physiqueampere

PARTIE 1
Exercice 1 : (2 points)
Répondre aux questions suivantes par vrai ou faux :
1.1 Le champ de gravitation de la Terre est centripète.
1.2 Au voisinage de la Lune, la valeur du champ de gravitation lunaire augmente avec
l’altitude.
1.3 Pour un champ électrique donnée, les lignes de champ sont orientées vers les potentiels
croissants.
1.4 La longueur d’onde des ondes lumineuses dépend du milieu de propagation.
Exercice 2 : (3,5 points)
Un pendule est constitué par une bille de très petite dimension, de masse m = 100 g, fixée à
l’extrémité d’une ficelle de longueur l = 1 m. Ce pendule est écarté de max = 20° par rapport à
sa position d’équilibre ( = 0). Le pendule oscille dans un plan vertical. Donnée : g = 9 ,8 m.s-
2.
3.1 Exprimer l’énergie potentielle du système {Terre-Pendule} en fonction de l, m,  et g.
L’énergie potentielle de pesanteur est nulle à l’équilibre.
3.2 Calculer la valeur de l’énergie potentielle de pesanteur lorsque  = max.
3.3 Calculer la vitesse maximale de la bille.
Exercice 3 : (3,5 points)
Un noyau d’américium (
Am
241
95
) se transforme en neptunium (
Np
237
93
).
4.1 Ecrire l’équation de désintégration de l’américium, en précisant les lois de conservation
utilisées. De quel type de radioactivité s’agit-il ? Justifier la réponse. TSVP 
4.2 La constante de désintégration radioactive de l’américium est  = 5,1.10-11S.I. Le nombre
de noyaux initial d’américium est
21
010.47,2N
.
a) Calculer son activité initiale.
b) Calculer le temps en années au bout duquel l’activité de l’américium est égale à
3,7.103 Bq.
Exercice 4 : (3 points)
On dispose d’une cellule photoélectrique dont la cathode photoémissive est caractérisée par
un seuil photoélectrique correspondant à la longueur d’onde
m 684,0
0
.
5.1 Calculer le travail d’extraction W0 d’un électron de la photocathode en eV.
5.2 La cellule est éclairée par une radiation de longueur d’onde
0
. La différence de potentiel
entre l’anode et la cathode est 45 V. Calculer la vitesse des électrons arrivant à l’anode.
5.3 La cellule est à présent éclairée par la radiation de longueur d’onde
m 532,0
1
.
Calculer le potentiel d’arrêt U0.

PARTIE 2
Exercice 1 :
On émet à l’aide d’un haut-parleur, un signal sonore sinusoïdal. L’onde se propage à la
célérité c = 340 m/s, sa fréquence est f = 425 Hz, et on note λ sa longueur d’onde.
a. λ, f et c sont liés par la relation : λ = f/c
b. La longueur d’onde λ est indépendante du milieu de propagation.
c. Deux points situés à d = 40 cm l’un de l’autre dans la direction de propagation sont en
phase.
d. L’onde se réfléchit sur un obstacle situé à d’ = 34 m de la source. L’écho de l’onde
sonore est entendu 1 s après l’émission du signal.
Exercice 2 :
Un mobile autoporteur M, de masse m = 800 g, glisse sans frottement (du haut vers le
bas) sur un plan incliné faisant un angle α = 10° avec l’horizontale. On choisit un axe Ox
orienté dans le sens du mouvement. On donne g = 10 m/s2.
a. Comme il n’y a pas de frottement, la valeur de la réaction du plan incliné est nulle.
b. La réaction du plan incliné est égale au poids du mobile.
c. Le mobile est soumis à des forces constantes, son mouvement est rectiligne uniforme.
d. L’accélération du centre d’inertie du mobile est 1,4 m/s2.
PARTIE 1
Exercice 1 : (2 points)
Répondre aux questions suivantes par vrai ou faux :
1.5 Le champ de gravitation de la Terre est centripète.
1.6 Au voisinage de la Lune, la valeur du champ de gravitation lunaire augmente quand on
s’éloigne de la Lune.
1.7 Dans un champ électrique uniforme, les lignes de champ sont perpendiculaires entre elles.
1.8 La longueur d’onde des ondes lumineuses dépend du milieu de propagation.
Exercice 2 : (3 points)
La Terre et la Lune sont assimilables à des corps à répartition sphérique dont les
caractéristiques sont les suivantes :
Terre
Lune
MT = 5,98.1024 kg
ML = 7,34.1022 kg
RT = 6380 km
RL = 1740 km
Distance Terre-Lune : dT-L = 384 000 km
2.1 Ecrire l’expression littérale du champ gravitationnel g0T à la surface de la Terre et du
champ gravitationnel g0L à la surface de la Lune.
Pour un point se trouvant à une altitude z du sol, exprimer la valeur de gT(z) du champ
gravitationnel de la Terre en fonction de g0T, RT et z.
2.2 Calculer le rapport des champs gravitationnels de la Terre et de la Lune à 42 000 km de la
Terre.

