Correction séance de révisions TUTORAT UE TUTORAT UE3 2010-2011 – Physique

TUTORAT UE3
UE 2010-2011 – Physique
Correction séance de révisions
Etats de la matière –optique- RMN- Rayonnement et
matière
QCM n°1 : B
∆
L’incertitude relative sur le rayon est = = 2%
La surface latérale du cylindre est égale à la surface liant les 2 disques du haut et du bas :S = 2πrh
∆
∆
∆
= + = 2+4 = 6%
QCM n°2 : C
L’écran recoit 150 J en 15s ce qui équivaut à une puissance P = 150/15=10W.
.
Cette puissance est reçue par un angle solide  ² sr

-5
On a donc 10W sur 4.10 sr et on veut savoir la puissance globale donc pour 4π
4 sr.
.
Après un produit en croix, on obtient : P = . =3,14 MW .
QCM n°3 : A-B
a) VRAI : P = h.ρ .g = 0,15.800.9,81 = 1177Pa
b) VRAI : 1atm=1,013.105 Pa donc P =
1177
= 0,012atm .
1,013.10 5
c) FAUX : 1bar=100 000Pa donc P=0,012bar.
d) FAUX Attention, la pression exercée par la colonne de liquide n’est pas dépendante de son
rayon !!
e) FAUX: cf item précédent.
f) FAUX
QCM n°4 : B-E
a) FAUX : un dipôle électrique est défini par l’association de 2 charges ponctuelles égales en
valeur absolue et opposées en signe. Le champ électrique crée par celui-ci
celui ci est la somme
vectorielle des champs électrique de chaque charge pris séparément. On définit aussi le
moment dipolaire qui est un vecteur orienté selon la droite qui joint les 2 charges, du négatif
vers le positif, d’origine le milieu des 2 points et de norme q.d. Ici, les 2 charges n’ont pas la
même valeur donc on ne rentre pas dans le cadre du dipôle.
b) VRAI : il suffit d’appliquer la loi de Coulomb qui donne la valeur de la force d’attraction ou
de répulsion électrique : . 9. 10 .
,
. !.
".# $
1,44. 10& '
c) FAUX : le principe des interactions réciproques
récipro
(3ème loi de Newton) énonce bien F1 = F2
mais la valeur de la force n’est pas bonne → cf b)
d) FAUX : la charge q1 étant positive, le champ électrique E1 est orienté vers l’extérieur et si
on considère la droite reliant les 2 points, il est dirigé
diri vers q2.
(
e) VRAI : on calcule le rapport ( = ,
.
!.
; la simplification est possible car les
constantes K et la distance au carré s’annulent par division.
f) FAUX
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QCM n°5 : B-E
a) FAUX: /!\ une charge positive se déplace spontanément dans le sens des potentiels
décroissants. Dans cet énoncé, on a une charge négative qui se déplace donc dans le sens
des potentiels croissants.
)*
b) VRAI : E = où dr est un petit déplacement dans la direction de E et par convention, E
)
> 0 donc si dr > 0 (on suit le sens de E), dV < 0, c'est-à-dire le potentiel diminue.
c) FAUX : la constante diélectrique du milieu intervient, elle est notée ε et vaut 1 dans le vide
(on a donc la permittivité électrique du vide), 80 dans l’eau (ne pas connaitre la valeur, elle
sera donnée dans l’énoncé). Elle représente les attractions intermoléculaire du milieu qui
gênent les interactions électrique. Ainsi, dans l’eau, tous les phénomènes étudiés seront
diminués d’un facteur 80 par rapport au vide.
)*
)*
d) FAUX : la loi de Coulomb énonce que E = . et E = ↔ . = .)
.)
/.
.
)
)
.
)
↔ dV = -. ↔ + ,- = + − . =
+ ↔ V = .
.
.
e) VRAI : c’est la définition donnée dans le cours, elles représentent la trajectoire suivie par
une charge électrique qui serait soumise à la seule action de ce champs, ce qui est logique
étant donné qu’une charge se déplace spontanément soit dans le même sens soit en sens
contraire de E selon son signe.
f) FAUX
QCM n°6 : C-D-E
∆Q
+ δSi où δSi est « chaleur non compensée ». Dans un système isolé, δSi =0 et
T
∆Q=0 donc ∆S=0 : la variation d’entropie d’une réaction réversible est nulle.
a) FAUX : ∆S =
b) FAUX : c’est la variation d’entropie qui est nulle !
c) VRAI : ex du pH : avec un pHmètre ce n’est pas réellement le log[H+] que l’on utilise mais en fait le
log de l’activité (dans ce cas assimilables).
d) VRAI : plus une solution est diluée, plus elle se comporte comme une solution réelle idéale
(interactions négligeables entre les particules de soluté). ex du potentiel chimique : pour une
solution réelle on a pour le soluté:
donc si γ1, logγ0 donc µp
µp°+RTlog xp.
e) VRAI :cf cours.
f) FAUX
QCM n°7: A-B-E
a) VRAI :on sait que : ∆T = K ' '.cP ⇔ cP =
b) VRAI : c P =
c massique
M
∆T 0,86
=
= 0,465mol.kg −1 .
