PREPARATION A L ORAL DE PHYSIQUE CCP

PREPARATION A L ORAL DE PHYSIQUE CCP La notice du concours est disponible à l adresse http://ccp.sceiconcours.fr/sccp.php?page=cpge/accueil_cpge.html&onglet=accueil Les rapports du jury sont disponibles à l adresse http://ccp.sceiconcours.fr/sccp.php?page=cpge/rapport/rapport_accueil_cpge.html&onglet=rapports. Page 1 sur 58

PREPARATION A L ORAL DE PHYSIQUE... 1 CCP... 1 Généralités... 5 Déroulement... 5 Quelques conseils... 5 Mécanique du point matériel... 7 Exercice MP 1 (CCP-I-5) : Bille dans un liquide... 7 Exercice MP 2 (CCP-I-6) :... 7 Exercice MP 3 (CCP-I-10) : Mise en orbite d un satellite... 8 Exercice MP 4 (CCP-I-17) : Mouvement dans un référentiel non galiléen... 9 Exercice MP 5 (CCP-III-8) : Décollement du toit d un igloo... 9 Exercice MP 6 (CCP-III-9) : Mobile attaché à un ressort en rotation... 10 Exercice MP 7 (CCP-III-14) : Pendule simple... 10 Exercice MP 8 (CCP-III-16) : Barrage... 10 Exercice MP 9 (CCP-IV) : Barrage... 10 Exercice MP 10 (CCP-III- 18) : Enroulement d un fil autour d un cylindre... 11 Mécanique des fluides... 12 Exercice MF 1 (CCP-I-4) : Fluide parfait en écoulement incompressible... 12 Exercice MF 2 (CCP-I-7) :Rotation d un récipient cylindrique... 12 Exercice MF 3 (CCP-I-9) : Ecoulement incompressible dans une conduite de section variable... 13 Exercice MF 4 (CCP-I-11) : Fonctionnement d une sonde... 13 Exercice MF 5 (CCP-I-14) : Tuyau d arrosage... 13 Exercice MF 6 (CCP-I-15) : Déplacement d un fluide incompressible... 14 Exercice MF 7 (CCP-III-2) : Oscillations d un liquide dans un tube en U... 14 Exercice MF 8 (CCP-III-5) : Ecoulement entre deux cylindres en rotation... 14 Exercice MF 9 (CCP-IV) : Modèle de la troposphère... 15 Exercice MF 10 (CCP) : Partie immergée d un iceberg... 16 Exercice MF 11 (CCP-IV) : Etude d un corps flottant... 16 Exercice MF 12 (CCP-IV-7) : Equilibre de trois liquides non miscibles... 16 Exercice MF 13 (CCP-IV-8) : Thermomètres différentiels à index de mercure... 17 Exercice MF 14 (CCP-V) : Ecoulement d une rivière... 17 Exercice MF 15 (CCP-VI) : Chute dans un fluide... 17 Optique géométrique... 18 Exercice OG 1 (CCP-I-9) : Lame de verre à faces parallèles... 18 Exercice OG 2 (CCP-I-13) : Lunette de Galilée... 18 Exercice OG 3 (CCP-I-19) : Système de deux lentilles... 19 Exercice OG 4 (CCP-III-19) : Cône de lumière... 19 Exercice OG 5 (CCP-IV-1) : Angle entre deux miroirs... 20 Exercice OG 6 (CCP-IV-2) : Rayon solaire sur nuage de glace... 20 Exercice OG 7 (CCP-IV-3) : Mesure d un indice par réfractométrie... 20 Exercice OG 8 (CCP-IV-4) : Formation d une image... 21 Exercice OG 9 (CCP-IV-5) : Fibre optique à saut d indice... 21 Optique ondulatoire... 22 Exercice OO 1 (CCP-I-2) : Interféromètre de Michelson... 22 Exercice OO 2 (CCP-VI) : Interféromètre de Michelson... 22 Exercice OO 3 (CCP-I-10) : Interféromètre de Michelson... 23 Exercice OO 4 (CCP-I-6) : Fentes de Young... 24 Exercice OO 5 (CCP-I-17) : Diffraction de la lumière... 25 Page 2 sur 58

