PARTIE I: ÉVALUATION DES RESSOURCES/ 24 POINTS

Exercice 1: Vérification des savoirs / 8 points

• Lentille mince: milieu transparent et homogène limité par deux surfaces sphériques et dont l'épaisseur est faible devant les rayons de courbure de ses faces. 1pt
• Point de fonctionnement d'un dipôle dans un circuit: couple constitué de l'intensité du courant \(I\) et de la tension \(U\) \((I,U)\) pour lequel le dipôle fonctionne normalement dans ce circuit. 1pt

Énoncé du principe des échanges de chaleur: la somme algébrique des quantités de chaleurs échangées par des corps placés dans une enceinte adiabatique pour atteindre l'équilibre thermique, est nulle. 2pt
Principe de fonctionnement du microscope: l'objectif donne d'un objet réel \(AB\) une image réelle \(A_1B_1\). L'oculaire donne de \(A_1B_1\) une image virtuelle définitive \(A'B'\) nettement plus grande que \(AB\). 2pt
Deux qualités d'un instrument d'optique: justesse, fidélité, sensibilité, exactitude, ... 1pt x 2

Exercice 2: Application des savoirs / 8 points

Partie A: Quantité de chaleur Calcul de la quantité de chaleur:

\(Q=mCph(\theta_{2}-\theta_{1})\)
\(AN:Q=0,45 \times 129 \times (250-25)\) \(Q=14512,5~J\) 1pt + 1pt

Partie B: Energie cinétique d'un solide

Calcul de l'énergie cinétique d'une tige \(E_{c}=\frac{1}{2}J_{\Delta}\omega_{0}^{2}\)
\(AN:E_{c}=\frac{1}{2}\times 0,4 \times (2\pi)^{2}\) \(E_{c}=7,89~J\) 1pt+1pt

Partie C: Loi de WIEN

Calcul de la longueur d'onde du maximum de rayonnement: \(\lambda_{max}=\frac{2,898 \times 10^{-3}}{T}\)
\(AN:\lambda_{max}=\frac{2,898 \times 10^{-3}}{293}\) soit  \(\lambda_{max}=9,89 \times 10^{-6} m.\) 1pt+1pt 
Domaine des ondes émises par la terre: Infrarouge. 2pt

Exercice 3: Utilisation des savoirs / 8 points

Partie A: Circuit électrique Caractéristiques du générateur équivalent:

f.e.m. équivalente: \(E=E_{0}=3~V\)

Résistance interne équivalente: \(r=\frac{r_{0}}{n}\) \(AN: r=1~\Omega.\)
Intensité du courant dans le circuit:
\(I=\frac{E-E'}{r+r'+R}\) \(AN: I=\frac{3-2}{1+2+10}\) \(I=0,077~A\) 1pt

Partie B: Œil réduit 0,5pt x 2 1pt x 2

Le défaut d'accommodation: myopie. Limites de vergence du cristallin: \(\frac{1}{\overline{OA}} + \frac{1}{\overline{OA'}} = C\) \(\overline{OA'} = 0,015~m\) 1pt
Pour \(\overline{OA} = -0,10~m\) : \(C_{1} = -\frac{1}{-0,10} + \frac{1}{0,015}\) soit \(C_{1} = 76,67~\delta\) 0,5pt
Pour \(\overline{OA} = -1,0~m\) : \(C_{2} = -\frac{1}{-1,0} + \frac{1}{0,015}\) soit \(C_{2} = 67,67~\delta\) 0,5pt

PARTIE II: ÉVALUATION DES COMPÉTENCES/16 POINTS

Il s'agit de déterminer la puissance de la chute d'eau afin d'examiner si le barrage peut faire fonctionner l'alternateur en plein régime. Pour cela, nous allons:
(i) Exprimer le travail \(W\) du poids de l'eau au cours de sa chute d'une hauteur \(h\);
(ii) Utiliser l'expression de \(W\) pour exprimer et calculer la puissance \(P\);
(iii) Comparer \(P\) à la puissance mécanique \(P_m\) de l'alternateur et conclure.
\(-W = mgh = \rho Vgh\)
\(P = \frac{W}{t} = \frac{\rho Vgh}{t}\), soit \(P = \rho \cdot g \cdot h \cdot D\)
\(AN: P = 234,9 \times 10^6 W\)
Comparaison et conclusion:
\(P \approx P_m = 235 \times 10^6 W\) alors le barrage peut faire fonctionner l'alternateur en plein régime.

2. Il s'agit de déterminer l'intensité du courant fournie par l'alternateur afin d'examiner si le cahier de charges sera rempli. Pour cela, nous allons:
(i) Exprimer la puissance électrique \(P_{el}\) de l'alternateur;
(ii) Exploiter l'expression du rendement pour exprimer et calculer l'intensité du courant;
(iii) Comparer \(I\) à la valeur minimale exigée par le cahier de charges et conclure.
\(P_{el} = \eta P_m\) soit \(I = \frac{\eta P_m}{U}\)
\(I = 75,2 A\)

Comparaison et conclusion:
\(I < 100 A\) alors le cahier de charges ne sera pas rempli.