Epreuve ecrite Examen de fin d'etudes secondaires 2008 Numero d'ordre du candidat Section: B, C Branche: Physique I Mouvement des satellites 13 p. Un satellite tourne autour de la Terre dans Ie plan de l'equateur. 1. Ecrire la 2e loi de Kepler. Que peut-on en deduire quant a la variation de la vitesse du satellite sur sa trajectoire? 3 p. 2. Dans la suite, la trajectoire est supposee circulaire. Montrer que Ie mouvement du satellite est uniforme. Calculer sa vitesse v en fonction de l'altitude z, de la masse de la Terre M T et du rayon R du globe terrestre. 4 p. 3. Definir et exprimer la periode de revolution du satellite en fonction de z. 2 p. 4. Le satellite tourne dans Ie meme sens que la Terre. L'intervalle de temps entre deux passages successifs du satellite ala verticale d'un meme point de l'equateur est 10,4 h. Determiner la 4 p. periode du satellite et en deduire son altitude. 12 p. II Champ electrique uniforme Un oscilloscope est constitue, entre autres, d'un condensateur forme par les plaques A et B et d'un ecran. Un faisceau d'electrons entre en 0 dans Ie condensateur, parallelement a l'axe des x. Les plaques sont distantes de 4 cm et ont une longueur de 10 cm. On observe l'impact des electrons sur l'ecran. y I ~A;...._ o I x B ecran 1. L'application d'une tension positive U entre les plaques A et B fait devier les electrons vers les y positifs. Representer sur une figure les vecteurs champ et force electriques ainsi que la polarite du condensateur. 2 p. 2. Etablir les equations horaires et l'equation de la trajectoire d'un electron en fonction de U et de vo, valeur de sa vitesse en O. 6 p. 3. Avant d'entrer dans Ie condensateur, les electrons quasiment immobiles sont acceleres sous une tension de 200 V. Calculer la vitesse Vo des electrons. 2 p. 4. Calculer l'ordonnee du point d'impact sur l'ecran si on applique au condensateur une tension U =40 V. 2 p. Page 1 de 2 Epreuve ecrite Examen de fin d'etudes secondaires 2008 Numero d'ordre du candidat Section: B, C Branche: Physique III Ondes mecaniques 13 p. 1. Discuter qualitativement et a l'aide de figures la double periodicite du phenomene de propa­ 4 p. gation d'ondes sinusoldales. 2. Un vibreur, de frequence 50 Hz, produit en un point 0 d'une corde tendue une perturbation transversale, sinusoldale, d'amplitude 5 mm, se propageant ala celerite constante de 8 m/s. a) Ecrire l'equation du mouvement du vibreur sachant qu'a la date t position d'equilibre en se depla<;ant vers Ie bas. = ° il passe par sa 3 p. b) Etablir l'equation des ondes se propageant sur la corde. 3 p. c) Ecrire l'equation horaire du point M de la corde situe a 24 cm de O. Comparer les mouvements de 0 et de M. Calculer l'elongation et la vitesse du point M a l'instant t = 0,0825 s. 3 P; 11 p. IV L'effet photoelectrique 1. Qu'est-ce qu'on entend par effet photoelectrique? Enoncer l'hypothese qui est la base du modele corpusculaire de la lumiere. Utiliser ce modele pour donner une interpretation de l'effet photoelectrique. 