QCM
physique.
Concours kin� EFOM 2016.
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Exercice
1. Un
oeil humain emm�trope, c'est � dire normal, peut �tre mod�lis� par une
lentille mince convergente L, jouant le r�le de cristallin, situ�e �
une distance fixe d d'un �cran E, jouant le r�le de la r�tine. Le
cristallin diff�re d'une simple lentille par la facult� qu'il a de
pouvoir �tre d�form� par les muscles ciliaires, ce qui modifie sa
distance focale et donc la vergence c = 1 / f '. Le but de cette
d�formation �tant que l'image d'un objet observ� se forme toujours sur
la r�tine pour �tre vue nettement. On donne d = 15 mm. 1/3 ~0,333 ; 1/5
= 0,2.
a. La vergence C d'un oeil emm�trope est de 67 dioptries lorsqu'il observe un objet situ� � l'infini.
1/ OA = 0 ; C =1/OA' = 1/ 0,015 =1000 / 15 = 200 / 3 ~2*33,3 ~67 d. Vrai.
b. La distance focale du cristallin diminue lorsque la distance qui s�pare l'oeil de l'objet observ� diminue. Vrai.
OA' = constante ; -1/OA est positif et cro�t ; la vergence augmente et la distance focale diminue.
c. Un objet de 10
cm de haut, plac� � 75 cm du cristallin de cet oeil conduit � la
formation d'une image de 2,0 mm de haut sur la r�tine. Vrai.
Valeur absolue du grandissement : OA' / OA = 1,5 / 75 = 0,02
Hauteur de l'image : 10*0,02 = 0,2 cm = 2 mm.
d. Dans le cas de l'observation d'un objet plac� devant cet oeil et pour lequel le grandissement est tel que 0 > g >-1, alors l'image est r�elle et plus petite que l'objet. Vrai.
Exercice 2.
On consid�re une lentille mince convergente de distance focale f ' = 3,0 cm.
a. Les foyers
principaux objet F et image F' de cette lentille sont tels que
mesure alg�brique de OF' = mesure alg�brique de OF. Faux.
b. Un rayon
lumineux incident qui frappe cette lentille parall�lement � son axe
optique principal, en un point proche de son centre optique, en �merge
dans une direction qui passe par son foyer principal objet. Faux.
....qui passe par son foyer principal image.
c.
Un objet plac� entre le foyer principal objet F et le centre optique O
de la lentille conduit � la formation d'une image qui ne peut pas �tre
recueillie sur un �cran. Vrai.
La lentille fonctionne en loupe.
d. La vergence de cette lentille est de 0,33 dioptrie ( 0,33 m-1). Faux.
C = 1 /0,03 = 100 / 3 ~33,3 dioptries.
Exercice 3.
On assimile un mur en granite � une paroi plane de longueur L = 4,0 m,
de hauteur h = 2,5 m et d'�paisseur e. Un apr�s midi d'hiver un syst�me
de chauffage permet de maintenir une diff�rence de temp�rature de 20�C
entre l'int�rieur et l'ext�rieur de la maison. Le flux thermique
traversant ce mur est de 500 W. lgranite = 2,2 SI ; l calcaire = 1,0 SI.
a. La r�sistance thermique du mur en granite vaut 40 mW �C-1. Faux.
Rth = DT / F = 20 / 500 = 0,04 �C W-1.
b. La conductivit� thermique l s'exprime en W m-1 K-1. Vrai.
c. L'�paisseur du mur est d'environ 88 cm. Vrai.
Rth = e / (l S) ; e = Rthl S = 0,04*2,2 *4*2,5 = 0,88 m = 88 cm.
d. Toute chose �gale par ailleurs, le calcaire est plus adapt� que le granite pour r�duire le flux thermique. Vrai.
Rth calcaire = 0,88 / (1*2,5*4) =0,088 �C W-1. Flux = 20 / 0,088 ~230 W.
Exercice 4.
