LYCEE DE KOUPA DEPARTEMENT DE SCIENCES PHYSIQUES EXAMEN TRIMESTRIEL N° 1 EPREUVE DE PHYSIQUE PD Durée 2h PARTIE A : EVALUTION DES RESSOURCES: 10 points EXERCICE 1 : évaluation des savoirs/ 5 points 1- Répondre par vrai ou par faux et justifier si possible 1-1-Une valeur mesurée peut être corrigée en retranchant ou en ajoutant l’incertitude de mesure 1-2-Les erreurs aléatoires peuvent être éliminées en augmentant le nombre de mesure 1-3-Si la vitesse d’un mobile double, son énergie cinétique double également 2- Q.C.M : choisir la (les) bonne(s) réponse(s) parmi celles proposés 2-1-L’écart-type moyen se détermine par le calcul suivant : a) La somme de toutes les valeurs divisée par le nombre total de valeurs b) En divisant l’écart-type par la moyenne des valeurs c) En divisant l’écart-type par la racine carrée du nombre de valeurs 2-2- L’expression correcte de l’énergie cinétique est : a) 𝐸𝑐 = 𝑚 𝑣 2 1 b) 𝐸𝑐 = 2 𝑥 𝑚 𝑥 𝑣 c) 𝐸𝑐 = d) 𝐸𝑐 = EXERCICE 2 : 1 2 1 2 𝑥 𝑣2 𝑥 𝑚 𝑥 𝑣2 Application des savoirs et des savoir-faire 1- Mesures et incertitudes On mesure 10 fois la même tension. On est sur le calibre 30 V, graduation à 100 divisions, classe des appareils 1,5. On trouve les valeurs suivantes en volts : 19,2 ; 19,3 ; 19,0 ; 19,4 ; 19,1 ; 19,1 ; 19,0 ; 19,1 ; 19,3 ; 17,2. 1-1- Quelle remarque faites-vous sur ces valeurs ? trouver la moyenne des mesures. 1 pt 1-2-Quelle est l’erreur maximale faite sur les mesures ? 1-3-Calculer l’incertitude élargie sachant que l’écart-type expérimental 𝜎𝑛−1 = 0,13 et le coefficient d’élargissement 𝐾 = 2,31. Présenter correctement le résultat du mesurage. 2- Conservation et non conservation de l’énergie mécanique. Un solide (s) de masse 𝑀 = 2,4 𝐾𝑔 est placé juste devant un ressort à boudin (R) à spires non-jointives, d’axe horizontal 𝑥’𝑜𝑥, de masse négligeable(le solide est non lié au ressort) et de constante de raideur 𝐾 = 25000𝑁/𝑚 Une balle (b) de masse 𝑚 = 100𝑔 est lancée avec une vitesse V selon l’axe 𝑥’𝑜𝑥 . La balle (b) frappe le solide (s) et s’y incruste au niveau du centre de gravité du solide. Juste après le choc le système (solide-balle) ⃗ 0 horizontale et se se met en mouvement à la vitesse 𝑉 déplace vers le ressort pour le comprimer d’une distance 𝑥𝑚 = 6 𝐶𝑚. 2-1-Déterminer en appliquant la conservation de l’énergie mécanique et en fonction de 𝐾, 𝑀, 𝑚 𝑒𝑡 𝑥𝑚 la ⃗ 0 de l’ensemble solide (S)-balle(b) juste après le choc. vitesse 𝑉 2-2-Etablir l’expression de la vitesse V de la balle avant le choc. 2-3-Calculer les valeurs de V0 et V. le choc est-il élastique ? justifier, par le calcul, la réponse. 2-4-Après la dilatation complète du ressort, l’ensemble solide(s)-balle(b) se déplace, LYCEE DE KOUPA DEPARTEMENT DE SCIENCES PHYSIQUES à partir du point A, sur un support ABC et s’arrête en C. la partie BC est incliné d’un angle par rapport à l’horizontale. Un dispositif approprié permet de tracer le graphique de l’énergie mécanique du système [(𝑆). (𝑏). 𝑡𝑒𝑟𝑟𝑒] en fonction de la distance 𝑙 parcourue par l’ensemble [(𝑆). (𝑏)]. Prendre 𝑔 = 10𝑚/𝑠 2 Prendre le plan horizontal passant par B comme niveau de référence de l’énergie potentielle de pesanteur. a) Interpréter le graphique de l’énergie mécanique en fonction de 𝑙. b) Trouver graphiquement : - La distance BC - Les énergies mécaniques du système [(𝑆). (𝑏). 𝑡𝑒𝑟𝑟𝑒] aux points B et C. c) Déduire la valeur de et celle de la force de frottement qui existe sur BC et supposée constante. PARTIE B : EVALUATION DE COMPETENCE (10 points) Situation problème : étude énergétique du mouvement d’un pendule pesant Un pendule pesant est constitué d'une sphère métallique reliée par une tige métallique, à un support fixe. On écarte le pendule de sa position d'équilibre et on le lâche, sans vitesse initiale. Le pendule oscille (figure ci-contre). Avec une Webcam et un logiciel adapté, on réalise le document ci-après où figurent, en fonction du temps les énergies cinétique, potentielle de pesanteur et mécanique de la sphère. La date t = 0 correspond à la première prise de vue de la Webcam. 1° Après avoir identifié à l’aide des lettres (a) ; (b) et (c) sur la figure, la courbe indiquant les Variations de chaque type d’énergie, Décrire et expliquer les variations, au cours du mouvement aller du pendule, de l'énergie cinétique et de l'énergie potentielle. 2,5 pts 2° a) Décrire l'évolution de l'énergie mécanique de la sphère. 1pt b) La sphère est soumise à son poids et à la force exercée par la tige qui la retient. On admet que cette force ne modifie pas l'énergie mécanique de la sphère. Justifier l'évolution de l'énergie mécanique. 1pt c) Quelle transformation d'énergie accompagne la diminution d'énergie mécanique ? 1pt 3°a) Quelle position occupe la sphère lorsque son énergie potentielle de pesanteur est minimale ? 1 pt b) Cette énergie potentielle minimale est-elle nulle ? 0,5 pt c) Le plan de la table est pris comme niveau de référence pour 𝐸𝑃 = 0 𝑗 et la masse de la sphère est 𝑚 = 45 𝑔. Déterminer à quelle hauteur z, par rapport au plan de la table, se trouve la sphère lorsque son énergie potentielle de pesanteur est minimale. 1pt d) Déterminer la vitesse maximale de la sphère lors de ce mouvement. 1pt 4° Estimer la valeur de l'énergie mécanique transformée en énergie thermique lors de ce mouvement. 1pt Donnée : 𝑔 = 10 𝑁. 𝑘𝑔 − 1. GOOG LUCK never give up == n’abandonne jamais
