FESIC physique 1999

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Sélection FESIC 1999 Epreuve de Physique Exercice n°1 Le champ électrique créé au point B par une charge ponctuelle q située en un point A, est donné par : qEk i 2ri = vecteur unitaire de la droite AB dirigé de A vers B r = distance AB Données : 9 k9 10 S.I. ; r 10 cm ; 9q1 010C. a) Le champ électrique 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 . 31c) 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 5F9 10 N . Exercice n°2 Un objet de masse m 200 g glisse sur une piste ABC ayant (en coupe) la forme suivante : A h B C La dénivellation h entre les points A et B est égale à 12 cm et la longueur AB BC est bgL 60 cm . L’objet subit une force de frottement constante F 0,4 N sur tout son déplacement de A à C, la direction de cette force est toujours parallèle au déplacement du mobile. On place l’objet en A et on le lâche sans vitesse initiale. 2Donnée : g1 0m.s. a) Entre les points A et C, le travail du poids vaut W0 ,24J et le travail de la force de 1frottement vaut W0 ,24J. 2 b) La variation de l’énergie cinétique E entre A et C s’écrit : EEAEC . bg bgC CC c) La vitesse du mobile en C nulle. On surcharge l’objet avec une masse m5 0g. On suppose que la force de frottement ne change pas. On place ...
Publié le : jeudi 21 juillet 2011
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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 Ek i2
i= vecteur unitaire de la droiteABdirigé deAversBr =distanceAB Données : 9 k9I.10 S. ; 10 cm; 9 q 1010 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 q0 . 31 c) La valeur du champ électrique en B est égale à 910 V.m . d) Une autre charge électrique q, placée en B, subit une force attractive de valeur5 F910 N. Exercice n°2 Un objet de massem200glisse sur une pisteABCayant (en coupe) la forme suivante : h C b g La dénivellationh entre les pointsA etB est égale à12 cm et la longueurABBC est 60 cm. L’objet subit une force de frottement constante0,4sur 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 :g10 m.s. et le trava a) Entre les points A et C, le travail du poids vautW1 0,24 Jil de la force de frottement vautW2 0,24 J. b g b g et C s’écrit : E E A E C . b) La variation de l’énergie cinétiqueEentre ACCCC 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
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Sélection FESIC 1999 Epreuve de Physique Exercice n°3 Dans un référentiel géocentrique, un satellite de la Terre (masseM, rayonR) possède un T T mouvement circulaire uniforme à l’altitudeh620 km. 2 A cette altitude, le champ8 m.s de pesanteur vauth. Données : R6380 km; T 1 1 567,480,130,018. 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 : aG . 2 bTg Rh 1 d) La valeur de la vitesse du satellite est environ égale à v7,5 km.s . Exercice n°4 Dans le champ de pesanteur terrestre, deux projectilesPetPsont lancés au même instant 1 2 b g t0d’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 g10 m.s1 v 2 m.s 1xv11 v 2 m.s 1y1 v 2x2 m.s v21 v2y4 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 sommetsSetSdes trajectoires, les vitesses des projectiles sont égales. 1 2 2 d) e  La trajectoire du projectilP1est une portion de parabole d’équation y 5 xx .
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Sélection FESIC 1999 Epreuve de Physique Exercice n°5 La boule d’un pendule électrostatique, de longueur, de massem, portant une chargeqpositive, 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 VUAB1; d5,0 cm; in0,1 ; cos1,0; tan0,1; m0,1; 20 cm; 2 g10 m.s. d a) La tensionUest positive. AB 8 b) La valeur de la charge estq510 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 :m100; 1 k10 N.kg; 2 g10 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.
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Sélection FESIC 1999 Epreuve de Physique Exercice n°7 Un corpsC, de massem100, est accroché à un ressort horizontal de masse négligeable et 1 de constante de raideurK20 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 eurvO0,2 cet ensemble entre en oscillations supposées non amorties. a) La période T des oscillations dépend de la valeurvv .de la vitesse O O b) La période T des oscillations est d’environ0,63 . 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 etlieu 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’axeest de45°.Données : 5 composante horizontale du vecteur champ magnétique terrestre :B210 T; h 7 ide :4 10 S. I.perméabilité magnétique du vOa) 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 horizontaleBduchamp 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’anglediminue.