4 p. 2. Une plaque de Cffisium est eclairee par une lumiere monochromatique de longueur d'onde 540 nm. L'energie cinetique maximale de sortie des electrons est 0,34 eV. a) Calculer Ie travail d'extraction en eV. 2 p. b) L'intensite de la lumiere monochromatique est augmentee. Indiquer, en justifiant la reponse, si les grandeurs suivantes changent ou restent invariantes : travail d'extraction, energie cinetique maximale de sortie des electrons, nombre d'electrons sortis par unite de temps. 3 p. c) Est-ce qu'une lumiere de longueur d'onde 700 nm peut extraire des electrons de la plaque de cffisium ? Justifier la reponse. 2 p. V L'atome de Bohr 11 p. 1. Enoncer les deux postulats de Bohr. Illustrer Ie deuxieme postulat a l'aide de figures. 5 p. 2. Etablir, dans Ie cadre du modele de Rutherford, la relation entre la vitesse de l'electron d'un atome d'hydrogene et Ie rayon de la trajectoire. Utiliser les postulats de Bohr pour exprimer Ie rayon en fonction du nombre quantique principal. 4 p. 3. Calculer la valeur limite de la longueur d'onde d'un photon absorbe pour ioniser un atome d'hydrogene dans son etat fondamental. S'agit-il d'une valeur maximale ou minimale? 2 p. Page 2 de 2 I ... A f::o : 8s , ;4 r -:.../f9/,-tfr....: ~ := -f- Ts ~ IT :i.::. ~ Ts ~ ~/25 ~ ~ -t 2Air 1: +A -... ~ JE J 61 9T =- 0 9r t 'lTr w.s'· f = wT . t fJs ~ ~ ~+d ~ G- t 11_-­ -----H o-l--""""'--""=--=-=-----------.....:;> K e -- A ~o9-3 " .r­ Q \ Ace;~~fc~: ",* lUMC r,;, e ~ ex ~ - ~ ~ = ­ I ~cJ l ~d : 0: -= , ~~~~{~ ~c~~ ~~-f ~'% J)tLCVC £FCLt:~ ~ ; f ri';4'-Q {~ 3., X~tJQ.t A '1~ £ - ."VV\. cl,t L ole -!.ev f.na.ledoWv; T. 6.& . : 4-, Q~ au fo~-t . - e..-Ux:;L '1-d ./V .Q....2. L;VIA.. 0 Y~ A. e, U .A l?-5 eX ( I 0CL0t -~ U-(/o - l )c ::.. QA / 1VVl.' t/ V CAN\.-. CoWtA L, ~) U:&a.-t~ -{)~(J·d.a-fl: Yo{{):::~'S'~(GJtf<{)) It f:;o: [0 ~ y~' s-~ r . Q J) I o~; > y"'I.M..' (..) . 10 {V::. __ ,,0('/} <.A..'O ' ( 2> CfJ;;:-rr o{oo5 ,s-~ (AooK, -t + TT) -;;: - qW5\S~0cn7'f) 7 b) icpea ~ d /~~ : Yo (f - ~) y{X;,f) ~ ~ 3/4­ ( c:; f JV.A/S­ yex/f) = 0loo5·r~ {A<VT[.-t -A2/57T .)(+7T) =- ~ o,ro5 .s-~ (ACXJ{[' t -./12(-:;/[. X). 9~ g 1-4 ~ : 1M (t) ~ - o,r;;xYi. x::: s~ (./1 wIT· '(11 [-f) ~ 0, 005 .s ~ C/f o:J IT· t1 ~f 0 AJ-t~/{ ~Q.,~(~~ Q .Q/IA -t::. itt .: r ~ 317) t) . 9f(J()i)lt~ oU ~. 0/ 0 If 7.--5 -.r : 3/54 ~ · 1 t/,-!~ . ~ jQ f;::. YH ~ 0/;)95', A 00 IT· c.Q.!' ( A (X;) 1f. 0, o~L5 S": YH .: : --1,A4 t) AA/L(S. L (e-ec~t ,p~(JtQe&6fu~ A, CQ~. 2-, o.j ~f- of 1-e2cf1utc-f~; ~ =~ ~ E.e- = --//1., ~ ­ Ec VA ~ '/(1 ~6 e..V. I () 4 <cal/ ~ • Ufl l~0~~£i F~lJLLet()/ du • 6- c ~~9vvJf~ ~ d~c/ ~ c4 rvvt -;1 .Jb~ ~. l01 . I / ~ ~ ~~~ dl.Q~ ~~ ~ ~ G)l.AA..f.AA/l-~{-e.. CA/t. 4- .-'\A~.e.­ elL fM~ .~ aJVL~-{ JJu.L ~ ~~~~~~~~ .1 CAA~AAIJ(C~, &% ~ tvA + ~G: c) ~,e .1/t- ;rC ~) /I ;; La.- -f!~,-~ fP/J .A, ~ [ 4-/(f LJIl -b; 5 = C3li ~. -;}AN<a,k -::l::. i 00 ~ --vve ~n ~~ oI.'fJA -Q/~{~ C6J.JL A ~ "::t.-vvlttk (;{&...e£ Co~, c_, Co uJlJ\ . 