précisions - RECIT des Samares

SERVICE DES RESSOURCES ÉDUCATIVES
053-504
PHYSIQUE
3e année du 2e cycle du secondaire
Épreuve de compétence 2
Outils d’évaluation
2011
JUIN
Physique
Épreuve de compétence 2
PRÉCISIONS
La clé de correction qui suit contient les éléments de réponse attendus pour chacun des
critères d’évaluation ciblés de la compétence disciplinaire 2 du Programme de physique. Lors
de la présentation de ses calculs, l’élève qui s’assure d’utiliser adéquatement les chiffres
significatifs se verra accorder une majoration de son résultat global d’un demi-échelon
(exemple : résultat global 4 converti à 4+).
Table LLL
2
Physique
Épreuve de compétence 2
1. Les satellites géostationnaires
L’observateur sur la Terre fait un tour complet dans le même temps que le satellite. Pour ce
faire, le satellite doit avoir une vitesse plus grande pour parcourir une grande distance.
v= d/t donc t = d/v
Le temps d’une rotation du satellite = 42 162 km x 2 x π / 11 061 km/h = 23,95 h = 23h57
minutes
Le temps de rotation de l’observateur = 6378 km x 2 x π / 1673 km/h = 23,95 h = 23h57
minutes
Grille de correction
51
Explique que le satellite maintient sa position relative à l’observateur malgré que
les distances à parcourir soient différentes grâce à une plus grande vitesse de
rotation du satellite et applique correctement la relation entre la vitesse et la
distance parcourue.
4
Explique partiellement le phénomène en cause, en traitant de l’aspect vitesse
ou distance à parcourir sans les mettre en relation.
3
Explique que le satellite maintient sa position relative à l’observateur ou
applique correctement la relation entre la vitesse et la distance parcourue.
2
Effectue des erreurs majeures en calculant le temps de rotation pour le satellite
ou l’observateur.
1
Reformule simplement les informations fournies dans le texte.
Critères évalués
Utilisation pertinente des concepts
Production d’explications ou de solutions pertinentes
Justification adéquate des explications
1 La grille fournie décrit les indices observables les plus signifiants de l’atteinte d’un échelon. De plus, lorsqu’indiqué, des aspects
de la compétence qui sont jugés acquis à un niveau donné le sont de manière implicite dans la description des niveaux supérieurs.
Table LLL
3
Physique
Épreuve de compétence 2
2. Aide humanitaire
a) Les boîtes de livraison
La boîte en forme de prisme rectangulaire est à privilégier, car grâce à sa plus grande surface,
elle offre une plus grande résistance à l’air (Fr 1 et Fr 2).
Dans les deux cas, la force de traction exercée par le parachute (Fr P) et la force d’attraction
gravitationnelle (Fg) sont les mêmes donc ne peuvent influencer la sélection des boîtes.
Fr P
Fr P
Fr 2
Fr 1
Boîte de
forme
cubique
Boîte en forme de
prisme rectangulaire
Fg
Fg
∑ Fcubique ≠ ∑ Frectangulaire
52
Fr 1 < Fr 2 due à la surface de frottement de l’air.
Grille de correction
Explique entièrement les phénomènes en cause et illustre entièrement
et correctement les diagrammes de forces pour les deux types de
boîtes.
4
Explique que la surface de la boîte influence la résistance que celle-ci
exerce sur l’air. Identifie que la force gravitationnelle et de traction du
parachute sont égales pour les deux boîtes. Son diagramme est
incomplet pour l’une des deux boîtes.
3
Explique ou illustre que la force résultante est plus petite pour la boîte
rectangulaire que pour la boîte cubique.
2
Son diagramme comporte des erreurs dans l’illustration des forces
(grandeur et direction) ou omission de Fg.
1
Reformule simplement les informations fournies dans le texte sans
intégrer de diagrammes de forces.
