Sciences Physiques BAC Série A 2016 Madagascar – Sujet

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MINISTÈRE DE L’ENSEIGNEMENT SUPÉRIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE

Secrétariat Général — Direction Générale de l’Enseignement Supérieur — Direction de l’Enseignement Supérieur Public et Privé — Service d’Appui au Baccalauréat

BACCALAURÉAT DE L’ENSEIGNEMENT GÉNÉRAL

Session 2016 — Série A

Épreuve : PHYSIQUE-CHIMIE Coefficient : A1 = 1  ;  A2 = 2 (bonification facultative)
Durée : 2 heures 15 minutes Code matière : 011

EXERCICE I (6 points) — (A1 ; A2)

Une lame vibrante munie de deux pointes détermine, en deux points \(S_1\) et \(S_2\) de la surface libre d’un liquide au repos, des mouvements vibratoires d’amplitude \(a = 4\) mm. À l’instant \(t = 0\) s, elle passe par sa position d’équilibre en allant dans le sens ascendant d’élongation, avec la célérité \(V = 20\) cm/s.

1. Représenter à l’aide d’un schéma le dispositif permettant de visualiser ce phénomène. (2pts ; 1,5pt)

2.

a) Calculer la distance entre deux crêtes consécutives, sachant que le diapason exécute 400 oscillations pendant 8 secondes. (1pt ; 1pt)

b) Déterminer l’équation horaire des mouvements de \(S_1\) et de \(S_2\) sachant que \(y_{S_1}(t) = y_{S_2}(t)\) (\(y_{S_1}\) et \(y_{S_2}\) en mm ; \(t\) en s). (1pt ; 0,5pt)

3. On considère un point \(M\) appartenant à la surface libre du liquide tel que \(d_1 = S_1M = 11{,}5\) cm et \(d_2 = S_2M = 3{,}5\) cm. Trouver l’équation horaire du mouvement du point \(M\). (2pts ; 1pt)

Pour A2 seulement

4. Calculer le nombre de points mobiles sur le segment \([S_1S_2]\). On précisera leurs positions par rapport à \(S_1\). On donne \(S_1S_2 = 4{,}4\) mm. (0pt ; 2pts)

EXERCICE II (7 points) — (A1 ; A2)

On réalise une expérience d’interférence lumineuse avec le dispositif d’Young, en utilisant une lumière monochromatique de longueur d’onde \(\lambda = 0{,}5\) µm. L’écran d’observation \((E)\) est placé à la distance \(D = 2\) m du plan contenant les deux fentes identiques \(F_1\) et \(F_2\) tels que \(F_1F_2 = 2\) mm.

1. Indiquer, sur un schéma clair, le dispositif montrant :

a) la marche des rayons lumineux. (1,5pt ; 1,5pt)

b) le champ d’interférence. (1,5pt ; 1,5pt)

2. Calculer l’interfrange. (2pts ; 1pt)

3. À quelle distance \(D'\) du plan des fentes identiques \(F_1\) et \(F_2\) doit-on éloigner l’écran \((E)\), parallèlement à sa position initiale, pour que l’interfrange \(i'\) devienne égal à 0,75 mm ? (2pts ; 1,5pt)

Pour A2 seulement

4. Calculer la distance entre les milieux de la 3e frange brillante située d’un côté de la frange centrale et la 2e frange obscure située de l’autre côté de la frange centrale. (0pt ; 1,5pt)

EXERCICE III (7 points)

1. L’énergie d’extraction d’un électron d’une cellule photoémissive (césium) est \(W_0 = 1{,}8\) eV.

a) Compléter correctement la phrase : « La longueur d’onde seuil \(\lambda_0\) est… » (1pt ; 0,5pt)

b) Calculer la valeur de \(\lambda_0\). (2pts ; 1pt)

2. On éclaire la cathode de cette cellule photoémissive par deux radiations monochromatiques de longueurs d’onde \(\lambda_1 = 0{,}40\) µm et \(\lambda_2 = 0{,}75\) µm. Laquelle de ces deux radiations donne l’effet photoélectrique ? Justifier. (2pts ; 1,5pt)

3. Calculer le potentiel d’arrêt \(U_0\). (2pts ; 2pts)

Pour A2 seulement

4. Calculer la vitesse maximale avec laquelle les électrons quittent la cathode. (0pt ; 2pts)

On donne :
Constante de Planck : \(h = 6{,}62.10^{-34}\) J.s
Masse d’un électron : \(m_e = 9{,}1.10^{-31}\) kg
Vitesse de la lumière dans le vide : \(C = 3.10^{8}\) m.s−1
Charge d’un électron : \(q = -e = -1{,}6.10^{-19}\) C
1 µm = \(10^{-6}\) m et 1 eV = \(1{,}6.10^{-19}\) J.

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