K
1,85
or on a une solution à 4% c'est-à-dire 4g de soluté pour 100g de solvant ce qui
donne cmassique=40g.kg-1. Donc : M =
c massique
CP
=
40
= 87 g .mol −1
0,46
c) FAUX
d) FAUX
e) VRAI :De m p =
cp
(1000d − M p c p )
, on tire: c p =
d × mp
avec d = 1,031 et Mp = 87 g.mol-1
mp M p
(
+ 1)
1000
1,031× 0,465
= 0,46mol ⋅ L−1
0,465 × 87
(
+ 1)
1000
La solution est suffisamment diluée pour que l'on puisse confondre mp et cp
cp =
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FAUX
f)
QCM 8 : B, D
(
(
a) FAUX : P = RI2 et P=E/dt donc 0² = )1. ↔ 0 = 3)1. = 3&.&.& = 4,356
b)
c)
d)
e)
f)
VRAI : U = R.I=(0,0043).(600) = 2,58V
FAUX :cf item prcédent.
VRAI : P = U.I= 2,28.0,043=11,1mW
FAUX : cf item précédent.
FAUX
QCM 9 : B et C-E
a) FAUX : Pour savoir s’il y a un risque vital, il faut calculer l’intensité qui traverse le corps de
l’individu
La résistance R d’une peau mouillée est de 1000 Ω.
Donc en appliquant la loi d’Ohm I=U/R, on trouve I = 0,22A soit 220 mA
Le risque vital est atteint pour une intensité supérieure à 50mA
Les spasmes musculaires peuvent survenir pour une intensité supérieure à 10mA
Donc le début de la phrase est faux mais la fin est vraie
b) VRAI : L’intensité maximale tolérable est égale à 5 mA ( cf cours )
c) VRAI : Le seuil d’intensité pour lequel les sujets électrisés ont tendance à tétaniser est de 10
mA.
d) FAUX : Un individu est « protégé » si il a touché un fil neutre
Ce sont les fils de phases qui sont dangereux car possédant une puissance électrique qu’ils
peuvent transmettre à un individu touchant le fil
e) VRAI : si l’individu avait la peau sèche, la résistance aurait environ une valeur de 106Ω. Donc
d’après la loi d’Ohm, on aurait eu I=220µA<50mA.
f) FAUX
QCM n°10 : A-C-D
a) VRAI : R = R1 + R 2 = 100 + 100 = 200 Ω
1 1
1
1
=
+
=
.2 = 0,02 ⇔ R = 50Ω
R R1 R2 100
b)
FAUX:
c)
VRAI : cf item précédent.
d)
VRAI : d’après la loi d’ohm on a : I =
e)
f)
FAUX: cf item précédent
FAUX
U 12
=
= 240 mA
R 50
QCM n°11 : F
D
E
F
x
a)
2010-2011
G
y
Ce schéma représente soit : - Une dépolarisation qui repart.
- Une repolarisation qui arrive.
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-
= Dépolarisation allant de x vers y, perçue en D
Repolarisation allant de x vers y, perçue en G
Dépolarisation allant de y vers x, perçue en G
Repolarisation allant de y vers x, perçue en D
b)
Ce schéma représente soit : - une dépolarisation qui arrive
- une repolarisation qui repart
-
- Dépolarisation allant de x vers y, perçue en G
Repolarisation allant de x vers y, perçue en D
Dépolarisation allant de y vers x, perçue en D
Repolarisation allant de y vers x, perçue en G
c)
Ce schéma représente forcément une DÉPOLARISATION qui
arrive, puis qui repart, perçue au niveau d’un point central par
rapport au dipôle.
Dépolarisation perçue en E allant de x vers y
Dépolarisation perçue en E allant de y vers x
d)
Ce schéma représente forcément une REPOLARISATION qui
arrive, puis qui repart, perçue au niveau d’un point central par
rapport au dipôle.
Repolarisation allant de x versy, perçue en E
Repolarisation allant de y vers x, perçue en E.
F) VRAI
1b-2a- 3a-4b-5a-6b-7b-8a-9c-10c
QCM 12 : B,D, E
On considère donc que l’ECG précédent est celui-ci :
VR
VF
Pour traduire cette ECG en différentes dérivations :
Il faut tout d’abord choisir sa dérivation. Sur le schéma précédent, D2.
On trace la perpendiculaire à cet axe. Ensuite, tout ce qui se trouve à l’inverse de D2 est négatif, ce qui
se trouve du même côté est positif. Le point de départ est la réunion des 2 courbes.
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Dérivation D1 : La perpendiculaire est l’axe de VF. Tout ce qui est est à gauche de VF ( inverse à D1) est
négatif. Tout ce qui est à droite ( côté de D1) est positif.
On commence donc par un moyen négatif, suivi d’un très grand positif .
a) FAUX
b) VRAI
c) FAUX
En ce qui concerne la dérivation en VF, on prend la perpendiculaire : axe de D1.
Ce qui est au dessus de D1 est négatif ( opposé à VF) .
