Physique Niveau supérieur Épreuve 1

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1 M16/4/PHYSI/HPM/FRE/TZ/XX Physique Niveau supérieur Épreuve 1 Vendredi 6 mai 16 (main) 1 heure Insrucions desinées aux candidas yn ouvrez pas cee épreuve avan d y êre auorisé(e). yrépondez à oues les quesions. ychoisissez pour chaque quesion la réponse que vous esimez la meilleure e indiquez vore choix sur la feuille de réponses qui vous es fournie. yun exemplaire non annoé du recueil de données de physique es nécessaire pour cee épreuve. yle nombre maximum de poins pour cee épreuve d examen es de [4 poins]. 3 pages Inernaional Baccalaureae Organizaion 16

2 M16/4/PHYSI/HPM/FRE/TZ/XX 1. Une sphère es ajusée à l inérieur d un cube. La longueur de ce cube e le diamère de cee sphère son 1, ±, cm. Quel es le rappor inceriude en pourcenage du volume de cee sphere inceriude en pourcenage du volume de ce cube? A. 3 4π B. 1 C. D. 8

3 3 M16/4/PHYSI/HPM/FRE/TZ/XX. Un avion se déplace horizonalemen. Une parachuise quie ce avion e, quelques secondes plus ard, ouvre son parachue. Quel graphique monre la variaion de la viesse vericale v en foncion du emps pour cee parachuise depuis le momen où elle quie l avion jusqu au momen juse avan qu elle n aerrisse? A. v B. v C. v D. v 3. Un obje d une masse m repose sur un plan horizonal. L angle θ que fai ce plan avec l horizonale augmene lenemen à parir de zéro. Quand θ = θ, ce obje commence à glisser. Quels son le coefficien de froemen saique μ s e la force de réacion normale N de ce plan à θ = θ? μ s N A. sin θ mg cos θ B. an θ mg sin θ C. sin θ mg sin θ D. an θ mg cos θ Tournez la page

4 4 M16/4/PHYSI/HPM/FRE/TZ/XX 4. Une balle d une masse m se déplace horizonalemen avec une viesse u. Cee balle heure un mur verical e rebondi dans le sens opposé avec une viesse v < u. La durée de la collision es T. Quelles son la grandeur de la force moyenne exercée par le mur sur cee balle e la pere d énergie cinéique de cee balle? Force moyenne Pere d énergie cinéique A. B. C. D. mu ( + v ) mu ( v ) T mu ( + v ) mu ( v ) T mu ( v ) mu ( v ) T mu ( v ) mu ( v ) T 5. Un rain sur une voie ferrée horizonale droie se déplace depuis l éa de repos à une accéléraion consane. Les forces horizonales sur ce rain son la force du moeur e une force résisive qui augmene avec la viesse. Lequel des graphiques ci-dessous représene la variaion en foncion du emps de la puissance P développée par le moeur? A. P B. P C. P D. P

5 5 M16/4/PHYSI/HPM/FRE/TZ/XX 6. Le graphique ci-dessous monre commen l accéléraion a d un obje varie en foncion de la disance parcourue x. a / m s x / m La masse de ce obje es 3, kg. Quel es le ravail oal effecué sur ce obje? A. 3 J B. 4 J C. 1 J D. 15 J Tournez la page

6 6 M16/4/PHYSI/HPM/FRE/TZ/XX 7. Un récipien avec,6 kg d une subsance liquide es placé sur un appareil de chauffage au momen =. La chaleur laene de vaporisaion de cee subsance es kj kg 1. Le graphique monre la variaion de la empéraure T de cee subsance en foncion du emps. T / s Quelle es la puissance de l appareil de chauffage? A. 1 W B. 3 W C. 48 W D. 133 W 8. Dans quelles condiions de densié e de pression un gaz réel es-il le mieux décri par l équaion d éa pour un gaz parfai? A. Faible densié e basse pression B. Faible densié e haue pression C. Fore densié e basse pression D. Fore densié e haue pression

