Juin

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.
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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.
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I
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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
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Hg
80
109
Nd
90
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79
108
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77
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137,3
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2
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87
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4,0
1,0
Am
95
Cm
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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