Ce qui est sous D1 ( sens de VF) est positif. Pour VF : début= petit pic négatif
Ensuite : grand positif
Enfin, : moyen négatif.
d) VRAI
Même méthode.
e) VRAI
f) FAUX
QCM 13 : A,C,E
a) VRAI : f =
300 300
=
= 100bpm
k
3
b) FAUX
c) VRAI : le complexe QRS est précédé d’une onde P positive en DII et négative en aVR ayant un
aspect normal et constant.
d) FAUX : On remarque que au niveau de DI, l’aire sous la courbe du tracé du complexe QRS est
presque nulle donc on peut dire qu’à ce niveau la projection du moment est nulle. Puis on voit qu’en
aVF on a un pic positif du complexe QRS qui est par ailleurs négatif en aVR et aVL. Donc on peut
dire que l’axe du cœur se situe environ à +90°.
e) VRAI
f) FAUX
QCM n°14 : A, D
A) VRAI : si l’énergie thermique prédomine elle a pour conséquence l’orientation aléatoire des spins
et une aimantation macroscopique résultante nulle, d’où le terme de dégénérescence
énergétique.
B) FAUX : le module est des spins est constant quelque soit le champ magnétique utilisé, c’est la
direction des spins qui est variable en présence d’un faible champ magnétique (par rapport à la
température).
C) FAUX : la résultante énergétique est nulle car l’ensemble des énergies des spins se compense
(l’énergie de chaque spin n’est à aucun moment nulle).
D) VRAI : d’où l’orientation aléatoire des spins (forme d’oursin).
E) FAUX : cela dépend de la température, si la température est extrêmement élevée il faudra un
champ magnétique d’autant plus fort.
QCM n°15 : C
A) FAUX : naturellement l’état d’entropie minimale est favorisé, mais pas sur l’axe car il existe un
angle limite entre les deux vecteurs.
B) FAUX : l’énergie à chaque niveau est 7 = −58ħ9 donc la différence énergétique entre deux
niveaux successifs est ∆7 = 8ħ9 (m évoluant par pas de 1).
C) VRAI : puisque dans le cas de s=1/2 les spins se séparent sur deux niveaux d’énergie.
D) FAUX : la formation de l’état bicône est progressive et rythmée par la constante de temps T1.
E) FAUX : au contraire, elle est très peu sensible car la différence de spins entre les états α et β est
très faible (de l’ordre de 10-5).
QCM n°16 : A,C ,D
s=5/2 donc m a 6 valeurs : -5/2, -3/2, -1/2, 1/2, 3/2, 5/2
µz=µ.cos(θ)
µz=γ.ħ.m donc µ.cos(θ)= γ.ħ.m
r
B
32°
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60°
80°
r
µ
cos θ =
Pour m=5/2 : cos θ =
Donc D = 32°
@
>A(AB)
=
,
>
,(
,B)
m
>s(s + 1)
= 0,84
Pour m=3/2 : θ=60°
Pour m=1/2 : θ=80°
Pour les spins antiparallèles on remarque que c’est le même angle :
Pour m=-5/2 : θ=147° donc 180-147=32° (pour avoir l’angle minimum)
Pour m=-3/2 : θ=120° donc 180-120=60°
Pour m=-1/2 : θ=100° donc 180-100=80°
QCM n°17 : B, D
a) FAUX: La polarisation des matériaux diamagnétiques se fait par distorsion des doublets
électroniques.
b) VRAI : Définition d’un matériau ferromagnétique.
c) FAUX : La susceptibilité magnétique est une constante propre au matériau et ne varie donc pas en
fonction du champ appliqué.
d) VRAI: µ = µ 0 (1 + χ m ) .
e) FAUX : Elle dépend aussi de sa « capacité à réagir », c'est-à-dire de sa susceptibilité magnétique
χm .
f) FAUX
QCM n°18 : A
a) VRAI : En l’absence de champ magnétique B0, on a kT (agitation thermique)>EB (énergie
magnétique).
b) FAUX : C’est l’inverse pour que EB soit supérieur à kT il faut diminuer la température ou augmenter
c)
d)
e)
f)
GH)
le champ magnétique (EB=-µ
GH.9
FAUX : L’agitation thermique étant prédominante, les spins ont une direction aléatoire dans tout
GH=J
GH alors EB=0 on parle alors de
GGH or EB=-J
GGH.9
GH de ce fait si J
GGH=0
l’espace. De ce fait ΣµI
GGGH=0
dégénérescence énergétique car tous les spins ont une énergie nulle.
FAUX : Cf. item c
FAUX : Il y a 3 conditions : un spin non nul, existence d’un intense champ magnétique statique,
excitation par des ondes RF d’énergie appropriée.
FAUX.
QCM n°19 : D
a) FAUX : On a 8 protons et 8 neutrons ce qui par association deux par deux dans une même famille
b)
c)
d)
e)
(protons avec protons / neutrons avec neutrons) donne un spin nul. Par conséquent, la RMN est
impossible.
FAUX : C’est l’inverse, après l’application d’un champ magnétique intense les spins se repartissent
en deux niveaux d’énergie. Les spins up (dominants) sont à l’état fondamental et les spins down
sont à l’état excité.
FAUX : C’est m qui permet de quantifier l’énergie à travers µz. En effet, E=- µzB0=-µB*m* B0.