Exercice OO 6 (CCP-I-24) : Réseau... 25 Exercice OO 7 (CCP-II-4) : Trous d Young et lentilles... 26 Exercice OO 8 (CCP-III-17) : Etoile double... 26 Exercice OO 9 (CCP-II-9) : Principe d Huygens-Fresnel et réfraction... 27 Exercice OO 10 (CCP-III-7) : Interféromètre de Fabry-Pérot... 27 Exercice OO 11 (CCP-III-20) : Miroir de Lloyd... 28 Electromagnétisme... 29 Exercice EM 1 (CCP-II-1) : Sphère chargée créant un champ de module constant... 29 Exercice EM 2 (CCP-IV) : Sphère chargée créant un champ de module constant... 29 Exercice EM 3 (CCP-I-1) : Induction électromagnétique... 30 Exercice EM 4 (CCP-I-3) : Induction électromagnétique... 30 Exercice EM 5 (CCP-I-12) : Induction électromagnétique... 31 Exercice EM 6 (CCP-I-13) Force de Laplace... 31 Exercice EM 7 (CCP-I-18) : Inductance propre et mutuelle... 31 Exercice EM 8 (CCP-I-19) : Cable coaxial... 32 Exercice EM 9 (CCP-I-21) : Tore ferromagnétique... 32 Exercice EM 10(CCP-I-22) : Effet Hall... 33 Exercice EM 11 (CCP-II-3) : Induction électromagnétique et conversion de puissance. 34 Exercice EM 12 (CCP-II-6) : Corde vibrante conductrice dans un champ magnétique.. 34 Exercice EM 13 (CCP V) : Charges volumiques et surfaciques... 34 Exercice EM 14 (CCP-V) : Champ au voisinage de l axe... 35 Exercice EM 15 (CCP-V) : Interaction champ gaz ionisé... 35 Exercice EM 16 (CCP-IV) : Boule chargée en volume... 35 Exercice EM 17 (CCP-IV) : Demi-sphère électrisée... 36 Exercice EM 18 (CCP-VI) : Ferromagnétisme... 36 Electricité - Electronique... 36 Exercice EL 1 (CCP-I-1) : Filtre actif... 36 Exercice EL 2 (CCP-I-8) : Etude d une ligne bifilaire... 37 Exercice EL 3 (CCP-III-3) : Etude d un filtre... 37 Exercice EL 4 (CCP-I-14) : filtre actif... 38 Exercice EL 5 (CCP-I-22) : Circuit comportant un amplificateur opérationnel... 39 Exercice EL 6 (CCP-II-8) : Relèvement d un facteur de puissance... 40 Exercice EL 7 (CCP-II-8) : Oscillateur du second ordre à trois amplificateurs opérationnels... 40 Exercice EL 8 (CCP-III-6) : Identification des paramètres d un circuit RLC série à partir d une courbe de résonance.... 41 Exercice EL 9 (CCP-III-4) : Caractérisation expérimentale d un régime sinusoidal... 41 Exercice EL 10 (CCP-III-11) : Fonctionnement d une lampe... 41 Exercice EL 11 (CCP-III-12) : Réponse fréquentielle d un filtre... 42 Exercice EL 12 (CCP-III-15) : Hacheur à liaison capacitive... 42 Exercice EL 13 (CCP-IV) : Ligne électrique d un trolley... 43 Exercice EL 14 (CCP-V) : Filtre linéaire ou non... 43 Exercice EL 15 (CCP-V) : Autour du montage intégrateur... 43 Exercice EL 16 (CCP-V) : Amélioration de l impédance d entrée... 44 Exercice EL 17 (CCP-V) : Asservissement en température d un composant électronique... 44 Thermodynamique... 44 Exercice T 1 (CCP-I-2) : Calorimétrie de l eau... 44 Exercice T 2 (CCP-I-12) : Mesure de γ... 45 Exercice T 3 (CCP-I-15) : Etude d un cycle... 45 Page 3 sur 58