Critères évalués
Utilisation pertinente des concepts
Production d’explications ou de solutions pertinentes
Justification adéquate des explications
2 La grille fournie décrit les indices observables les plus signifiants de l’atteinte d’un échelon. De plus, lorsqu’indiqué, des aspects
de la compétence qui sont jugés acquis à un niveau donné le sont de manière implicite dans la description des niveaux supérieurs.
Table LLL
4
Physique
Épreuve de compétence 2
b) Le plan de vol
Vitesse résultante désirée :
230,0 km en 55,00 minutes : v=
230,0 km/h
= 250,9 km/h vers le N-E
 50, 00 

h
 60 
Addition des composantes :
cos45o 
v1y
V1:55,0 km/h
v1x
55 km/h
v1x = 38,9 km/h
sin45o 
-55 km/h
v1y = -38,9 km/h
V2 :?
V3:250,9 km/h
v3 x
250,9 km/h
v3 x = 177,4 km/h
sin45o 
cos45o 
v1x + v2x = v3x et
v3 y
250,9 km/h
v3 y = 177,4 km/h
v1y + v2y = v3y
-38,9 km/h + v2x = 177,4 km/h
V1: vitesse du vent
V2: vitesse du plan de vol de l’avion
V3: vitesse résultante de l’avion
38,9 km/h + v2y = 177,4 km/h
v2x = 216,3 km/h et v2y = 138,5 km/h
v2 = 216,32  138,32
v2 = 256,8 km/h
Calcul de la direction (angle)
tan θ = 138,5 km/h
216,3 km/h
donc θ = 32,63o
Non, le copilote n’a pas raison, car l’avion doit voler à 256,8 km/h à 32,63o par rapport au nord.
Table LLL
5
Physique
Épreuve de compétence 2
Grille de correction : Le plan de vol
53
Détermine que le plan de vol n’est pas adéquat en calculant, sans
erreur, la vitesse et l’angle de vol. Les calculs de la vitesse du plan de
vol et l’angle effectués sont exacts et complets.
4
Les calculs de la vitesse du plan de vol et l’angle effectués démontrent
la compréhension des concepts mis en jeu tout en comportant certaines
erreurs mineures qui influencent des étapes subséquentes.
3
Le calcul de la vitesse résultante et le schéma sont exacts.
2
Détermine uniquement la vitesse résultante.
1
Reformule simplement les informations fournies dans le texte.
Critères évalués
Utilisation pertinente des concepts
Production d’explications ou de solutions pertinentes
Justification adéquate des explications
3 La grille fournie décrit les indices observables les plus signifiants de l’atteinte d’un échelon. De plus, lorsqu’indiqué, des aspects
de la compétence qui sont jugés acquis à un niveau donné le sont de manière implicite dans la description des niveaux supérieurs.
Table LLL
6
Physique
Épreuve de compétence 2
3. Le bon chemin
Route 20
Calcul du temps nécessaire pour gravir la montagne :
Calcul de l’énergie nécessaire que doit fournir le moteur en fonction de la masse à
transporter
Ep = mgh
Ep = 13 800 Kg  9,8 N/Kg  1500 m
Ep = 2,0 x108 J
Calcul du temps pour monter la montagne en fonction de la puissance du moteur :
W = Ep = P ∆t
2,0 x108 J = 150 000 W  ∆t
2, 0x108
=∆t
1,5x105
1,3 x 103 s = ∆t
Calcul du temps total :
∆t total = ∆t montée + ∆t descente = 1,3 x 103 s + 420 s = 1,7 x 103 s
∆t total = 1,7 x 103 s ou 0,47 h
Route 10 :
Calcul du temps nécessaire pour se rendre au point B sachant que la vitesse maximum est de
91,0 Km/h :
v = ∆s /∆t
91,0 km/h = 150 km / ∆t
∆t = 1,65 h ou 5,94 x 103 s
Le trajet le plus court demeure la route 20 malgré le temps requis pour gravir la
montagne.
Table LLL
7
Physique
Épreuve de compétence 2
Grille de correction : Le bon chemin
54
Détermine que la route 20 représente la route la plus courte. Les calculs sont
exacts et complets.