Un film d'eau savonneuse d'indice de r�fraction n=1,5 et
d'�paisseur e est �clair� par une lumi�re polychromatique. La lumi�re
subit deux r�flexions: une sur la face sup�rieure du film et l'autre
sur la face inf�rieure.. Ces deux ondes r�fl�chies peuvent alors
interf�rer.

L'angle d'incidence �tant tr�s faible, la diff�rence de marche entre les ondes r�fl�chies, de longueur d'onde l, s'eprime par d = 2 n e +�l.
a. Pour une �paisseur donn�e du film, les interf�rences ne sont constructives que pour une unique radiation. Faux.
2 n e +�l = k l avec k entier. l =2ne / (k-0,5).
b. Pour ce film, les interf�rences sont toujours destructives si e = l. Vrai.
d=2 n l +�l =(2n+0,5) l = (4n+1)l/2.
c. L'�paisseur du film permettant des interf�rences constructives pour la radiation l = 600 nm dans le vide doit �tre au moins �gale � 0,10 �m. Faux.
2 n e +�l = k l avec k entier ; e = (k-0,5) l / (2n) =(k-0,5)*0,6 / 3 = 0,2 (k-0,5).
Pour k = 1 : e =0,1 �m.
Il faudrait �crire " �gale � ", pour e = 0,11 �m, les interf�rences ne sont pas constructives pour cette longueur d'onde.
d. Si l'�paisseur du film est inf�rieure � 10 nm, aucune radiation visible ne peut interf�rer de fa�on constructive. Vrai.
l =2ne / (k-0,5) = 3*10/(k-0,5) =30 /(k-0,5) nm. k=1 , lmax = 60 nm.
Exercice 5.
Un
laser �met dans le vide une lumi�re de longueur d'onde l = 640 nm. Ce
faisceau �claire une fente horizontale de largeur a. On observe une
figure lumineuse produite sur un �cran situ� � la distance D = 2,0 m de
la fente, l'�cran �tant perpendiculaire � la direction du faisceau
laser. On donne 4,7 *6,4 ~30.
a. La fr�quence de l'onde �lectromagn�tique �mise par le laser vaut 4,7 1014 Hz. Vrai.
f = c / l = 3 108 / (640 10-9) = 30 /6,4 1014 = 4,7 1014 Hz.
b. On observe une figure d'interf�rences lumineuses sur l'�cran. Faux ( diffraction).
c. La figure lumineuse est horizontale. Faux ( verticale ).
d. La figure lumineuse voit son allure modifi�e si on augmente la distance s�parant le laser de la fente. Faux.
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Exercice 6. L'exp�rience des fentes d'Young est r�alis�e avec une lumi�re monochromatique de longueur d'onde l
�clairant deux fines fentes distantes de b = 4,0 mm. Un �cran blanc est
plac� � la distance D = 2,0 m des fentes, perpendiculairement au
faisceau d'ondes. On observe une figure d'interf�rences sur l'�cran. ;
interfrange i = lD / b = 6,0 mm. a. La figure d'interf�rences peut �tre observ�e � l'oeil nu. Vrai.
b. En un point de l'�cran o� se produit une interf�rence constructive, la diff�rence de marche d est n�cessairement nulle. Faux.
c. Pour l'exp�rience d�crite, lorsqu'on utilise un laser vert � la place d'un laser rouge, l'interfrange diminue. Vrai.
L'interfrange est proportionnel � l et lvert < lrouge.
d. On obtient une
figure d'interf�rences similaire en utilisant deux lasers distincts
�mettant un rayonnement de m�me longueur d'onde et �clairant chacun une
des deux fentes. Faux.
Les ondes ne sont pas synchrones.
Exercice 7.
On consid�re l'�quation de la r�action nucl�aire suivante :
23592U +10n --->15462Sm +7930Zn +x10n.
a. Le d�faut de masse d'un noyau est une grandeur de valeur n�gative. Faux.
Masse des protons + masse des neutrons - masse du noyau. La masse du
noyau est inf�rieure � la masse de ces constituants isol�s au repos.
b. Il s'agit d'une r�action de fusion nucl�iare. Faux, ( fission d'un gros noyau instable).
c. La valeur de x est �gale � 3. Vrai.
