Physique 2007 Concours FESIC
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Concours du Supérieur Concours FESIC. Sujet de Physique 2007. Retrouvez le corrigé Physique 2007 sur Bankexam.fr.
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SELECTION FESIC ADMISSION en 1ère ANNEE du 1er CYCLE 2007
EPREUVE DE PHYSIQUE
Samedi 12 mai 2007 de 8h. à 10h.30
INSTRUCTIONS AUX CANDIDATS L'usage de la calculatrice est interdit ainsi que tout document ou formulaire. L'épreuve comporte 16 exercices indépendants. Vous ne devez en traiter que 12 maximum. Si vous en traitez davantage, seuls les 12 premiers seront corrigés. Un exercice comporte 4 affirmations repérées par les lettres a, b, c, d. Vous devez indiquer pour chacune d'elles si elle est vraie (V) ou fausse (F). Un exercice est considéré comme traité dès qu'une réponse à une des 4 affirmations est donnée (l'abstention et l'annulation ne sont pas considérées comme réponse). Toute réponse exacte rapporte un point. Toute réponse inexacte entraîne le retrait d'un point. L'annulation d'une réponse ou l'abstention n'est pas prise en compte, c'est-à-dire ne rapporte ni ne retire aucun point. Une bonification d'un point est ajoutée chaque fois qu'un exercice est traité correctement en entier (c'est-à-dire lorsque les réponses aux 4 affirmations sont exactes). L'attention des candidats est attirée sur le fait que, dans le type d'exercices proposés, une lecture attentive des énoncés est absolument nécessaire, le vocabulaire employé et les questions posées étant très précis. INSTRUCTIONS POUR REMPLIR LA FEUILLE DE REPONSES Les épreuves de la Sélection FESIC sont des questionnaires à correction automatisée. Votre feuille sera corrigée automatiquement par une machine à lecture optique. Vous devez suivre scrupuleusement les instructions suivantes : Pour remplir la feuille de réponses, vous devez utiliser un stylo bille ou une pointe feutre de couleur noire ou bleue. Ne jamais raturer, ni gommer, ni utiliser un effaceur . Ne pas plier ou froisser la feuille.
1. Collez létiquette code-barres qui vous sera fournie (le code doit être dans laxe vertical indiqué). Cette étiquette, outre le code-barres, porte vos nom, prénom, numéro de table et matière. Vérifiez bien ces informations. Exemple : 2. Noircissez les cases correspondant à vos réponses : Faire Ne pas faire Pour modifier une réponse, il ne faut ni raturer, ni gommer, ni utiliser un effaceur. Annuler la réponse par un double marquage (cocher F et V) puis reporter la nouvelle réponse éventuelle dans la zone tramée (zone de droite). La réponse figurant dans la zone tramée n'est prise en compte que si la première réponse est annulée. Les réponses possibles sont : V F V F vrai faux abstention abstention vrai faux abstention Attention : vous ne disposez que d'une seule feuille de réponses. En cas d'erreur, vous devez annuler votre réponse comme indiqué ci-dessus. Toutefois, en cas de force majeure, une seconde feuille pourra vous être fournie par le surveillant.
Sélection FESIC 2007 Classification périodique des éléments
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Epreuve de Physique.
Exercice n°1 Lors de la fission de luranium 235 U, léquation dune réaction de fission observée est : 235 1 140 1 92 U + 0 n → 54 Xe + A + 2 0 n . Données : La perte de masse de la réaction est 0,2 u ; La vitesse de la lumière : c = 3×10 8 m.s -1 ; Lunité de masse atomique : 1 u = 1,66×10 -27 kg ; Un électron-volt : 1 eV = 1,6×10 -19 J ; 3/1,6 = 2 ; 1,6/3 = 0,55 ; 1,66×2×9 = 30 ; 1,66×9/2 = 7,5 ; 9×2/1,66 = 11. a) La fission nucléaire est une réaction nucléaire spontanée. b) Le bombardement neutronique permet de ne pas avoir à vaincre de répulsion électrique noyau-noyau lors du choc. c) Le noyau A est 3984 Sr . d) Lénergie libérée par la fission dun noyau duranium 29325 U est denviron 20 MeV.
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Epreuve de Physique.
Sélection FESIC 2007 Exercice n°2 Deux ondes se propagent dans la même direction et en sens contraire sur une corde. La valeur commune de la célérité des deux ondes est c = 5,0 m.s -1 . A linstant t 0 = 0, la corde a laspect suivant (fig. 1).
1,5 0,5 1,0 2,0 (m)
Fig 1
a) Au temps t 1 = 0,10 s, laspect de la corde est celui de la figure 2.
0 0,5 1,0 1,5 2,0 (m)
Fig 2 b) L onde est une onde transversale. c) Il existe un instant t pour lequel la corde ne présente pas de déformation. d) Cet instant est t 2 = 0,080 s.
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Epreuve de Physique.