Exercice T 4 (CCP-I-20) : Etude d un cycle... 46 Exercice T 5 (CCP-I-24) : Calorimétrie... 46 Exercice T 6 (CCP-IV-9) : Groupe de transformations du gaz parfait... 47 Exercice T 7 (CCP-IV-10) : Etude d une turbomachine... 47 Exercice T 8 (CCP-III-1) : Pompe à chaleur et source variable... 48 Exercice T 9 (CCP-IV) : Cycle de Carnot... 48 Exercice T 10 (CCP-IV) : Groupe de transformations du gaz parfait... 48 Exercice T 11 (CCP-IV) : Briquet à air... 48 Exercice T 12 (CCP-IV) : Autour du benzène... 49 Phénomène de transport... 49 Exercice PT 1 (CCP-I-20) : Diffusion d énergie... 49 Exercice PT 2 (CCP-III-10) : Survie en montagne... 49 Exercice PT 3 (CCP-III-13) : Double vitrage... 49 Exercice PT 4 (CCP-III-13) : Résistance thermique entre deux cylindres... 50 Ondes... 50 Exercice O 1 (CCP-I-5) :... 50 Exercice O 2 (CCP-I-16) : Ondes dans un solide... 51 Exercice O 3 (CCP-I-23) : Ondes dans un fluide... 51 Exercice O 4 (CCP-III-11) : Equation d onde d une corde verticale dans le champ de pesanteur... 51 Exercice O 5 (CCP-III-20) : Oscillations forcées le long d une corde... 52 Exercice O 6 (CCP-I-7) : Onde électromagnétique dans un fluide... 53 Exercice O 7 (CCP-V) : Décomposition en ondes circulaires... 53 Exercice O 8 (CCP-V) : Onde stationnaire unidimensionnelle... 53 Exercice O 9 (CCP-V) : Equation de dispersion... 54 Exercice O 10 (CCP-V) : Onde stationnaire unidimensionnelle... 54 Exercice O 11 (CCP-V) : Réflexion d une onde sur un plasma... 54 Exercice O 12 (CCP-II-7) : Guide d onde rectangulaire... 55 Exercice O 13 (CCP-V) : Onde plane progressive harmonique... 55 Exercice O 14 (CCP-V) : Onde harmonique et stationnaire... 56 Bilan sur des systèmes ouverts... 56 Exercice B 1 (CCP-I-21) : Bilan d énergie sur un système ouvert... 56 Exercice B 2 (CCP-II-2) : Bilan de quantité de mouvement sur un système ouvert)... 56 Exercice B 3 (CCP-V) : Accélération d un gaz dans une tuyère... 57 Les écoles utilisant la banque CCP... 58 Généralités... 58 Quelques conseils pour l entretien... 58 Page 4 sur 58

Déroulement Généralités L étudiant passe une heure dans la salle d interrogation, ce temps comporte la préparation sur table, la présentation orale et aussi la partie administrative (en pratique le candidat dispose de 25 à 30 minutes de préparation et 25 à 30 minutes de présentation). Durant ce temps, le candidat a deux exercices à traiter : un exercice de physique de deuxième année couplé soit avec un exercice de physique de première année, soit avec un exercice de chimie pouvant porter sur les notions de première comme de seconde année. Un candidat sur deux a un exercice de chimie à traiter, une impasse est donc non envisageable. Ensuite, le candidat est libre de choisir l ordre de présentation des exercices. Il est cependant recommandé de consacrer autant de temps à chacun des exercices proposés, ces derniers ayant un «poids» comparable. La calculatrice personnelle du candidat n est autorisée que pendant l exposé au tableau. Le but de la préparation n'est pas de résoudre entièrement les exercices, mais de mettre au point une stratégie de résolution et de rassembler les éléments du cours nécessaires à la résolution des exercices (Rapport du jury 2012). Quelques conseils Commencer par lire très attentivement l'énoncé des exercices ; il faut avoir étudié les deux sujets pendant la préparation, mais une lecture trop rapide risque de mener à une impasse et de vous faire perdre un temps précieux. L'interrogation comporte deux exercices qui doivent être traités tous les deux. Même si le candidat est mal à l'aise sur un des thèmes proposés, il est fortement conseillé de consacrer le même temps à chaque planche lors de la préparation. En effet, il faut s'approprier les deux sujets de façon à gagner en réactivité lors des indications éventuelles de l'examinateur. D'autre part, certains candidats ne lisent pas correctement les énoncés qui contiennent parfois des informations utiles pour traiter l'exercice. Certains sujets sont très progressifs et particulièrement détaillés. Ils peuvent alors paraître longs au premier coup d'oeil, mais ne doivent pas déstabiliser les candidats (Rapport du jury 2010). La gestion du temps est du seul fait des candidats et fait aussi partie des critères d'évaluation ; a ce titre le candidat doit posséder une montre (Rapports du jury 2011 & 2012). Rappelez-vous qu'un oral est un échange avec l'examinateur à l'issue duquel ce dernier va vous attribuer une note. Vous devez donc mettre en valeur vos connaissances et votre réflexion, en profitant des indications éventuellement fournies par le jury, sans les solliciter cependant. Différentes compétences sont évaluées. L'ancrage de cet oral dans le concret évalue le sens physique des candidats, des questions d'ordre expérimental jugent de leur sens pratique, des démonstrations de cours testent leurs connaissances (Rapport du jury 2010). L'oral est l'occasion pour les examinateurs de gratifier d'autres compétences que les simples connaissances scientifiques. Une bonne expression orale, une certaine réactivité face aux questions, de la rigueur et du sens critique dans l'exposé ainsi qu'un minimum d'autonomie, sont autant de qualités recherchées chez de futurs ingénieurs (Rapport du jury 2010). Pour gagner en efficacité, il faut éviter de raconter l'énoncé en début d'interrogation, d'écrire des phrases complètes au tableau. Inversement, ne rentrez pas dans l'excès inverse qui consiste à communiquer sous forme de sigles (Rapport du jury 2010). C'est le candidat et non l'examinateur qui donne le rythme de l'exposé. Il est donc inutile d'attendre l'approbation de l'examinateur entre chaque question. D'autre part, la réponse : «Je ne sais pas!» est parfois la meilleure, il est important de connaître ses limites (Rapports du jury 2011 & 2012). L'examinateur est là pour évaluer vos compétences en physique et en chimie, mais il va apprécier d'autres qualités, et ce, dès le début de l interrogation. La présentation des exercices doit être l'occasion, pour le candidat, de mettre en valeur l'ensemble de ses compétences (Rapport du jury 2011). Page 5 sur 58