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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 ded10,0 cmet soumises à une tensionU1,0 kV. 27 Données : Masse d’une particule:m6,610 kg;19  Charge élémentaire :e1,610 C. a) Entre les plaques, dans la zone centrale, règne un champ électrique uniforme. 15 b) La particule3,2constante et de valeur est soumise à une force électrique .10 N c) Le mouvement que la particuleacquiert est dû à son poids. d) La particuleun mouvement rectiligne uniformément accéléré, la valeur de son a 122 accélération est environ 0,510 m.s . Exercice n°10 2022Deux 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 PP2. 1 Ils traversent la plaqueP enOpénètrent en et Oune zone de l’espace où règne un dans 2 2 champ électriqueEascendant. 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 41 E7,510 V.m ; 0ePet :cd 2 distance entr1P2m; O 2O O 1 19 e1,610 C; 41 V. E0210 m; 20 26 Ecran masse de l’ion 10Ne3,2010 kg; 22 26 masse de l’ione3,6510 k. a) La différence de potentiel U est positive et vaut 1,5 kV. b) EntrePetP 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’axeI y et s’effectue en des points d’ordonnées 2022y pourNeety pourNe. 1 10 2 10 d)ypositiet t 1y2 son fs etyy. 1 2
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Sélection FESIC 1999 Epreuve de Physique Exercice n°11 Un pointMdécrit une trajectoire circulaire de rayon5,0 cm. La figure 1 donne les positions du pointMà des intervalles de temps réguliers et la figure 2 les variations de la vitessev au cours du temps. a) Le mouvement de M comporte deux phases : mouvement uniforme entre t0 et t0, , mouvement décéléré ensuite. b1g b) Au point 5t0,5 s, la valeur de l’accélération est nulle. b2g c) Au point 11t1,1 s, l’accélération tangentielle a pour valeur arithmétique environ 22 15 cm.s et l’accélération normale a pour valeur arithmétique environ 65 cm.s . d) Un représentant du vecteur accélérationapoint 11 est tracé sur la figure 1 (échelle au 2 20 cm.s1 cm ).
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Sélection FESIC 1999 Epreuve de Physique Exercice n°12 Un électron pénètre avec une vitessev 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 : 19n°2 e1,610 C ; 31 n°1m 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 . 71 b) Son mouvement est uniforme et la valeur de sa vitesse est v4,810 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 B1,510 T ; 51 ; E4,510 V.mv 0 19 e1,610 C; 31 me9,010 kg. a) Les électrons de vitessevsoumis à l’action de deux forces opposées, de même sont O valeur. b) Les directions et sens des vecteursv, et , indiqués sur le schéma, sont corrects. O 71 c) La valeur de la vitesse est v 3 10 m.s 0 . d) Les électrons de vitesse supérieure àvsont déviés vers le haut. 0
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Sélection FESIC 1999 Epreuve de Physique Exercice n°14 On réalise la charge et la décharge d’un condensateur de capacité0,1à travers un conducteur ohmique de résistanceR10 k à l’aide d’un générateur basse fréquenceGBFdélivrant 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 voieYl’oscilloscope permet de visualiser l’allure de l’intensité du courant de de 1 charge ou de décharge du condensateur et la voieYtension 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 capacitéC, préalablement chargé sous une tensionU, est relié à une bobine d’inductanceLet de résistancertrès faible. Un oscilloscope à mémoire est relié aux bornes du condensateur et permet d’observer environ deux périodes de l’oscillateurLC. Données : 0,1; r0; 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 périodeenviron.6,3 ms c) L’énergie dans la bobine est une fonction périodique, de périodeTLC . d) Un élève trouve que la valeur maximale de l’intensité qui circule dans le circuit vaut L ce résultat est conform ImU , e à l’équation aux dimensions (ou à l’homogénéité des C formules).
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Sélection FESIC 1999 Epreuve de Physique Exercice n°16 On alimente un dipôleRC(R100 et 10)à l’aide d’un générateur basse fréquence délivrant une tension alternative sinusoïdale de fréquencef400 Hz(de pulsation). GB C La valeur efficace de la tension aux bornes du dipôle est maintenue constante et vaut0,34. 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 à125J. A partir de la position précédente, on bascule l’interrupteur en position (2), cet instant étant pris comme origine des temps. Données : 5; 10; R50; r0; 100 mH. a) La tensionubornes du condensateur est solution de l’équation différentielle aux C suivante : 2 d u du C C LCRCu. C 2 dt dt b) La période T des oscillations est.10 ms c) A l’instant t0 , 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 t1, ms l’énergie magnétique de la bobine est pratiquement égale à 125.
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Sélection FESIC 1999 Epreuve de Physique Exercice n°18 Un générateur de tension sinusoïdale de fréquencef débite dans un dipôleRLC. 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 voiesY etY de A B l’oscilloscope est identique. Donnée : R4000. a) La courbe (1) correspond à la voieYet la courbe (2) à la voieY. A B b) L’impédance Z du dipôle RLC est environ égale à5 000. c) La fréquence a pour valeurf400 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 constanteU6,0 V, un interrupteur et une bobine d’inductance100 mHet de AB résistancer5,0. a) La constante de temps de ce circuit a pour valeur0,5 . b) En régime permanent, le courant électrique a une intensitéI 1,2 A0. 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.
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