MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR BACCALAUREAT DE L’ENSEIGNEMENT GENERAL
ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE
SECRETARIAT GENERAL
DIRECTION GENERALE DE L’ENSEIGNEMENT SESSION 2018
SUPERIEUR
DIRECTION DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR
PUBLIC et PRIVE
Service d’Appui au Baccalauréat
| Série : A Epreuve de : SCIENCES PHYSIQUES Durée : 2 heures 15 mn Code matière : 011 Coefficient : Obligatoire Facultatif A1: 1 Bonification A2: 1 Bonification |
NB : L’utilisation d’une calculatrice non programmable est autorisée.
Les trois (03) exercices sont obligatoires.
SUJET
Exercice 1 (06 points)
Une lame vibrante munie d’une pointe détermine en un point S de la surface libre d’un liquide au repos, une perturbation transversale sinusoïdale, d’équation
horaire Ys(t) = 3.10–3sin(200 π t + π) où t est en seconde et Y en mètre.
- Qu’est-ce qu’on observe à la surface libre d’un liquide ? (1pt ; 1pt)
- Qu’appelle-t-on onde transversale ? (1pt ; 1pt)
- Calculer la longueur d’onde sachant que le mouvement se propage à la vitesse
V= 10m/s (1.5pt ; 1pt)
- Ecrire l’équation horaire du mouvement d’un point M de la surface libre d’un
liquide situé à la distance x = SM = 30cm et comparer le mouvement de S et M. (2,5pt ; 1,5pt)
Pour A2 Seulement
5. Représenter l’aspect de la surface libre d’un liquide à l’instant t = 2,5.10–2s (0pt ; 1,5pt)
Exercice 2 (07 points)
On réalise l’expérience des interférences lumineuses avec un biprisme de Fresnel, d’angle au sommet très petit. L’écran d’observation (E) est parallèle au plan contenant des images virtuelles S1 et S2 et se trouve à la distance d2 = 1,5m du biprisme. La fente source S se trouve à la distance d1 = 50cm du biprisme. L’indice de réfraction du biprisme est n = 1,5. On éclaire le dispositif par une source lumineuse S émettant une radiation monochromatique de longueur d’onde λ= 0,50µm.
- Donner les conditions pour obtenir le phénomène d’interférence lumineuse. (1pt ; 1pt)
- Faire le schéma de dispositif interférentiel du biprisme de Fresnel en précisant
clairement la zone d’interférence lumineuse ainsi que la marche des rayons lumineux. (2pts ; 1,5pt)
- a) Sachant que la largeur du champ d’interférence est égal à L = 12mm, calculer
l’angle au sommet du biprisme. (1pt ; 1pt)
b) En déduire la distance a = S1S2 entre les deux images virtuelles S1 et S2 (1pt ; 1pt)
- Définir et calculer l’interfrange i. (2pts ; 1pt)
Pour A2 Seulement
- Le biprisme est maintenant éclairé par deux radiations monochromatiques de longueur d’onde respectives λ = 0,5µm et λ’ = 0,65µm. A quelle distance de la frange centrale se trouve le lieu de la première coïncidence des franges brillantes des deux radiations.
On donne : 1µm = 10–6m (0pt ; 1,5pt)
Exercice 3 (07 points)
- Qu’appelle-t-on effet photoélectrique ? (1pt ; 1pt)
- Définir le potentiel d’arrêt d’une cellule photoémissive. (1pt ; 1pt).
- Une cellule photoélectrique de longueur d’onde seuil λ0 = 0,5µm et de potentiel d’arrêt U0 = 0,4V est éclairée par une radiation monochromatique de longueur d’onde λ qui permet d’obtenir l’effet photoélectrique
Calculer en joule (J) et en électron-volt (eV), l’énergie d’extraction W0 d’un électron
du métal qui recouvre la cathode de cette cellule. (2pts ; 1,5pt)
- Calculer en Joule (J) l’énergie cinétique maximale d’un électron à la sortie de la cathode de cette cellule. (1,5pt ; 1pt)
- En déduire la valeur de la fréquence V de la radiation utilisée. (1,5pt ; 1,5pt)
Pour A2 seulement
- Calculer la vitesse maximale d’un électron à la sortie de la cathode (1pt ; 1pt)
On donne :
Constante de Planck : h = 6,62.10–34j.s
Masse d’un électron : m = 9.10–31kg
Charge d’un électron : q = –e = –1.6.10–19C
Célérité de la lumière dans le vide : c = 3.108m/s
1eV = 1,6.10–19J ; 1µm = 10–6m