Bac Blanc Novembre 1999

Physique

Correction

Énoncé

 

   

 

Recherche personnalisée sur les différents sites

Physique I - (5 points) - Notion de champ.

1. Généralités.

1.1- comment mettre en évidence un champ électrique ou

magnétique ou de gravitation.

Mise en évidence d'un champ électrique E grâce à un pendule chargé

qui dévie en présence d'un champ électrique. On peut mettre en

évidence un champ magnétique B à l'aide d'une aiguille aimantée qui

dévie en présence d'un champ magnétique.

On peut mettre en évidence un champ de pesanteur à l'aide d'un pendule

de torsion (expérience de Cavendish).

1.2- expliquer comment et pourquoi on peut visualiser un spectre

magnétique avec de la limaille de fer  ?

En présence d'un champ magnétique B, chaque grain de limaille de fer

se comporte comme autant d'aiguille aimantée et s'oriente suivant les

lignes de champ et donne le spectre magnétique.

2. Champ électrique.

Soient deux armatures métalliques A et B, planes, parallèles et

distantes de d.

On applique entre ces plaques une tension UAB.

Les questions ci-dessous permettent de déterminer les caractéristiques

du champ E entre A et B.

Répondre par Vrai ou Faux aux affirmations ci-dessous, puis, justifier

chaque réponse.

2.1. l’équipotentielle 200 volts est à égale distance de A et B, alors la

différence de potentiel entre A et B vaut 200 volts.

Solution 1 :

FAUX :

Soit C un point de l'équipotentielle, en conséquence VC = 200 V.

Comme le point C est à égale distance de A et de BUAC = UCB.

Si VB = 0 V, alors  UAC = UCB = 200 V et  UAB = 400 V.

 

Solution 2 : VRAI :

Si VB = 100 V, UAC = UCB = 100 V et UAB = 200 V.

2.2. Un électron placé entre A et B se déplace de A vers B

alors UAB > 0.

Faux : l'électron est chargé négativement, il est soumis à une force

F = q.E.

En conséquence, F et E ont des sens opposés. E est orienté dans le

sens des potentiels décroissants et F est orienté dans le sens des

potentiels croissants, en conséquence, l'électron se déplace vers

l'armature de plus haut potentiel.

Si l'électron se déplace de A vers B, VB > VA  et UAB < 0.

2.3.  La force appliquée à l’électron vaut Fe = 1,6 x 10 – 15 N, alors la

distance d = 3 cm.

FAUX :  

3. Champ de gravitation.

Données :

-  MT = 5,98 x 10 24 kg  

ML = 7,34 x 10 27 kg  

-   RL = 1740 km  

-   RT = 6400 km  

-   dTL = 380000 km

Répondre par Vrai ou Faux aux affirmations ci-dessous, puis, justifier

chaque réponse.

3.1. le champ de gravitation autour de la lune est uniforme.

FAUX : On peut considérer que la Lune est un corps à répartition

sphérique de masse.

En un point P de l'espace autour de la Lune  :     

avec  en conséquence le champ de gravitation dépend de

l'altitude, il n'est pas uniforme, il est inversement proportionnel au carré

de la distance et de plus, il est centripète.

3.2. Le champ de gravitation créé à la surface de la Lune est le même

que celui créé par la terre à l’altitude h = 8894 km au-dessus du sol terrestre.

Faux  ou VRAI à 4,6 %:

 L'affirmation est vraie si     

   

3.3. à la distance de 38815 km de la Lune, entre Terre et Lune,

une masse m n’a pas de poids.

Faux  ou VRAI à 2,3 %: en ce point, le champ de gravitation de la

Terre compense celui de la Lune.

On pose : distance Terre - Lune d et distance de ce point à la Lune r.

En conséquence :

4. Champ magnétique.

Une aiguille aimantée mobile autour d’un pivot vertical est placée au

centre d’un solénoïde.

L’axe de cette bobine est perpendiculaire au plan du méridien

magnétique terrestre du lieu (schéma 1).

Lorsqu’un courant électrique d’intensité I = 8 mA circule dans le

solénoïde, l’angle α entre l’aiguille et l’axe est de 45 °.

Données :  Composante horizontale du champ magnétique :

Bh = 2,0 x 10-5 T

Perméabilité magnétique du vide : μ0
= 4.π x 10 7 S.I

Répondre par Vrai ou Faux aux affirmations ci-dessous, puis, justifier

chaque réponse.

  

4.1. L’aiguille pivote de 45 ° vers l’Est quant l’intensité du courant a le

sens indiqué sur le schéma 2.

Faux : D'après la règle de la main droite, si I a le sens indiquée sur la

figure, B est orienté d'Est en Ouest et l'aiguille pivote vers l'Ouest.

4.2. L’intensité B du champ magnétique créé par le courant à l’intérieur

du solénoïde et la composante horizontale Bh du champ magnétique

terrestre ont la même valeur.

vrai :

Physique II - (6 points) Mouvement parabolique.

On enregistre, avec diginum, la trajectoire parabolique du centre

d’inertie d’un mobile autoporteur de masse m = 536 g, sur un

plan incliné d’un angle α = 12 ° par rapport à l’horizontale.

Pour cela, le mobile est lancé vers le haut et parallèlement au plan

incliné, avec une vitesse initiale v0 = 0,79 m/s qui fait

l’angle θ = 23 ° avec la ligne de plus grande pente.

On enregistre ainsi la position du centre d’inertie du mobile à

intervalles de temps t = 45,5 ms.

On obtient l’enregistrement suivant.

