R4
Physique
1 h (sans calculette)
Exercice 1
Un cube de glace d'arête a et de masse volumique rg=900 kg m-3 flotte à la surface de l'eau de
masse volumique re=1000 kg m-3.
Que vaut le rapport du volume immergé de glace sur le volume totale du cube de glace ?
Réponse :
A : 0,1
B : 0,3
C : 0,4
D : 0,6
E :0,9
Exercice 2
La force de résistance exercée par l'eau sur un navire a pour expression, en module F= kv3 où
v est la vitesse du navire et k une constante positive. Le moteur du navire fournit une
puissance propulsive constante P= 4 MW. Le navire atteint une vitesse limite constante v= 18
km/h..
Que vaut la constante k ?
A.
B.
C.
D.
E.
32 kg m-2 s.
380 kg m-2 s-1.
3200 kg m-1 s-1.
6400 kg m-2 s
12800 kg m-2 s.
Exercice 3
Une bille de verre de rayon r=7,0 mm est immergée totalement dans l'eau. On la lâche alors sans
vitesse. La masse volumique du verre est v= 2500 kg m-3 alors que celle de l'eau est e = 1000 kg m-3.
Quelle est la valeur de l'accélération (m.s-2 ) de la bille au moment où elle est lâchée ?
Réponse :
A:0
B : 3,0
C : 4,0
D : 6,0
E :7,5
Exercice 4
Q1
Soit une horloge à pendule, fonctionnant parfaitement, de période T=1,0 s.
L'horloge est dans un ascenseur au niveau du sol et indique la date : 12 h 00 min 00 s. A cet instant
précis, l'ascenseur un peu fou démarre avec une accélération constante de 10 m/s².
Quand l'ascenseur passe à la côte 100 m, la date indiquée par l'horloge est :
Réponse:
A : 12 h 00 min 8,9 s
B : 12 h 00 min 13,3 s
C : 12 h 00 min 6,3 s
D : 12 h 00 min 10,8 s
Q2 L'ascenseur précédent coupe son accélération juste au moment où il passe à la côte 100 m.
Ensuite il poursuit son ascension jusqu'à la côte 300 m à vitesse constante. A l'instant où il passe à la
côte h = 300 m, il se met à décélérer de telle sorte que quand il arrive à la côte 400 m il est à l'arrêt.
A cet instant précis la date indiquée par l'horloge est :
Réponse:
A : 12 h 00 min 8,9 s
B : 12 h 00 min 13,3 s
C : 12 h 00 min 6,3 s
D : 12 h 00 min 10,8 s
Q3 Dans l'ascenseur précédent on remplace l'horloge à pendule par une horloge à ressort :
système oscillant que nous schématisons par un ressort horizontal de raideur k et une masse m qui
lui est accrochée.
Quand l'ascenseur passe à la côte 100 m, la date indiquée par l'horloge est :
Réponse:
A : 12 h 00 min 8,9 s
D : 12 h 00 min 10,8 s
B : 12 h 00 min 13,3 s
C : 12 h 00 min 6,3 s
Exercice 5
On injecte dans le sang d'un patient 10 mL d'une solution contenant du 24 Na à une concentration de
1,0 10-3 mol/L. Au bout de 15 heures on prélève à notre patient 10 mL de sang. On trouve alors une
concentration de 24 Na égale à : 1,0 10-6 mol/L. Le sodium est uniformément réparti dans tout le
volume sanguin.
La demi-vie du sodium 14 est de 15 heures.
Le volume sanguin ( en L) du patient est de :
Réponse :
A : 4,5
B : 5,0
C : 5,5
D : 6,0
E :6,5
Exercice 6
On étudie la propagation d'une perturbation le long d'une corde 1 élastique.
À la date t = 0 s, le front de la perturbation quitte l'extrémité S de la corde.
À la date t1= 2,4 s, on prend une photographie instantanée de la corde ; la figure ci-dessous reproduit
le cliché (simplifié) obtenu avec une échelle des longueurs.
Quelles sont les affirmations exactes ?
a) L’onde se propageant le long de la corde est une onde longitudinale
b) La célérité de l’onde a pour valeur 2,5 m.s-1
c) Le point Q cesse d’être perturbé à la date t2 = 4,8 s.
d) Dans les mêmes conditions d’expérience (même force de tension), mais en remplaçant la corde 1
par
une autre dont la longueur est deux fois plus importante et la masse deux fois plus faible, la célérité
augmente.
Exercice 7
Une sirène d’une ambulance émet des « bips » très brefs à intervalles de temps réguliers T. Chaque
bip donne naissance à un signal sonore qui se déplace dans l’air à la célérité V = 340 m.s-1.
L’ambulance se déplace avec un mouvement rectiligne uniforme de vitesse constante U = 72 km.h-1
vers un observateur fixe O.