7 7 M16/4/PHYSI/HPM/FRE/TZ/XX 9. Une lumière polarisée horizonalemen d une inensié I enre dans un polariseur P don l axe de polarisaion fai un angle de θ degrés avec l horizonale. La lumière venan de P es alors incidene sur un polariseur A avec un axe de polarisaion verical fixe. inensié de la lumière ransmise I polariseur A polariseur P θ inensié de la lumière polarisée horizonalemen I On varie l angle θ de à 9 degrés. Lequel des graphiques ci-dessous représene la variaion, en foncion de θ, de l inensié I de la lumière ransmise à ravers A? A. C. I,5 I,4,3,,1, I,5 I,4,3,,1, B. I,5 I,4,3,,1, θ / θ / D. I,5 I,4,3,,1, θ / θ / Tournez la page

8 8 M16/4/PHYSI/HPM/FRE/TZ/XX 1. Un uyau d une longueur L a deux exrémiés ouveres. Un aure uyau d une longueur L a une exrémié ouvere e une exrémié fermée. La fréquence du premier harmonique de ces deux uyaux es la même. À quoi correspond A. L L? B. 3 C. 1 D Un rayon de lumière passe de l air à l eau comme monré. rayon de lumière air eau Quels son le changemen dans la longueur d onde de l onde lumineuse e le changemen dans l angle que fai le rayon avec la normale à la surface. Longueur d onde Angle avec la normale A. augmene augmene B. augmene diminue C. diminue augmene D. diminue diminue

9 9 M16/4/PHYSI/HPM/FRE/TZ/XX 1. Un circui consise en une pile d une force élecromorice (f.é.m.) de 6, V e d une résisance inerne négligeable connecée à deux résisances de 4, Ω. 6, V 4, Ω 4, Ω V A L ampèremère a une résisance égale à 1, Ω e le volmère es idéal. Quelles son les lecures de ce ampèremère e de ce volmère? Ampèremère Volmère A., A 3, V B. 3, A 3, V C., A 4, V D. 3, A 4, V Tournez la page

10 1 M16/4/PHYSI/HPM/FRE/TZ/XX 13. Un fil poran un couran I es placé dans une région d un champ magnéique uniforme B, comme monré sur le schéma ci-dessous. I L B La direcion du champ B es soran de la page e la longueur du fil es L. Laquelle des réponses ci-dessous es correce à propos de la direcion e de la grandeur de la force agissan sur ce fil? Direcion Grandeur A. égale à BIL B. plus peie que BIL C. égale à BIL D. plus peie que BIL

11 11 M16/4/PHYSI/HPM/FRE/TZ/XX 14. Une masse aachée à une exrémié d une ige rigide ourne à une viesse consane dans un plan verical auour de l aure exrémié de cee ige. ige masse La force exercée par la ige sur la masse es A. zéro parou. B. d une grandeur consane. C. oujours dirigée vers le cenre. D. minimale au somme du parcours circulaire. 15. Un simple modèle d un aome a cinq niveaux d énergie. Quel es le nombre maximum de fréquences différenes dans le specre d émission de ce aome? A. 4 B. 6 C. 1 D Laquelle des réponses ci-dessous énumère rois forces fondamenales par ordre croissan d inensié? A. élecromagnéique, gravié, nucléaire fore B. nucléaire faible, gravié, nucléaire fore C. gravié, nucléaire faible, élecromagnéique D. élecromagnéique, nucléaire fore, gravié Tournez la page

12 1 M16/4/PHYSI/HPM/FRE/TZ/XX 17. Les formes dans les graphiques aiden les scienifiques à faire de prédicions. Que peu-on déduire d un graphique du nombre de neurons en foncion du nombre de proons pour ous les nucléides sables? A. La naure à coure porée de la force nucléaire fore B. L augmenaion de l énergie de liaison par nucléon avec le nombre de proons C. L exisence de quarks e de lepons D. L exisence de la désinégraion alpha 18. Un panneau solaire a une surface acive de,4 m e un rendemen de 5 %. L inensié moyenne du rayonnemen aeignan la surface de ce panneau es,5 kw m. Quelle es la puissance de sorie moyenne fournie par un réseau de 1 de ces panneaux solaires? A.,5 W B. 5 W C. 5 W D. 5 W 19. Quel es l ordre correc de ransformaions d énergie dans une cenrale hermique au charbon? A. hermique chimique cinéique élecrique B. chimique hermique cinéique élecrique C. chimique cinéique hermique élecrique D. cinéique chimique élecrique hermique. Un corps noir d une surface de 1, m éme un rayonnemen élecromagnéique d une longueur d onde de crêe de,9 1 6 m. Lesquels des énoncés suivans sur ce corps son correcs? I. La empéraure de ce corps es 1 K. II. L énergie rayonnée par ce corps en une seconde es 5,7 1 4 J. III. Ce corps es un absorbeur parfai du rayonnemen élecromagnéique. A. I e II seulemen B. I e III seulemen C. II e III seulemen D. I, II e III

