EVALUATION N°2 PHYSIQUE Tle C COLLEGE SAINT JOSEPH 2020-2021 1/4 DIOCESE DE BAFOUSSAM – SECRETARIAT A L’EDUCATION
COLLEGE SAINT JOSEPH DE BANDJOUN EVALUATION N°2
Classe : Terminale Série : C Année scolaire : 2020/2021
Epreuve : Physique Coéf : 4 Durée : 4H
PARTIE A : EVALUATION DES RESSOUCES /24points
EXERCICE 1 : Vérification des savoirs /8points
1.1. Définir : système conservatif, chute libre, satellite géostationnaire. 1,5pt
1.2. Quelle est la différence entre champ électrique et champ électrostatique ? 0,5pt 1.3. Enoncer : la loi de Laplace et les deux premières lois de Newton sur le mouvement 3pts
1.4. Le référentiel géocentrique est-t-il rigoureusement un référentiel galiléen ? Justifier votre réponse. 0,5pt 1.5. Répondre par vrai ou faux : 0,5x3pt 1.5.1. Le centre d’inertie d’un système pseudo-isolé effectue toujours un mouvement rectiligne uniforme dans un
référentiel galiléen.
1.5.2. Les objets lourds tombent en chute libre plus rapidement que les objets légers.
1.5.3. Dans le repère de Frenet, n est un vecteur unitaire, orthogonal a t et orienté vers l’extérieur de la trajectoire 1.6. Chercher dans les représentations graphiques suivantes :
1.6.1. Celles qui correspondent à un mouvement uniformément accéléré. 0,5pt
1.6.2. Celles qui correspondent à un mouvement rectiligne uniforme. 0,5pt EXERCICE 2 : Application des savoirs /8points
Partie1 : satellites/4points
On rappelle que la norme de la force de gravitation subie par un point matériel de masse m, à la distance (R+ h) du centre de la terre est
2 0
( )2
F m g R R h
, où R est le rayon de la terre (R=6400Km), g0 la norme du champ de gravitation à la surface de la terre ( g0=10N.Kg-1), h l’altitude.
1.On considère un satellite de masse m évoluant autour de la terre à l’altitudeh. Montrer que le mouvement de ce satellite est circulaire uniforme. 1pt 2.Le satellite décrit autour de la terre une orbite circulaire, à une altitude h, à la vitesse constante V 7 103m s/
Déterminer h. Quelle est la durée Td’une révolution ? 1pt 3. A quelle altitude h’ doit graviter le satellite précédent pour être géostationnaire ? on donne la durée d’un jour
sidéral : 86164s. 1pt 4.L’énergie potentielle de gravitation du système (satellite-Terre) s’écrit :
2 0
( )
P
E mg R
R h
où m est la masse du satellite.
4.1.Quelle est l’altitude de référence de EP ? 0,25pt 4.2.Déterminer l’expression de l’énergie mécanique totale du système (satellite-Terre) en fonction de m, g0, R et h.
0,5pt 5. Etablir l’expression de la troisième Loi de Kepler
2 3
T
r en fonction de M (masse de la Terre) et G. 0,75pt Partie2 : Mouvement d’une particule dans un champ magnétique et un champ électrique uniformes /4points Un faisceau d’électron pénètre, avec une vitesse négligeable, par un trou O1, dans l’espace compris entre les deux
EVALUATION N°2 PHYSIQUE Tle C COLLEGE SAINT JOSEPH 2020-2021 2/4 plaques verticales P1 et P2. Lorsqu’on applique entre ces deux plaques verticales une tension, les électrons atteignent le trou O2 avec la vitesse V0=3,75.107m/s. On donne e1, 6 10 19C et 9,11 10 31
me kg
.