Quelles sont les affirmations exactes ?
a) La date t1 correspondant à la réception du premier « bip » a pour expression d1/V.
b) La date t2 correspondant à la réception du deuxième « bip » a pour expression T-d2/V.
c) La durée entre les deux « bips », notée T0, est T0= T(1-U/V).
d) Si les bips sont remplacés par une onde sonore de fréquence f = 400 Hz, la fréquence perçue par
l’observateur est f0 = 425 Hz.
Exercice 8
Les électrons pénètrent en A (potentiel VA) dans un champ électrostatique uniforme E qui permet de
les accélérer et ressortent au point B (potentiel VB).On suppose que la vitesse d'entrée au point A est
quasi nulle. L'électron n'est soumis qu'à la force électrostatique F conservative à l'intérieur du canon.
On note d la longueur de la zone d'interaction. Lorsque l'électron arrive au point X (potentiel Vx), sa
vitesse est vx.
Données : Charge élémentaire e = 1,60 x 10-19C; Masse de l'électron m = 9,11 x 10-31kg ;
VA = - 4,55 x 103 V ; VB = 0 V ; d = 10,0 cm ;
Aide aux calculs : 4,55 x l,60 / 9,11 =0,800.
Quelles sont les affirmations exactes ?
a) Le champ électrostatique a pour valeur E = 455 V m-l.
b) Le travail de la force électrostatique F, lorsque l'électron se déplace de X à B, est W = e(Vx-VB).
c) A une constante près, l'énergie mécanique de l'électron au point X est Em(X) =½mvx2 -eVx.
d) La vitesse au point B est
vB=2,00 x 107 m.s-l.
Exercice 9
Une onde périodique circulaire de fréquence f = 30 Hz est produite à la surface d'un liquide par une
pointe qui vibre de manière sinusoïdale. Les cercles représentent les crêtes, c'est-à-dire les maxima
de vibration à une date donnée.
Quelles sont les affirmations exactes ?
a) L'onde est transversale.
b) La longueur d'onde  est de 15 cm.
c) La célérité de l'onde est V = 1,5 m/s.
d) L'onde passant par A arrive en B avec un retard  = 100 ms.
Exercice 10
Un observateur est dans une station spatiale placée sur une orbite géostationnaire.
Quelles sont les affirmations exactes ?
A -Il voit la Terre tourner autour de lui avec une période de 24 H
B- Il voit le Soleil tourner autour de lui avec une période de 24 H
C- Il tourne autour du Soleil en 365 jours
D- Il voit la Terre dans la même direction à tout instant
E- Notre observateur est de type galiléen.
Exercice 11
Une onde monochromatique appartenant au spectre visible :
Quelles sont les affirmations exactes ?
A- est diffractée lorsqu'elle change de milieu de propagation
B- est dispersée si sa célérité dépend de la nature du milieu de propagation.
C- possède une période de l'ordre de 1015 s.
D- possède une fréquence plus grande que celle d'une onde infra-rouge
E- a dans un milieu d'indice n une longueur d'onde n fois plus grande que dans le vide.
Exercice 12
Quelles sont les affirmations exactes ?
A-la fission d'un noyau lourd nécessite une température très élevée.
B- plus l'énergie de liaison d'un noyau est élevée, plus le noyau est stable.
C- plus la constante de désintégration d'un noyau radioactif est grande, plus le noyau est
instable
D- plus l'énergie moyenne de liaison par nucléon d'un noyau est grande, plus ce noyau
est stable
E- La masse d'un noyau est égale à la somme des masses des nucléons qui le compose .
Exercice 13
Quelles sont les affirmations exactes ?
Un groupe de rock amateur comprend une guitare basse, une guitare, un clavier, une batterie et un
chanteur.
À dix mètres de la scène, le niveau sonore L, exprimé en décibel (dB), est de :
60 dB pour le chanteur seul ;
57 dB pour la guitare basse seule ;
60 dB pour la guitare seule ;
60dB pour la batterie seule ;
63 dB pour le clavier seul.
Données : Intensité sonore de référence I0= 1,0 x 10-12W.m-2;
log (A x B) = log A + log B; 10 x log 2 = 3.
a) Lors du solo de guitare, l'intensité sonore est de I = 1,0 x 10-6 Wm-2.
b) Le niveau sonore du groupe lorsqu'ils jouent tous ensemble est de 300 dB.
Lorsque le chanteur et la guitare sont les seuls en action :
c) L'intensité sonore est de 1,0 x 10-3 W m-2.
d) Le niveau sonore est de 63 dB.
Exercice 14
Quelles sont les affirmations exactes ?
Un ressort de masse négligeable, à spires non jointives, de constante de raideur k= 10,0 N/m
est posé sur un plan horizontal sur lequel il peut se mouvoir sans frottement. Son extrémité B
est reliée à un objet ponctuel, de masse m= 50,0 g.
