6 e Association Belge des Professeurs de

e
6
Association Belge des
Professeurs de
Physique et de chimie
OLYMPIADES DE PHYSIQUE
8 FEVRIER 2012
QUALIFICATIONS – CLASSES DE 6e
Sauf indication contraire
Bonne réponse : 5 points
Pas de réponse : 1 point
Mauvaise réponse : 0 point
Utilisez
g = 10 m/s²
µ0 = 4 x 10-7 uSI
Surface d’une sphère : 4 R²
Surface d’un cercle : R²
Constante de gravitation universelle G = 6,67 x 10-11 uSI.
Constante de Coulomb : k = 9 x 109 uSI
Charge électrique élémentaire : e = 1,6 x10-19 uSI
Masse d’un électron = 9,11 x 10-31 kg
1. Un passager d’un train observe, assis, un avion lointain par la fenêtre. Ce dernier apparaît
parfaitement immobile par rapport à l’encadrement de la fenêtre.
Vitesse de l’avion par rapport au sol : 800 km/h
Vitesse du train par rapport au sol : 200 km/h.
Les deux trajectoires sont rectilignes et strictement horizontales.
Parmi les affirmations suivantes, quelle est celle qui donne une interprétation correcte de cette
immobilité apparente ?
A. l’angle entre les deux trajectoires est arc cos 2/8
B. l’avion file droit dans l’axe du regard du passager
C. l’angle entre les deux trajectoires est arc cos 2/10
D. l’angle entre les deux trajectoires est arc cos 2/6
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Olympiades de physique 2012. Qualifications. 6e
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2. Complétez la citation suivante extraite du « Petit manuel de physique verte » par Clément
Santamaria :
« A titre d’exemple, aussi surprenant que cela puisse paraître, l’énergie nécessaire pour
chauffer l’eau d’un bol de thé est de l’ordre de celle qu’il faut fournir pour lever une masse
de 2 tonnes de ……………… de haut ».
Chaleur massique du thé : 4200 J/(kg.°C)
masse du thé : 85 g
Différence de température pour chauffer le thé = 60°C
A. 0,5m
B. 1m
C. 1,5m
D. 2m
E. 2,5m
F. 3m
3. On dispose d’une pile usagée dont la caractéristique est la suivante :
Comme elle ne fonctionne plus très bien, quelqu’un
suggère de la mettre quelques minutes sur un
radiateur.
De cette manière, la tension électromotrice E est
augmentée de 10% et sa résistance interne
également.
U(V)
3
1
I(A)
Parmi les appareils suivants, lesquels peuvent
fonctionner à l’aide de la pile usagée, chauffée par
le radiateur ? Les valeurs nécessaires au fonctionnement de chaque élément sont indiquées
entre parenthèses.
A. LED (2V, 20mA)
B. Moteur miniature (3V, 90mA)
C. Lampe témoin (2,2V ; 200mA) D. Buzzer (2V, 50mA)
E. Electroaimant (2 V, 500 mA)
La réponse doit être complète et correcte pour obtenir les 5 pts.
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4. Dans la configuration suivante, le chariot met t1 secondes pour parcourir la distance d,
départ arrêté. Ce chariot a une masse m et le contrepoids une masse 4m. Comparez t1 avec le
temps t2 obtenu lorsqu’une masse m est transférée du contrepoids au chariot ? Les frottements
sont négligeables ainsi que la masse de la poulie fixe. La pente est de 30°.
d
A. t2 = t1
B. t2 > 2 t1
30°
30°
C. t1/2 < t2 < t1
D. t1 < t2 < 2 t1
E. t2 < t1/2
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5. Un athlète de 70 kg participe à un marathon alors que la température extérieure est 32°C et
le taux d'humidité faible. La puissance thermique produite par le corps humain est alors égale
à 1000W. La température cutanée étant de 33°C environ, les échanges thermiques (par
conduction, convection et rayonnement) sont négligeables.
Le débit sudoral maximal est 0,25 gramme par seconde. Quelle est l'élévation de température
du corps en une minute ?
