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Nom : Prénom : Section :
Physique Générale C – 11P091/R – 26 août 2009 à 8h30
- Indiquez vos Nom, Prénom et Section sur toutes les feuilles.
- Précision demandée : 1-10%.
- N’oubliez pas d’indiquer les unités.
- Vous devez obtenir 6 points pour réussir la note maximale de 6.
- Durée de l’examen : 3h00.
QCM : (répondez directement sur le présent énoncé aux cinq questions, chaque réponse juste vaut 0.2 points)
1. Pour qu’un rayon lumineux puisse subir une réflexion interne totale sur une interface, il faut que :
a. l’angle d’incidence soit égal à l’angle de Brewster.
b. l’angle d’incidence doit être plus grand que l’angle de Brewster
c. le rayon passe d’un milieu vers un autre avec un indice de réfraction plus grand.
d. le rayon passe d’un milieu vers un autre avec un indice de réfraction plus petit.
e. Il est impossible d’avoir une réflexion totale, une partie de la lumière incidente est toujours transmise.
2. Que mesure le voltmètre branché aux bornes du solénoïde ci-contre quand on approche le pôle sud d’un aimant permanent ?
a. Un aimant qui s’approche d’un solénoïde comme sur la figure n’engendre pas de tension aux bornes du
solénoïde.
b. La borne A se met à un potentiel positif par rapport à B c. La borne B se met à un potentiel positif par rapport à A d. Le même potentiel apparaît aux bornes A et B
3. Quelle affirmation est correcte :
a. L’arc-en-ciel résulte d’un phénomène de diffraction.
b. La décomposition des couleurs par un prisme est un phénomène d’interférence.
c. la couleur d’une bulle de savon est purement un phénomène de réfraction.
d. toutes ces affirmations sont fausses.
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4. Un dipôle oscillant est source d’une onde électromagnétique. Quelle est parmi les figures suivantes celle qui représente correctement la composante magnétique de ce champ électromagnétique à un instant donné ?
5. Quelle description correspond à l’oculaire de microscope :
a. C’est une lentille divergente qui génère une image virtuelle réduite d’un objet placé à son foyer.
b. C’est une lentille divergente qui génère une image réelle réduite renversée d’un objet placé entre la lentille et son foyer.
c. C’est une lentille convergente qui génère une image virtuelle agrandie d’un objet placé entre la lentille et son foyer.
d. C’est une lentille convergente qui génère une image réelle agrandie d’un objet placé entre la lentille et son foyer.
e. Aucune de ces descriptions.
EXERCICES : Résolvez au moins cinq parmi les six exercices proposés. Chaque exercice vaut 1 point.
(Si vous résolvez tous les exercices, ils seront comptabilisés jusqu’à la note maximale de 6)
Exercice 1. Soit une sphère de cuivre de 10cm de rayon.
a. Quelle est la puissance totale rayonnée par cette sphère quand elle est chauffée à 400°C ?
b. Quelle est la longueur d’onde à laquelle cette sphère rayonne le maximum d’énergie à cette température ?
c. De quel type de rayonnement s’agit-il ?
d. Est-ce que la puissance rayonnée et la longueur d’onde (calculés sous a et b) changent si la sphère de cuivre était considérée comme un corps noir ? Expliquez votre réponse.
Indications : La constante de Stefan-Boltzmann vaut = 5.67×10-8 W/m2K4 L’émissivité d’un corps noir vaut = 1
L’émissivité du cuivre vaut = 0.5
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Exercice 2. Vous achetez un fer à repasser dont la plaquette indique 220V, 50Hz.
a. Tracez un graphique de la tension V appliquée aux bornes de ce fer en fonction du temps t quand il est branché sur une prise de 220V à 50Hz. Indiquez précisément les échelles de temps et de tension, avec des valeurs correctes.
b. Quel est le courant efficace qui circule dans ce fer à repasser si la résistance de son corps de chauffe vaut 0.1k ?
c. Quelle est la valeur de crête du courant qui traverse le corps de chauffe du fer à repasser ?
d. Combien coûtent trois heures de repassage sachant que le kWh coûte 0.23 CHF ?
Exercice 3. Vous devez concevoir un spectromètre basé sur une grille de diffraction. Le spectromètre doit être capable de séparer les raies d’interférences de premier ordre du bleu et du jaune de 10 mm sur un écran placé à 50 cm de la grille.
a. Quel doit être l’espacement des fentes de la grille de diffraction ? Donnez aussi la solution en nombre de fentes par cm.
b. Quelle est la distance entre le premier et le second ordre d’une raie rouge ?
c. Comment varie la distance entre les raies si on augmente la densité des fentes de la grille, c'est-à-dire que la distance entre les fentes diminue ? Justifiez votre réponse.
d. Quel serait l’espacement des raies bleue et jaune de premier ordre si le spectromètre était totalement immergé dans l’eau ?
Indications : On néglige la largeur des fentes dans ce problème.
sin
bleu = 470nm
jaune = 580nm
rouge = 660nm n eau = 1.33
Exercice 4. Un projecteur diapos permet de projeter une image agrandie d’une diapositive sur un écran.
a. Quelle lentille (type et focale) devez-vous utiliser et à quelle distance de la diapositive devez vous la placer pour obtenir une image de la diapositive agrandie 20 fois sur un écran placé à 3 mètres de la diapositive ?
b. Faites une esquisse de la situation expérimentale calculée sous a. (un objet, la lentille et l’image de l’objet avec les rayons de construction clairement indiqués).
c. Sans changer la position de la diapositive, quelle devrait être la focale de la lentille pour un écran placé 1.5 mètres plus près que ci-dessus ?
d. Êtes-vous obligé de remplacer la lentille, ou peut-on corriger la lentille ci-dessus avec une lentille de correction. Si oui, précisez comment ?
Exercice 5. Dans un accélérateur de particules comme le LHC, des particules sont accélérées dans un accélérateur puis stockées dans un anneau de stockage. Dans cet exercice, nous considérons des protons, particules positives de charge q = 1.602x10-19 C et de masse m = 1.673·10-27 kg. On néglige tous les effets relativistes dans ce problème.
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a. Quelle doit être l’énergie cinétique d’un proton pour qu’il puisse être stocké dans un anneau circulaire de 10m de diamètre dans un champ magnétique perpendiculaire à l’anneau de 0.5 Tesla ?
b. On utilise un champ électrique uniforme de 2MV/m sur une distance de 5 mètres pour accélérer les protons. Quelle est leur énergie cinétique après un passage dans cet accélérateur de 5 mètres ?
c. Combien de fois un proton doit-il passer dans cet accélérateur de 5 mètres avant de pouvoir être injecté avec la bonne énergie dans l’anneau de stockage ?
Exercice 6. Une source de lumière émet un faisceau de lumière non polarisé avec une intensité de 5mW/cm2.
a. Quelle est l’intensité de cette lumière après le passage par un polariseur linéaire orienté verticalement ?
b. Vous placez un second polariseur linéaire orienté à 60° par rapport au premier sur la trajectoire du faisceau ci-dessus. Quelle est l’intensité de lumière transmise par les deux polariseurs ?
c. Vous insérez maintenant un troisième polariseur linéaire entre les deux ci-dessus, dont l’axe de polarisation est orienté à 90° par rapport au premier. Quelle est l’intensité de lumière transmise par ces trois polariseurs ? Expliquez votre réponse.