1. Quelle plaque (P1 ou P2) doit-on porter au potentiel le plus élevé ? pourquoi ? 0,5pt 2. A la sortie de O2, les électrons ayant cette vitesse V horizontale pénètre dans une région (R) où règne un champ 0
électrique E0 et un champ magnétique uniforme B comme l’indique la figure ci-dessous. Représenter B et calculer son intensité pour que le mouvement des électrons dans cette région soit rectiligne uniforme. prendreE0 3000 /V m. 0,75pt
3. A la sortie de la région (R) en O, le faisceau ayant toujours la vitesse V horizontale, pénètrent entre les 0
armatures P et Q d’un condensateur. On applique entre ces armatures une différence de potentielle positive UPQ que l’on notera U, qui créé entre elles un champ électrique uniforme.
4. Préciser les caractéristiques de la force électrique subie par chaque ion. On exprimera son intensité en fonction de e, U et la distance d entre les plaques P et Q. 0,25pt
5. Déterminer la nature de la trajectoire d’un électron dans le repère ( , , )O i j à l’intérieur de ce condensateur. 1pt
6. Quelle condition doit vérifier la tension U pour que les ions sortent du condensateur ? 0,5pt
7. La condition ci-dessus étant vérifiée, déterminer les composantes du vecteur vitesse VS des ions à la sortie. 0,5pt 8. On dispose un écran verticale à la distance D du centre des plaques de longueur . Trouver en fonction de e, m, U,
V0 , ,D et d l’expression de la déflexion électrique Z=O’M. AN : U=230V, D=40cm, d=4cm et =10cm. 0,75pt
EXERCICE 3 : Utilisation des savoirs /8points
Partie 1:Construction d’une grandeur physique à partir des équations aux dimensions /2pts
L’étude de l’évolution de l’explosion d’une bombe révèle que l’énergie E libérée dépend du temps t,du rayon Rde l’explosion et de la masse volumique de l’air ambiant.
1. Etablir l’expression de l’énergie E libérée par cette explosion en fonction de t, Ret . 1,75pt
2. Montrer que sa valeur est d’environE 9, 77 10 13J. On donne : R100m , 2,5kg m/ 3,t 0, 016s 0,25pt Partie 2 : Application des lois de Newton aux systèmes articulés/6pts
Deux solides S1 et S2 de masses respectives m1 et m2 sont reliés par une corde inextensible de masse négligeable passant par la gorge d'une poulie (P) de rayon R tournant autour d’un axe horizontal Δ confondu avec l’axe de rotation de la poulie. Le moment d’inertie de la poulie par rapport à cet axe est JΔ. L’ensemble des frottements du plan incliné sur le solide S1 équivaut à une force unique f de même direction que le plan incliné, de sens contraire au mouvement de S1 et d’intensité supposée constante.
Données: m1 = 800 g; m2 = 150 g; α = 30° ; g = 10 m/s²; R = 20cm; JΔ = 0,002 N.m2. La position du solide S1 est repérée sur un axe x'Ox par l'abscisse x de son centre d'inertie G. Un dispositif
informatique approprié permet de relever les abscisses et de calculer les vitesses instantanées correspondantes. Les résultats obtenus sont consignés dans le tableau ci-dessous:
t(ms) 10 30 40 50 75 100
V(cm/s) 32 35 38 40 45 50
1. Représenter le graphe graphe V=f(t). Echelle : 1cm pour 10ms et 1cm pour 10cm/s 2pts
EVALUATION N°2 PHYSIQUE Tle C COLLEGE SAINT JOSEPH 2020-2021 3/4 2. Déterminer à partir du graphe :
2.1. La nature du mouvement du mobile et la vitesse du mobile à la date t = 0. 0,75pt 2.2. La valeur expérimentale de l’accélération linéaire aexp du solide S1. 0,5pt 2.3. Quel est le sens de déplacement des solides (S1) et (S2). 0,5pt 3. Appliquer le TCI sur les solides (S1) et (S2) d’une part, la RFD en rotation sur la poulie (P) d’autre part et montrer
que l’expression de l’accélération linéaire théorique des deux masses peut se mettre sous la forme :
1 2
1 2 2
sin
th
m g m g f
a J
m m
R
1,5pt
4. Déduire la résultante f des forces de frottement du plan incliné. 0,75pt
PARTIE B: EVALUATION DES COMPETENCES /16points
EXERCICE1: Utilisation des acquis/10points
Compétence visée: mettre en œuvre le théorème du centre d’inertie pour détecter les médicaments contrefaits L’Organisation Mondiale de la Santé alerte sur le commerce illicite des médicaments contrefaits qui s’étend
aujourd’hui à l’échelle mondiale. On peut citer l’exemple d’un sirop contre la toux (figure1) dans lequel l’un des constituants, le glycérol, a été substitué par un antigel toxique, l’éthylène glycol.