VRAI : L’énergie d’un photon excitateur du système de spins doit obéir à la relation générale
donnée par la loi d’Einstein : h Ʋ0≥∆E. En RMN la fréquence est tellement faible que h Ʋ0=∆E. Ceci
permet de retrouver la relation de Larmor : ∆E= 8 пB0= h Ʋ0 soit après simplification 2π Ʋ0=8B0 ce
qui signifie que la RF doit être appliquée à la résonnance.
GGH est basculé, il se décompose en deux composantes : une longitudinale GGGGGGH
FAUX : Lorsque J
JL et
GGGGGGH qui repousse le long de B0 au rythme de T1 et JM
GGGGGGH qui décroît
GGGGGGH. C’est alors JL
une transversale JM
au rythme de T2.
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f) FAUX.
QCM n°20 : D
Les tissus A et B sont en isosignal lors d’une pondération en M0. Etant donné que le temps tr est
suffisamment long, nous pouvons en déduire que les aimantations transverses à la fin de la bascule sont
égales, soit MOP() = MOQ() =.MO()
UV
Nous savons que MO(RS) = MO().T W . Donc,
Calculons le
Donc :
bf
bg
=
b
rapport bf .
g
UV
eYi(Z[)
lm(
)
eY(\)
UV
eYk(Z[)
lm(
)
eY(\)
=
XY(Z[)
XY(\)
UV
XY(Z[)
= T W ; d’où ln _
D’après la relation précédente, M
h =
cd(
1a
eYi(Z[)
eY(\)
)
.
cd(
eYk(Z[)
eY(\)
1a
)
=
cd(
eYk(Z[)
cd(
eY(\)
eYi(Z[)
eY(\)
cd(
XY(\)
1a
eYi(Z[)
eY(\)
`=
)
1a
.
b
et M
j =
Ainsi,
=
n
cd( )
n
cd( )
cd(
1a
eYk(Z[)
eY(\)
)
cd(
1a
eY(Z[)
eY(\)
.
)
.
)
)
Or, d’après l’énoncé, MOP(RS) = . MO() et MOQ(RS) = 2. MOP(RS) = . MO() . Donc
bf
bg
Ainsi M
=
XYk(Z[)
= 2,71 ; soit M
h = 2,71. M
j .
QCM n°21 : A-E
XY(\)
=
et
XYi(Z[)
XY(\)
= .
.#
a)VRAI et b)FAUX : Nous savons que p q = pnr . donc pnr =
= 10,5Jtu/M.
Or, d’après la relation de Larmor, w = 2x. p = 8. 9 ,
p q > pnr → ω( q) > ω(nr) .
Ainsi, l’aimantation transverse du carbone « prend du retard » sur celle de l’hydrogène.
L’angle z balayé par l’aimantation transverse durant t est tel que z = w . {. Dans notre problème, le
déphasage est tel que ∆z = z q – z nr = ω( q) . { − ω( nr) . { = (ω( q) − ω( nr) ). { = |8 q −
8nr ). 9 . { = |p q − pnr } . 2x. 9 . {.
De plus, ∆z = x Ainsi, { =
∆~
_ €  n `.
‚.h\
=
‚
ƒ(
,).# .
‚„.
= 8. 10 … ≈ 8 ‡….
c)FAUX : Par définition, la fréquence correspond au nombre de tours effectués par unité de temps. Ainsi,
pendant 16 ns, l’aimantation transverse qui tourne autour de B0 à la fréquence p 0 parcourt
N = p0.t = 10,5.106*2*8.10-9 = 0,17 tours
d) FAUX et e)VRAI : Sous l’influence de 9 , Mˆ bascule autour de celui-ci, à la vitesse angulaire
‰
w = 8nr . 9 . Ici, w = Š .
Donc η = w . Š = 8nr . 9 . Š =
f) FAUX.
,.#
. 30. 10& . 0,2. 10
‚
= 0,1 Œ, = 5,73°.
QCM n°22 : F
a)FAUX et b) FAUX : La relation de Larmor nous permet d’écrire = 2x. p = 8. 9, avec p : fréquence de
.h
résonnance. Ainsi, nous pouvons écrire p = ‚ . Selon les données de l’énoncé, p = p q . Cela
équivaut à
‘ .h\
‚
=
 € .h\ 
‚
, soit 8 . 9 = 8 q . 9 ′. Donc 8 =
 € .h\ 
.h
h\
=
.# .
‚.
= 158. 10& rad.s-1.T-1.
!,&.# .
c)FAUX : Nous avons vu dans l’item précédent que p = ‚ . Donc, dans ce cas-ci, p =
=
‚
25,2 Jtu.
d) FAUX et e)FAUX : Attention, la précession de l’aimantation transverse autour de 9 s’effectue à la
vitesse w = 8 . 90 (et non w = 8 . 91 !). Ainsi, z = w . { = 8 . 9 . { = 25,2. 10& ∗ 2x. 5 ∗ 15. 10 =
11,9 ”•– = 681° ce qui correspond à 1 tour et 321°.
f)VRAI.
QCM n°23 : CDE
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a)FAUX: La RMN concerne le magnétisme des seuls noyaux atomiques. Remarque : la Résonnance
Paramagnétique Electronique peut être utilisée en imagerie.
b)FAUX : C’est l’inverse ! Le système de spins SS subit l’expérience tandis que le réseau SR représente le
reste de l’univers.
c)VRAI : Ces interactions sont de nature entropique. Par contre, elles ne modifient pas le bilan énergétique
tel que perçu à l’extérieur du SS.
d)VRAI.
e)VRAI.
f)FAUX.