Chaleur latente d'évaporation de la sueur : 2 430 kJ/kg
Chaleur massique du corps humain : 4500 J/(kg.°C)
A. 0,075 °C
B. 1,85 °C
C. 0,12 °C
D. 0,14 ° C
E. 0,00125 °C
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6. Classez en ordre de puissance électrique croissante les 4 appareils suivants :
appareil
Tension (V)
Intensité de courant (A)
A. Lampe
230
0,1
B. Chargeur d’ordinateur
20
2
portable
C. Réfrigérateur
230
1
D. Calculette
3
0,0001
7. Au niveau de la Terre et de la Lune, le Soleil diffuse une puissance lumineuse d’environ
1300 W sur chaque m². La Lune qui a un rayon de 1700 km capte cette énergie comme le
cercle de même rayon faisant face au Soleil (en pointillés dans le dessin). On admettra ici que
la surface éclairée de la Lune renvoie dans l’espace l’entièreté de l’énergie qu’elle a reçue.
Quelle est la puissance lumineuse rétrodiffusée par la Lune qui éclaire un m² de la surface de
la Terre d’où la pleine Lune est visible ?
La Terre se trouve à 380 000 km de la Lune.
Lumière solaire
Lune
Terre
A. 6,4 mW
B. 13 mW
1 m²
C. 19 mW
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D. 25 mW
E. 51 mW
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8. Un élève a testé un oscillateur mécanique : il a mesuré la force nécessaire (F en N) à
l’élongation en fonction de l’écart par rapport à sa position d’équilibre (y en m). Voyez le
graphique correspondant.
F(N)
0
a) dans quel domaine
d’élongation, cet
oscillateur peut-il être
considéré comme
pratiquement
harmonique ?
A. Jusqu’à y = 0,2m
B. Jusqu’à y = 0,1m
C. Pas au-delà de y = 0,03
m
b) en se limitant au domaine
précédent, quelle est la
période d’oscillation de
ce système sachant que
sa masse est 100g ?
0
0,02
0,04
0,06
0,08
0,1
0,12
0,14
0,16
0,18
0,2
y(m)
- 0,1
- 0,2
- 0,3
- 0,4
- 0,5
- 0,6
- 0,7
- 0,8
- 0,9
-1
D. T = 1 s
E. T = 38,7 s
F. T = 0,16 s
Les deux réponses doivent être correctes pour obtenir les 5 pts.
9. Dans « La Nature des lois physiques », Richard Feynman écrit :
« La force électrique varie comme l’inverse du carré de la distance, mais ce qui est
remarquable, c’est la colossale différence entre l’intensité des forces électriques et des forces
gravitationnelles. Deux électrons se repoussent l’un l’autre selon l’inverse du carré de leur
distance, à cause de l’électricité, et s’attirent selon l’inverse du carré de leur distance, à
cause de la gravitation. »
Quelle est la valeur du rapport Fe/Fg entre la force électrique et la force gravitationnelle dont
Feynman parle ici ?
A. 42 x 1043
B. 42 x 10-9
C. 42 x 10-10
D. 42 x 10-7
E. 42 x 1041
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10. Dans le cas de l’oscillation non amortie d’une masse suspendue à un ressort, quel est le
graphique représentant le mieux l’évolution de la vitesse (v) en fonction de l’élongation (y),
sur une période.
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v
v
v
y
y
A
y
C
B
A
v
v
y
y
D
E
A
A
11. Lorsque le conducteur d’une voiture roulant à 180 km/h sur une autoroute aperçoit au loin
un radar de la police, il a un temps de réaction de 0,4 s et décélère ensuite à du 8m/s². La
vitesse maximale tolérée étant de 120 km/h, quelle distance ce conducteur aura-t-il parcourue
depuis l’observation initiale jusqu’à ce que sa vitesse soit redevenue acceptable (120 km/h) ?
A. 86,8 m
B. 126,8 m C
m
D. 102,8 m
E. 82,7m
12. Une masse de 100 kg est attachée à un câble enroulé autour d’une poulie fixe et fixé au sol
en S. Pour soulever cette masse, on tire le câble par son point milieu, en A, et on l’amène en
B, sur une distance horizontale de 40 cm.
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4m
4m
A
F
A
B
2m
100kg
100 kg
S
S
Quelle est la valeur du travail de la force F de A à B ?
A. 40 J
B. 80 J
C. 160 J
D. 200 J
E. 400 J
13. Un enfant joue, sur le sol, avec un train miniature dont les différents wagons tiennent les
uns aux autres par l’intermédiaire d’aimants. Ces aimants ne se séparent que si la force qui les
écarte l’un de l’autre dépasse 1 N.
