Série : A - SESSION 2002 - (E p r e u ve obligatoire) NB : EXERCICE 1 - Les TROIS exercices sont obligatoires - Barème de notation : Premier point : A1 Deuxième point : A2 --------------- (7 points) 1° – L’extrémité O d’une lame vibrante est animée d’un mouvement sinusoïdal d’amplitude a et de fréquence N = 50 Hz. Le mouvement de O débute à l’instant t = 0 s de sa position d’équilibre en allant dans le sens positif des élongations, avec une vitesse V0 = 0,628 m.s–1 a - Vérifier que l’amplitude du mouvement de O est a = 2 mm. (1,0 ; 0,5) b - Ecrire l’équation horaire du mouvement de O. (2,0 ; 1,0) 2° – Le point O de la lame précédente est relié à l’une des extrémités d’une corde élastique de masse par unité de longueur µ = 20 g.m–1. La corde est tendue horizontalement par une force d’intensité F = 2 N. On néglige la réflexion et l’amortissement des ondes dans le milieu élastique. a - Calculer la célérité de propagation V des ondes le long de la corde. (1,0 ; 0,5) b - Définir et calculer la longueur d’onde λ de la vibration. (2,0 ; 2,0) c - Soit un point M de la corde tel que OM = 60 cm. Déterminer, entre O et M, le nombre des points de la corde vibrant en opposition de phase avec le point O. (1,0 ; 1,0) Pour A2 seulement : 3° – Représenter l’aspect de la corde à l’instant t = 5.10–2s . On donne : = 3,14 EXERCICE 2 (0,0 ; 2,0) (7points) Dans un dispositif interférentiel du biprisme de Fresnel, d’angle au sommet  faible, la source lumineuse ponctuelle S est située à la distance d1 = 30 cm du biprisme. L’écran d ‘observation (E) est parallèle au plan contenant les deux images virtuelles S 1 et S2 de la source S, et se trouve à la distance d2 = 1,5 m du biprisme. La distance entre S1 et S2 est S1S2 = a = 1,8 mm. L’indice de réfraction du biprisme est n = 1,5 lorsque la longueur d’onde de la radiation utilisée est = 0,5µm. 1° – a – Faire le schéma du dispositif interférentiel, tracer la marche des rayons lumineux, préciser le champ d’interférence. (2,0 ; 1,0) b – Calculer, en radian, la valeur de l’angle Â. (1,0 ; 0,5) 2° - Calculer la largeur du champ d’interférence observé sur l’écran (E). (1,0 ; 0,5) 3° - a – Définir et calculer l’interfrange i. (2,0 ; 2,0) b – La frange centrale est d’ordre zéro. Calculer la distance séparant la sixième frange brillante à gauche de la frange centrale et la troisième frange obscure à droite de cette frange centrale. (1,0 ; 1,0) Pour A2 seulement : 4° – Calculer le nombre de franges obscures observées dans le champ d’interférence . (0,0 ; 2,0) EXERCICE 3 (6points) La surface métallique d’une cellule photoémissive est éclairée par une radiation ultraviolette de fréquence = 15.1014 Hz. Le travail d’éxtraction de la cellule est W0 = 7,2.10–19J. 1° – Calculer, en électron-volt, le travail d’extraction W0 de la cellule. 2° - Calculer l’énergie W transportée par un photon incident. 3° - a – Expliquer pourquoi observe-t-on le phénomène d’effet photoélectrique dans l’expérience précédente ? b – Calculer, en joule, l’énergie cinétique maximale d’un électron à la sortie du métal. c – En déduire la vitesse maximale de l’électron à la sortie du métal. Pour A2 seulement : 4° – a –Définir le potentiel d’arrêt de la cellule photoémissive. b – Calculer la valeur absolue du potentiel d’arrêt de la cellule. On donne : Charge d’un électron Masse d’un électron Constante de Planck Célérité de la lumière dans le vide q = – e = – 1,6.10–19 C m= 9.10–31 kg h = 6,62.10–34 J.s c = 3.108 m.s–1. 1 eV = 1,6.10–19J . (1,0 ; 1,0) (1,0 ; 1,0) (2,0 ; 1,0) (1,0 ; 1,0) (1,0 ; 1,0) (0,0 ; 0,5) (0,0 ; 0,5)