Physique 2004 Concours FESIC

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Description

Concours du Supérieur Concours FESIC. Sujet de Physique 2004. Retrouvez le corrigé Physique 2004 sur Bankexam.fr.

Sujets

• Physique
• 2004

Informations

• Publié par: bankexam
• Publié le: 25 juillet 2008
• Nombre de lectures: 126
• Langue: Français

Extrait

CPE LYON - ESA - ESAP - ESCOM - ESEO - ESTIT - IGAL - ISA - ISAB -

ISARA - ISEN Brest - ISEN Lille - ISEN Toulon - ISEP - LOUIS de BROGLIE

SELECTION FESIC

ADMISSION en 1ère ANNEE du 1er CYCLE 2004

EPREUVE DE PHYSIQUE

Samedi 15 mai 2004 de 14h. à 16h.30 INSTRUCTIONS AUX CANDIDATS L'usage de la calculatrice estinterditainsi que tout document ou formulaire. L'épreuve comporte 16 exercices indépendants. Vous ne devez en traiter que 12 maximum. Si vous en traitez davantage,seuls les 12 premiersseront corrigés. Un exercice comporte 4 affirmations repérées par les lettres a, b, c, d. Vous devez indiquer pour chacune d'elles si elle est vraie (V) ou fausse (F). Un exercice est considéré comme traité dès qu'une réponse à une des 4 affirmations est donnée (l'abstention et l'annulation ne sont pas considérées comme réponse). Toute réponse exacte rapporte un point. Toute réponse inexacte entraîne le retrait d'un point. L'annulation d'une réponse ou l'abstention n'est pas prise en compte, c'est-à-dire ne rapporte ni ne retire aucun point. Une bonification d'un point est ajoutée chaque fois qu'un exercice est traité correctement en entier (c'est-à-dire lorsque les réponses aux 4 affirmations sont exactes). L'attention des candidats est attirée sur le fait que, dans le type d'exercices proposés, une lecture attentive des énoncés est absolument nécessaire, le vocabulaire employé et les questions posées étant très précis. INSTRUCTIONS POUR REMPLIR LA FEUILLE DE REPONSES Les épreuves de la Sélection FESIC sont des questionnaires à correction automatisée. Votre feuille sera corrigée automatiquement par une machine à lecture optique. Vous devez suivre scrupuleusement les instructions suivantes : Pour remplir la feuille de réponses, vous devez utiliser un stylo bille ou une pointe feutre de couleur noire ou bleue. Ne jamais raturer, ni gommer,ni utiliser un effaceur. Ne pas plier ou froisser la feuille. T.s.v.p...

1.Inscrivez votre nom et votre prénom en majuscules dans les cases prévues. 2.Inscrivez votre numéro de table (1 lettre, 5 chiffres) •en clair dans les emplacements prévus (voir exemple) ET •en noircissant les cases correspondant à votre numéro. 3.Procédez de même pour la matière de l'épreuve (MAT pour Mathématiques, CHI pour Chimie, PHYS pour Physique, SVT pour Sciences de la vie et de la terre).  Exemple:

4.Noircissez les cases correspondant à vos réponses :

Faire

Ne pas faire

Pour modifier une réponse, il ne faut ni raturer, ni gommer, ni utiliser un effaceur. Annuler la réponse par un double marquage (cocher F et V) puis reporter la nouvelle réponse éventuelle dans la zone tramée (zone de droite). La réponse figurant dans la zone tramée n'est prise en compte que si la première réponse est annulée. Les réponses possibles sont :

V F V F vrai faux abstention abstention vrai faux abstention La feuille de réponses permet de répondre à 30 exercices. Ne pas remplir les cases numérotées de 17 à 30. Attention :vous ne disposez que d'une seule feuille de réponses. En cas d'erreur, vous devez annuler votre réponse comme indiqué ci-dessus. Toutefois, en cas de force majeure, une seconde feuille pourra vous être fournie par le surveillant.

Epreuve de Physique Sélection FESIC 2004 Exercice n°1 Une perturbation de duréeθ= 20 msest produite à la datet=0, à l'extrémitéAd'une corde de longueur -1 AB = 10m. Une onde est ainsi produite et elle se propage à la céléritév = 25 m.s.

a) Le point M de la corde, situé à 5 m du point A, est atteint par la perturbation à la date t = 0,2 s. b)Le point M de la corde, situé à 5 m du point A, sera à nouveau au repos à partir de t = 0,4 s. On considère maintenant qu'à la datet = 0une perturbation est provoquée enAet une autre perturbation est provoquée enBà l'autre extrémité de la corde.