QCM n°24: B
On a :J˜ = J (1 − T 1/b ), nous voulons que J˜ = 0,75J
U™
0,75 = 1 − T W
0,25 = T 1/b
t › = ln 0,25 × (−M )
t › = 0,55 …
QCM n°25 : A-B-E
a) VRAI : Une onde progressive correspond à la propagation dans un milieu infini d’une ou des
caractéristiques de ce milieu.
b) VRAI : Cf. cours
c) FAUX : Une onde progressive mécanique correspond à la mise en vibration de particules autour
d’une position d’équilibre à une vitesse de vibration v. La vitesse de propagation est caractérisée
par la célérité c.
Ÿ
d) FAUX : žGH = , le reste de la phrase est vraie. Ainsi, il est perpendiculaire aux surfaces d’onde.
e) VRAI : Il s’agit de la transformée de Fourrier où les harmoniques ont des fréquences qui sont des
multiples de la fondamentale.
f) FAUX.
QCM n°26 : A-B-D-E
a) VRAI : Le terme de permanent signifie que la distribution des charges est constante dans le temps
donc celles-ci sont immobiles et le champ résultant est statique.
b) VRAI : Cf. Cours.
c) FAUX : Un courant électrique permanent (dont l’intensité est constante au cours du temps) émet un
champ magnétique indépendant du temps. donc un champ magnétostatique.
d) VRAI : attention au sens du produit vectoriel car il n’est pas commutatif.
GH est égale à la somme des forces électrostatiques
e) VRAI : La force de Laurens [ H1¡1 =¢. 7GH + ¢. £H ∧ 9
et magnétostatique principe de la spectrométrie de masse (permet de séparer les particules en
fonction de leur charge) ] attire les e- cf sens du produit vectoriel.
f) FAUX.
QCM n°27 : C
a)
b)
c)
d)
e)
f)
¥¥
FAUX : le coefficient de réflexion s’écrit r=(¥B¥
)²=0.02
FAUX : t=1-r=1-0.02=0.98 donc 98% de l’intensité de l’onde est transmise.
VRAI : Cf.item b
FAUX : La transmission est de 98% tandis que la réflexion est de 2%.
FAUX : Il y a 98% qui est transmise donc l’interface s’oppose très peu.
FAUX.
QCM n°28 : A-C-D-E
a)
b)
c)
d)
VRAI : Cf.cours c’est une modélisation
FAUX : C’est l’inverse il faut que la largeur b soit inférieure à λ.
VRAI : Cf.cours.
VRAI : Cf.cours.
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e) VRAI : Cf. cours. c’est par la somme des ondes déphasées (du fait du chemin optique parcouru)
selon un même angle D.
f) FAUX.
QCM n°29 : C-D
a) FAUX : Dans un milieu de coefficient d’atténuation k, l’intensité lumineuse diminue selon la loi
0(¦) = 0 T § où x est la distance parcourue par le rayonnement dans le milieu et I0 l’intensité du
faisceau à l’entrée. Cette diminution suit donc une loi de décroissance exponentielle et non linéaire.
b) FAUX : La variation d’intensité du faisceau par rapport à la distance est proportionnelle à l’intensité
)¨
par le coefficient k. On a donc ) = ž. 0, c’est une relation linéaire d’ordre 1. Une analyse
dimensionnelle nous donne [k] = m-1.
c) VRAI : D’après la loi de Beer, k = σ.c avec σ la section efficace molaire, il y a donc une relation de
proportionnalité avec la concentration.
d) VRAI : La diffusion Thompson également appelée diffusion élastique est une interaction entre un
photon et la matière dans laquelle le photon change de direction et de trajectoire sans perdre
d’énergie. Elle se fait uniformément dans toutes les directions de l’espace, c’est pourquoi elle est
dite non sélective ou isotrope. Elle est relativement négligeable.
e) FAUX : Dans le transfert de l’énergie lumineuse E d’un faisceau à des électrons des molécules
constitutives du milieu, les effets sur les molécules dépendent de E. Ainsi, par ordre d’énergie
croissante, on a d’abord des transitions entre bande de valence et conduction, puis rotation
moléculaire, vibration moléculaire et enfin transition électronique. Cet ordre n’est pas à connaitre
par cœur, l’essentiel à retenir est que l’énergie d’ionisation est supérieure à toute les autres.
f) FAUX
QCM n°30 : A-D-E
a) VRAI : on sait que la valeur de l’angle limite est de 60° car à partir de cet angle, il n’y a plus de
passage de rayon à travers le dioptre, on est dans le cas de la réflexion totale. Pour un angle incident
i1 = 60, la loi de Snell-Descartes s’écrit donc
n1.sin(i1) = ns.sin(i2) = ns.sin(90) = ns
↔ ns = 1,5.sin(60) = 1,3
b) FAUX : cf a)
c) FAUX : on se trouve dans le cas où l’angle incident est inférieur à l’angle limite, la loi de Snell¥ .ª«¥«
,.ª«¥
Descartes s’applique donc : n1.sin(i1) = ns.sin(i2) ↔ ©
= …©‡ | ¥ } = …©‡ | , } = 47,9°
¬
d) VRAI
e) VRAI : il existe toujours une part réfléchie dont l’angle par rapport à la normale esr le même que le
rayon incident.
f) FAUX
QCM n°31 : B-E
Pour faire diminuer l’intensité du rayon atteignant les yeux, il y a plusieurs techniques :
- augmenter la distance à la source. Si on multiplie cette distance par un facteur λ, pour une source
émettant de manière isotrope dans l’espace, l’intensité est divisé par λ2. Dans notre exemple,
doubler la distance revient à diviser par 4 l’exposition.