Exercice 3 : (4,5 points)
Un circuit comprenant une résistance R, une inductance L, un condensateur C montés en
série, est alimenté sous une tension alternative sinusoïdale, de valeur efficace U et de
fréquence réglable.
Données : U = 2 V ; R = 14  ; L = 69,6 mH ; C = 10 F.
3.1 Pour une fréquence f, exprimer l’impédance Z du circuit, l’intensité efficace I du courant
et le déphasage
iu /
de la tension d’alimentation par rapport au courant. Calculer Z, I et
iu /
si f = 175 Hz.
3.2 Donner les expressions de u(t) et i(t) ; On prendra u comme référence pour la phase.
3.3 La valeur efficace U de la tension est maintenue à 2 V.
Pour les fréquences variant de 90 à 300 Hz, on relève les valeurs correspondantes de
l’intensité efficace du courant :
f(Hz)
90
120
150
160
170
180
185
190
195
200
210
250
300
I(mA
)
14,
9
22,
8
38,
5
60,
4
83,
2
116,
3
132,
7
142 ,
5
141,
7
135,
4
93,
5
40,
9
25,
7
3.3 a) Tracer la courbe I= f(f), sur papier millimétré avec pour échelle 1cm pour 20 Hz et 1cm
pour 10 mA.
3.3 b) Déterminer graphiquement la fréquence f0 et l’intensité I0 du courant à la résonance.
3.3 c) Calculer ces valeurs et les comparer à celles déterminées graphiquement.
3.3 d) Déterminer graphiquement la bande passante B.
Exercice 4 : (2,5 points)
On bombarde des noyaux d’aluminium 27 par des particules  pour former l’isotope 30 du
phosphore.
4.1 Ecrire l’équation de la réaction nucléaire de formation du phosphore 30.
4.2 L’aluminium 27 n’est pas radioactif +. Ecrire l’équation de la désintégration du
phosphore 30.
4.3 On arrête le bombardement des noyaux d’aluminium par des particules . A cette date,
l’échantillon de phosphore a une activité
BqA13
010.2,7
. Quelle est le temps qui s’écoule
pour que l’activité devienne
BqA12
110.0,9
.
Donnée : La demi-vie du phosphore 30 est égale 156 s.
Exercice 5 : (2,5 points)
On place deux haut-parleurs identiques face à face. Ils émettent le même son et vibrent en
phase. La fréquence du son émis est 1600 Hz et la vitesse du son dans l’air est 336 m.s-1. La
distance S1S2 séparant les haut-parleurs vaut 120 cm.
6.1 Calculer la longueur d’onde du son émis.
6.2 Le micro est placé à 169 cm de S1 et 106 cm de S2. L’intensité du son capté est-elle
maximale ? Justifier votre réponse.
6.3 Le micro est placé en O, milieu de S1S2 Pourquoi l’intensité captée est-elle maximale ?