Sélection FESIC 2007 Exercice n°3 Dans lapproximation de la houle (vague damplitude très inférieure à la longueur donde) en eau profonde, la célérité de londe de la houle sexprime par la relation : c = g λ a uelle g est 2 π , dans l q laccélération de la pesanteur et λ la longueur donde de la houle . Données : g ≈ 10 m.s -2 ; π 2 ≈ 10 a) Une onde se propageant à la surface de leau est une onde longitudinale. b) Le milieu de propagation est dispersif pour ce type dondes. c) La célérité de londe est proportionnelle à linverse de la fréquence. d) Une onde sinusoïdale de fréquence 3,14 Hz a une célérité de 0,5 m.s -1 . Exercice n°4 Les ions hydrogénoïdes sont des ions formés à partir datomes de nombre de charge Z , auxquels on na laissé quun seul électron du cortège électronique (ex. He + , Li 2+ , Be 3+ ...). En 1913, Niels Bohr a montré que ces ions avaient des niveaux dénergie quantifiés par la relation suivante : 13, 6 Z 2 = E n 2 , n avec n entier strictement positif et E n exprimée en électrons-volts (eV). Le niveau 1 correspond à létat fondamental. Le niveau énergétique le plus élevé est pris par convention égal à zéro. Données : 13,6 × 2 = 27,2 ; 13,6 × 3 = 40,8 ; 13,6 × 4 = 54,4 ; 13,6 × 9 = 122 ; 13,6 × 12 = 163 ; 13,6 × 16 = 218. a) Les ions hydrogénoïdes possèdent chacun Z niveaux dénergie. b) Le niveau fondamental de lion béryllium (III) Be 3+ a pour énergie E 1 = 218 eV. c) Lors du passage du niveau fondamental au niveau excité immédiatement supérieur, la variation dénergie de lion Be 3+ est, en valeur absolue, ⎟Δ E ⎟ = 163 eV. d) Ce passage se fait avec émission dun rayonnement électromagnétique.
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Epreuve de Physique.
Sélection FESIC 2007 Exercice n°5 2 La réaction de fusion entre un noyau de deutérium 1 H et un noyau de tritium 31 H conduit à la formation dun noyau dHélium 42 He . Données : Noyau 21 H 31 H 42 He ε A l (MeV/nucléon) 1,183 2,825 7,074 a) Lénergie de liaison dun noyau est égale au produit du défaut de masse du noyau par la valeur de la célérité de la lumière dans le vide. b) Lénergie libérée lors de formation dun noyau de deutérium à partir des nucléons qui le constituent, initialement isolés, est de 1,183 MeV. c) La réaction de fusion entre un noyau de deutérium et un noyau de tritium saccompagne de lémission dun neutron. d) Lénergie libérée par cette réaction est égale à 17,455 MeV. Exercice n°6 Le circuit ci-après est constitué dune source de tension continue E, dune bobine dinductance L, dun condensateur de capacité C, dun conducteur ohmique de résistance R et dun interrupteur K. Initialement, la bobine idéale et le condensateur idéal ne possèdent pas dénergie. 1 2 i
+q E u(t) L -q
R Dans un premier temps, on positionne linterrupteur K en position 1. Lorsque la tension u(t) atteint la valeur E, on bascule linterrupteur K en position 2 ; cet instant est choisi comme origine des temps. Il sétablit alors dans le circuit (L, C) un courant sinusoïdal i(t) et lévolution de la charge du condensateur au cours du temps sécrit : q(t) = Qcos(2Tt + ) . Données : E = 10,0 V ; L = 0,10 H ; C = 0,10 μ F. a) Lintensité i a pour expression : i = ddtq. b) A linstant t = 0 + , lintensité du courant est maximale. c) La période des oscillations a pour valeur T= 628 μ s. d) Dans lexpression de q(t), Q = CE et ϕ = 0 .
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Epreuve de Physique.
Sélection FESIC 2007 Exercice n°7 On réalise le circuit suivant comprenant un générateur de force électromotrice E et de résistance interne r en série avec une bobine (inductance L et résistance r), et un conducteur ohmique de résistance R. On place un interrupteur K. A t=0, alors que la bobine na pas emmagasiné dénergie, on ferme linterrupteur K. A i B
(E, r)
(L, r)
D RC Données : E = 9,0 V ; R = 87 Ω ; r = 1,0 Ω ; r 12 Ω . = a) La constante de temps du circuit est proportionnelle à la valeur de linductance L. b) Lexpression de la tension aux bornes de la bobine est : u BC = Lddti. c) A t = 0 + , la tension u BC = E. d) Lorsque le régime permanent est établi, lintensité I = 90 mA.
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Epreuve de Physique.
Sélection FESIC 2007 Exercice n°8 Lors de la charge, sous la tension constante E, dun condensateur de capacité C à travers un conducteur ohmique de résistance R, de valeur R = 100 k Ω , on relève lévolution de la tension u(t) aux bornes du condensateur. On appelle τ la constante de temps du circuit.
a) Lintensité du courant a pour expression : i ( t ) = ER [1 − exp(-t )]. b) A linstant t = 0 + , lintensité du courant a pour valeur i = 0,10 mA. c) La valeur de la capacité du condensateur est égale à 10 μ F. d) C étant la capacité du condensateur, le générateur doit fournir lénergie W = 50×C pour que le condensateur soit chargé.