Les points essentiels indépendants de vos connaissances que l examinateur va pouvoir apprécier sont : - votre apparence extérieure et votre attitude ; - votre expression orale (veillez notamment à votre vocabulaire) ; Une épreuve orale n'est pas une épreuve écrite bis faite au tableau. Les examinateurs sont sensibles à la qualité de l'exposé, à la clarté des explications et au dynamisme du candidat (Rapports du jury 2011 et 2012). La clarté de l exposé qui passe par la connaissance du vocabulaire et l emploi des termes appropriés sont appréciés (rapport du jury 2012). - votre capacité d'organisation (organisation du tableau, organisation du temps) ; La construction de schémas nécessaires à la compréhension des phénomènes et à l introduction des grandeurs algébriques (intensité, longueur...) ou vectorielles (forces...) est vivement recommandée (Rapports du jury 2011 & 2012). Nous conseillons vivement aux candidats de commencer par l'exercice qu'ils maîtrisent le mieux (Rapport du jury 2010). En outre, lors de la présentation, le candidat doit commencer par exposer les parties qu il maitrise et non appliquer une pseudo tactique qui consisterait à terminer par «une bonne impression» et donc commencer par ce qui n est pas maitrisé (Rapport du jury 2012). Il est déconseillé de picorer quelques questions sur les deux énoncés. Si cette attitude est parfois payante à la fin d'une épreuve écrite, elle est contre-productive et pénalisante à l'oral (Rapport du jury 2010). - votre enthousiasme et votre capacité à prendre des initiatives, notamment votre volonté de présenter un maximum de résultats (n'hésitez pas à passer sur des questions si vous avez des choses à dire sur la fin d'un exercice) ; N'attendez pas non plus sans cesse l'approbation de l'examinateur, et ne cédez pas à la panique par exemple en effaçant votre tableau si l'on vous demande de détailler une étape ou de revenir sur un point (Rapport du jury 2010). - votre bon sens (signalez tout résultat aberrant sans attendre que l'examinateur vous le fasse remarquer) ; Surtout, ne plaquez pas un résultat manifestement faux et démuni de sens en guise de réponse à une question alors que vous savez souvent faire ou partiellement faire quand on vous fait raisonner! En bref, restez honnête, réfléchi et posé (Rapport du jury 2010). Les examinateurs accordent une importance notable à l'analyse de la situation physique proposée. Les calculs ne doivent servir qu'à quantifier un résultat mais ne peuvent en aucun cas se substituer à une explication (Rapport du jury 2011). Les élèves ont du mal à déterminer sans calculatrice un ordre de grandeur. Celui-ci ne doit comporter qu'un seul chiffre significatif. Par ailleurs, nous rappelons qu'une évaluation n'est pas une fin en soi. Un commentaire physique, une critique ou un rapprochement avec une situation analogue est toujours bienvenu (Rapport du jury 2010). Les élèves ont toujours du mal à donner un ordre de grandeur ou à effectuer une application numérique avec une précision de l'ordre de 5% à 10%. Il est étonnant de trouver des candidats démunis devant une évaluation à 5% ou à 10 % près du type 10/π, voire même 1/5 (Rapport du jury 2009). D'un point de vue technique, il serait bon de savoir intégrer u /u n et d'avoir compris que la fonction 10 x est la fonction réciproque de log(x) et inversement (Rapport du jury 2010). - votre capacité à dialoguer avec l'examinateur, notamment votre capacité à exploiter les indications fournies ; Il est nécessaire d'argumenter et de justifier une affirmation. L'application d'un théorème ne peut se faire qu'après avoir rappelé les hypothèses nécessaires (rapport du jury 2011). La clarté de l'exposé qui passe par la connaissance du vocabulaire, et l'emploi des termes appropriés sont appréciés. Il faut aussi savoir nommer les lois que l'on utilise (Rapport du jury 2011) Vous devez sortir de votre interrogation en vous disant que vous avez fait le maximum. Pensez bien qu'un tout petit plus par rapport à d'autres candidats peut s'avérer très payant! Pour conclure, vous pouvez lire les introductions des différents rapports de jurys que l'on trouve sur le site du concours. Vous comprendrez alors ce que l'on attend de vous et vous assimilerez ainsi comment facilement faire de votre oral un véritable atout! Page 6 sur 58