PARTIE 2
Exercice 1 : (2 points)
On émet à l’aide d’un haut-parleur, un signal sonore sinusoïdal. L’onde se propage à la
célérité c = 340 m/s, sa fréquence est f = 425 Hz, et on note λ sa longueur d’onde.
e. λ, f et c sont liés par la relation : λ = f/c
f. La longueur d’onde λ est indépendante du milieu de propagation.
g. Deux points situés à d = 40 cm l’un de l’autre dans la direction de propagation sont en
phase.
h. L’onde se réfléchit sur un obstacle situé à d’ = 34 m de la source. L’écho de l’onde
sonore est entendu 1 s après l’émission du signal.
Exercice 2 : (2 points)
Le circuit ci-contre est constitué d’une source
idéale de tension E, d’une inductance de valeur L =0,1 H
d’un conducteur ohmique de résistance R = 100 Ω,
d’un condensateur de capacité C = 100 nF et d’un
interrupteur K.
Dans un premier temps, le régime permanent est établi
Dans le circuit R, L et l’intensité du courant est égale à I = 100 mA.
a. On peut considérer que le régime permanent est établi au bout d’une durée voisine de 0,1
ms après la fermeture de l’interrupteur en position 1.
b. En régime permanent, l’énergie magnétique dans la bobine est de 5 μJ.
Dans un deuxième temps, le condensateur étant déchargé, on bascule l’interrupteur sur la
position 2. Il s’établit un régime sinusoïdal dans le circuit LC, que l’on considérera comme
idéal,
c. A t = 0+, juste après la fermeture de l’interrupteur K, la tension aux bornes du condensateur
est nulle.
d. La valeur maximale de la tension aux bornes du condensateur est de 10 V.
Exercice 3 : (2 points)
Un pendule simple, constitué d’une masse ponctuelle m = 15 g, placée à l’extrémité
d’un fil sans masse, oscille avec une période T dans un plan vertical. On donne g = 10 m/s2.
a. La période T du pendule est proportionnelle à la longueur l du fil.
b. Si on double la valeur de la masse m, la période T des oscillations double.
c. La période T des oscillations dépend de l’amplitude lorsque celle-ci est supérieure à 20°
environ.
d. Pour un pendule de longueur l = 1 m, la période est T = 0,26 s
Exercice 1 :
Une bille de masse m est lancée d’un point O situé au sol, avec une vitesse
0
v
formant un
angle α avec l’horizontale.
1)- Etablir l’équation de la trajectoire de la bille.
L
R
1
2
C

2)- Calculer la portée OP du tir.
3)- Pour quelle valeur de α la portée est-elle maximale ?
4)- À quelle hauteur maximale la bille monte-t-elle au-dessus du sol ?
Données : v0 = 10 m/s ; α = 30° ; g = 9,80 m/s2.
Exercice 2 :
On admet que la Terre est à répartition sphérique de masse.
On donne : Masse de la Terre = MT = 5,98 x 1024 kg
Rayon de la Terre : RT = 6380 km.
1)- A une altitude z << RT au dessus du sol, établir la relation donnant la valeur g (z) du
champ de pesanteur terrestre en fonction de g0, RT et z, où g0 est le champ de pesanteur
terrestre à la surface de la terre.
2)- Calculer la hauteur maximale zm si l’on veut que la variation relative
0
0)(
gzgg 
ne dépasse
pas 0,1%.
3)- Calculer l’angle  entre deux directions du vecteur champ de pesanteur g0, pour deux
points situés sur la terre et distants de 10 km.
0
g
est un champ central.
4)- A quelle distance doit-on placer une pièce de 10F ( = 23mm) pour la voir sous cet angle ?
Exercice 3 :
La valeur de l’énergie moyenne de liaison par nucléon d’un noyau d’uranium est
Mev/nucléon.
1)- Calculer pour ce noyau :
- L’énergie de liaison en Mev
- Le défaut de masse en kg
- La masse en kg
- L’énergie de masse en J
Le césium est un noyau radioactif de demi-vie T = 30 ans. Un noyau de césium 137
donne, par désintégration de type β-, un noyau de baryum Ba* qui subit ensuite une
désexcitation.
On considère un échantillon de césium 137 dont l’activité est A = 3,5x104 Bq. Un détecteur
est placé à proximité de l’échantillon. Chacune des désintégrations du césium 137 et chacune
des désexcitations du baryum est ainsi susceptible d’être détectée et comptée. Chaque
désintégration β- et chaque désexcitation γ peut en effet provoquer une ionisation dans le gaz
que contient le détecteur.