CONCOURS SCIENTIFIQUES MONTMORENCY (EXEMPLE) LA PHYSIQUE EN QUESTIONS? Durée : 2 heures. DIRECTIVES 1. Répondre obligatoirement à la partie A (Électricité) qui porte sur la physique de secondaire IV. Il s agit d une question à développement qui requière une méthode de résolution de problème. Le contexte du problème est énoncé suivi de la question principale. Vous répondez sur le questionnaire dans les espaces prévus à cette fin au recto seulement. Vous pouvez utiliser les verso comme brouillons. 2. Répondre soit à la partie B (Mécanique), soit à la partie C (Optique), qui porte sur la physique de secondaire V. Votre choix entre les deux parties sera guidé par le fait que certaines écoles débutent le cours de physique de secondaire V par la mécanique, d autres par l optique. Les questions sont à choix multiples et n exigent généralement aucun calcul. Vous répondez en encerclant la lettre correspondant à votre choix sur la feuille-réponses. 3. Bonne chance! Raymond M Lamothe, IDENTIFICATION Nom : Tél. : Adresse : Ville : Code Postal : École secondaire :
PARTIE A : 2 CIRCUITS ÉLECTRIQUES ( / 50 points) 1. Un circuit série est composé de trois ampoules identiques (10 watts) branchées à une pile. Question : De quelle façon la brillance des ampoules se compare-telle avant et après que l on ferme l interrupteur? Prédiction : Réponse : Dites ce qui arrive (utilisez le symbole «_» pour une augmentation, «`» pour une diminution, ou «=» si ça demeure identique) lorsque l on ferme l interrupteur pour la brillance de chaque ampoule (A, B et C). ampoules A et B _ ; ampoule C ` à zéro ; car en fermant l interrupteur on fait un courcircuit de l ampoule C, le courant tombe à zéro dans l ampoule C ; donc la résistance équivalente du circuit diminue et le courant augmente dans les ampoules A et B. La brillance d une ampoule se mesure par la puissance dissipée dans l ampoule, donc la brillance des ampoules A et B va augmentée et celle de C diminuée à zéro. Problème à résoudre : Trouvez, par des calculs, le ou les paramètres spécifiques qui permettent de comparer les brillances des ampoules. Votre démarche de résolution de problème doit comporter les étapes suivantes : a. expliquez en vos mots quels paramètres vous voulez trouver et pourquoi ; Réponse : Lorsque l interrupteur est ouvert : je trouve la puissance totale dissipée par la source, les ampoules étant en série ; puis la résistance de chaque ampoule. Lorsque l interrupteur est fermé : je trouve la résistance équivalente des ampoules A et B en série ; puis la puissance totale dissipée par la pile dans les deux ampoules A et B, et dans chaque ampoule.
b. faites un ou des schémas clairs, et trouvez les résultats pertinents en associant chaque variable à votre schéma et utilisez des formules pertinentes (seules celles de l aide-mémoire sont autorisées) ; 3 Réponse : interrupteur ouvert P ouvert = P A + P B + P C = 10 W + 10 W + 10 W = 30 W R ouvert = V² / P ouvert = (9 V)² / (30 W) = 2,7 S R A = R B = R C = R ouvert / 3 = 2,7 S / 3 = 0,9 S ; car les trois ampoules sont en série interrupteur fermé (équivalent à enlever la branche contenant l ampoule C) R fermé = R A + R B = 2 0,9 S = 1,8 S P fermé = V² / R fermé = (9 V)² / (1,8 S) = 45 W P A = P B = ½ P fermé = ½ 45 W = 22,5 W ; car les résistances des deux ampoules A et B sont en série P C = 0 W. c. votre prédiction est-elle vérifiée? Réponse : ma prédiction est vérifiée puisque la puissance dissipée dans les ampoules est une mesure de la brillance de l ampoule, la brillance étant la fraction de la puissance électrique consommée par l ampoule qui est convertit en puissance lumineuse. Donc lorsque l interrupteur est fermé : ampoule A et ampoule B : brillance _ ; car la puissance augmente ampoule C : brillance ` ; car la puissance chute à 0.
PARTIE B : 4 MÉCANIQUE ( / 50 points) 2. En dépit d un vent très fort, un joueur de tennis envisage de frapper une balle de tennis avec sa raquette de sorte que la balle passe au-dessus du filet et atterrisse à l intérieur du terrain de son adversaire. Considérez les forces suivantes : 1. une force de gravité vers le bas ; 2. une force de frappe exercée par la raquette ; 3. une force exercée par l air. Laquelle ou lesquelles des forces ci-dessus s exerce(nt) sur la balle de tennis une fois qu elle n est plus en contact avec la raquette mais avant qu elle ne touche le sol? a. 1 seulement. b. 1 et 2. c. 1 et 3. d. 2 et 3. e. 1, 2 et 3. Réponse : c. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11.
5 PARTIE C : OPTIQUE ( / 50 points) 12. L observateur à O voit deux lignes légèrement espacées à travers une pièce de plastique en biais. Pour l observateur, les lignes apparaissent (choisissez toutes celles qui s appliquent) a. se décalent vers la droite. b. se décalent vers la gauche. c. les lignes s écartent l une de l autre. d. les lignes se rapprochent l une de l autre. e. exactement comme elles apparaîtraient sans la pièce Réponse : b. La réfraction à travers la pièce de plastique déplace les rayons lumineux vers la gauche. Puisque les rayons provenant des deux lignes se déplacent de la même distance, l espacement entre les deux lignes demeure le même. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21.
6 AIDE-MÉMOIRE Électricité :Loi d Ohm V = RAI ou U = RAI Conductance G = ; Résistance Circuit série V e = V 1 + V 2 + V 3 + ou U e = U 1 + U 2 + U 3 + I = I 1 = I 2 = I 3 = R e = R 1 + R 2 + R 3 + Circuit parallèle V e = V 1 = V 2 = V 3 = ou U e = U 1 = U 2 = U 3 = I = I 1 + I 2 + I 3 + Puissance fournie Puissance dissipée Mécanique : Vitesse moyenne MRUA v f = v i + aa)t )s = v i A)t + ½ aa)t² )s = ½ [v i + v f ]A)t v f ² = v i ² + 2aA)t Poids P = mag où g = 9,8 m/s² ou N/kg 2 e loi de Newton 3FP = maap Optique : Loi de réfraction n 1 Asin 2 1 = n 2 Asin 2 2 n air = n vide = 1 ; n eau = 1,33 ; n verre = 1,5 Équation des lentilles Équation des miroirs Mathématique : Loi des sinus Loi des cosinus A² = B² + C² - 2AABAcos a
7 FEUILLE-RÉPONSES Nom : Encerclez la lettre (a, b, c, d ou e) correspondant à votre choix. Cochez la case G de la partie (B ou C) que vous voulez qu on évalue. B - MÉCANIQUE : G 2. a b c d e 3. a b c d e 4. a b c d e 5. a b c d e 6. a b c d e 7. a b c d e 8. a b c d e 9. a b c d 10. a b c d e 11. a b c d e C - OPTIQUE : G 12. a b c d e 13. a b c d e 14. a b c d e 15. a b c d e 16. a b c d e 17. a b c d e 18. a b c d e 19. a b c d e 20. a b c d e 21. a b c d e