Sciences Physiques BAC Série A 2021 Madagascar – Sujet

📄 Télécharger le sujet en PDF

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

EXERCICE 1 (6 points) — (A1 ; A2)

À l’extrémité d’une lame vibrante est fixée une fourche munie de deux pointes \(S_1\) et \(S_2\) qui frappent périodiquement la surface libre d’un liquide au repos.

1.

a) Décrire ce qu’on observe à la surface libre du liquide. (1 pt ; 1 pt)

b) Quel phénomène physique se produit-il ? (1 pt ; 1 pt)

2. Les deux sources \(S_1\) et \(S_2\) exécutent des mouvements vibratoires sinusoïdaux en phase, de même amplitude \(a = 4\) mm et de période \(T = 0{,}01\) s. La célérité de propagation des ondes à la surface libre de l’eau est \(V = 0{,}40\) m·s⁻¹. Définir et calculer la longueur d’onde \(\lambda\). (2 pts ; 1,5 pt)

3. Déterminer l’état vibratoire d’un point \(M\) de la surface libre du liquide tel que \(S_1M = d_1 = 1{,}5\) cm et \(S_2M = d_2 = 2{,}3\) cm. (2 pts ; 1 pt)

Pour A2 seulement :

4. Calculer le nombre et les positions par rapport à \(S_1\) des points d’amplitude nulle sur le segment \([S_1S_2]\), sachant que \(S_1S_2 = 1{,}5\) cm. (0 pt ; 1,5 pt)

EXERCICE 2 (7 points)

On réalise une expérience d’interférence lumineuse avec le dispositif d’Young en utilisant une lumière monochromatique de longueur d’onde \(\lambda\). L’écran d’observation \((E)\) est placé à la distance \(D = 2\) m du plan contenant les deux fentes identiques \(F_1\) et \(F_2\), tel que \(F_1F_2 = a = 2\) mm. Ces deux fentes \(F_1\) et \(F_2\) sont éclairées par la fente source \(F\).

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

2.

a) Décrire ce qu’on observe sur l’écran \((E)\). (1 pt ; 1 pt)

b) Quelle nature doit-on attribuer à la lumière pour avoir ce phénomène. (1 pt ; 1 pt)

3. La distance entre la 3^ème frange brillante à gauche de la frange centrale et la 2^ème frange obscure à droite de la frange centrale est \(d = 2{,}7\) mm.

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

b) Calculer la longueur d’onde \(\lambda\) et en déduire la couleur de la lumière monochromatique utilisée. (1 pt ; 1 pt)

Pour A2 seulement :

4. On éloigne l’écran \((E)\) du plan des deux fentes d’une distance égale à 50 cm par rapport à sa position initiale. Calculer la longueur d’onde \(\lambda'\) de la radiation qu’il faut utiliser dans cette condition sachant que l’interfrange \(i\) reste inchangée. (0 pt ; 1 pt)

On donne : 1 µm = \(10^{-6}\) m.

EXERCICE 3 (7 points)

Une surface métallique est éclairée par une lumière dont l’énergie d’extraction d’un électron vaut \(W_0 = 2{,}88 \cdot 10^{-19}\) J.

1. Définir :

a) L’énergie d’extraction d’un électron d’un métal. (1 pt ; 0,75 pt)

b) L’effet photoélectrique. (1 pt ; 0,75 pt)

2. Calculer la fréquence seuil \(\nu_0\). (1 pt ; 1 pt)

3. On éclaire successivement cette surface métallique par deux radiations de fréquences respectives \(\nu_1 = 7{,}5 \cdot 10^{14}\) Hz et \(\nu_2 = 4{,}0 \cdot 10^{14}\) Hz. Laquelle de ces deux radiations provoque-t-elle l’effet photoélectrique ? Justifier. (2 pts ; 2 pts)

4. Dans le cas où il y a effet photoélectrique, calculer l’énergie transportée par un photon incident en J et en eV. (2 pts ; 1,5 pt)

Pour A2 seulement :

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

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