Collège Notre-Dame Examen1 de physique Classe de 1 S de
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Collège Notre-Dame de Jamhour • • • • • • Examen1 de physique (chapitres 3, 4 et 5 ) Classe de 1ère S Durée : 90 minutes 13 / 2 / 2013 L’usage des calculatrices non programmables est autorisé . Cotation : 20 points. Soigner la présentation. Sauf indication contraire toute réponse doit être justifiée . Dans toute cette épreuve, on se contentera de nommer la loi de Newton utilisée sans l’énoncer . Respecter les chiffres significatifs Exercice 1 (5 points) Mouvement circulaire uniforme Le schéma n’est pas exigé Un mobile ponctuel M se déplace sur un cercle de centre O et de rayon R = 20 cm. Son équation horaire angulaire est donnée par θ(t) = 4,0 t + 2,0 avec θ en rad et t en s . 1. Calculer la vitesse angulaire instantanée et en déduire la vitesse linéaire instantanée. 2. Justifier que le mouvement est uniforme. 3. Déterminer son équation horaire linéaire s(t) . r r 4. On note : a le vecteur accélération et V le vecteur vitesse r r Quelle est la valeur du produit scalaire suivant : a . V ? Donner toutes les explications nécessaires . 5. Calculer le nombre de tours effectués en 2 minutes . Exercice 2 (3 points) Bille dans un ascenseur Une petite bille (B) de masse m = 1,0 .102 g est accrochée à l’extrémité inférieure d’un fil inextensible et de masse négligeable . L’extrémité supérieure de ce fil est fixée au plafond d’un ascenseur . L’ascenseur est en mouvement descendant uniformément décéléré , la norme de son accélération est a = 1,0 m.s-2 . On donne g = 10 m.s-2 . Le référentiel d’étude est terrestre supposé galiléen. r Déterminer la force F (direction ,sens et norme) exercée par (B) sur le fil . Donner toutes les explications nécessaires tout en nommant (sans énoncer) la (ou les) loi (s) de Newton appliquée(s) et faire un schéma clair (sans souci d’échelle ) Page 1 of 3 Exercice 3 (5 points) Décharge d’un condensateur dans une résistance R On réalise le circuit électrique dont le montage est présenté ci-dessous . F À l’aide d’un système d’acquisition on relève la tension uAB aux bornes du condensateur C .On obtient ainsi les graphes représentant uAB (t) au cours de la charge ou de la décharge . Lorsque l’interrupteur est en position 1, le condensateur se charge à travers une résistance R’ , à l’aide d’un générateur idéal de tension continue de force électromotrice E =12 V. Lorsque le condensateur est complètement chargé , on bascule l’interrupteur en position 2 et l’on prend une nouvelle origine des temps t = 0 . Le condensateur se décharge dans la résistance R = 500 Ω . 1. Reproduire sur votre copie la partie du montage correspondant à la décharge en fermant l’interrupteur correspondant et en y ajoutant le sens de i arrivant sur l’armature A . Tracer alors la flèche de tension uR en convention récepteur .S’agit-il de uFA ou de uAF ? (Aucune justification n’est demandée pour toute cette question) . 2. Établir l’équation différentielle vérifiée par uAB lors de cette phase de décharge . 3. Établir l’expression de i(t) et tracer l’allure de la courbe i(t) lors de la décharge en précisant l’expression littérale puis la valeur numérique de i (t =0) . 4. On souhaite déterminer graphiquement la constante de temps τ du circuit de décharge . * Choisir le bon graphe (choix à justifier) puis reproduire sans échelle et sans valeur numérique l’allure de ce graphe . * Expliquer alors une méthode graphique permettant de trouver τ (le calcul n’est pas demandé) * On trouve graphiquement τ = 110 ms environ , calculer C . 5. Lorsque le condensateur est complètement déchargé , exprimer et calculer l’énergie qui a été dissipée par effet joule dans la résistance . Page 2 of 3 Exercice 4 (7 points) Le skieur Dans cet exercice ,il est question d’un skieur de masse m = 80,0 kg . Il est en mouvement sur une piste de ski faisant un angle α = 20,0 ° avec l’horizontale , dans 2 situations . Le référentiel d’étude est terrestre supposé galiléen . Le skieur est assimilable à son centre d’inertie G . On prendra g = 9,81 m.s-2 . Les 2 parties sont indépendantes . I. Première situation : Glissement sans frottements Le skieur se laisse glisser , sans vitesse initiale , sur la pente (Fig.1). Dans cette situation , tous les frottements sont supposés négligeables . 1. Faire le bilan des forces extérieures qui s’exercent sur le skieur . Recopier le schéma ci-contre sur votre copie en représentant en G les forces , sans aucun souci d’échelle mais de façon cohérente. 2. Déterminer l’expression littérale de ax et préciser la nature du mouvement . (ax est la valeur algébrique de l’accélération) Vérifier ensuite que ax = 3,36 m.s-2. Fig. 1 3. La longueur de la piste parcourue dans cette situation est L = 150 m. a. Quelle est la durée t1 de ce parcours ? b. En déduire la vitesse V1x acquise au bout de cette portion de piste . II- Deuxième situation : la descente à vitesse constante Après sa phase d’accélération , le skieur descend la piste (toujours en ligne droite) et à vitesse constante . 1. En utilisant la 1re loi de Newton , montrer que le skieur subit nécessairement des forces de r frottement dont la résultante sera notée f . 2. Recopier à nouveau la Fig.1 en représentant en G les forces sans souci d’échelle mais de façon cohérente . 3. Déterminer la valeur f de la force de frottement . 4. Déterminer la valeur RN ( ou N ) de la composante normale de la réaction de la piste . Page 3 of 3
