وزارة التربية والتعليم العالي

Examen du 2e trimestre
Année scolaire
2009-2010
MATIÈRE : Physique
Prénom et nom:………………………………………………………
Classe : ES2
Date : 5 mars 2010.
NOTE:
17
Observations du professeur
Durée : 120 minutes
Signature des parents :
:……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………..
Enseignant : Wael Mohamed Nour-Eddine
Chers élèves ;
1. La durée de l’épreuve est de 120min ; elle est affectée du coefficient 3 (51points) .Cette épreuve
cherche à évaluer les connaissances et les compétences acquises en Physique.
2. Matériel nécessaire : crayon, crayons de couleurs, gomme, stylo.
3. Quelques conseils pour réussir :
a) Lire rapidement l’ensemble de l’épreuve pour comprendre les problèmes posés.
b) Lire très attentivement chaque sujet et souligner les mots-clefs.
c) Sélectionner les informations en fonction des questions posées et les noter au brouillon.
d) Ne pas rédiger au propre avant d’être sûr de la réponse.
Premier exercice (7 points)
Détermination de la capacité d'un condensateur
A
i
Dans le but de déterminer la capacité C d'un condensateur, on le branche en
C
(G)
série avec un conducteur ohmique de résistance R = 10 2 Ω aux bornes d'un
D
générateur basses fréquences (G) délivrant entre ses bornes une tension
R
alternative sinusoïdale uG = Um cos ωt .
Le circuit ainsi constitué est alors parcouru par un courant alternatif sinusoïdal
M
Figure 1
d'intensité i (Fig1).
Prendre 2 = 1,4 et 0,32 = 1.
1) Reproduire le schéma de la figure (1), et indiquer les branchements d'un oscilloscope permettant de
visualiser les tensions uG = uAM aux bornes du générateur et uR = uDM aux bornes du conducteur
ohmique.
2) Laquelle des deux tensions, uG ou uR, représente l'image de l'intensité i ? Justifier la réponse.
3) Dans la figure 2, l'oscillogramme (1) représente l'évolution
(1)
de la tension uG au cours du temps.
a) Préciser, en le justifiant, laquelle des tensions, uG ou
(2)
uR , est en avance sur l'autre.
b) Déterminer le déphasage entre les tensions uG et uR.
4) À partir des oscillogrammes de la figure 2, déterminer la
pulsation ω, la valeur maximale Um de la tension uG et la
valeur maximale Im de l'intensité i.
Sensibilité horizontale : 5 ms/div.
Sensibilité verticale pour les deux voies : 1 V/div.
5) a) Écrire, l'expression de i en fonction du temps t.
b) Déduire l'expression de la tension uC = uAD aux bornes du
Figure 2
condensateur en fonction de C et t.
6) En appliquant la loi d'additivité des tensions et en donnant à t
une valeur particulière, déterminer la valeur de C.
1
Deuxième exercice (5 pts) Charge d’un condensateur
Le but de l’exercice est de déterminer la capacité d’un condensateur et d’étudier l’effet de certaines
grandeurs physiques sur la durée de sa charge.
Le circuit de la figure (1) comporte :
- un générateur idéal présentant entre ses bornes une tension constante uMN = ug = E réglable ;
- un conducteur ohmique de résistance R réglable ;
u(V)
- un condensateur de capacité C ;
ug
- un interrupteur K.
10
I- La valeur de E est réglée à E = 10 V et celle
de R à R = 2 k .
9
Le condensateur étant initialement neutre, on ferme
8
uC
l’interrupteur à la date t0 = 0.
7
K
M
6,3
5
R
E
4
3
2
D
q
1
C
0
F
N
Figure 1
4
8
12 16 20 24 28 32
Figure 2
t(ms)
1) Les tensions uC et ug sont visualisées à l’aide d’un oscilloscope (figure 2) .
a- Reproduire le montage de la figure (1) en indiquant les branchements de cet oscilloscope.
b- Donner la valeur maximale de uC.
2) Une méthode de calcul de C consiste à déterminer la durée t1 au bout de laquelle la tension uC atteint
63 % de sa valeur maximale.
a- Montrer que t1 est, à peu près, égale à RC.
b- En utilisant la figure (2), déterminer la valeur de la capacité C.
3) Une autre méthode permet de déterminer C à partir de la tangente à la courbe uC = f(t) en O (fig.2).
du C
a- Trouver l’expression de
, en O, en fonction de E , R et C.
dt
E
t.
b- Montrer que l’équation de cette tangente à la courbe est u =
RC
c- Vérifier que cette tangente coupe l’asymptote à la courbe au point d’abscisse t1 = RC.
d- Déterminer alors la valeur de la capacité C du condensateur.
II – La valeur de R est réglée à R = 1 k  .
1) Tracer, sur un même système d’axes, l’allure de la courbe uC dans les deux cas suivants :
cas (1) : E =10 V, C = 2  10-6 F (courbe 1)
cas (2) : E = 5 V, C = 2  10-6 F (courbe 2)
Échelles : en abscisses :1div  4 ms ; en ordonnées :1 div  1 V .
2) Préciser, en le justifiant, laquelle des deux grandeurs E ou R influe sur la durée de charge du
condensateur
2
Troisième exercice (5points)
Un condensateur pour sauver la vie
Pour sauver la vie d’un patient dont le cœur est en contraction désordonnée des fibres musculaires, on lui fait
subir des chocs électriques délivrés par un dispositif approprié.
1
Pour étudier le fonctionnement de ce dispositif, on
dispose d’une source de tension continue de valeur E
réglable, d’un commutateur, d’un conducteur ohmique
de résistance R et d’un condensateur initialement neutre
de capacité C ajustable. On réalise le circuit schématisé
dans la figure ci-contre.
2
M
R
E
C
A. Étude théorique
N
Le commutateur est dans la position (1).
a. Donner le nom du phénomène physique qui aura lieu dans le condensateur.
b. Préciser les valeurs de l’intensité du courant électrique et de la tension uMN après quelques secondes.
1
B. Utilisation du dispositif
2
M
Au bout d’un choc électrique, l’énergie nécessaire pour
sauver la vie du patient est de 360 J. Cette énergie sera
fournie dans sa cage thoracique pendant la durée t1
contrôlée par le commutateur ; cette cage se comportant
comme un conducteur ohmique de résistance 50 Ω.
Cage
thoracique
E
C
N
Le condensateur, réglé à la capacité de 1 millifarad, est chargé sous la tension de 1810 V.
1. Déterminer l’énergie emmagasinée dans ce condensateur à la fin de la charge.
2. La décharge commence à l’instant t0 = 0. À l’instant t1, dès qu’une énergie de 360 J a été délivrée au
patient, le commutateur ouvre le circuit.
Calculer l’énergie restant dans le condensateur à l’instant t1.
Bonne chance
3