- interposer un milieu entre la source et les yeux du sujet. Pour cela, analysons la formule
d’atténuation de l’intensité lumineuse dans un milieu quelconque : 0(¦) = 0 T § avec x la distance
parcourue, k le coefficient d’atténuation et I0 l’intensité incidente. Ici, l’épaisseur des lunettes est de
2 mm et k = 700 m-1 donc on a I = I0.e-700.0,002 = 0,25I0 = I0 / 4.
a) FAUX
b) VRAI : les 2 méthodes permettent d’atténuer le faisceau d’un facteur 4.
c) FAUX
d) FAUX
e) VRAI
f) FAUX
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QCM n°32 : A-C-D-E
a) VRAI : les ondes incohérentes, à la différence des ondes cohérentes, sont déphasées entre elles
b)
c)
d)
e)
f)
mais ce déphasage n’est pas constant au cours du temps ce qui ne leur permet pas de subir le
phénomène d’interférence mais les intensités peuvent s’additionner de manière
algébrique.
FAUX : les ondes cohérentes résultent de la diffraction à travers une fente : elles présentent la
même direction de propagation sous un angle θ mais comme les sources secondaires sont
éloignées d’une distance x, une des onde effectue un chemin optique supplémentaire d = x.sin(θ)
­.
qui se traduit au niveau temporel par un déphasage
constant. Par contre, elles présentent bien
la même célérité et la même longueur d’onde.
VRAI : il suffit de visualiser la figure de diffraction : considérons 2 points séparés d’une distance x.
Après diffraction, on peut considérer qu’ils se comportent tout deux
comme une source émettrice d’onde. Prenons une direction de
propagation donnée que l’on souhaite étudier θ. Le deuxième
x
rayon effectue un trajet optique supplémentaire noté dL sur le
θ
schéma et dans le triangle rectangle :
dL
)¯
sin(D) =
↔ dL = x.sin(θ) le chemin optique est donc
proportionnel à la distance séparant les sources.
VRAI : si l’orifice est circulaire, lors du passage de l’onde plane à travers cet obstacle (à condition
qu’il soit de dimension de l’ordre de grandeur de la longueur d’onde λ), il va se comporter comme
une source secondaire à l’origine d’onde diffractée circulaire.
VRAI : la diffraction à travers un obstacle nous donne l’ordre de grandeur de la taille de cet
obstacle, à condition bien sur de choisir la longueur d’onde λ adaptée (elles doivent être environ
égale). Ainsi, pour visualiser des structures moléculaires, il faut prendre un λ = ° très petit (de l’ordre
de l’angtröm) donc une très haute fréquence.
FAUX
QCM n°33 : A-B-C
a) VRAI : les ondes qui s’additionnent et l’’onde stationnaire ont la même pulsation propre donc la
même fréquence ± =
b
=
!.
≈ 1,2. 10 tu = 1,2 ²tu
b) VRAI: une onde stationnaire peut exister entre 2 obstacles si la distance les séparant est égale à un
³
multiple de la longueur d’onde divisée par 2 donc le rapport ´
doit être entier.
µ
Calculons d’abord la longueur d’onde ¶ = ·. M = 3. 10! . 830. 10
,
Application : ,
n’est pas entier.
c)
d)
e)
f)
g)
µ
= 0,249 5.
VRAI
FAUX
FAUX : il faut des dimensions de multiple de ¶/2.
FAUX
QCM n°34 : A-C
a) VRAI : la période temporelle correspond aux temps mis pas l’onde pour parcourrir très précisément
une longueur d’onde λ, les 2 points sont alors en phase. Ici, on prend l’origine et on regarde à quel
moment l’onde repasse par l’origine et dans le même sens. On trouve un peu plus de 6 donc 2π est
une réponse valable.
b) FAUX : l’amplitude est l’écart maximal entre l’onde et la position d’origine, soit la distance en valeur
absolue entre le 0 et un extrémum. On a A = 1
c) VRAI : la relation entre la pulsation propre, la période et la fréquence (absolument à connaitre !) est
‚
‚
w = 2x± = b
↔ ω0 = ‚ = 1 rad.s-1.
\
´
‚
d) FAUX : on sait que £ = b ↔ ¶ = £. M = . 2x = x m
e) FAUX : on remarque que la forme de cette onde est parfaitement sinusoïdale ; on peut donc
f)
conclure que l’on a affaire à une onde pure ou monochromatique.
FAUX
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QCM n°35 : B-D-E
a) FAUX: L’onde progressive doit être périodique (et intégrable).
b) VRAI : Le signal possède les harmoniques de fréquence f,2f,4f et 5f et le signal constant de
c)
d)
e)
f)
fréquence 0 Hz, ce qui fait au total 5 harmoniques.