4
Les calculs effectués démontrent la compréhension des concepts mis en jeu
tout en comportant certaines erreurs mineures qui influencent des étapes
subséquentes.
3
Calcule l’énergie nécessaire pour gravir la montagne et le temps requis pour le
trajet via la route 10.
2
Calcule l’énergie nécessaire pour gravir la montagne et le temps requis pour le
trajet via la route 10. Les calculs effectués comportent certaines erreurs
mineures qui influencent des étapes subséquentes.
1
Calcule le temps requis pour la route 10.
Critères évalués
Utilisation pertinente des concepts
Production d’explications ou de solutions pertinentes
Justification adéquate des explications
4 La grille fournie décrit les indices observables les plus signifiants de l’atteinte d’un échelon.
Table LLL
8
Physique
Épreuve de compétence 2
4. La Ronde
Boomerang
Orbite
Vitesse maximale au bas de la première Accélération lors de la montée :
pente :
1
Δx= aΔt 2
2
1
2
45,0m= a•  2,0 s 
2
a=23m/s2
1
mgh= mv 2
2
m  9,8m/s2  35,6m 
1
mv 2
2
On doit additionner l’accélération
v  9,8m/s  35,6m  2
gravitationnelle
v=26m/s
a = 23 m/s2 + 9,8 m/s2 = 32 m/s2
2
vmax = v - 5,6 m/s
vmax = 26,m/s - 5,6m/s
Accélération lors de la descente :
vmax = 20 m/s
a = 9,8 m/s2
Vitesse maximale :
a = 51 m/s2
v 2f =v i2 +2aΔx
vmax= 20 m/s = 72 km/h
v f2  0 m/s2 +2•22,5 m/s2 •45,0 m
v f =45,0 m/s = 1,62×102 km/h
amax=32 m/s2
vmax= 45,0 m/s = 1,62 x 102 km/h
Goliath
Vampire
a = 37 m/s2
Sachant que 1 G = 9,8 m/s2
4,0 G = 39 m/s2
vmax= 18 m/s = 65 km/h
a = 39 m/s2
vmax= 80,5 km/h
Le manège préféré de Sophiane sera l’Orbite avec une vitesse maximale de 1,62 x 102 km/h
alors que celui d’Anaïs sera le Boomrang avec une accélération de 51 m/s2.
Table LLL
9
Physique
Épreuve de compétence 2
Grille de correction : La Ronde
5
5
Calcule toutes les vitesses et les accélérations (incluant les
accélérations ressenties dans l’Orbite) et sélectionne les manèges
appropriés.
4
Calcule les vitesses et l’accélération du Boomerang et la vitesse et
l’accélération de l’Orbite (accélération du chariot uniquement). Les
calculs effectués démontrent la compréhension des concepts mis en jeu
tout en comportant certaines erreurs mineures qui influencent les
étapes subséquentes.
3
Calcule la vitesse et l’accélération du chariot lors de la descente
seulement, et d’un des quatre autres manèges.
2
Calcule la vitesse ou l’accélération de deux des manèges.
1
Calcule la vitesse ou l’accélération d’un des manèges.
Critères évalués
Utilisation pertinente des concepts
Production d’explications ou de solutions pertinentes
Justification adéquate des explications
5 La grille fournie décrit les indices observables les plus signifiants de l’atteinte d’un échelon.
Table LLL
10
Physique
Épreuve de compétence 2
5. La fourmi
a) La lentille est de type convergent. Conséquemment, pour obtenir une image virtuelle plus
grande que l’objet, ce dernier devra être placé entre le foyer de la lentille et la lentille ellemême. Dans cette situation, l’image est de même sens que l’objet et beaucoup plus grosse
comme le démontre le schéma suivant :
Image
virtuelle
b) Ho= 1,0 cm
Hi = 4,0 cm
Lf = 6,0 cm
Foyer de la lentille
Selon la formule :
Ho/Hi
=
lo/lf
1,0 cm / 4,0 cm =
lo / 6,0 cm
1,0 cm  6,0 cm =
4,0 cm
lo
1,5 cm
=
lo
Puisque l’objet est placé entre la lentille et son foyer, il faut ajouter un signe – à la valeur de
lo donc -1,5 cm.