Mécanique du point matériel Exercice MP 1 (CCP-I-5) : Bille dans un liquide Exercice MP 2 (CCP-I-6) : Page 7 sur 58

Exercice MP 3 (CCP-I-10) : Mise en orbite d un satellite Page 8 sur 58

Exercice MP 4 (CCP-I-17) : Mouvement dans un référentiel non galiléen Exercice MP 5 (CCP-III-8) : Décollement du toit d un igloo Page 9 sur 58

Préparation à l oral de physique de CCP Exercice MP 6 (CCP-III-9) : Mobile attaché à un ressort en rotation Exercice MP 7 (CCP-III-14) : Pendule simple Exercice MP 8 (CCP-III-16) : Barrage Exercice MP 9 (CCP-IV) : Barrage Un barrage peut être assimilé à une construction dont la coupe transversale est un triangle de base OA = 8,0 m et d'angle = 60,0. Sa longueur est L = 200 m (selon Oy). Page 10 sur 58

a) En assimilant les matériaux de sa construction à un solide homogène de masse volumique µ b = 2 000 kg. m -3, calculer le poids du barrage (g = 9,81 m.s -2 ). b) Le barrage permet de réaliser une retenue d'eau comprise entre les plans z = 0 e t z = H = 7, 0 m. L'eau est assimilée à un liquide homogène incompressible de masse volumique µ e = 1 000 kg.m -3 en équilibre dans un référentiel galiléen. La pression de l'air est P air = 10 5 Pa. Donner l'expression de la pression P en un point M de cote z situé dans l'eau en fonction de P air, µ e, g, H et z. c) Exprimer la force de pression élémentaire exercée sur une surface élémentaire L.dz du barrage. d) En déduire la résultante des forces de pression qu'exerce l'eau sur le barrage. Calculer sa valeur. e) Quelle(s) autre(s) force(s) explique(nt) l'équilibre du barrage? Exercice MP 10 (CCP-III- 18) : Enroulement d un fil autour d un cylindre Page 11 sur 58

Mécanique des fluides Exercice MF 1 (CCP-I-4) : Fluide parfait en écoulement incompressible Exercice MF 2 (CCP-I-7) :Rotation d un récipient cylindrique Page 12 sur 58

Exercice MF 3 (CCP-I-9) : Ecoulement incompressible dans une conduite de section variable Exercice MF 4 (CCP-I-11) : Fonctionnement d une sonde Exercice MF 5 (CCP-I-14) : Tuyau d arrosage Page 13 sur 58

Exercice MF 6 (CCP-I-15) : Déplacement d un fluide incompressible Exercice MF 7 (CCP-III-2) : Oscillations d un liquide dans un tube en U Exercice MF 8 (CCP-III-5) : Ecoulement entre deux cylindres en rotation Page 14 sur 58

Exercice MF 9 (CCP-IV) : Modèle de la troposphère Selon le modèle de l'«atmosphère Standard Internationale» (A.S.I), on admet que dans la troposphère (entre 0 et 11 km d'altitude) la température T varie avec l'altitude z selon une loi de la forme : T = T0 + Az, où T0 est la température au sol et A une constante. L'air est assimilé à un gaz parfait (M = 29,0 g. mol -1 ). a) Établir la loi de variation P(z). b) Application numérique : calculer la température T1 et la pression P1 à 11 km d'altitude. Données numériques : au sol, t0 = 15,0 C, P0 = 101 325 Pa; champ de pesanteur uniforme g = 9,80 m. s -2 Page 15 sur 58

dt = - 6,50 K.km -1 ; R = 8,314 J.K -l.mol -1. dz Exercice MF 10 (CCP) : Partie immergée d un iceberg Considérons un iceberg de volume total V flottant sur l'eau. Soit v le volume de la partie émergée. Déterminer le rapport v/v. On donne les masses volumiques respectives de l'eau, de la glace et de l'air : ρ e = 1.10 3 kg.m -3 ; ρ g = 0,9.10 3 kg.m -3 ; ρa = l kg.m -3. Exercice MF 11 (CCP-IV) : Etude d un corps flottant Dans un verre ABCD de forme cylindrique, de masse m à vide, de hauteur intérieure H et de sections intérieure s et extérieure S. On remplit complètement ce verre (fig 27) avec de l eau puis on ferme la main la surface libre AD pour le retourner sur une cuve à eau (fig 28) en l enfonçant d une hauteur h. Exercice MF 12 (CCP-IV-7) : Equilibre de trois liquides non miscibles Page 16 sur 58

Exercice MF 13 (CCP-IV-8) : Thermomètres différentiels à index de mercure Exercice MF 14 (CCP-V) : Ecoulement d une rivière Exercice MF 15 (CCP-VI) : Chute dans un fluide Page 17 sur 58

