FESIC physique 2003

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Epreuve de PhysiqueSélection FESIC 2003 Exercice n°1 y (mm) 3Une perturbation créée en un point source S, se propage le long d'une corde. Cette corde a été 2photographiée aux instants t0= ,8s et 1t = 0,8 s1t1= ,2s (voir schéma ci-contre). 2 1 Remarque : L'abscisse 0 m sur le schéma ne 0 0 1234567x (m)correspond pas à la position du point source S. y (mm) a) Il s'agit d'une onde progressive 3longitudinale. b) Au cours de sa progression l'onde est 2amortie. t = 1,2 s2c) La célérité moyenne entre t e t t e st d e 11 2−110 m.s . 0d) En un point M de la corde on aura 0 1234567x (m)yt()=+y(t0,4), le temps étant exprimé en M Sseconde et l'élongation y en centimètres. Exercice n°2 Un vibreur est relié à l'extrémité S d'une corde. A l'instant t0= , le vibreur est mis en mouvement. L'aspect de la corde au bout d'un temps de 200 ms est représenté ci-dessous, l'origine des abscisses x= 0 correspond à la position de l'extrémité S. y (mm)10,50x (m)0 11234- 0,5- 1 a) A l'instant t= 0 , le vibreur s'est mis en mouvement vers le haut. b) La longueur d'onde est de 1 m. c) La période du mouvement du vibreur est de 100 ms. −1d) La célérité de l'onde a pour valeur 12,5 m.s . CPE LYON - Ecole Louis de BROGLIE - ESA - ESAP - ESCOM - ESEO - ESTIT - IGAL - ISA - ISAB - ISARA - ISEB - ISEM - ISEN - ISEP page 1 Epreuve de PhysiqueSélection FESIC 2003 Exercice n°3 2 3La réaction de fusion entre un noyau de deutérium H et un noyau de ...
Publié le : jeudi 21 juillet 2011
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Epreuve de Ph siqu Sélection FESIC 2003 Exercice n°1 y (mm) 3 Une perturbation créée en un point sourceS, se propage le long d'une corde. Cette corde a été 2 photographiée aux instantst=0,8 s et 1 t1= 0,8 s t=1,2 s(voir schéma cicontre). 1 2 Remarque : L'abscisse0 m sur le schéma ne 0 0 1 2 3 4 5 6 7 (m) correspond pas à la position du point sourceS. y (mm) a) Il s'agit d'une onde progressive 3 longitudinale. b) Au cours de sa progression l'onde est2 amortie. t2= 1,2 s c) La célérité moyenne entre t et t est de1 1 2 1 10 m.s . 0 d) En un point M de la corde on aura0 1 2 3 4 5 6 7 (m) y(t)=y(t+0,4), le temps étant exprimé en M S seconde et l'élongation y en centimètres. Exercice n°2 Un vibreur est relié à l'extrémitéS d'une corde. A l'instantt=0, le vibreur est mis en mouvement. L'aspect de la corde au bout d'un temps de200 msest représenté cidessous, l'origine des abscisses=0 correspond à la position de l'extrémité S. y (mm) 1
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 1 a) A l'instant t=0 , le vibreur s'est mis en mouvement vers le haut. b) La longueur d'onde est de 1 m. c) La période du mouvement du vibreur est de 100 ms. 1 d) La célérité de l'onde a pour valeur 12,5 m.s .