13 13 M16/4/PHYSI/HPM/FRE/TZ/XX 1. Une masse es aachée à un ressor sur une surface horizonale sans froemen comme monré ci-dessous. ressor masse surface Le ressor es allongé au-delà de sa longueur à l équilibre e la masse exécue un mouvemen harmonique simple (MHS). Lequel des paramères suivans es indépendan du déplacemen iniial de ce ressor? A. La fréquence angulaire de l oscillaion B. L énergie oale de la masse C. La viesse moyenne de la masse D. L énergie cinéique maximum de la masse. Une expérience de diffracion par une seule fene es exécuée en uilisan une lumière de couleurs différenes. La largeur du maximum cenral dans les franges de diffracion es mesurée pour chaque couleur. Quel es l ordre des couleurs qui correspond à des largeurs croissanes du maximum cenral? A. rouge, ver, bleu B. rouge, bleu, ver C. bleu, ver, rouge D. ver, bleu, rouge Tournez la page

14 14 M16/4/PHYSI/HPM/FRE/TZ/XX 3. Dans une expérience d inerférence avec deux fenes, les franges d inensié suivanes son observées pour une lumière d une longueur d onde λ. inensié de la lumière / uniés arbiraires 1,,8,6,4,,6,4,,,4,6 angle de diffracion / rad La disance enre les fenes es d. Que peu-on déduire sur la valeur du rappor λ la diffracion par une seule fene dans cee expérience? d e sur l effe de λ d Diffracion par une seule fene A. 1 non négligeable B.,1 non négligeable C. 1 négligeable D.,1 négligeable

15 15 M16/4/PHYSI/HPM/FRE/TZ/XX 4. Un simple pendule a une masse M e une longueur l. La période d oscillaion de ce pendule es T. Quelle es la période d oscillaion d un pendule d une masse 4M e d une longueur,5l? A.,5T B. T C. T D. 4T 5. Un rain se déplace à une viesse consane ou en émean une onde sonore d une fréquence f. À = ce rain raverse une gare. Lequel des graphiques ci-dessous monre la variaion en foncion du emps de la fréquence f de l onde sonore elle qu elle es mesurée par un observaeur se enan debou sur le quai de cee gare? A. f B. f f f C. f D. f f f Tournez la page

16 16 M16/4/PHYSI/HPM/FRE/TZ/XX 6. Une charge négaive se déplace dans un champ élecrique. Des lignes équipoenielles pour ce champ e quare rajes possibles de cee charge son monrés. Quel raje correspond au ravail le plus grand effecué sur cee charge par le champ? V = V V = 3 V V = 1 V A. B. C. D. 7. Dans une expérience, on fai omber des gouelees d huile d une masse m e d une charge q dans la région enre deux plaques parallèle horizonales. On peu régler le champ E enre ces plaques. La résisance de l air es négligeable. Laquelle des équaions ci-dessous es correce lorsque ces gouelees omben vericalemen à une viesse consane? A. E = B. E < mg q C. E = mg q D. E > mg q

17 17 M16/4/PHYSI/HPM/FRE/TZ/XX 8. Un saellie décri une orbie auour d une planèe. Lequel des graphiques ci-dessous monre commen l énergie cinéique E K, l énergie poenielle E P e l énergie oale E de ce saellie varien en foncion de la disance x du cenre de cee planèe? A. énergie B. énergie E P E K E K E x E E P x C. énergie D. énergie E E K E K E P x E P E x Tournez la page

18 18 M16/4/PHYSI/HPM/FRE/TZ/XX 9. Une bobine d une surface A es placée dans une région de champ magnéique horizonal uniforme B. À =, cee bobine commence à ourner avec une viesse angulaire consane ω auour d un axe horizonal. B Y X axis axe Quelle es la f.é.m. enre X e Y? A. zéro B. ωab sin ω C. AB cos ω D. ωab sin ω