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Epreuve de Physique.
Sélection FESIC 2007 Exercice n°9 Un condensateur de capacité C, initialement déchargé, est chargé grâce à un générateur idéal de courant dintensité constante I = 0,20 A. Une acquisition informatique a permis de tracer lévolution temporelle de la tension u aux bornes du condensateur lors de sa charge. Hélas, ce document sest mélangé à trois autres !
u(V) 4 3 2 1 0 0 u(V) 5 4 3 2 1 0 0
Fig. 1
0,5 1 Fig. 3
0,5 1
1,5 2 t(µs)
1,5 2 t(µs)
u(V) 5 4 3 2 1 0 0 u(V) 5 4 3 2 1 0 0
0,5
0,5
Fig. 2
1 Fig. 4
1
1,5 2 t(µs)
1,5 2 t(µs)
a) La figure 1 constitue le document cherché. b) La capacité du condensateur est : C=0,10 μ F. On arrête la charge du condensateur à linstant t 1 lorsque celui-ci porte la charge q(t 1 )=0,20 μ C. c) La tension aux bornes du condensateur vaut alors u(t 1 )=2,0 V. d) Lénergie emmagasinée dans ce condensateur est alors E = 4,0 × 10 7 J.
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Epreuve de Physique.
Sélection FESIC 2007 Exercice n°10 Un solide S de masse m = 1 kg est poussé vers le bas avec une vitesse initiale v = 1 m.s -1 , selon la ligne de plus grande pente dun plan incliné faisant un angle α = 30° avec lhorizontale. Au bout de 1 m de course, il sarrête de glisser. On admettra que la valeur des forces de frottement est constante pendant toute la durée du déplacement de S. Données : Accélération de la pesanteur : g = 10 m.s -2 ; sin (30°) = 0,5 ; cos (30°) ≈ 0,9 ; tan (30°) ≈ 0,6. a) Pendant le mouvement, le vecteur accélération du mobile S a une direction parallèle au plan incliné. b) Le vecteur accélération du mobile reste constant pendant toute la durée du déplacement. c) Le travail des forces de frottement pendant le déplacement du mobile a été égal à 0,5 J. d) La valeur des forces de frottement est f = 5,5 N. Exercice n°11 Un pendule simple, de masse m = 10 g et de longueur l = 1 m, est écarté de sa position déquilibre dun angle α 0 = 8°, puis lâché sans vitesse initiale. Les forces de frottements sont supposées négligeables. Le plan horizontal contenant la position déquilibre de lobjet est choisi comme plan de référence de lénergie potentielle de pesanteur. Données : cos (8°) ≈ 0,99 ; g est laccélération de la pesanteur : g ≈ 10 m.s -2 . a) La période dun pendule simple est proportionnelle à la racine carrée de sa masse. b) Lénergie mécanique totale E m du pendule vaut 1mJ. c) Lexpression de la vitesse maximale atteinte par le pendule est v max = 2.E m . m d) Lorsque lénergie cinétique du pendule est égale au quart de son énergie mécanique, la vitesse de la masse est égale à la moitié de sa vitesse maximale.
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Epreuve de Physique.
Sélection FESIC 2007 Exercice n°12 Au jeu de fléchettes, une flèche atteint le centre C dune cible. Le point C est situé à la même altitude que O, point de départ de la pointe de la flèche, et à une distance d = 100 m de ce point de départ. Linclinaison de la flèche par rapport à lhorizontale à linstant t = 0 initial est de 45°. On négligera les forces de freinage dues aux frottements de lair. Données : g est laccélération de la pesanteur : g = 10 m.s -2 ; cos 45° = sin 45° = 0,707 ; 10 = 3,16 . a) La valeur de la vitesse de la flèche lorsquelle arrive au point C est égale à la valeur de la vitesse initiale. b) Lorsque la flèche atteint son altitude maximale, sa vitesse est égale à la moitié de sa vitesse initiale. c) La vitesse initiale de la flèche est de 31,6 m.s -1 . d) La flèche atteint sa cible au bout de 3,16 s. Exercice n°13 Le télescope spatial Hubble, de masse m = 11 tonnes, a été mis sur une orbite circulaire autour de la Terre à une altitude constante h = 600 km. La Terre est considérée comme ayant une répartition de masse à symétrie sphérique. Données : Masse de la Terre : M T = 6,0 × 10 24 kg. Rayon de la Terre : R T = 6,4 × 10 3 km. Constante de gravitation G = 6,67 × 10 -11 S.I. 6,67 × 6 ≈ 40 ; 400 ≈ 7,6 2 × 7. a) Le vecteur accélération du satellite est centripète. b) La constante de gravitation G est homogène à des kg -1 m 3 s -2 . c) Lexpression de la vitesse du télescope dans le référentiel géocentrique est v = GhM T d) Dans le référentiel géocentrique, la vitesse du satellite est v = 7,6 km.s -1 .
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