Simili 03 SMfinal

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Simili N° 3 2ème Bac SM biof A.S : 2019-2020
Physique 13points
Exercice 1 : Quelques propriétés de Plutonium : 3points
L’uranium extrait des minerais contient deux isotopes essentiels à des abondances 99,3%
d’Uranium 238 et 0,7% de l’uranium 235.
La fission de l’uranium 238 aboutit à la formation du plutonium 241 selon la transformation
modélisée par l’équation nucléaire suivante :
 Avec n représente un neutron et
−
une particule émise.
Le plutonium 241 formé est fissible sous l’action d’un bombardement neutronique avec
émission des particules
−
.
1- Choisir la proposition correcte : la fission nucléaire :
a- Est non polluante
b- Est spontanée
c- A lieu lorsqu’on bombarde un noyau léger pour donner deux noyaux relativement
lourds
d- Provoquée car on bombarde un noyau lourd par des neutrons
2- Déterminer l’énergie de masse de la particule
−
3- Déterminer x et y, justifier.
L’équation de fission de plutonium 241 est
241 1 141 98 1
94 0 55 39 0
Pu+ n Cs+ Y+3 n→
2-1 : Déterminer en Mev l’énergie EF libérée lors de la fission d’un atome de plutonium.241.
2-2. Est-ce que cette réaction peut être en chaine ? justifier
Le plutonium 241 se désintègre selon
−
:
241 241
94 95
Pu Am +
−
→
3-1. Calculer l’énergie de liaison de
241
95Am
et comparer son énergie de liaison par nucléon à
celle de
241
94 Pu
3-2. Calculer en Mev ED l’énergie libérée de désintégration
−
de
241
94 Pu
3-3. Calculer le rapport
F
D
E
E
3-4. Relier les deux énergies EF et ED aux interactions nucléaires suivantes.
a : les intégrations fortes entre les nucléons
b- les interactions faibles entre un nucléon et un électron
L’étude expérimentale a permis de tracer la courbe suivante
Pr :A. Aboutaher

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4-1. Déterminer la valeur de
1
2
t
4-2 : Calculer la date au bout de laquelle 75% soit désintégré.
Données
Exercice 2 : Etude du circuit RLC
On réalise le montage représenté ci-contre et qui est
constitué d’un
- Générateur idéal de tension E=6V
- Conducteur ohmique de résistance
50R=
- Un condensateur de capacité
0,9CF =
- Une bobine idéale d’inductance L
- Un interrupteur K
1- l’interrupteur K est fermé depuis une longue durée:
1.1- Montrer que la tension aux bornes de la bobine est nulle
1.2- Calculer la charge du condensateur et l’intensité du courant qui lui traverse.
1.3- Calculer l’intensité du courant I0 circulant dans le circuit
2- ou ouvre l’interrupteur K à un instant pris comme origine des dates.
2-1- représenter le circuit électrique étudié et montrer brancher
l’oscilloscope pour visualiser Uc
2-2- Etablir l’équation différentielle vérifiée par Uc
2-3- Sachant que la solution de cette équation s’écrit sous la forme :
0
2
( ) .cos( )
cm
U t U t
T
=+
Pr :A. Aboutaher

