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Nom, Prénom, classe : …………………………………………………………………………………. LYCEE DENIS-DE-ROUGEMONT Neuchâtel et Fleurier EXAMEN DE MATURITE Session de juin 2002 Epreuve écrite d’O.S. Physique et Application des Mathématiques PHYSIQUE Pour obtenir la note maximale à l’épreuve écrite de physique, il faut résoudre complètement sept questions sur les huit proposées. La question écartée ne peut pas vous donner des points en bonus. Toutes les questions ont une même pondération. Les réponses aux questions sont retranscrire directement sous l’énoncé. à Question 1 : Représenter graphiquement l’évolution de la masse volumique d’un gaz parfait en fonction de la température absolue dans le cas d’un processus isobare. Représenter graphiquement l’évolution de la masse volumique d’un gaz parfait en fonction de la pression dans le cas d’un processus isotherme. proce ssus isobare T 1 proce ssus isothe rme p Question 2 : Une lentille convergente en verre d’indice de réfraction n v = 1,5 possède une face plane et une face sphérique de rayon R = 10 cm. Où faut-il placer un objet réel pour obtenir une image virtuelle à 30 cm du centre optique de la lentille ? Faire un dessin propre indiquant la marche de quelques rayons lumineux. 2 Question 3 : Le train de montagne reliant Zermatt au Gornergrat a une pente moyenne de 16 % qu’il monte à la vitesse moyenne de 14,4 km/h. La masse du train est de 11 tonnes. On néglige les forces de frottement et de résistance aérodynamique. La tension aux bornes des 4 moteurs électriques identiques, branchés en parallèle, est de 550 V. Leur rendement est de 85 %. Calculer le courant total tiré par le train à la ligne. 3 Question 4 : Des ingénieurs ont développé un robot permettant de soulever verticalement divers objets. Ce robot possède des pinces appuyant latéralement sur l’objet désiré. Les matériaux en contact entre la pince et l’objet sont choisis de sorte à avoir une bonne adhérence. Si l’objet a une masse m, déterminer la force que doit exercer chaque pince sur le cube pour que la vitesse de celui-ci passe, de manière régulière, du repos à une vitesse v1 sur une hauteur h. Application numérique : obje t à soule ve r 4 0 = 0,6 ; m = 1,5 kg; v1 = 2 m/s ; h = 2 m. pince du robot Question 5 : Une roche contient une proportion de trois noyaux de 207Pb pour un noyau d’ 235U. On suppose que tout le plomb provient de la désintégration de l’uranium. La demi-vie de cette transformation vaut 710 millions d’années. Calculer l’âge de cette roche. 5 Question 6 : La bola est une arme particulière. Elle est constituée de trois sphères identiques de masse m. Les sphères sont reliées entre elles par trois cordes de même longueur L et attachées sur un seul point. Pour lancer la bola, on prend l’une des masses que l’on fait tourner sur elle-même. Les deux autres masses tournent alors dans un plan avec la même vitesse angulaire (image 1). Puis on lance le tout. Alors la configuration de la bola change très rapidement (image 2) et la rotation se fait autour du point d’attache. image 1 L’axe de rotation e st confondu ave c cette sphèr e image 2 se ns de rotation L 2L se ns de rotation Lors du passage de la situation 1 vers la situation 2, comment se comportent les quatre grandeurs présentées dans le tableau ci-dessous (une justification est demandée dans le seul cas du moment d’inertie). Reste constant Le moment d’inertie La vitesse angulaire Le moment cinétique L’énergie cinétique de rotation 6 Augmente Diminue Question 7 : Un proton se déplaçant à la vitesse v entre dans une région de l’espace où règnent un champ magnétique et un champ électrique uniformes et constants. Les vecteurs B et E sont parallèles et de même sens. Le vecteur v fait un angle aigu avec les vecteurs B et E . La trajectoire du proton est alors une hélice ayant les caractéristiques suivantes : a) L’axe de l’hélice est parallèle à v , le rayon et le pas de l’hélice augmentent b) L’axe de l’hélice est parallèle à v , le rayon et le pas de l’hélice sont constants c) L’axe de l’hélice est parallèle à v , le rayon est constant et le pas de l’hélice augmente. d) L’axe de l’hélice est parallèle à B , le rayon et le pas de l’hélice augmentent e) L’axe de l’hélice est parallèle à B , le rayon est constant et le pas de l’hélice augmente. f) L’axe de l’hélice est parallèle à B , le rayon augmente et le pas de l’hélice reste constant Une seule des six affirmations ci-dessus est juste. Cocher la bonne. 7 Question 8 : Deux circuits semblables sont constitués l’un avec des résistances, l’autre avec des condensateurs. On applique à chacun une tension de 100 V entre A et C. Pour chaque circuit, calculer la tension entre les points A et B et entre B et C. Circuit n°1 R1 = 20 B A C R3 = 10 R2 = 30 Circuit n°2 C1 = 20 F B A C C3 = 10 F C2 = 30 F 8