A

c) La célérité de l'onde ne dépend pas du sens de propagation. d) Les deux ondes s'annulent après leur passage au milieu de la corde. Exercice n°2 Le graphique suivant modélise l'aspect d'une corde soumise à une perturbation à la datet. 1 On noteu le déplacement latéral de la corde. L'origine des dates correspond avec le départ de la perturbation du point sourceS. u

S 0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

(m)

Etat de la corde à linstant t 1 Le début du signal, se propageant le long de la corde, arrive en un pointMd'abscissex M = 1,2 mà la date t 2 = t 1 +τ avec τ= 70 ms . a) Cette onde est une onde mécanique longitudinale. -1 b) La célérité v de la perturbation est v = 1,0 m.s . c) La date t 1 a pour valeur 0,5 s. d) La durée θ la perturbation, durée pendant laquelle un point de la corde est en mouvement, est de θ = 0,03 s.

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Sélection FESIC 2004 Exercice n°3

Faisceau de lumière monochromatique issue dun laser

Fente verticale a

Ecra vertical

Y

Y



Epreuve de Physique

D = 1,60 m On réalise le montage ci-dessus, avec un laser He-Ne de longueur dondeλ, une fente de largeura,sur un support vertical et un écran vertical. a) La figure de diffraction présente des taches qui s'étalent suivant l'axe Y ′ Y de l'écran. θa b) Lécart angulaireθde la demi tache centrale de diffraction est donné par : = . 2 λ On mesure sur l'écran la largeur d de la tache centrale de diffraction pour plusieurs valeurs de la largeur a de la fente. La précision de la mesure de la largeur d est de 0,5 mm . a (mm) 0,5 0,25 0,20 0,10 d (mm) 6,5 13 16 32 1 c) La largeur d de la tache centrale est proportionnelle à . a d) Pour la fente de largeur a = 0,20 mm, l'angle α lequel la tache centrale est vue de la fente est sous -2 α= 10 rad. Exercice n°4 − Le Césium 137est un élément radioactif, émetteur β . La demi-vie t du Césium 137 est 30 ans. 1/2 On donne :Te;I;Xe;Cs;Ba 52 53 54 55 56 −2 On prendra :Ln2=0,7et Ln10= −4,6 . 137 137 0 a) L'équation de désintégration du noyau de Césium 137 s'écrit : Cs→Xe + e. 55 54−1 b) Le noyau fils peut se mettre dans un état excité et émettre un rayonnementγ. −2−1 c) La constante radioactive λ vaut environ 2,3×10 an . d) La durée calculée nécessaire à la disparition de 99 % de Césium 137 est t! 200 ans .

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Sélection FESIC 2004 Exercice n°5 1 On considère la réaction suivante :n+ 0 Donnée : Courbe d'Aston. - E L MeV/nucléon )/A (

0 0

- 1

- 5

- 9

20

235 U 92

100

→

135 I 53

+

97 Y Z

+

1 x n. 0

200

Epreuve de Physique

240

a) Il s'agit d'une désintégration spontanée. b) Le nombre de neutrons formés au cours de la réaction est =3 . c) L'élément Yttrium, dont le symbole est Y, a pour numéro atomique 39. d) D'après la courbe d'Aston, l'énergie libérée par la réaction est inférieure à 10 MeV.

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A

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Epreuve de Physique Sélection FESIC 2004 Exercice n°6 On dispose d'un échantillon de matière radioactif. a) Avec les notations habituelles, l'activité d'une source radioactive A(t) a pour expression −λt A ( t ) =.N e 0 b) L'expression "le radium est plus radioactif que l'uranium" signifie que le nombre de noyaux radioactifs de radium diminue plus rapidement au cours du temps que le nombre de noyaux radioactifs d'uranium. c) Au bout de trois "demi-vies", les trois quarts des atomes radioactifs se sont désintégrés. 206 − Le noyau stable de plombPbest obtenu à partir de désintégrations successivesαet β du noyau du 82 226 radium a . 88 d) Au cours de ces désintégrations successives 5 particules α et 10 électrons sont émis. Exercice n°7 La charge d'un condensateur de capacité C est réalisée en branchant en série un conducteur ohmique de résistanceRet un générateur de tension idéal de f.e.m.E. Le condensateur est initialement déchargé et à l'instantt=0, on ferme l'interrupteur K . R i(t) E C u(t)