FAUX: Dans les harmonique représentées, les numéros 2,3,4 sont des multiples de 200 donc la
fréquence fondamentale est de 200Hz.
VRAI : Cf. item C.
VRAI : Ce signal est composé de plusieurs harmoniques donc il s’agit d’une onde polychromatique.
FAUX.
QCM n°36 : B-D
a) FAUX: Attention aux unités ce sont des électrons-volt et non des joules.
¸²
,&
E(eV)=-13,6× avec Z=1 et n=3 donc E=
eV.
¥²
b) VRAI : L’énergie dépend du nombre quantique principal n et secondaire l
(¸¹)²
c)
d)
e)
f)
(0≤l≥n-1) et E (eV)=-13 ,6× ¥² avec Z le numéro atomique de l’atome. Et en
effet cette énergie ne peut prendre que certaines valeurs bien précises : elle
est quantifiée. NB : la constante d’écran dépend de n et de l.
FAUX : Au niveau subatomique, on utilise la probabilité de présence d’une
particule à un moment t en un lieu donné p=|» = (¦, ¼, u, {)²|,- . Et comme
on l’a vu avec les incertitudes d’Heisenberg, la notion de trajectoire à l’échelle
microscopique est impossible car on ne peut pas avoir en même temps une
grande précision sur la vitesse et la position d’une particule.
VRAI : ∆x.∆p≥ ℏ £T· ℏ = .
¾
FAUX : pour que les manifestations ondulatoires aient lieu, il faut que la
longueur d’onde ne soit pas négligeable par rapport à l’environnement (ex : la
diffraction)
FAUX
QCM n°37 : C-D
a) FAUX : Lorsque un électron passe sur une couche moins périphérique
l’énergie est moins importante (plus négative), un photon X possédant la
différence d’énergie entre les deux couches est émis, ce phénomène est
appelé la fluorescence. A l’inverse pour passer d’une couche plus interne à
une couche plus périphérique, de l’énergie doit être absorbée.
b) FAUX: Pour un électron de la deuxième couche de l’atome d’hydrogène on
²
c)
d)
e)
f)
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sait que ELi =-13,6×
²=3,4 eV et donc l’énergie cinétique est l’énergie qui reste
après ionisation : Ec=Eapportée-ELi= 4-3,4 =0,6 eV.
VRAI: les électrons peuvent être ralentis de manière continue et donc leur
énergie prendre toutes les valeurs entre 0 (ralentissement maximum) et une
maximale (ralentissment minimum) : on a donc un aspect de spectre continu.
VRAI: cf cours.
FAUX: Si l’énergie cinétique du faisceau d’électron est suffisante on peut
exciter ou ioniser l’atome. Le spectre de rayonnement est donc continu
(freinage des électrons par les protons du noyau de l’atome, et transformation
de l’énergie cinétique des électrons en photon ayant un continuum d’énergie),
avec des raies greffées caractéristiques de l’atome (correspondant aux
excitations et aux ionisations de l’atome).
FAUX
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QCM n° 38: A-B-D
6
a) VRAI: ∆E=∆M×c² ou (9mp+ 9mn-M(F))×931,5×10 =(9×1,00727+9×1,008666
17,99600)×931,5×10 =137,3 MeV.
b) VRAI:
c)
d)
e)
f)
¿( À,×#
=
=7,6 Mev/nucléon.
!
FAUX: Si la masse du fluor avait été plus important alors le défaut de masse
aurait été moins important donc l’énergie de liaison totale et par nucléon
aurait été moins importante.
VRAI : cf item a).
FAUX: Tous les noyaux possèdent un défaut de masse c’est ce qui assure
leur cohésion.
FAUX
j
QCM n°39 : A-B-D
a) VRAI : En effet un noyau père riche en neutrons se désintègre en un noyau fils, et émet un
électron et un anti-neutrino.
(
b) VRAI : On a l’énergie disponible 7³ = ÁJ ∗ ·² ,  Âù ÁJ = ²Ä , si l’on met la formule en eV, on
,
a ÁJ =
or ÁJ = J(0) − ÅJ(Æ) + 5T Ç ,  Âù J(Æ) = J(0) − 5T − ÁJ =130.905 u
.
c) FAUX : Ici pour X, A=131 et Z=54. A et X ont donc un numéro atomique différent et
correspondent à des éléments différents. En revanche A et X ont le même nombre de masse
A, ce sont donc des isobares.
d) VRAI : cf cours.