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Epreuve de Ph siqu Sélection FESIC 2003 Exercice n°3 2 3 La réaction de fusion entre un noyau de deutériumHet un noyau de tritiumHconduit àla formation 1 1 4 d'un noyau d'héliumHe. 2 Données :2 3 4 Noyau HHHe1 1 2 ε 1 1,183 2,825 7,074 (eV/nucléon)A 2 a) Le noyau de deutérium H contient un proton et deux neutrons. 1 b) Il y a formation d'un proton au cours de cette réaction. c) L'énergie libérée par la réaction est égale à17,455 MeV. d) L'énergie libérée par la réaction se trouve entièrement sous la forme de rayonnementγ. Exercice n°4 14 14A haute altitude, l'azoteNbombardé par des neutrons se transforme en carboneCradioactifβ, de 7 6 demiviet=5600 ans. 1/2 Ln 25600 4 Données :=1,24×10;= 8080. 5600Ln 2 a) A haute altitude, l'équation de la réaction nucléaire s'écrit : 14 1 14 A A N + nC + Xest un proton. 7 0 6 Z Z 14 14 0 14 b) L'équation de désintégration deCs'écrit :Ce + X. 6 6 1 5 14 Un vieil échantillon contenant duCune activité de a 2 Bq. Un échantillon identique, récent et de 6 même masse a une activité de16 Bq: c) Ce vieil échantillon est âgé de 22400 ans. 1441 d) La constante radioactive caractéristique deCradioactif a pour valeur1,24×10 an. 6
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Epreuve de Ph siqu Sélection FESIC 2003 Exercice n°5 Une fente de largeur0,10 mm, est éclairée par un faisceau de lumière monochromatique de longueur d'onde450 nm. Un écran, disposé perpendiculairement à la direction du faisceau de lumière, est placé à2 mde la fente. Fente Ecra 0,10 mm
Faisceau de lumière monochromatique
D = 2 m a) La couleur de cette lumière monochromatique est plus proche du rouge que du bleu. b) On observe sur l'écran une succession de taches verticales de plus en plus larges, alternativement brillantes et sombres. c) L'écart angulaire entre le milieu de la frange centrale et la première extinction est derad4,5 m . d) Le diamètre de la tache centrale est de 0,9 cm. Exercice n°6 On charge un condensateur sous une tensionU=10 Và travers une résistance=10 k. A l'instant 0 t=0, la charge du condensateur est nulle et au bout d'un temps très long, la charge tend vers la valeur finaleQ=430µC. On noteu(t)la tension aux bornes du condensateur. Donnée :Ln x=x2,3 log . 1du(t) a) D'après l'additivité des tensions dans le circuit, on peut écrire : u(t)+ =U . 0 RCdt b) La capacité C du condensateur a pour valeurC=43µC. c) La constante de temps du circuit a pour valeurτ =0,43 ms.  t La tension aux bornes du condensateur estu(t)=U 1exp. 0      d) La charge à 90 % est obtenue au bout d'un temps d'environ10 s.
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Sélection FESIC 2003 Exercice n°7 On charge un condensateur sous une tensionUtravers une résistance à oscilloscope bicourbe, on visualise deux tensions représentées cidessous : u (V) 30
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10
Courbe a
Courbe b
Epreuve de Ph siqu
=10 k. A l'aide d'un
0 0 4 8 12 16 18 20 t (ms) a) La courbe représentant les variations de la tension u aux bornes du condensateur u en fonction du C C temps est la courbe b. b) La constante de tempsτest la durée au bout de laquelle le condensateur est complètement chargé. c) La valeur maximale de l'intensité traversant le circuit est de 3 mA. On charge deux condensateurs identiques en série sous la tensionU. d) L'énergie emmagasinée dans chaque condensateur est le quart de ce qu'elle aurait été avecun seul condensateur chargé sous la même tension U. Exercice n°8 A On dispose d'une bobine longue d'inductanceL et de résistance R négligeable. Elle est placée dans un circuit comportant uni conducteur ohmique de résistanceRet un générateur basse fréquence GBF de tension variable alimenté par un transformateur d'isolement. L'intensité maximale délivrée par le générateur est=2 mA.L MAX C Un oscilloscope bicourbe permet de visualiser les tensionsuet B Voie 1 u. CB 0 Les traces des voies en l'absence de tension figurent en pointillé sur la représentation cidessous. Réglages de l'oscilloscope : 0Voie 2 Sensibilité de déviation verticale : Voie 1 :1 V/division Voie 2 :10 mV/division Balayage :10 ms/division CPE LYON  Ecole Louis de BROGLIE  ESA  ESAP  ESCOM  ESEO  ESTIT  IGAL  ISA  ISAB  ISARA  ISEB  ISEM  ISEN  ISEPpage4