K L'équation différentielle qui régit l'évolution de la tension u ( t ) aux bornes du condensateur s'écrit : du ( t ) u ( t ) E + =  (1). dt RC RC −t/τ = − a) La solution de l'équation différentielle est u ( t ) E 1 e ) avec τ constante de temps du circuit. b) La charge finale du condensateur est de l'ordre de . C La méthode d'Euler permet par itérations successives de calculer u(t) l'expression suivante : avec u ( t + dt ) = u ( t ) + du ( t ) . + + − c) On peut alors écrire : u ( t dt ) !u ( t ) ( E u ( t ) ) dt . d) Par la méthode d'Euler, plus le "pas" dt est grand, plus u ( t ) se rapproche de la solution de l'équation différentielle.

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Epreuve de Physique Sélection FESIC 2004 Exercice n°8 1 2 On considère le circuit ci-contre, constitué par les dipôles suivants : un générateur idéal de tension de force A électromotrice E , une bobine d'inductance L de et résistance r , une résistance R , un interrupteur double E ( L,r ) position et un moteur M mécaniquement à une couplé poulie à laquelle est suspendue une masse m . Lorsque le moteur fonctionne, il remonte la masse m . R B Données :E = 12,5 V  ; = 40 Ω  ; r = 10 Ω  ; m L=1 H  ; m=10 g . − 2 On prendra g=10 m.s pour la valeur du champ de pesanteur. Dans un premier temps, l'interrupteur est basculé en position 1. a) Lorsque le régime permanent est établi, l'intensité du courant dans la bobine est d'environ 0,31 A . b) L'énergie magnétique emmagasinée dans la bobine vaut environ 31 mJ . Dans un deuxième temps, on bascule très rapidement l'interrupteur en position 2. Le moteur se met à tourner et la masse monte d'une hauteur h . c) Pendant cette deuxième phase, le courant circule de B vers A dans la bobine. d) Si les frottements au niveau du moteur et de la poulie sont négligeables, la masse remonte d'une hauteur d'environ 31 cm . Exercice n°9 On réalise le circuit suivant avec une bobine d'inductance L et de résistance r , un conducteur ohmique de résistance =50Ω et un générateur de tension de f.e.m. E=6 V . Un oscilloscope à mémoire permet d'enregistrer les variations des tensions. On ferme linterrupteur (K) à t = 0 ms . U(V) Voie 2 K 6 Voie 2 5 Voie 1 4 L,r E 3 2 R Voie 1 1 0 0 1 2 3 4 t (ms) a) La bobine s'oppose aux variations de la tension dans le circuit. b) En régime permanent, l'intensité du courant dans le circuit vaut environ 100 mA . c) La résistance r de la bobine vaut environ 60 . d) L'inductance de la bobine vaut environ 60 mH .

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Sélection FESIC 2004 Exercice n°10 On considère le circuit suivant : Une voie de K loscilloscope

C

A

Lautre voie de loscilloscope

Epreuve de Physique

onnées : C=10µF 2 π =10

ens on ( V ) Courbe a 3 Courbe b Le condensateur est initialement chargé et son armature A porte une charge 2 q= +30µC . 0 1 A l'instantt=0, on ferme l'interrupteur K . 0 1 2 3 - 1 On visualise alors, les tensions aux - 2 bornes de la résistance et du condensateur. - 3 a) A t=0 , la tension aux bornes du condensateur est d'environ 3 V . b) La courbe a représente la tension aux bornes du condensateur. c) La courbe b est proportionnelle à l'énergie stockée dans le circuit. d) La valeur de l'inductance est proche de 2,5 mH. Exercice n°11 Une balle de volume V et de masse m tombe verticalement dans l'air. Données : ρ ′ : masse volumique de l'air ρ : masse volumique de la balle. g : valeur du champ de pesanteur v : vitesse de la balle.

4

u  : vecteur unitaire k : constante positive. 2 La force de résistance due à l'air est de la forme : T = − kv u . " " " 2 dv a) La deuxième loi de Newton peut s'écrire : ρ uV g + ρ ′ V g u + kv u = ρ V u . dt dv k 2 g b) L'équation différentielle du mouvement s'écrit : + v = ( ρ − ρ ′ ) . dtρVρ Vg ′ c) La vitesse a pour valeur limite : v= ( ρρ − ) . lim k d) Une fois la vitesse limite atteinte, l'accélération de la bille est une constante non nulle.

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5

O

temps (ms)

u

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