Optique géométrique Exercice OG 1 (CCP-I-9) : Lame de verre à faces parallèles Exercice OG 2 (CCP-I-13) : Lunette de Galilée Page 18 sur 58

Exercice OG 3 (CCP-I-19) : Système de deux lentilles Exercice OG 4 (CCP-III-19) : Cône de lumière Page 19 sur 58

Exercice OG 5 (CCP-IV-1) : Angle entre deux miroirs Exercice OG 6 (CCP-IV-2) : Rayon solaire sur nuage de glace Les cirrus sont des nuages formés de petits cristaux de glace cylindriques de section hexagonale régulière. L indice de la glace vaut n = 1,31 et l indice de l air vaut n a = 1. Le rayon solaire appartient à un plan de section principale ABCDEF du cristal cylindrique et il arrive sous une incidence i variable entre A et B (fig 43). On considère les phénomènes de réfraction). Le rayon sortant de la face DE est-il dévié par rapport à son incidence sur AB? Montrer qu il ne peut y avoir émergence de la face BC de la part d un rayon incident sur AB. Exercice OG 7 (CCP-IV-3) : Mesure d un indice par réfractométrie Page 20 sur 58

Exercice OG 8 (CCP-IV-4) : Formation d une image Exercice OG 9 (CCP-IV-5) : Fibre optique à saut d indice Une fibre optique à saut d indice (représentée sur la figure ci-dessous) est formée d un cœur cylindrique en verre d axe Ox, de diamètre 2a et d indice nc, entouré d une gaine optique d indice ng légèrement inférieur à nc. Un rayon situé dans le plan Oxy entre dans la fibre au point O avec un angle d incidence θ. 1 A quelle condition sur i, angle d incidence à l interface cœur/gaine, le rayon restet-il confiné à l intérieur du cœur? On note i L l angle d incidence limite. Faire un dessin du trajet ultérieur du rayon en faisant apparaître plusieurs réflexions. 2 Montrer que la condition précédente est vérifiée si l angle d incidence θ est inférieur à un angle limite θ L tel que sin θ L = nc cos i L. En déduire l expression de l ouverture numérique ON de la fibre, définie par ON = sinθ L, en fonction de nc et ng uniquement. 3 Donner la valeur numérique de ON pour nc = 1, 500 et ng = 1, 470. 4 Exprimer la vitesse de propagation de la lumière dans le cœur de la fibre en fonction de la vitesse de la lumière dans le vide, notée c, et l indice nc du cœur. On considère une fibre optique de longueur L. Le rayon entre dans la fibre avec un angle d incidence θ variable compris entre 0 et θ L. 5 Quel est le rayon qui traverse le plus rapidement la fibre? Calculer la durée de parcours τ 1 de ce rayon. 6 Quel est le rayon qui met le plus de temps à traverser la fibre? Calculer la durée de parcours τ 2 de ce rayon en fonction de L, c, nc et sini L. 7 En déduire l intervalle de temps δ τ entre le temps de parcours minimal et maximal en fonction de L, c, nc et ng. Page 21 sur 58

On injecte à l entrée de la fibre une impulsion lumineuse de durée t 0 formée par un faisceau de rayons ayant un angle d incidence compris entre 0 et θ L. La figure ci-dessous représente l allure du signal lumineux en fonction du temps. 8 Reproduire la figure en ajoutant à la suite l allure du signal lumineux à la sortie de la fibre. Quelle durée a approximativement l impulsion lumineuse en sortie de fibre? Si le rayon de la fibre est trop petit, le modèle de l optique géométrique, utilisé jusqu à présent, n est plus valable : on ne peut plus décrire la propagation de la lumière avec de simples rayons lumineux. Il faut alors traiter la lumière comme une onde. 9 Indiquer un phénomène relatif à la lumière mettant en évidence son caractère ondulatoire. Optique ondulatoire Exercice OO 1 (CCP-I-2) : Interféromètre de Michelson Exercice OO 2 (CCP-VI) : Interféromètre de Michelson Page 22 sur 58

Exercice OO 3 (CCP-I-10) : Interféromètre de Michelson Page 23 sur 58

Exercice OO 4 (CCP-I-6) : Fentes de Young Page 24 sur 58

Exercice OO 5 (CCP-I-17) : Diffraction de la lumière Exercice OO 6 (CCP-I-24) : Réseau Page 25 sur 58

Exercice OO 7 (CCP-II-4) : Trous d Young et lentilles Exercice OO 8 (CCP-III-17) : Etoile double Page 26 sur 58

Exercice OO 9 (CCP-II-9) : Principe d Huygens-Fresnel et réfraction Exercice OO 10 (CCP-III-7) : Interféromètre de Fabry-Pérot Page 27 sur 58

