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Nom : Date :février 2014 Classe : 3eme Durée : 60 minutes No Physique Exercice 1 : Image donnée par une lentille convergente (6 points) Le but de cet exercice est de déterminer, par construction géométrique, la distance focale d'une lentille (L). Le schéma ci-dessous représente, à l'échelle réelle, un objet lumineux AB, son image virtuelle A'B' donnée par (L) et l'axe optique x'x de (L). B' Sens de propagation de la lumière 1 cm B 1 cm x x' A' A 1. (L) est une lentille convergente. Pourquoi ? Car la taille de A’B’ l’image de AB est plus grande que celle de AB. A’B’= 4cm et AB= 2cm 2. a. Reproduire la figure puis déterminer par une construction géométrique, la position du Centre optique O de la lentille. Justifier. Le rayon partant de B et passant par O émerge en passant par B’ sans subir une déviation. Donc B,O et B’ sont alignés. b. Représenter alors la lentille. 3. a. Déterminer par une construction géométrique, la position du foyer image F’ de la lentille. Le rayon partant de B et parallèle a l’axe optique, émerge en passant par B’et coupe l’axe en passant par F’. b. Déduire la distance focale de la lentille. f= 6cm 4. Comment faut-il placer l’objet AB par rapport à la lentille pour que son image soit reçue sur un écran ? Il faut le placer à une distance supérieure a la distance focale. 5. Ou faut-il placer l’objet AB pour que son image soit réelle et de même taille ? Il faut le placer à une distance égale au double de la distance focale donc sur 2F. Exercice 2 : Lentilles minces (2 points) Préciser, en le justifiant, dans chacune des situations suivantes, si la lentille est convergente ou divergente. (1) L1 Sens de propagation d l l O + (2) L2 è M M est le foyer image de la lentille L4 O L1 est une lentille divergente puisque le foyer image se trouve du même coté que la source de lumière par rapport à la lentille (distance focale négative) L2 est une lentille convergente puisque le rayon émerge en s’approchant de l’axe optique. Exercice 3 : la réfraction de la lumière (3 points) Les indices de réfraction de l’eau et du verre sont respectivement : neau = 1,33 et nverre = 1,52. L’angle limite du système eau-verre est il =61o. a- Le passage de la lumière de l’eau dans le verre est-il toujours possible ? Expliquer. Oui, c’est toujours possible. Le passage s’effectue du moins au plus réfringent. Donc l’angle d’incidence est toujours supérieur a l’angle de réfraction. b- Tracer, en justifiant la construction, le trajet d’un rayon incident, lors de son passage de l’eau dans le verre, et tel que l’angle d’incidence i soit de 70o. Le rayon se réfracte en se rapprochant de la normale. Exercice 4 : Energie consommée par un circuit (9 points) Le circuit électrique de la figure.1 comprend: - un générateur (G) maintenant entre ses bornes une tension continue constante UG= 9V ; - un conducteur ohmique (D1) de résistance R1 = 4 Ω ; - une lampe (L) portant les indications (6V ; 3W) ; - un conducteur ohmique (D) de résistance R. I- (L) fonctionne normalement 1. a. Donner la signification de chacune des indications portées par la lampe. 6V : tension nominale de (L)/ 3W : puissance nominale de (L) b. Calculer l’intensité I2 du courant traversant (L). P= UI donc I2 = P/U = 3/6 = 0,5 A c. Quelle est la valeur de la tension UD1 aux bornes de (D1) ? UD1 = UL = 6V d’après la loi d’unicité de la tension d. En déduire la valeur I1 de l’intensité du courant traversant (D1). D’après la loi d’ohm UD1 =R1x I1 / I1 = 6/ 4 = 1,5 A 2. a. Calculer la valeur de la tension UD aux bornes de (D). D’après la loi d’additivité dans une même boucle UG= UD1 + UD / UD = 9- 6 = 3V b. Calculer l’intensité I du courant débité par le générateur. D’après la loi d’additivité de l’intensité I = I1 + I2 / I= 0,5 + 1,5 = 2A 3. a. Déterminer les puissances consommées par (D1), (D) et (L). PD1 = 6 x 1,5 = 9W PD = 3x 2 =6W PL = 6 x 0,5= 3W b. Déduire la puissance totale consommée par le circuit. Ptotale = 9 +6 +3 = 18 W 4. Déterminer en joules et en kWh, l’énergie consommée par le circuit en 5 heures. E= P x t = 18 x 5 x 3600 = 324000 joules E= 0,018 x 5 = 0,09 kWh II- On court-circuite le conducteur ohmique (D). 1. Que devient la valeur de la tension aux bornes de (L) ? justifier. UD = 0 V/ UL = UG = 9V 2. Quel est l’effet alors de ce court-circuit sur la lampe ? UL = 9V est une tension supérieure a sa tension nominale, donc elle est en surtension et risque de griller.
