. L’ensemble du dispositif est placé dans une ampoule où l’on a fait le vide. On suppose que les champs électriques sont limités aux parties tramées. Le poids des particules est négligeable devant les forces électrostatiques . Données : P P 1 2 41 E7,510 V.m ; 0 ePet :cd 2 distance entr 1 P 2  m; O 2 O O 1  19  e  1,6  10 C ; 4  1 V.  E 0  2  10 m ; 20   26 Ecran masse de l’ion  10 Ne  3,20  10 kg ; 22   26 masse de l’ion e  3,65  10 k . a) La différence de potentiel U est positive et vaut 1,5 kV. b) Entre P et P  les deux ions ont la même accélération. 1 2 c) Les énergies cinétiques des deux ions en O sont les mêmes. Sur l’écran l’impact des ions est repéré sur l’axe I y  et s’effectue en des points d’ordonnées 2022 y  pour Ne et y  pour Ne . 1 10 2 10 d) ypositiet t 1 y 2  son fs etyy. 1 2

Ecole Louis de BROGLIECPE LYONESAESAPESCOMESEOESTITISAISABISARAISEBISEMISENISEP

5/11

Sélection FESIC 1999 Epreuve de Physique Exercice n°11 Un point M décrit une trajectoire circulaire de rayon 5,0 cm . La figure 1 donne les positions du point M à des intervalles de temps réguliers et la figure 2 les variations de la vitesse v  au cours du temps. a) Le mouvement de M comporte deux phases : mouvement uniforme entre t  0 et t  0, , mouvement décéléré ensuite. b 1 g b) Au point 5 t0,5 s , la valeur de l’accélération est nulle. b 2 g c) Au point 11 t1,1 s , l’accélération tangentielle a pour valeur arithmétique environ 22 15 cm.s et l’accélération normale a pour valeur arithmétique environ 65 cm.s .  d) Un représentant du vecteur accélération a point 11 est tracé sur la figure 1 (échelle au 2 20 cm.s  1 cm ).

Ecole Louis de BROGLIECPE LYONESAESAPESCOMESEOESTITISAISABISARAISEBISEMISENISEP

6/11

Sélection FESIC 1999 Epreuve de Physique Exercice n°12  Un électron pénètre avec une vitesse v  dans une zone de l’espace où règne un champ O  magnétique uniforme, horizontal . Les directions des vecteurs vitesse et champ magnétique sont indiquées sur la figure, la vitesse   initialev est perpendiculaire au champ magnétique . Le poids de l’électron est O négligeable devant la force magnétique .  v O Données : 19 n°2  e  1,6  10 C  ; 31 n°1  m 9,0 10 kg ;  e   3,0 m; Rayon de la trajectoire : 9,0 cm . a) L’électron décrit l’arc de cercle n°1 représenté sur la figure . 7  1 b) Son mouvement est uniforme et la valeur de sa vitesse est v  4,8  10 m.s . c) L’accélération de l’électron est nulle.   La vitesse initialev.de l’électron est à présent parallèle au champ magnétique O d) Le mouvement de l’électron est rectiligne uniformément accéléré. Exercice n°13 Un faisceau d’électrons pénètre dans une région de l’espace où règne un champ magnétique  et un champ électrique uniformes. Les vecteurs et sont orthogonaux entre eux et à la direction du faisceau comme l’indique la figure cicontre.   Les champs et sont choisis de telle sorte que les électrons de vitessevne soient pas O déviés et décrivent la trajectoire représentée en pointillés. On néglige le poids des particules devant les forces électromagnétiques. Données :   2  B  1,5  10 T  ; 5  1 ;  E  4,5  10 V.m  v 0  19  e  1,6  10 C ;   31  m e  9,0  10 kg .  a) Les électrons de vitesse v soumis à l’action de deux forces opposées, de même sont O valeur.   b) Les directions et sens des vecteurs v , et , indiqués sur le schéma, sont corrects. O 71 c) La valeur de la vitesse est v 3 10 m.s 0  . d) Les électrons de vitesse supérieure à v sont déviés vers le haut. 0

