Sujet du BAC SE Physique

1. Questions théoriques : (5pts)

1. Un cosmonaute à l’intérieur d’un satellite en gravitation autour de la terre << flotte >> dans l’air. Son poids semble avoir disparu, on dit qu’il se trouve en impesanteur. Expliquer ce phénomène. (3pts)
2. Enoncez la loi de Lorentz. (2pt)

2. Pratique : (15pts)

1. Des ions positifs …………………. De même charge q et de masse respective $m_1$ et $m_2$ sont obtenus dans une chambre d’ionisation C avec une vitesse initiale nulle, ils sont accélérés par une tension $U_0$ appliquée entre la chambre d’ionisation C et la cathode K percée d’un trou O (Fig 1)………………………………………………………….

1. Les ions traversent le trou O avec les vitesses $\vec{V_1}$ et $\vec{V_2}$. Donnez les expressions de leurs énergies cinétiques $EC_1$ et $EC_2$ et des valeurs de leurs quantités de mouvement $P_1$ et $P_2$ en fonction des variables suivantes : $m_1, m_2, q et U_0$. (4pts)
2. A la sortie de O, les ions pénètrent dans un Champ électrostatique uniforme orthogonal à $\vec{V_1}$ et $\vec{V_2}$. (Fig ………………………….. Etablissez l’équation littérale de la trajectoire ( y en fonction de x ) de chaque ion et montrer que cette méthode ne permet pas de séparer les deux espèces d’ions. (2pts)
3. Montrez que si à la sortie de O, le champ électrique étant supprimé, les ions pénètrent dans un champ magnétique uniforme $\vec B$, orthogonal à $\vec{V_1}$ et $\vec{V_2}$, on pourra alors séparer les ions (on admettra sans démonstration la nature de cette trajectoire). (1pt)

2. Un automobiliste roule à la vitesse constante de $120km/h$ sur une route rectiligne où la vitesse limitée à $90 km/h$ ; un motard de la gendarmerie part à sa poursuite. Il démarre au moment précis où l’automobiliste passe devant lui. Le motard est animé d’un mouvement uniformément varié tel qu’il atteint la vitesse de $100km/h en 10 s$.

1. Calculez la durée de la poursuite. (1pt)
2. Déterminez la distance parcourue lors de la poursuite. (1pt)
3. Calculez la vitesse du motard lorsqu’il rattrape l’automobiliste. (1pt)

3. Un générateur de basse fréquence alimente un circuit contenant en série une bobine $(R_2, L_1)$ et un résistor de résistance $R_2 = 12,5 Ω$. On mesure l’intensité efficace du courant, on trouve $I = 3,2 A$. La tension efficace aux bornes du générateur est $U = 64 V$. On mesure la tension efficace $U_1$ aux bornes de la bobine et la tension $U_2$ aux bornes du résistor, on trouve $U_1 = U_2$.

1. Montrez que les impédances $Z_1$ de la bobine et $Z_2$ du résistor sont égales. Donnez la valeur numérique commune. (1,5pts)
2. Construisez le diagramme de Fresnel relatif au circuit. On prendra comme expression de i et de u :

$I(t) = I\sqrt2 sin(ωt)$ et $u(t) = u\sqrt2 sin(ωt + ϕ)$. (1 pt)

3. Calculer les valeurs numériques de $ϕ de R_1$ et du produit $Lω$ (1,5pts)
4. Calculez la valeur de la fréquence sachant que $L = 36 mH$. (1pt)

On donne : cos $(36,8°) = 0,8$