Conservation du nombre de nucl�ons : 236 = 154+79+x ; x = 3.
d. La fusion nucl�aire est une transformation spontan�e. Faux.
Exercice 8.
Le carbone 14 146C est un noyau radioactif. Sa d�sint�gration s'accompagne de l'�mission d'un �lectron. On enregistre 1,2 104 d�sint�grations pendant 10 minutes pour un �chantillon de carbone 14.
a. Le noyau ce carbone 14 contient 14 neutrons. Faux ( 8 neutrons et 6 protons).
b. Le noyau obtenu par d�sint�gration d'un noyau de carbone 14 contient 7 protons. Vrai.
146C ---> 147N +0-1e.
c. L'activit� de l'�chantillon �tudi�e vaut 1,2 kBq. Faux.
1,2 104 / (60*10) = 20 Bq.
d. La masse de l'�chantillon reste inchang�e au cours des d�sint�grations. Faux.
D. Une incertitude relative sur une grandeur X peut �tre n�gative. Faux.
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Exercice 9.
On
donne un mouvement vertical p�riodique � l'extr�mit� d'une corde
initialement horizontale et au repos. L'onde progressive sinuso�dale
cr��e se propage le long de la corde � la c�l�rit� v = 3,0 m/s. Les
graphiques ci-apr�s repr�sentent l'�volution temporelle de l'�longation
s de deux points de la corde situ�s aux abscisses x =0 et x = 6 m.
 a. L'onde form�e est m�canique. Vrai.
b. La p�riode temporelle de l'onde vaut 4 s. Faux, T = 8 s ).
c. La p�riode spatiale de l'onde est 12 m. Faux.
l = vT = 3,0 *8 = 24 m.
d. L'onde se propage dans le sens des abscisses d�croissantes. Faux.
Exercice 10.
Le
klaxon d'une voiture � l'arr�t �met un son sinuso�dal de fr�quence f =
480 Hz. Alors que la voiture se d�place � vitesse constante en
klaxonnant, un pi�ton immobile sur le trotoir per�oit un son de
fr�quence f '=504 Hz.
C�l�rit� du son dans l'air cson = 340 m/s..
La modification de la fr�quence par effet Doppler est donn�e par : |Df| = f v / cson.
a. Le son per�u par le pi�ton lorsque la voiture roule est plus grave que lorsqu'elle est � l'arr�t. Faux.
f ' > f ; plus la fr�quence est grande, plus le son est aigu.
b. La voiture s'�loigne du pi�ton. Faux.
c. La vitesse de la voiture est �gale � 17 km/h. Faux.
Df = 504-480 = 24 Hz ; v = Df cson / f = 24 *430 / 480 = 430 / 20 = 43 /2 =21,5 m/s ou 21,5*3,6 = 77,4 km/h.
d. La longueur
d'onde du son per�u par le pi�ton lorsque la voiture roule est plus
petite que celle du son per�u lorsqu'elle est immobile. Vrai.
Plus la fr�quence est �lev�e, plus la longueur d'onde est faible.
Exercice 11.
A l'aide d'un logiciel de traitement du son, il est possible de cr�er
des tensions U p�riodiques d'allures tr�s vari�es, lesquelles pourront
conduire � des signaux sonores apr�s avoir �t� amplifi�es puis
appliqu�es aux bornes d'un haut parleur. On donne ci-apr�s l'�volution
temporelle d'une tension U produite avec ce logiciel.

La d�composition de Fourier de ce signal conduit au spectre en fr�quences ci-apr�s :

a. l'amplitude du signal est 1,0 V. Faux ( A = 2 V).
b. La p�riode est de 1,0 ms. Faux ( T = 2 ms).
c. L'amplitude de l'harmonique not�e d est de 0,50 V. Vrai.
d. La fr�quence not�e g vaut 1500 Hz. Vrai.
Fr�quence du fondamental f0 = 1/T = 1 /0,002 = 500 Hz.
La fr�quence de la troisi�me harmonique vaut 3*500 = 1500 Hz.
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