Selon la formule
p
=
lo
+
p
=
-1,5 cm
p
=
4,5 cm
lf
+
6,0 cm
Critères évalués
Utilisation pertinente des concepts
Production d’explications ou de solutions pertinentes
Justification adéquate des explications
Table LLL
11
Physique
Épreuve de compétence 2
Grille de correction : La fourmi
56
Calcule lo et la distance objet-lentille.
4
Explique et illustre le type de lentille et la position du foyer, identifie le
sens de l’image, sa position et son grossissement. Erreurs de calculs
mineures soit pour le lo ou la distance objet-lentille.
3
Explique et illustre la situation décrite en omettant un des éléments
pertinents. Calcule lo.
2
Explique et illustre en identifiant trois éléments pertinents.
1
Illustre trois éléments pertinents.
6 La grille fournie décrit les indices observables les plus signifiants de l’atteinte d’un échelon.
Table LLL
12
Physique
Épreuve de compétence 2
6. La fibre optique
Explication
Un rayon traverse la silice à un angle de 80 º
Arrivé sur la paroi externe de la gaine, le rayon subit une réfraction. L’indice de réfraction de la
gaine (1,46) étant inférieur à celui du plastique (1,48), le rayon s’écarte de la normale.
Alors sin  gaine 
nsilice sin  silice
=
ngaine
1,48 sin 80 1,00 donc plus de 90°
1,45
Puisque l’angle d’incidence du rayon dépasse l’angle critique, on observe une réflexion totale
interne. Le rayon demeure donc à l’intérieur de la fibre, dans la silice.
Illustration
Rayon
Gaine
Axe de symétrie
Table LLL
13
Silice
Physique
Épreuve de compétence 2
Grille de correction : La fibre optique
57
Le tracé des rayons et ses explications sont justes.
4
Détermine, sur le schéma, l’angle de déviation du rayon lors du passage
silice-gaine et calcule l’angle critique interne.
3
Choisit, sur le schéma, un angle de déviation quelconque pour illustrer
la déviation du rayon silice-gaine.
2
Indique correctement la déviation des rayons et fournit des explications
qui ne sont pas appuyées par des calculs appropriés.
1
Indique seulement la déviation des rayons.
Critères évalués
Utilisation pertinente des concepts
Production d’explications ou de solutions pertinentes
Justification adéquate des explications
7 La grille fournie décrit les indices observables les plus signifiants de l’atteinte d’un échelon.
Table LLL
14
Physique
Épreuve Cd-2
7. Le rétroviseur
Explication :
L’image apparente dans un miroir convexe est très petite et virtuelle. Lorsque le
conducteur regarde dans ce miroir, il interprète l’image comme s’il s’agissait d’un
miroir plan. Il croit qu’un petit objet est très éloigné. En réalité, la distance entre lui et
l’objet est plus petite qu’il ne le croit. L’image de l’objet a été réduite par le miroir
convexe.
Guide de correction
8
L’explication du phénomène est enrichie de la description de la
perception visuelle du conducteur, c'est-à-dire le lien établit entre la
hauteur de l’image et la distance de l’objet.
4
Le tracé des rayons est correct et son explication se limite à décrire
l’effet du miroir convexe sur la hauteur de l’image.
3
Illustre ou identifie correctement le type de miroir et trace partiellement
les rayons.
2
Illustre ou identifie correctement le type de miroir ou trace partiellement
les rayons.
1
Reformule simplement les informations fournies dans le texte et les
illustrations sans intégrer dans son explication les concepts relatifs.
5
Critères évalués
Utilisation pertinente des concepts
Production d’explications ou de solutions pertinentes
Justification adéquate des explications
8 La grille fournie décrit les indices observables les plus signifiants de l’atteinte d’un échelon.
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