Epreuve de Ph siqu Sélection FESIC 2003 a) On observe les tensions uetsur les voies 1 et 2.u respectivement B CB b) La résistance R a pour valeur 500. c) L'inductance de la bobine a pour valeur 0,2 H. d) A l'instantt=10 ms, l'énergie emmagasinée dans la bobine a pour valeur 0,4µJ. Exercice n°9 1 i 2 Le circuit cicontre comporte un générateur de tension constanteE, une bobine d'inductanceLrésistance (de R E négligeable), un conducteur ohmique de résistanceR (RL ajustable de0à10 k), un condensateur de capacitéC,et unA Voie 1 de interrupteur.C l’oscilloscope On place l'interrupteur en position 1. M a) L'équation liant la tension u , sa dérivée par rapport M du u E AM AM au temps et les caractéristiques du circuit s'écrit :=+ + 0. dt RC RC On bascule l'interrupteur en position 2. b) Quand l'interrupteur est en position 2, l'intensité circule initialement dans le sens indiqué sur le schéma. c) On observe des oscillations forcées sur la voie 1 de l'oscilloscope. d) Dans le cas où=0 , l'équation liant la tension u , sa dérivée par rapport au temps et les M 2 d u u AM AM caractéristiques du circuit s'écrit :=0 . 2 dt LC Exercice n°10 Une petite bille de volumeVet de massemest abandonnée sans vitesse initiale à l'instantt=0dans un mélange eauglycérol de masse volumiqueρ contenu Courbe1:z(t) dans une éprouvette. Courbe2:v(t) L'expérience filmée est traitée par un système Courbe3:aG(t) informatique ; on obtient les tracés de la positionz(t)du centre d'inertie de la bille, de sa vitessev(t) et de son1 3 accélérationa(t)en fonction du temps. L'axe vertical2 G Ozest orienté vers le bas. On notePpoids de la bille, le f= −k v la force de frottement etFla poussée d'Archimède. 2 Donnée :g: accélération de la pesanteur =10 m.s.t1 1,5 0 0,5 ens a) La deuxième loi de Newton s'écrit : P+f+F=ma. G dv b) Après avoir projeté la deuxième loi de Newton sur l'axeOz, on peut écrire :mg+kv− ρVg=m. dt c) La vitesse limite est atteinte par la bille à la datet=0,25 s.d) Au bout det=1 s, le mouvement de la petite bille est rectiligne uniforme.
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Epreuve de Ph siqu Sélection FESIC 2003 Exercice n°11 Dans le référentiel terrestre, on considère le mouvement d'un parachute de massemportant une masseM. A l'instantt=0, le parachute et sa charge sont abandonnés sans vitesse initiale à une hauteurh. On prend un axe de référenceOz, ascendant,Oétant un point du sol. Données :m = 20 kg.h = 245 m. 2 Accélération de la pesanteur :g=10 m.s. Le parachute ne s'ouvre pas. La résistance de l'air est négligeable.2 a) L'équation horaire du parachute chargé s'écrit : z= −.5 t 1 b) Le parachute chargé arrive au sol avec la vitesse de valeur 70 m.s . 2 Le parachute s'ouvre, la résistance de l'air est proportionnelle au carré de la vitesse :=k v avec 1 k=20 S.I.. Le parachute atteint la vitesse limite de8 m.s. c) Quand la vitesse limite est atteinte l'accélération est nulle. d) La charge que porte le parachute a pour valeur=128 kg. Exercice n°12 O Une petite balle considérée ponctuelle de massem = 200 g est lancée d'un x pointO, d'une fenêtre d'un immeuble, située à la distancehdu sol, avec une 1α vitesse de valeurV=10 m.s, le vecteur vitesse faisant un angleα =V 0 0 avec la verticale orientée vers le bas. La balle touche le sol en un pointIsitué h à1,40 mdeA, pied de l'immeuble. La résistance de l'air est négligeable. 2 Données :Accélération de la pesanteur :g=10 m.s. A I tan 8°!sin 8°!0,14.Sol cos 8°!1.z a) La distance h a pour valeur 5 m. b) Le temps de chute a pour valeur 0,14 s. 1 c) La vitesse de la balle, quand elle arrive au sol en I, a pour valeur 14,1 m.s. d) La valeur de la vitesse de la balle, quand elle arrive au sol en I, dépend de l'angleα.
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