Partie I : Évaluation des ressources / 24 points

Exercice 1 : Vérification des savoirs / 8 points

1. Définir onde mécanique. ( 2 pt)
2. Énoncer la première loi de Newton sur le mouvement. (2 pt)
3- La relation \(\frac{{hc}}{\lambda } = Ws + Ec\) permet d'interpréter l'effet photoélectrique, expliciter les grandeurs physiques qui interviennent dans cette formule. (2,5 pt)
4. Donner la relation vectorielle traduisant la force de Lorentz. (1,5 pt)

Exercice 2 :Application des savoirs / 8 points

2.1. Mouvement d'un corps / 3 points

Un corps ponctuel (S) de masse m = 0,10 kg effectue un mouvement rectiligne sur un plan horizontal sous l'effet d'une accélération \(a = 0,1m.{s^{ - 2}}\). Les forces de frottement peuvent être modélisées par une force unique d'intensité f = 0,08 N.

2.1.1 Déterminer l’intensité \(F'\) de la résultante des forces qui s’applique a (S) (1,5 pt)
2.1.2. Déterminer la force motrice F en supposant que F' = 0,01 N. (1,5 pt)

2.2. Pendule simple / 3 points

2.2.1. Un pendule simple de longueur L a pour élongation \(\theta (t) = 10\sin \left( {\pi t} \right)\), \(\theta \) en degrés.
Déterminer l’amplitude \(\theta m\) et la période T de ses oscillations. (2 pt)
2.2.2. Déterminer la longueur L d'un pendule simple de période T = 2,0 s. (1pt)
Donnée : \(g = 10m.{s^{ - 2}}\)

2.3. Construction de Fresnel / 2 points

Deux sources \({x_1} = 50\sin \left( {2\pi t} \right)\) (mm) et \({x_2} = 50\sin \left( {2\pi t + \frac{\pi }{2}} \right)\) (mm) interfèrent en un point O.
En utilisant la construction de Fresnel, représenter l'élongation résultante \(x = {x_1} + {x_2}\) (2 pt)
Échelle : 1 cm pour 10 mm

Exercice 3 : Utilisation des savoirs / 8 points

3.1. Radioactivité / 3 points

Le noyau de bismuth \({}_{83}^{210}Bi\), instable, se désintègre pour donner le noyau de polonium \({}_{84}^{210}Bi\). A la date t = 0 s, un échantillon contient une masse \({m_0} = 2,0g\) de bismuth de période radioactive T = 5,0 jours.
3.1.1. Écrire l'équation-bilan de la réaction nucléaire. (1 pt)
3.1.2. Déterminer l'activité de cet échantillon à t = 0 s. (1 pt)
3.1.3. Déterminer la masse de bismuth contenue dans l'échantillon à la date t, = 10 jours. (1 pt)
Masse molaire de Bi : \({M_{Bi}} = 210\)g/mol; Nombre d’Avogadro : \({N_A} = 6,02 \times {10^{23}}\) \(mo{l^{ - 1}}\).

3.2. Mouvement d'un solide / 5 points

Un solide, supposé ponctuel de masse m = 0, 50 kg est lancé à partir d'un point A avec une vitesse d'intensité \({V_A} = 4,0m/s\) sur un plan AB incliné d'un angle \(\beta = {30^0}\) avec l'horizontale passant par A.
Sur AB, le solide (S) est soumis à une force de frottement \(\overrightarrow f \) supposée constante, d'intensité \(f = 0,20N\)
On néglige la résistance de l'air.
3.2.1. En appliquant le théorème de l’énergie cinétique, Déterminer \({V_B}\). ( 2pt)
3.2.2. En appliquant le théorème du centre d'inertie, déterminer les équations horaires du mouvement après le point B (origine des espaces) sachant que \({V_B} = 2,3m/s\) . ( 2 pt)
3.2.3. Sachant que l'équation de la trajectoire du solide est donnée par \(y = - 1,26{x^2} + 0,577x\), et que le solide retombe en C, déterminer la distance B'C. (1 pt)
Données :AB = 1,0 m ; BB' = 0,80 m ; \(g = 10m.{s^{ - 2}}\).

Partie II : Évaluation des compétences / 16 points

Situation problème:
Le lycée de Nkola a reçu un laser S (source lumineuse monochromatique) dont la fréquence indiquée est \(\nu = 4,74 \times {10^{14}}Hz\). Afin de vérifier l’indication, deux groupes d élèves réalisent les expériences suivantes :

Expérience 1 : Fentes de Young
La source de laser S éclaire deux fentes secondaires \({S_1}\) et \({S_2}\) distantes de \(a\). la source S est située sur la médiatrice de \({S_1}{S_2}\). L’écran d’observation E est parallele au plan \({S_1}{S_2}\) et situé à une distance D de ce plan.
On mesure la distance correspondant à 6 interfranges et on trouve d = 28,5 mm.

Expérience 2 : Effet photoélectrique
On éclaire une cellule photoélectrique par des radiations lumineuses provenant de la source S.
Le travail d'extraction du métal constituant la cathode de la cellule est \({W_S} = 1,8eV\).
On constate que les électrons sont émis avec une vitesse maximale \(Vm = 2,38 \times {10^5}m.{s^{ - 1}}\).
Données : différence de marche en un point M : \(\delta = \frac{{ax}}{D}\) où \(x\) est l'abscisse du point; a = 0,20 mm ; D =1,50 m; \({m_e} = 9,1 \times {10^{ - 31}}kg\); \(c = 3,00 \times {10^8}m.{s^{ - 1}}\); \(1eV = 1,6 \times {10^{ - 19}}J\); \(h = 6,62 \times {10^{ - 34}}J.S\)
Information : l'indication est conforme si les deux expériences sont concluantes.
1. En utilisant les informations de la première expérience et à l'aide d'une démarche scientifique, examine l'accord entre la valeur marquée et le résultat expérimental. (8 pt)
2. En exploitant les données de la deuxième expérience et au regard de la première expérience, prononce-toi sur la conformité de l'indication portée sur le laser. (8 pt)