19 19 M16/4/PHYSI/HPM/FRE/TZ/XX 3. Le schéma ci-dessous monre une ige conducrice d une longueur L qui es déplacée dans une région de champ magnéique uniforme B. Le champ es dirigé perpendiculairemen au plan du papier. Cee ige glisse sur des rails conduceurs à une viesse consane v. Une résisance d une valeur R connece les rails. B ige rail L v R Quelle es la puissance nécessaire pour bouger cee ige? A. zéro B. C. D. vbl R vbl R vbl R 31. Une alimenaion en couran alernaif (c.a.) produi une f.é.m. avec une ampliude maximum V e fourni une puissance moyenne P. Quel es le couran efficace (moyenne quadraique) fourni par cee alimenaion? A. B. C. D. P V P V P V P V Tournez la page

20 M16/4/PHYSI/HPM/FRE/TZ/XX 3. Un circui de redressemen à diodes à double alernance es modifié avec l addiion d un condensaeur en parallèle avec la résisance de charge. On uilise ce circui pour redresser un signal sinusoïdal d une période de 6,3 ms. Lequel des graphiques ci-dessous monre commen la différence de poeniel V aux bornes de la charge varie en foncion du emps? A. B. V V / ms C. D. V V / ms / ms / ms 33. Un condensaeur plan es connecé à une pile d une f.é.m. consane. On écare alors un peu plus les plaques de ce condensaeur sans déconnecer la pile. Quels son les changemens dans la grandeur du champ élecrique enre les plaques e dans la capacié de ce condensaeur? Grandeur du champ élecrique Capacié A. augmene augmene B. augmene diminue C. diminue augmene D. diminue diminue

21 1 M16/4/PHYSI/HPM/FRE/TZ/XX 34. Trois condensaeurs ideniques, chacun ayan une capacié C, son connecés comme monré. C C C Quelle es la capacié oale de cee combinaison? A. 3 C B. C C. 3 C D. 3C 35. Laquelle des expériences ci-dessous fourni la preuve de l exisence des ondes de maière? A. La diffusion des paricules alpha B. La diffracion des élecrons C. La désinégraion gamma D. L effe phooélecrique Tournez la page

22 M16/4/PHYSI/HPM/FRE/TZ/XX 36. Les graphiques ci-dessous monren la variaion, en foncion de la disance x du carré de l ampliude Ψ de la foncion d onde d une paricule. Lequel de ces graphiques correspond à une paricule avec la plus grande inceriude dans la quanié de mouvemen? A. B. Ψ Ψ,,5 1, 1,5,,5 3,,,5 1, 1,5,,5 3, x / uniés arbiraires x / uniés arbiraires C. D. Ψ Ψ,,5 1, 1,5,,5 3,,,5 1, 1,5,,5 3, x / uniés arbiraires x / uniés arbiraires 37. On déece des écars par rappor à la diffusion de Ruherford dans des expériences effecuées à de haues énergies. Que peu-on déduire de ces écars? A. Le paramère d impac de la collision B. L exisence d une force différene de la répulsion élecrosaique C. La aille des paricules alpha D. Le champ élecrique à l inérieur du noyau

23 3 M16/4/PHYSI/HPM/FRE/TZ/XX 38. On examine différenes surfaces méalliques dans une expérience sur l effe phooélecrique. Un graphique de la variaion de l énergie cinéique maximum des phooélecrons en foncion de la fréquence de la lumière incidene es dessiné pour chaque méal. Lequel des énoncés ci-dessous es correc? A. Tous les graphiques on la même inersecion sur l axe de la fréquence. B. Le ravail d exracion es le même pour oues les surfaces. C. Tous les graphiques on la même pene. D. Le seuil de fréquence es le même pour oues les surfaces. 39. Un échanillon pur d une masse m d une subsance radioacive avec une demi-vie T 1 acivié iniiale A. a une Quelles son la demi-vie e l acivié iniiale d un échanillon pur de masse m de cee même subsance radioacive? A. Demi-vie T 1 Acivié iniiale A B. T 1 A C. T 1 A D. T 1 A 4. La densié nucléaire A. es consane parce que le volume d un noyau es proporionnel à son nombre de nucléons. B. es consane parce que le volume d un noyau es proporionnel à son nombre de proons. C. dépend du nombre de nucléons de ce noyau. D. dépend du nombre de proons de ce noyau.