3. , CQ.A.)J'l-wJ-Q--tc:~ ~ f!. I .Q~~\\ (JL ; ~~ ~ I £0<) - EA ( + E. c ~ ~ (~A ( 4 "A ~ (~c~ ~ A ~ 3~ 2­ £:=--1 { AAA/V\-. I (/a-t'4V<.;L d-/~; ~~~&, 0& & ~ut>4WL . j Releve des principaies constantes physiques Grandeur physique Symbole usuel Constante d'Avogadro Constante molaire des gaz parfaits Constante de gravitation N A (ou L) R K (ou G) Constante electrique pour Ie vide Celerite de la lumiere dans Ie vide Permeabilite du vide 8,314 6,673.10-1 J J K J morl N m 2 kg-2 k=_I_ 41tc o 8,988.10 9 Nm 2 C 2 c 2,998-10 8 41t-1O-7 m S-I Hm- J 8,854-10- 12 F m­ 1 1,602-10- 19 9,1094-10-31 5,4858-10-4 0,5110 1,6726-10-27 1,0073 938,27 1,6749-10-27 1,0087 939,57 6,6447.10-27 4,0015 3727,4 6,626-10-34 1,097-107 5,292.10- 11 -13,59 C kg u 2 MeV/c kg u MeV/c2 kg u MeV/c2 kg u MeV/c2 Js mol ~ Permittivite du vide 1 co =-­ Charge elementaire Masse au repos de I'electron e me Masse au repos du proton mp Masse au repos du neutron mn Masse au repos d'une particule a rna Constante de Planck Constante de Rydberg de I'atome d'hydrogene Rayon de Bohr Energie de I'atome d'hydrogene dans I'etat fondamental h RH rl (ou ao) ~OC2 EI Bh g R T MT Ms 2.10-5 9,81 6370 86164 5,98-1024 I,99.1030 Conversion d'unites en usage avec Ie SI o 1 angstrom 1 electronvolt 1 unite de masse atomique m eV Valeur utilisee sauf indication contraire Grandeurs liees it la Terre et au Soleil (elles peuvent dependre du lieu ou du temps) Composante horizontale du champ magnetique terrestre Acceleration de la pesanteur a la surface terrestre Rayon moyen de la Terre Jour sideral Masse de la Terre Masse du SoleH Valeur Unite numerique 23 morl 6022.10 , = 1 A = \0-10 m = 1 eV= 1,602-10-19 J = 1 u = 1,6605.10-27 kg = 931,49 MeV/c2 T m soL. km s kg kg ~, - ......, TABLEAU PERIODIQUE DES ELEMENTS groupes principaux groupes principaux III II I VI V IV VII He H 1 6,9 Be Ca K 19 85,5 5 27,0 groupes secondaires Mg 12 40,1 20 87,6 12,0 B 4 24,3 Na 11 39,1 10,8 9,0 Li 3 23,0 45,0 IV 47,9 Sc 21 88,9 V VI 50,9 52,0 Ti 22 91,2 V 23 92,9 Cr 24 95,9 54,9 Mn 25 (97) I II 63,5 65,4 VIII VII 55,8 58,9 58,7 13 69,7 7 31,0 Si 14 72,6 16,0 N C 6 28,1 AI III 14,0 P 5 15 74,9 16 79,0 Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr 26 101,1 27 102,9 28 106,4 29 107,9 30 112,4 31 114,8 32 118,7 33 121,8 34 127,6 35 126,9 36 131,3 Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te 39 175,0 40 178,5 41 180,9 42 183,9 43 186,2 44 190,2 45 192,2 46 165,1 47 197,0 48 200,6 49 204,4 50 207,2 51 209,0 52 (209) Cs Ba Lu Hf Ta W Re Os 55 (223) 56 226,0 71 (260) 72 (261 ) 73 (262) 74 (266) 75 (264) 76 (269) Fr Ra Lr Rf Db Sg Bh Hs 138,9 lanthanides actinides 105 140,1 140,9 Pb 82 Bi 84 173,0 (268) Mt 150,4 152,0 157,3 158,9 162,5 164,9 167,3 168,9 Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm 63 (243) 64 (247) 65 (247) 66 (251 ) 67 (254) 68 (257) 58 232,0 59 231,0 60 238,0 61 237,0 Pa U 92 Np 93 62 (244) Pu 94 Po 83 (145) 57 227,0 91 TI 81 144,2 Pm Th Hg 80 109 Nd 90 Au 79 108 Pr Ac Pt 78 107 Ce 89 Ir 77 106 La Ar 18 83,8 Ni Sr 104 CI 17 79,9 Ne 10 39,9 Co 38 137,3 103 F 9 35,5 2 20,2 Fe Rb 88 19,0 0 8 32,1 37 132,9 87 VIII 4,0 1,0 Am 95 Cm 96 Bk 97 Cf 98 Es 99 Fm 100 69 (258) Md 101 Yb 70 (259) No 102 I 53 (210) At 85 Xe 54 (222) Rn 86