L’une des techniques d’identification des faux médicaments est la spectrométrie, elle utilise le spectrographe de masse (figure2) qui permet d’analyser une substance chimique. Une petite quantité de la substance liquide à analyser est injectée dans la chambre d’ionisation. Le liquide se vaporise et les molécules présentes dans le gaz sont ionisées sous forme d’ions de charge q = e. Ces ions pénètrent dans la chambre d’accélération où ils acquièrent une vitesse sous l’action d’un champ électrique uniformeE. En suite les ions pénètrent dans une chambre de déviation où règne un champ magnétique uniforme B.Une plaque photographique à la sortie de la chambre de déviation permet de mesurer le rayon de la trajectoire des ions.
Données :
charge électrique élémentaire : e = 1,60×10-19 C ;
constante d’Avogadro : NA = 6,02×1023mol-1 ;
Le spectrographe est réglé avec les paramètres suivants : UAB = 25,0 kV ; B28,37T.
1. Identifier le problème posé dans le texte puis donner une conséquence dans le domaine de la santé. 2pts 2. On introduire une petite quantité du sirop 1 dans la chambre d’ionisation, la mesure du rayon de la trajectoire
de ses molécules donneR20cm . En faisant l’hypothèse que les molécules à la sortie de la chambre
d’ionisation ont une vitesse nulle, détecte le faux sirop contre la toux entre les sirops 1 et 2. 8pts EXERCICE2: Exercice à caractère expérimental/6points
Compétence visée: mettre en œuvre le théorème du centre d’inertie pour évaluer la performance d’un athlète Lors de la 21ième édition des championnats d’Afrique d’athlétisme qui eurent lieu au Nigéria en Août 2018, le
vainqueur de l’épreuve de lancer du « poids » a réalise un jet à une distance de 21,08m.
Glycérol Éthylène glycol
Noms systématiques propane-1,2,3-triol éthane-1,2-diol
Masses molaires atomiques M(O)=16g/mol, M(C)=12g/mol, M(H)=1g/mol
EVALUATION N°2 PHYSIQUE Tle C COLLEGE SAINT JOSEPH 2020-2021 4/4 Avant d’orienter les dépenses vers ce sport, le président de la fédération camerounaise d’athlétisme aimerait savoir s’il
serait possible pour son champion de battre ce record à la prochaine édition. Ainsi, après plusieurs essais , l’entraineur de cette discipline décide d’étudier l’influence de la valeur V0 de la vitesse de lancement et l’angle
d’envol du « poids ». Les résultats de cette étude sont contenus dans le document ci-dessous.
Données:
- Intensité de la pesanteur du lieu : g 9,81 /m s2
- Hauteur initiale du « poids » lors des lancers : h2, 45m
Tâche: en confrontant les courbes des figures 1 et 2, en déduire si, parmi les combinaisons obtenues, il en existe une satisfaisante pour battre le record Africain à la 22ième édition. Motiver le président de la fédération avec la longueur du jet correspondant.
« Ce qui compte, ce n’est pas ce que l’on a vu ou entendu mais ce que l’on a retenu. »
EXAMINATEUR : M. FOTCHOU Merlin (PLEG PHYSIQUE)