Exercice OO 11 (CCP-III-20) : Miroir de Lloyd Page 28 sur 58

Electromagnétisme Exercice EM 1 (CCP-II-1) : Sphère chargée créant un champ de module constant Exercice EM 2 (CCP-IV) : Sphère chargée créant un champ de module constant Page 29 sur 58

Exercice EM 3 (CCP-I-1) : Induction électromagnétique Exercice EM 4 (CCP-I-3) : Induction électromagnétique Page 30 sur 58

Exercice EM 5 (CCP-I-12) : Induction électromagnétique Exercice EM 6 (CCP-I-13) Force de Laplace Exercice EM 7 (CCP-I-18) : Inductance propre et mutuelle Page 31 sur 58

Exercice EM 8 (CCP-I-19) : Cable coaxial Exercice EM 9 (CCP-I-21) : Tore ferromagnétique Page 32 sur 58

Exercice EM 10(CCP-I-22) : Effet Hall Page 33 sur 58

Exercice EM 11 (CCP-II-3) : Induction électromagnétique et conversion de puissance Exercice EM 12 (CCP-II-6) : Corde vibrante conductrice dans un champ magnétique Exercice EM 13 (CCP V) : Charges volumiques et surfaciques Page 34 sur 58

Exercice EM 14 (CCP-V) : Champ au voisinage de l axe Exercice EM 15 (CCP-V) : Interaction champ gaz ionisé Exercice EM 16 (CCP-IV) : Boule chargée en volume Une sphère de centre O, rayon R, est chargée avec une densité volumique uniforme ρ > 0. 1 ) 2 ) La sphère précédente notée 1 comporte une cavité sphérique, de centre O 2, de rayon R 2 toute incluse dans la sphère (O 1, R 1 ). Exprimer le champ électrique en un point M de la cavité. Page 35 sur 58

Exercice EM 17 (CCP-IV) : Demi-sphère électrisée Exercice EM 18 (CCP-VI) : Ferromagnétisme Electricité - Electronique Exercice EL 1 (CCP-I-1) : Filtre actif Page 36 sur 58

Exercice EL 2 (CCP-I-8) : Etude d une ligne bifilaire Exercice EL 3 (CCP-III-3) : Etude d un filtre Page 37 sur 58

Exercice EL 4 (CCP-I-14) : filtre actif Page 38 sur 58

Exercice EL 5 (CCP-I-22) : Circuit comportant un amplificateur opérationnel Page 39 sur 58

Exercice EL 6 (CCP-II-8) : Relèvement d un facteur de puissance Exercice EL 7 (CCP-II-8) : Oscillateur du second ordre à trois amplificateurs opérationnels Page 40 sur 58

Exercice EL 8 (CCP-III-6) : Identification des paramètres d un circuit RLC série à partir d une courbe de résonance. Exercice EL 9 (CCP-III-4) : Caractérisation expérimentale d un régime sinusoidal Exercice EL 10 (CCP-III-11) : Fonctionnement d une lampe Page 41 sur 58

Exercice EL 11 (CCP-III-12) : Réponse fréquentielle d un filtre Exercice EL 12 (CCP-III-15) : Hacheur à liaison capacitive Page 42 sur 58

Exercice EL 13 (CCP-IV) : Ligne électrique d un trolley Exercice EL 14 (CCP-V) : Filtre linéaire ou non Exercice EL 15 (CCP-V) : Autour du montage intégrateur Page 43 sur 58

Exercice EL 16 (CCP-V) : Amélioration de l impédance d entrée Exercice EL 17 (CCP-V) : Asservissement en température d un composant électronique Thermodynamique Exercice T 1 (CCP-I-2) : Calorimétrie de l eau Page 44 sur 58

Exercice T 2 (CCP-I-12) : Mesure de γ Exercice T 3 (CCP-I-15) : Etude d un cycle Page 45 sur 58

Exercice T 4 (CCP-I-20) : Etude d un cycle Exercice T 5 (CCP-I-24) : Calorimétrie Page 46 sur 58

Exercice T 6 (CCP-IV-9) : Groupe de transformations du gaz parfait Exercice T 7 (CCP-IV-10) : Etude d une turbomachine Page 47 sur 58

Exercice T 8 (CCP-III-1) : Pompe à chaleur et source variable Exercice T 9 (CCP-IV) : Cycle de Carnot Un fluide (gaz parfait) décrit un cycle réversible constitué par : AB : détente isotherme à T 2 ; BC : adiabatique de T 2 à T l > T 2 ; CD : compression isotherme à T l ; DA : adiabatique de T l à T 2. a) Représenter un tel cycle en coordonnées de Clapeyron (P. V) ou en diagramme entropique (T, S). S'agit-il d'un cycle type moteur thermique ou type pompe à chaleur? Comparer les aires des deux représentations du cycle. b) Définir l'efficacité e d'un tel système. La calculer par méthode graphique. Dépend-elle de la nature du fluide? Exercice T 10 (CCP-IV) : Groupe de transformations du gaz parfait Exercice T 11 (CCP-IV) : Briquet à air Page 48 sur 58