1. repérage de la position du mobile.  

La date de passage du mobile au point 5 est t5 = - 0,209 s.

Les coordonnées de ce point sont x5 = 5,5 cm et y5 = 11,1 cm.

Pendant l’enregistrement, la table est fixée au sol.

1.1. Quel est le référentiel utilisé  ? Est-il Galiléen  ?

Référentiel : le plan incliné constitue l'objet de référence par rapport

auquel, on étudie le mouvement du mobile.

Il est lié à la terre, c'est un référentiel terrestre supposé Galiléen car

l'expérience est de courte durée (moins de 2 secondes).

1.2. Préciser le repère de temps choisi  ?

Repère de temps : l'origine des dates est l'instant ou le mobile occupe le

sommet de la parabole et l'unité de temps est la seconde.

1.3. Quel est le repère d’espace choisi  ?

Repère d'espace : il est fixé par l'ordinateur. L'origine des espaces est la

position occupée par le mobile à l'origine des dates (sommet de la

parabole).

Schéma :

 

2. Construction graphique du vecteur accélération.

2.1. construire graphiquement le vecteur accélération.

Calcul et tracé :

 

2.2. Le comparer au vecteur donné au point 5 du document

(1 cm représente 0,2 m /s2)

Comparaison : théoriquement  et on remarque que

expérimentalement.

3. Accélération dans le repère de Frénet.

3.1. Déterminer la composante tangentielle du vecteur accélération au point 5.

Composante tangentielle : on projette le vecteur accélération a5 sur la

tangente à la parabole passant par le point M5.

Cette composante est négative car elle est de sens opposée au

mouvement : at ≈ – 1,7 m / s2 .

3.2. Justifier, à partir de l’enregistrement pourquoi elle n’est pas nulle  ?

at ≠ 0 , au cours du déplacement du mobile, la valeur de la vitesse varie

au cours du temps.

On remarque que pendant la première phase la distance entre deux

positions successives du mobile diminue alors que l'intervalle de temps

reste égal à t.

3.3. déterminer la composante la composante normale du vecteur

accélération au point 5.

Composante normale : on projette le vecteur accélération a5 sur la

perpendiculaire à la tangente à la parabole passant par le point M5 :

an ≈ 1,1 m / s2.

3.4. Justifier, à partir de l’enregistrement pourquoi elle n’est pas nulle  ?

an 0 Au cours du déplacement du mobile, le vecteur vitesse change de

direction à chaque instant.

3.5. Pouvez-vous expliquer, sans calcul, et de deux façons différentes,

pourquoi l’accélération tangentielle est nulle au point O, sommet de la

parabole.

Au sommet de la parabole, la vitesse est minimale :

.

Au sommet de la parabole, l'axe x'Ox est tangent à la parabole, en

conséquence, ax = at = 0 .

 

4.Testez vos connaissances sur l’accélération.

On considère les expressions suivantes où A1, A2 et A3 peuvent être

des vecteurs (préciser quand c’est le cas) ou des scalaires :

Répondre par Vrai ou Faux aux affirmations suivantes et justifier vos

réponses.

Expression A1 :  représente le vecteur accélération au

temps t15.                                     

Expression A2 : Représente la composante tangentielle du

vecteur accélération au temps t15.

Expression A3 : représente la norme, l'intensité ou

la valeur de l'accélération au temps t15.

4.1. A1 est porté par la tangente à la trajectoire.

FAUX. Au cours du mouvement, le vecteur vitesse change de direction

et change de valeur au cours du temps.

 Le mobile possède une accélération normale et une accélération

tangentielle :

,

le vecteur accélération n'est pas tangent à la trajectoire.

4.2. A1 traduit à la fois une variation de la direction et de l’intensité de

la vitesse.

VRAI. Expression A1 : traduit à la fois les variations de la

valeur de la vitesse et de la direction du vecteur vitesse.

Il traduit les variations du vecteur vitesse.

4.3.    A2 est la norme du vecteur accélération.

FAUX. Expression A2 : représente la composante

tangentielle du vecteur accélération elle traduit la variation de la valeur

de la vitesse.

4.4. A2 traduit une variation de la norme du vecteur vitesse.

FAUX. Expression A2 : traduit la variation de la valeur, de

l'intensité ou de la norme de la vitesse.

4.5. A3 est la norme du vecteur accélération.

VRAI. Expression A3 : représente la norme, la

valeur ou l'intensité du vecteur accélération.

4.6. A3 est la composante tangentielle du vecteur accélération.

FAUX. Ne pas confondre.

5. Étude dynamique du mobile en mouvement sur le plan incliné.

5.1. Faire l’inventaire des forces qui s’exercent sur le mobile en

mouvement.

Étude dynamique.

Bilan des forces : réaction du support R, perpendiculaire au support car

les frottements sont négligeables.

Poids du mobile P.

5.2. Déterminer, à partir des lois de Newton, les caractéristiques du

vecteur accélération du centre d’inertie du mobile en mouvement sur le

plan incliné.

Théorème du centre d'inertie :

5.3. Comparer ce résultat à celui obtenu dans la question 1.

Valeur de l'accélération :

- a = a5 = a15 = g . sin α

- a ≈ 9,8 x sin 12

- a ≈ 2,04 m / s2

Données : g = 9,8 m / s2.

6.  Comment modifier l’accélération ?

Pour modifier l’accélération doit-on changer v0, α , la masse m ou θ ?

 Justifier.

Pour modifier la valeur de l'accélération a, il faut changer l'angle

d'inclinaison α du plan incliné  a = g sin α.  

Haut