F
A. 0,5 N
B. 1 N
C. 1,5 N
Les masses des wagons sont identiques : 100g.
Quelle valeur minimale doit avoir F (horizontale) pour
que les 2 wagons se décrochent l’un de l’autre ? Pas de
frottement.
D. 2 N
E. 3 N
14. On réalise l’assemblage suivant dans lequel un petit chariot glisse sur un plan incliné
avant de rouler sur une table horizontale et enfin de s’en échapper au bord et de frapper le sol.
h
H
d
Soit d, la portée du lancer. Comparez la valeur de la portée dL obtenue sur la Lune (g =1,6
m/s²) à celle, dT, obtenue sur Terre (g = 10 m/s²), pour le même dispositif. Négligez tous les
frottements.
A. dL = dT
B. dL = 6,25 dT
C. dL = 0,16 dT
D. dL = 12,5 dT
E. Le résultat dépend des valeurs de h et H
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15. Dans le circuit suivant, dans quelle résistance, l’intensité de courant est-elle la plus
grande ?
A. R1
B. R2
C. R3
D. R4
E. R5
Sur quelle résistance la différence de potentiel est-elle la plus grande ?
A. R1
B. R2
C. R3
D. R4
E. R5
Les deux réponses doivent être correctes pour obtenir les 5 pts.
R2 = 2
R 3= 3
R1 = 1
R4 = 4
R5 = 5
16. A quelle vitesse angulaire la Terre devrait-elle tourner pour annuler le poids apparent
d’une personne à l’équateur ? Le rayon de la Terre est 6400 km.
A. 0,0125 rad/s
D. 0,0395 rad/s
C. 1,5 x 10-6 rad/s
B. 0,00125 rad/s
E. 8 rad/s
17. Les lignes des schémas suivants indiquent les lignes équipotentielles d’un champ
électrique. Quelle est l’affirmation correcte concernant la valeur du champ électrique au point
B, dans chacun des cas ?
A
10V 20V 30V
40V 50V
A. I > III>II
D. II > I > III
10V 20V 30V 50V
II
I
B. I > II > III
E. I = II = III
A
B
A
B
10V
20V
B
30V
40V
50V
III
C. III > I > II
18. Le graphique suivant représente deux instantanés d’une même onde progressive. La
première vue est prise à t1 = 0 s et la seconde à t2 = 2 s. En t2, la perturbation a progressé de
moins d’une longueur d’onde.
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Quelles sont les propositions correctes parmi les suivantes ?
La réponse doit être complète et correcte pour obtenir les 5 pts.
A. La longueur d’onde vaut 10 m
B. La vitesse de l’onde vaut 3,5 m/s
C. L’amplitude vaut 4 m.
D. La fréquence vaut 0,5 Hz
19. Une tension électromotrice constante est appliquée entre les bornes A et B du circuit,
lequel est équipé d’un Ampèremètre (Am) et d’un Voltmètre (Vm) « idéaux » (c’est-à-dire
que la résistance interne de l’Am est nulle et celle du Vm est infinie).
Quand on ferme l’interrupteur K,
A
Les valeurs indiquées par l’Am et le Vm augmentent
B
Les valeurs de l’Am et du Vm diminuent
C
Ces valeurs ne changent pas
D
La valeur de l’Am augmente et celle du Vm diminue
E
La valeur de l’Am diminue et celle du Vm augmente
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20. Une spire circulaire est parcourue par un courant et XY est une partie d’un long fil
rectiligne parcouru par un second courant, situé très près de la spire (un peu en arrière de
celle-ci).
Etant donnés les sens des courants, quelle est la direction de la force appliquée au segment de
fil XY ?
A
Perpendiculaire au plan du cercle
B
Parallèle à XY et dirigé vers X
C
Parallèle à XY et dirigé vers Y
D
A angle droit avec XY, vers la gauche
E
A angle droit avec XY, dirigé vers la droite
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Pour chacune des questions posées, numérotées de 1 à 20, inscrivez votre
réponse dans la grille ci-dessous (le plus souvent A, B, C , D ou E) ou “blanc”
si vous ne proposez pas de réponse à la question.
Attention aux erreurs en portant vos réponses dans la grille !
Votre note finale sera calculée comme suit: Bonne réponse = 5 points
Pas de réponse = 1 point
Mauvaise réponse = 0 point
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