Sciences Physiques BAC Série A 2019 Madagascar – Sujet

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N.B. : Machine à calculer non programmable autorisée. Les trois (03) exercices sont obligatoires.

EXERCICE I (06 points) — (A1 ; A2)

Une corde élastique est tendue horizontalement par une force \(\vec{F}\). L’extrémité \(O\) de la corde est animée d’un mouvement vibratoire sinusoïdal transversal d’amplitude \(a = 2\) cm et de fréquence \(N = 40\) Hz. On néglige la réflexion et l’amortissement des ondes le long de la corde.

1.

a) Quel phénomène physique se produit-il le long de la corde ? (1 pt ; 1 pt)

b) Définir et calculer la longueur d’onde de la vibration sachant que la célérité de propagation des ondes le long de la corde est \(V = 8\) m·s⁻¹. (1,5 pt ; 1,5 pt)

2. Établir l’équation horaire du mouvement de \(O\), sachant qu’à l’instant \(t = 0\)s, il passe par sa position d’équilibre en allant dans le sens positif des élongations. (2 pts ; 1,5 pt)

3. Comparer les mouvements de \(O\) et d’un point \(A\) de la corde telle que \(OA = x = 15\) cm. (1,5 pt ; 1 pt)

Pour A2 seulement :

4. Déterminer le nombre et les positions des points qui vibrent en opposition de phase par rapport à \(O\) sur le segment \([OB]\) de longueur \(l = 52\) cm. \(B\) étant un autre point de la corde. (0 pt ; 1 pt)

EXERCICE II (07 points)

On réalise une expérience d’interférences lumineuses avec le dispositif des fentes d’Young. Les deux fentes \(F_1\) et \(F_2\) distantes de \(a = 2\) mm sont éclairées par une fente source \(F\) parallèle et équidistante de \(F_1\) et \(F_2\). L’écran d’observation \((E)\) est placé à la distance \(D = 1{,}5\) m du plan contenant les deux fentes \(F_1\) et \(F_2\).

1.

a) Faire le schéma du dispositif interférentiel en indiquant clairement la marche des rayons lumineux et le champ d’interférence. (2 pts ; 1,5 pt)

b) Qu’observe-t-on sur l’écran \((E)\) ? (1 pt ; 1 pt)

2. Le dispositif est éclairé par une radiation monochromatique de longueur d’onde \(\lambda = 0{,}6\) µm.

a) Définir et calculer l’interfrange \(i\). (2 pts ; 1,5 pt)

b) Calculer la distance \(d\) entre les milieux de la 2^ème frange brillante située d’un côté de la frange centrale et de la 2^ème frange obscure située de l’autre côté de cette frange centrale. (2 pts ; 1,5 pt)

Pour A2 seulement :

3. On éloigne l’écran \((E)\) du plan des deux fentes \(F_1\) et \(F_2\), d’une distance égale à 50 cm par rapport à sa position initiale. Calculer la nouvelle valeur de l’interfrange \(i'\). (0 pt ; 1,5 pt)

EXERCICE III (07 points)

Une surface métallique est éclairée par une radiation monochromatique de longueur d’onde \(\lambda = 0{,}44\) µm. Elle émet des électrons dont l’énergie cinétique maximale est égale à \(Ec_{\max} = 0{,}75\) eV.

1. Calculer l’énergie transportée par un photon incident de cette radiation en joule (J) puis en électron-Volt (eV). (2 pts ; 1,5 pt)

2. Définir et calculer l’énergie d’extraction pour ce métal. (2 pts ; 1 pt)

3.

a) Calculer la longueur d’onde seuil \(\lambda_0\). (2 pts ; 2 pts)

b) Quelle est la nature de ce métal ? (1 pt ; 1 pt)

Pour A2 seulement :

4. Calculer la vitesse maximale d’un électron à la sortie de la cathode. (0 pt ; 1,5 pt)

Le tableau suivant donne la longueur d’onde seuil \(\lambda_0\) de quelques métaux :

On donne : Constante de Planck : \(h = 6{,}62\cdot 10^{-34}\) J·s. Célérité de la lumière dans le vide : \(c = 3\cdot 10^{8}\) m·s⁻¹. Charge d’un électron : \(q = -e = -1{,}6\cdot 10^{-19}\) C. Masse d’un électron : \(m = 9\cdot 10^{-31}\) kg. \(1\ \text{eV} = 1{,}6\cdot 10^{-19}\ \text{J}\). \(1\ \mu\text{m} = 10^{-6}\ \text{m}\).