Exercice T 12 (CCP-IV) : Autour du benzène Phénomène de transport Exercice PT 1 (CCP-I-20) : Diffusion d énergie Exercice PT 2 (CCP-III-10) : Survie en montagne Exercice PT 3 (CCP-III-13) : Double vitrage Page 49 sur 58

Exercice PT 4 (CCP-III-13) : Résistance thermique entre deux cylindres Ondes Exercice O 1 (CCP-I-5) : Page 50 sur 58

Exercice O 2 (CCP-I-16) : Ondes dans un solide Exercice O 3 (CCP-I-23) : Ondes dans un fluide Exercice O 4 (CCP-III-11) : Equation d onde d une corde verticale dans le champ de pesanteur Page 51 sur 58

Exercice O 5 (CCP-III-20) : Oscillations forcées le long d une corde Page 52 sur 58

Exercice O 6 (CCP-I-7) : Onde électromagnétique dans un fluide Exercice O 7 (CCP-V) : Décomposition en ondes circulaires Exercice O 8 (CCP-V) : Onde stationnaire unidimensionnelle Page 53 sur 58

Exercice O 9 (CCP-V) : Equation de dispersion Exercice O 10 (CCP-V) : Onde stationnaire unidimensionnelle Exercice O 11 (CCP-V) : Réflexion d une onde sur un plasma Page 54 sur 58

Exercice O 12 (CCP-II-7) : Guide d onde rectangulaire Exercice O 13 (CCP-V) : Onde plane progressive harmonique Page 55 sur 58

Exercice O 14 (CCP-V) : Onde harmonique et stationnaire Bilan sur des systèmes ouverts Exercice B 1 (CCP-I-21) : Bilan d énergie sur un système ouvert Exercice B 2 (CCP-II-2) : Bilan de quantité de mouvement sur un système ouvert) Page 56 sur 58

Exercice B 3 (CCP-V) : Accélération d un gaz dans une tuyère Page 57 sur 58

Les écoles utilisant la banque CCP Généralités Certaines écoles utilisent les écrits du concours CCP mais organisent ensuite leurs propres épreuves d admission. Les modalités pour chaque école sont indiquées dans la notice du concours disponible à l adresse http://ccp.sceiconcours.fr/sccp.php?page=cpge/accueil_cpge.html&onglet=accueil. Parmi ces écoles, seule l école spéciale militaire organise un oral de physique spécifique (l école de l air utilise l oral de physique de CCP) comportant une question de cours et un exercice. Les modalités exactes de cet oral et des exemples de questions de cours et d exercices sont disponibles à l adresse http://www.formation.terre.defense.gouv.fr/pj/documents/votreespace/documentation/esm 2013/01_CONCOURS_Scientifiques_ESM_2013/08_Rapport_du_jury_SCIENCES_ESM_2 012.pdf. Ces écoles utilisent un entretien comme épreuve orale d admission. La forme de cet entretien est très variable d une école à l autre : entretien de personnalité, basé sur un texte scientifique ou littéraire en français ou en anglais. La forme exacte de chacun de ces entretiens est précisée dans la notice du concours disponible à l adresse http://ccp.sceiconcours.fr/sccp.php?page=cpge/accueil_cpge.html&onglet=accueil. Il peut être également utile de consulter les sites des écoles. Quelques conseils pour l entretien Un entretien se prépare en consultant le site de l école pour voir l enseignement qu elle propose, les options qu il est possible de suivre Il est important de suivre l actualité (en particulier scientifique mais pas uniquement) durant les deux à trois semaines précédant l entretien. Ce ne sont plus des compétences disciplinaires mais bien plus des compétences personnelles qui sont recherchées : n interrompez pas vos interlocuteurs ; soyez modéré dans vos propos, tant dans le langage que dans l intensité sonore ; assumez vos opinions et défendez-les sans vous braquer ; prenez conscience que vos opinions ne sont pas des vérités ; si vous vous retrouvez enfermé dans une contradiction, avouez humblement que vous n aviez pas vu les choses sous cet angle et que cela mérite une plus grande réflexion. Au point de vue communication «pure» : souriez ; regardez tous les membres du jury, sans en privilégier aucun ; ne soyez pas avachi sur la chaise, tenez vous droit ; prenez votre place mais pas toute la place ; mettez vos mains au dessus de la table. Page 58 sur 58