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a- Trouver l’expression de T0 en fonction de C et L
b- Déterminer la phase
.
c- Trouver l’expression de Um en fonction de E, R, C et L
2-4- -Sachant que T0=3,2ms,
a- Déterminer L et écrire l’expression numérique de Uc(t)
b- Montrer que l’énergie totale du circuit se conserve et calculer sa valeur
Exercice 3 : Sport de plongeon
La ligue internationale de la natation a organisé à barcalon d’Espagne une compétition de
sport de plongeon du 13 au 17 Juillet 2003.
Dans cet exercice, on propose d’étudier deux phases : La première phase du saut du
plongeur de centre d’inertie G et de masse m=70kg et la deuxième phase de plongeoir dans
l’eau de la piscine.
L’étude se fait dans plan vertical associé à un repère orthonormé 
 comme le montre
la figure 1. L’origine O du repère se trouve à la surface de l’eau de piscine. On prend g =
9,8m/s2.
Phase 1 : Etude du saut du plongeur
On néglige l’action de l’air et on étudie que le centre d’inertie du plongeur.
Données : y0 = 4m ; V0 = 4m/s ; α = 78,5° ; g = 9,8m/s2.
1- En appliquant la 2ème loi de Newton, établir les deux équations horaires X(t) et y(t) du
centre d’inertie du plongeur et déduire l’équation de la trajectoire. On choisit l’instant du
saut comme origine des dates.
Le centre d’inertie passe par un point S située à la plus grande hauteur de la surface de l’eau
de piscine à un instant tS.
2- Déterminer tS et calculer la hauteur H qui sépare S de la surface de l’eau.
La main du plongeur touche la surface de l’eau de piscine à un instant t1 tel que le centre
d’inertie G se situe à y1=1m de la surface d’eau.
3- Trouver l’expression de la vitesse V1 à l’instant t1 en fonction de V0, g, y0 et y1.
Phase 2 : Etude du mouvement lors de plongeoir
On considère que le mouvement du plongeur est vertical et la profondeur de l’eau de piscine
est 5m. la figure 2 représente une modélisation de la variation de l’ordonnée y en fonction
du temps sachant que dans ce sport le plongeur doit toucher avec ses doigts le fond de la
piscine.
On désigne par V le volume du plongeur et par ρ la masse volumique de l’eau.
Le plongeur est soumis aussi à une force des forces d’intensité    avec K est une
constante positive.
1- Représenter sans échelle les forces exercées sur le plongeur
2- On note vy la coordonnée du centre d’inertie G, montrer que
3- On désigne par Frésultante = F+f. Comparer Frésultante à P d’une part au régime permanent et
d’autre part au régime transitoire. Justifier
4- Déterminer graphiquement la vitesse limite vp

4
5- Déduire K. On donne V=6,5.10-2m3 et ρ = 103 Kg.m-3
Exercice 4 : les oscillations forcées
Un générateur basse fréquence (GBF) délivre à ses bornes
une tension u(t) alternative sinusoïdale de valeur efficace
constante U= 
 et de fréquence N réglable. Ce
générateur alimente un circuit série comportant un
conducteur ohmique de résistance R, une bobine
d’inductance L et de résistance r, un condensateur de
capacité C, un milliampèremètre et un interrupteur K
(figure ci-contre).
Expérience 1
On ferme l’interrupteur K et on mesure l’intensité efficace I du courant électrique qui circule
dans le circuit pour différentes valeurs de la fréquence N. l’évolution de I en fonction de N
représentée par la figure 1
1- A la résonance de l’intensité, déterminer graphiquement Les valeurs N0 et IO
On règle la fréquence sur la valeur N=N0 et on branche en parallèle aux bornes du
conducteur ohmique un voltmètre qui affiche une valeur 
 .
a- Déterminer la valeur de R
b- Déduire la valeur de r
c- Trouver C en fonction C et N0.
Pr :A. Aboutaher
Pr :A. Aboutaher
Pr :A. Aboutaher

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Expérience 2
La fréquence N est maintenant fixée à une valeur N1
différente de N0. Cette fréquence N1 est égale à l’une des
deux valeurs -257,5Hz ou 285Hz signalées sur la figure 1.
Un oscilloscope convenablement branché a permis de
visualiser simultanément les tensions U(t) et UR(t)
respectivement sur ses vois X et Y et on obtient les
oscillogrammes de la figure 2.
4-a- Sachant que la sensibilité verticale est la même pour
les deux voies X et Y de l’oscilloscope, montrer que
l’oscillogramme (C1) correspond à u(t)
4-b- En exploitant les oscillogrammes de la figure 2,
justifier que N1 est différente de N0.
4-c- Justifier de la figure 2 que le circuit est inductif.
Préciser alors laquelle des deux valeurs de N celle qui correspond à N1.
4-d- Déterminer le déphase entre u(t) et i(t)
5- a- Calculer l’impédance Z du circuit
5-b- On admet la relation suivante :  
En exploitant la relation déduite de la question2-c déduire L et C
6- Calculer la puissance moyenne à l’expérience 1 et l’expérience 2, conclure
Pr :A. Aboutaher
Pr :A. Aboutaher