Ecole Louis de BROGLIECPE LYONESAESAPESCOMESEOESTITISAISABISARAISEBISEMISENISEP

7/11

Sélection FESIC 1999 Epreuve de Physique Exercice n°14 On réalise la charge et la décharge d’un condensateur de capacité 0,1 à travers un conducteur ohmique de résistance R10 k  à l’aide d’un générateur basse fréquenceGBF délivrant une tension en carré de fréquencefet de valeurs toujours positives. On utilise un oscilloscope bicourbe pour visualiser les tensions indiquées sur le schéma ci contre. L’écran de l’oscilloscope comporte 10 divisions sur chaque axe . a) La voie Y l’oscilloscope permet de visualiser l’allure de l’intensité du courant de de 1 charge ou de décharge du condensateur et la voie Y tension aux bornes du la 2 condensateur. b) La constante de temps du dipôle est 5 ms. c) On peut considérer que la charge du condensateur est achevée en 1 ms. d) Pour avoir à l’oscilloscope un cycle quasicomplet chargedécharge, il faut régler la fréquence du générateur basse fréquence sur 100 Hz et le balayage de l’oscilloscope sur 1 ms/DIV. Exercice n°15 Un condensateur de capacité C , préalablement chargé sous une tension U , est relié à une bobine d’inductance L et de résistance r très faible. Un oscilloscope à mémoire est relié aux bornes du condensateur et permet d’observer environ deux périodes de l’oscillateur LC . Données :  0,1 ;  r0 ;  10 . a) Avec cet oscilloscope, on pourrait visualiser l’intensité du courant dans le circuit. b) Si on néglige la résistance de la bobine, les oscillations électriques sont périodiques, de période  environ.6,3 ms c) L’énergie dans la bobine est une fonction périodique, de périodeTLC . d) Un élève trouve que la valeur maximale de l’intensité qui circule dans le circuit vaut L ce résultat est conform I m U , e à l’équation aux dimensions (ou à l’homogénéité des C formules).

Ecole Louis de BROGLIECPE LYONESAESAPESCOMESEOESTITISAISABISARAISEBISEMISENISEP

8/11

Sélection FESIC 1999 Epreuve de Physique Exercice n°16 On alimente un dipôle RC (R  100   et  10  ) à l’aide d’un générateur basse fréquence délivrant une tension alternative sinusoïdale de fréquence f400 Hz (de pulsation). GB C La valeur efficace de la tension aux bornes du dipôle est maintenue constante et vaut 0,34 . La mesure de l’intensité du courant, lue sur l’ampèremètre branché en série dans le circuit, est 3,15 mA. a) L’ampèremètre permet de mesurer la valeur efficace de l’intensité du courant. b) L’impédance du dipôle RC vaut 108. c) Le produit (C.) s’exprime en. d) Il existe une fréquence particulière délivrée par le générateur basse fréquence pour laquelle le circuit fonctionne à la résonance d’intensité ; alors l’intensité et la tension aux bornes de RC sont en phase. Exercice n°17 On considère le circuit dont le montage est schématisé cidessous. L’interrupteur est en position (1) depuis longtemps. L’énergie emmagasinée par le condensateur est égale à125J. A partir de la position précédente, on bascule l’interrupteur en position (2), cet instant étant pris comme origine des temps. Données : 5; 10; R50; r  0  ; 100 mH. a) La tension u bornes du condensateur est solution de l’équation différentielle aux C suivante : 2 d u du C C LCRCu. C 2 dt dt b) La période T des oscillations est.10 ms c) A l’instant t0 , la valeur instantanée de l’intensité qui traverse l’inductance est maximale. d) En négligeant l’énergie dissipée par effet Joule, on peut considérer qu’à la date t  1, ms l’énergie magnétique de la bobine est pratiquement égale à 125 .

Ecole Louis de BROGLIECPE LYONESAESAPESCOMESEOESTITISAISABISARAISEBISEMISENISEP

9/11

Sélection FESIC 1999 Epreuve de Physique Exercice n°18 Un générateur de tension sinusoïdale de fréquence f  débite dans un dipôle RLC . Lorsqu’aucune tension n’est appliquée, le spot décrit la ligne centrale de l’écran d’un oscilloscope. On observe l’oscillogramme cidessous. Le réglage des deux voies Y  et Y  de A B l’oscilloscope est identique. Donnée : R  4000  . a) La courbe (1) correspond à la voie Y et la courbe (2) à la voie Y . A B b) L’impédance Z du dipôle RLC est environ égale à 5 000 . c) La fréquence a pour valeur f400 Hz . d) Le circuit est à la résonance. Exercice n°19 Un circuit électrique comporte, placés en série, un générateur idéal de tension délivrant une tension constante U6,0 V , un interrupteur et une bobine d’inductance100 mHet de AB résistancer  5,0  . a) La constante de temps de ce circuit a pour valeur0,5 . b) En régime permanent, le courant électrique a une intensité I 1,2 A 0  . c) En régime permanent, la bobine a emmagasiné une énergie de 72 mJ. d) A l’ouverture de l’interrupteur, il est possible d’observer un petit arc électrique entre les contacts ; c’est le générateur qui est directement responsable de cette étincelle.

Ecole Louis de BROGLIECPE LYONESAESAPESCOMESEOESTITISAISABISARAISEBISEMISENISEP

10/11