Cette épreuve, constituée de trois exercices obligatoires, est formée de trois pages

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1 Nom : N o : Corrigé Epreuve de Physique E2, Mai 2016 Classe : 3eme Durée : 60 minutes Cette épreuve, constituée de trois exercices obligatoires, est formée de trois pages L usage de la calculatrice scientifique non programmable est autorisé. Exercice 1 : Lentille convergente (6 points) Sur le schéma ci-dessous, AB représente un objet lumineux, (L) une lentille convergente et (E) l écran sur lequel se forme l image A'B' de AB donnée par (L). 1. L image A'B' de AB est-elle réelle ou virtuelle? Justifier. L image A B est réelle. Puisque elle se forme sur l écran. 2. Reproduire à la même échelle, le schéma ci-dessus. Reproduction à la même échelle a. Placer sur le schéma reproduit le point A' image de A donnée par (L). Justifier. Le pont A est le point de rencontre de l axe optique et de l écran. A étant sur l axe optique. b. Construire l image B' de B donnée par (L). On trace le rayon incident partant de B, passant par O et qui émerge sans déviation jusqu'à l écran. B est le point de rencontre de ce rayon avec l écran. 1 3

2 c. Tracer l image A'B' de AB. Déduire sa grandeur. On relie A à B. A B = 2x1= 2 cm 3. a. Tracer la marche d un rayon lumineux issu de B et permettant de trouver la position du foyer image F de (L). Expliquer. On trace un rayon incident partant de B et qui émerge de (L) en passant par B. Ce rayon rencontre l axe en F le foyer image de (L). b. Déduire la distance focale f de (L). OF = 2x2= 4 cm. Exercice 2 : Etude d un circuit électrique (7 points) On dispose : - de deux lampes (L1) et (L2) assimilées à des conducteurs ohmiques de résistances respectives R1 = 60 Ω et R2 = 20 Ω. (L1) et (L2) portent sur leurs culots la même inscription : 6 V. - d'un générateur (G) délivrant entre ses bornes, P et N, une tension continue constante UPN = 12 V. 1. On pense brancher (L1) et (L2) en série aux bornes de (G) comme le montre la figure 1. a. Montrer que la valeur de l'intensité I du courant traversant le circuit est de 0,15 A. UPN = UPA + UAB + UBC + UCN ; (UPA = UCN = 0) UAB = R1 I et UBC = R2 I 12 = R1I + R2I I =12/ (R 1 + R 2 ) = 0,15A b. Déterminer, dans ce cas, la tension aux bornes de chacune de ces lampes. Pour L1 : U1 = R1I = = 9V Pour L2 : U2 = R2I = = 3V c. i. L'une des deux lampes risque d'être grillée. Laquelle? Pourquoi? 2 3

3 Pour U1 = 9V > 6V (tension nominale de L 1 ). La Lampe L 1 risque d être grillée (elle est en surtension) ii. Serait-il de même pour la deuxième lampe? Pourquoi? Pour U2 = 3V < 6V (tension nominale de L 2 ). La Lampe L 2 brille faiblement (elle est en sous tension) 2. On branche aux bornes de (L1) un conducteur ohmique (D) de résistance R comme le montre la figure 2. Les deux lampes (L 1 ) et (L 2 ) fonctionnent normalement. a. Déterminer la valeur I1 de l'intensité du courant traversant (L1) et la valeur I2 de l'intensité du courant traversant (L2). L1 et L2 fonctionnent normalement donc U1 = U2 = 6 V. U1 = R1I1 I1 = 60/6 = 0,1 A I2 =20/6 = 0,3A b. Trouver la valeur I3 de l'intensité du courant traversant le conducteur ohmique (D). I1 + I3 = I2 I3 = 0,3 0,1 = 0,2A c. Déduire : i. la valeur de R. UAB = R.I3 R= 6/0,2 = 30Ω (1/4) ii. la puissance consommée par R. P= U AB x I 3 = 6x 0,2 = 1,2 W (1/4) 3. On ajoute au circuit de la figure 2 un fusible (F) portant l indication 0,3A et de résistance négligeable. On court-circuite (L 1 ). a. Faire le schéma du montage. b. Donner la valeur de la tension U 1 aux bornes de (L 1 ) et celle U R aux bornes de R. U 1 = U R = 0 V (1/4) c. En déduire : i. la valeur de la tension U 2 aux bornes de (L 2 ). U 2 = U G = 12 V (1/4) ii. la valeur de l intensité I 2 du courant débité par le générateur. I 2 = U 2 / R 2 = 12/20 = 0,6 A (1/4) iii. (L 2 ) risque de griller. Pourquoi? Elle est en surtension (1/4) d. En effet, (L 2 ) ne grille pas mais s éteint. Expliquer. Le fusible porte la meme valeur que I 2. Le fusible va donc fondre et couper le courant. (1/2) 3 3

4 Exercice 3 : Corps flottant (7 points) Un pavé flotte à la surface de l eau. Sa hauteur h est de 20 cm, sa longueur L de 60 cm et sa largeur l de 20 cm. On donne : ρeau = kg/m 3 g= 10 N/kg 1. a. Nommer les forces agissant sur le pavé. Poids du pavé et poussée d Archimède (1) b. Préciser la direction et le sens de chacune de ces forces. Poids : verticale, vers le bas. Poussée : verticale vers le haut. c. Les représenter sur un schéma. 2. La hauteur de la partie du pavé immergée est de 17 cm. a. Calculer le volume de la partie du pavé immergée. V= Lxlx h = 60 x 20 x 17 = cm 3 (1) b. Déterminer la masse d eau déplacée. Masse eau déplacée = ρeau X V eau déplacée Or Veau déplacée = volume de la partie du pavé immergée. Masse eau déplacée = 1000 x x 10-6 = 20,4 kg (1) c. Calculer le poids d eau déplacé. P = Masse eau déplacéex g = 20,4 x 10 = 204 N d. En déduire la valeur de la poussée d Archimède. F = Poids de l eau déplacée. Le pavé étant en équilibre F= 204 N e. Déterminer la valeur du poids du pavé. Poids du pavé = F = 204 N 3. a.. Calculer la masse du pavé. M = P/ g = 204 /10 = 20,4 kg b. Calculer le volume du pavé. Volume = L x l x h = 20 x 60 x 20 = cm 3 c. Préciser le matériau constituant ce pavé. ρ = m/ v = 20,4 / (24000 x 10-6 ) = 850 kg/m 3 donc il est fait en bois. Matériau Polystyrène Bois glace Aluminium Fer 4 3

5 Masse volumique (kg/m 3 )