L'origine B0 du repère coïncide avec la position de repos du centre d'inertie B du solide.
Ecarté d'une distance x0=10 cm de sa position d'équilibre, le solide est abandonné sans vitesse
initiale.
Données g = 10 m/s² ; 2½= 0,44 ; 5½=2,2 ; 200½= 14 ; (5 10-3)½ = 0,070.
Quelles sont les affirmations exactes ?
A. La période propre T0 est fonction de l'amplitude des oscillations.
B. La période propre vaut 84 s.
C. Lorsque le point B repasse par la position d'équilibre B0, l'accélération est nulle.
D. Lorsque l'extrémité B passe par la position d'équilibre B0 la valeur de la vitesse est 3,0 m/s
.
Exercice 15
L'atome d'hydrogène émet des raies dans le visible. Cette série de raies est appelé série de
balmer, et les radiations correspondent toutes au retour d'électrons d'états excités vers le
niveau n=2. Les plus intenses ont une longueur d'onde de : 410,07 nm, 433,94 nm, 486,01 nm,
656,11 nm.
Données h= 6,63 10-34 J s ; 1 eV= 1,6 10-19 C ; c= 3 108 m/s ; 1,9*1,6 = 3.
Quelles sont les affirmations exactes ?
A. Le niveau n=2 est l'état fondamental de l'atome d'hydrogène.
B. L'énergie des photons augmente avec la longueur d'onde.
C. Les fréquences correspondantes au visible sont de l'ordre de 1014 à 1015 Hz.
D. Lorsqu'un photon de longueur d'onde 656 nm est émis, l'atome perd une énergie de 2eV
environ.
Exercice 16
Un atome de sodium de masse m= 4,0.10-23 g a une vitesse de valeur V1 =600 m.s-1.
Données : h = 6,63.10-34 J.s.
Quelles sont les affirmations exactes ?
A.
L’énergie cinétique de l’atome Ec= 7,2.10-21 J.
B. Le phénomène de diffraction d’atomes caractérise le phénomène corpusculaire de la
matière.
C. L’observation de la diffraction de ces atomes sur un objet est possible quand la longueur
d’onde de De Broglie λ est du même ordre de grandeur que la dimension de l’objet.
D. Si l’onde de matière associée à un atome de sodium a une longueur d’onde λ ~ 1,5. 10-5 m
alors la vitesse de l’atome v2 ~ 1,0 cm.s-1.
Exercice 17
Données : Pour un atome de carbone Z=6; m = 12 u.
masse électron m(e) = 0,0005 u; masse du proton m(p) = 1,0070 u ; masse du neutron m(n) =
1,0087 u.
L'énergie de liaison moyenne par nucléon pour le noyau d'hélium 4He est 7MeV/nucléon.
On admet que l'énergie de liaison associée à 1 u est de l'ordre de 1000 MeV.
On admet que la fusion de trois noyaux d'hélium en un noyau de carbone expliquerait
l'abondance du nucléide 12C.
Quelles sont les affirmations exactes ?
A. La masse du noyau de carbone exprimée en u est quasiment égale à la masse de
l'atome de carbone.
B. Le défaut de masse du noyau de carbone est Dm =0,0942 u.
C. L'énergie de liaison du noyau de carbone est de 150 MeV.
D. .L'énergie libérée au cours de cette fusion est de l'ordre de 13 MeV.
Exercice 18
Le nucléide 20682Pb résulte d'un certain nombre de désintégrations radioactives du nucléide
238
92U. Le bilan de cette réaction est :
238
92U
---> 20682Pb + x + y-.
Quelles sont les affirmations exactes ?
A. Le nombre de particules b- est y=2 .
B. Le nombre de particules a est x=8 .
C. La loi de décroissance du nombre de noyaux N(t) de noyaux radioactifs d'un
échantillon de cet uranium est N(t) = N0 exp(t) où  représente la constante
radioactive et N0 le nombre de noyaux présents à la date t=0.
D. La demi vie de cet échantillon est la durée au bout de laquelle son activité est divisée
par deux.
Exercice 19
On analyse tous les ans une source radioactive de césium 137. On détermine à l'instant t de
l'analyse l'activité A(t) de la source.
On constate que A(t) / A(t+1) = 1,023 avec t en années.
Calculer le temps de demi-vie ( en année )du césium 137.
Réponse :
A : 10
B : 20
C : 30
D : 40
E : aucune réponse exacte
Exercice 20
Une lentille convergente de distance focale f' = 25 cm donne d'un objet réel A, situé sur l'axe
optique à 105 cm devant le foyer principal objet une image A'.
Calculer la distance (en cm) qui sépare A' du foyer principal image.
Réponse :
A : 6,0
B : 8,0
C : 12
D : 16
E : 18
R 5

R 5