QCM n°40 : B-D-E
a)
FAUX : Soit El l’énergie de liaison du noyau de 36Cl. On pense bien à convertir les
masses en kg. El=[(Z*mp+(A-Z)mn)-mCl36]*c² =[17*1.67262+19*1.67492-59,71128]*10-27 *
(2.998*108)² = 4.914*10-11J.
b)
VRAI : El=4.914*10-11/1,6*10-19=307MeV
c)
FAUX : L’énergie de liaison du 36Cl est bien inférieure à celle du 238U, mais, ramené
au nombre de nucléons, celle du 36Cl est supérieure à celle du 238U. La courbe d’Aston n’est
pas à apprendre par cœur mais vous devez au moins retenir sa forme générale et sa
signification.
d)
VRAI : cf courbe d’Aston. Les petits et gros noyaux sont instables ∆E/A faible
comparé à ceux se trouvant dans la « zone de stabilité ».
e)
VRAI : C’est sa définition.
f)
FAUX
QCM n°3 : B-C-D
a) FAUX : La dose absorbée par l’araignée est de 3,64.10-17 Gy. Or, 1 Gy= 1J.kg-1. De plus, cet
arachnide absorbe toute l’énergie du faisceau ayant traversé. Donc, l’énergie correspondante est
de 3,64.10-17.3.10-6 = 1,092.10-22 J = 682,5 ÐeV.
cd (
)
cd (
)
b) VRAI : ÐÑ = r³j = ,.n = 6931 m-1.
Ò
c) VRAI : Soit If l’intensité du faisceau ayant traversé et I0 l’intensité du faisceau pénétrant dans la
cloison. If = I0.T ˜Ò .ÓÒ ˜fÓf ; avec LÑ et Lh les épaisseurs respectives de plomb et de béton de la
cloison.
→ If = I0.T
˜Ò .ÓÒ ˜f .
lm ()
Ägf
¨
cd (
)
→ ԇ | ¨Õ} = −LÑ . ÐÑ − Lh . r³j
\
f
→ Ö×6h =
˜f .cd (
)
ØÕ
¯¥_ `B˜Ò .ÓÒ
Ø\
.
De plus, étant donné la composition de la cloison, nous pouvons en déduire que Lh = 0,95.5 = 4,75
cm ; et que LÙ = 2,5 mm.
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Ainsi, Ö×6h =
,À. .cd (
)
#,ÚÛ.\Ü
¯¥_
`B
,.n .&
\\.\n
=2,23.10-2 m ≈ 2 cm .
d) VRAI : Considérons tout d’abord l’atténuation du faisceau à travers toute la cloison :
˜Ò .ÓÒ ˜f .
lm()
Ägf
I − IÞ = I − I . T ˜Ò .ÓÒ ˜f Óf = I (1 − T
).
Intéressons nous à présent à l’atténuation due à l’épaisseur de plomb, sachant qu’auparavant, le
,À
faisceau a déjà traversé une couche de béton Lh = = 2,375 cm.
I − Iސ = I − I . T ˜Ò .ÓÒ = I (1 − T ˜Ò .ÓÒ ) = I . T
lm()
Ägf
˜ßf .
(1 − T ˜Ò .ÓÒ ).
Voyons à présent la part du plomb dans l’atténuation totale :
˜ß .
cd(
)
˜ß .
cd(
)
cd(
)
I − Iސ I . T f r³jf (1 − T ˜Ò.ÓÒ ) T f r³jf (1 − T ˜Ò .ÓÒ ) T ,À. ƒ1 − T ,. .& „
=
=
=
cd(
)
cd(
)
cd(
)
n
I − IÞ
˜Ò .ÓÒ ˜f .
˜Ò .ÓÒ ˜f .
r³j
r³j
1 − T ,. .&,À. fá
f
I à1 − T
1−T
n
âß âß
→ â\ âã = 0,439 = 44%.
\
ã
e) FAUX : Même si la part du plomb dans l’atténuation est inférieure à celle du béton dans cet
exercice (du fait de sa faible épaisseur), nous avons pu voir que sa CDA était largement inférieure à
celle du béton. Le plomb est donc un matériau plus atténuant que le béton.
f) FAUX.
QCM n°42 : A-D
a)
b)
c)
d)
e)
f)
Vrai
Faux : c’est l’action sur la molécule d’ADN.
Faux : c’est sur les électrons qu’ils agissent dans ce cas.
Vrai
Faux : ils peuvent induire des cancers.
Faux
QCM n°43 : A - E
a) Vrai : l’altération de l’adn est plus probable par l’effet indirect : (il y’a d’abord formation de
radicaux libres de l’eau qui auront par la suite une action sur la molécule d’adn)
b) Faux : (rappel : effet direct action direct du rayonnement sur la molécule d’adn).
c) Faux : plus une cellule est différenciée moins elle est sensible aux radiations
d) Faux : (cf C)
e) Vrai : (cf C)
f) Faux
QCM n°44 : A-C-D-E
a) Vrai (rappel : pathologie déterministe = pathologie dont la dose équivalente de radiation
est telle que les facteurs de susceptibilité individuelle ne sont pas « valables ».
b) Faux : elle est de 200 mSv (cf cours)
c) Vrai : pour le traitement des tumeurs, focalisation en un point précis du tissu.
d) Vrai : plus il y’a de cellules blastiques (en proportion) plus les effets seront importants car
les cellules souches sont les plus sensibles aux rayonnements.
e) Vrai : le fœtus est en plein développement il a donc des cellules plus sensibles aux
rayonnements.
f) Faux
QCM n°45 : C-D-E
a) Faux : la mort cellulaire se produit dès 100 Sv.
b) Faux : Le type de rayonnement à bien une importance dans la sensibilité aux radiations. Par
exemple, les rayonnements béta ont moins d’effet que les particules lourdes.
c) Vrai
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d) Vrai
e) Vrai
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