QCM physique, transferts thermiques, ondes, concours Avenir 2018.

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Répondre à 45 questions au choix parmi les 60 proposées. Sans cakculatrice.
Une seule réponse exacte par question ; chaque réponse exacte rapporte + 3 points ; chaque réponse fausse enlève 1 point.

Exercice 3. Expériences sur l'eau.
Dans cette partie, on s’intéresse aux échanges de chaleur entre un récipient en métal et une masse de 1L d’eau à pression atmosphérique. Le récipient contient une résistance électrique qui permet de faire passer l’eau d’une température de 20°C à une température de 60°C en 1 minute et 20 secondes. La résistance électrique est alimentée par un courant de 10 A et une tension de 200 V. On considèrera que la chaleur apportée par la résistance lors du chauffage de l’eau ne sert qu’à élever la température de l’eau.
La pression lors des expériences est celle de la pression atmosphérique.
Données : Capacité calorifique massique de l’eau : Cp = 4 kJ kg-1 K-1.
Masse volumique de l’eau : r = 1000 g/L
La puissance électrique absorbée par une résistance est entièrement transformée en chaleur.

36.  Les échanges énergétiques entre le récipient et l’eau se font majoritairement par :
A) conduction
B) convection. Vrai
C) radiation
D) rayonnement

37.  La variation d’énergie interne reçue par l’eau lors du transfert thermique est :
A) 60 J
B) . 160 J
C) 60 kJ
D) 160 kJ. Vrai.
 mCpDq = 1 x4 x(60-20) = 160 kJ.

38) Le flux thermique F est alors :
A) 2 kW. Vrai.
B) 60 kW
C) 80 kW
D). 160 kW.
Energie ( kJ) / durée (s) = 160 / 80 = 2 kW.

39. La puissance électrique fournie par la résistance électrique est :
A) 200 W.
B) 400 W.
C) 2000 W. Vrai.
D) 4000 W.
P = UI = 10 x 200 = 2 000 W.

40.  On définit la résistance thermique du récipient en fonction du flux et de la différence de température. Son unité est :
A) K W.
B) K J.
C) K W-1. Vrai.
D) K J-1.
Rth =  Dq / F. ( K W-1)

41. La résistance thermique est alors ici en SI (unité du système international) :
A) 0,02. Vrai.
B) 0,05.
C) 50.
D) 80 000.
Rth = Dq / flux = (60 -20) / 2000 = 40 / 2000 = 4 / 200 = 0,02
K W-1.

42. La Résistance thermique dépend de la conductivité thermique du matériau utilisée ( l = 1 W m-1 K-1, de son épaisseur e=0,3 mm et de sa surface S par la relation .Rth =
e  / ( lS). La valeur de la surface est donc :
A) 0,006 m2.
B)
0,01 m2.
C) 0,015 m2. Vrai.
D) 0,03 m2.
S = e  / (
Rth l)= 3 10-4 /0,02 = 1,5 10-2 m2.

43.  La température de l’eau est ensuite maintenue à 60°C grâce au fonctionnement de la résistance pendant plus d’une heure. On peut donc dire :
A) que le système {eau+résistance} est un système isolé
B) qu’il y a des échanges d’énergies entre le système {eau+résistance} et l’extérieur. Vrai.
C) qu’il n’y a pas d’échange d’énergie entre le système {eau+résistance} et l’extérieur
D) que l’eau change d’état

44. Au cours d’une autre expérience à pression atmosphérique, la température de l’eau passe progressivement de -10 °C à 110°C. Les changements d’état sont :
A) sublimation et vaporisation
B) fusion et vaporisation.Vrai.
C) sublimation et liquéfaction
D) fusion et liquéfaction





Exercice 4. Expériences sur le son et la lumière.
Moment de saxophone au-dessus de la Terre par Thomas Pesquet. On s’intéressera dans cette partie au son du La3 joué au saxophone et à la lumière traversant le hublot de la cabine spatiale.
Donnée : log(2) ~0,3.
45) Le son joué par le saxophone est une onde :
A) électromagnétique transversale
B) électromagnétique longitudinale
C) mécanique longitudinale. Vrai.
D) stationnaire.

46) En comparant ce son à celui d’un diapason émettant un La3, on observe sur le spectre fréquentiel de chacun :
A) les mêmes fréquences harmoniques
B) les mêmes fréquences fondamentales. Vrai.
C) les mêmes fréquences harmoniques et les mêmes fréquences fondamentales
D) des fréquences harmoniques identiques mais des fréquences fondamentales différentes

47) Sur l’analyse spectrale du son du La3 du saxophone, on trouve plusieurs pics :
A) d’intensité croissante
B) d’intensité constante
C) placés aléatoirement
D) dont la fréquence de chaque pic est un multiple entier de la fréquence fondamentale. Vrai.

48. L’intensité du son s’exprime en :
A) W m-2. Vrai.
B) W m-1.
C) W m.
D) W m2.

49) Si deux saxophones jouaient de façon identique en même temps, le niveau sonore en un point équidistant des deux instruments serait par rapport au niveau sonore créé par un seul saxophone :
A) le même
B) augmenté de +3 dB. Vrai
C) augmenté de +10 dB
D) doublé.
l = 10 log ( I / I0) ; I double et le niveau sonore croît de 10 log 2 = 3 dB.

50) La vitesse du son dans le vide est :
A) la même vitesse que celle dans l’air
B) une vitesse plus grande que celle dans l’air
C) une vitesse plus faible que celle dans l’air
D) nulle. Vrai.
Le son ne se propage pas dans le vide.




On s’intéresse maintenant aux rayonnements électromagnétiques appartenant au domaine du visible (l ) provenant du soleil et traversant le hublot de la cabine spatiale. On note D la distance entre le hublot et l’oeil de Thomas Pesquet.
51) Thomas Pesquet peut observer une décomposition de la lumière issue du soleil (ou irisation) par diffraction lors du passage de la lumière à travers le hublot contenant une rayure de largeur, noté a, si :
A) a ~ lVrai.
B) a << l.
C) a >> l.
D) a / l = 1.

52) La largeur L de la tâche centrale de diffraction, résultant du passage d’une onde de longueur d’onde  l à travers la rayure du hublot, s’exprime en fonction de l, a et D par :
A) L = l D /(2a).
B) 
L = 2 D / (la).
C) L = 2 l D /a. Vrai.
D) L=2 l /(Da).

53. Dans le cas de deux rayures sur le hublot séparées d’une distance b, une figure d’interférences peut être observée. L’interfrange i associée à la figure d’interférences d’une radiation de longueur d’onde l s’exprime :
A) i = l b / D.
B)
i = l D / b. Vrai.
C) i = bD / l.
D) i = l b /(2D).

54) Dans le cas d’interférences destructives, la différence de marche entre les ondes provenant des deux rayures qui interfèrent est :
A) nulle
B) d = n l avec n entier
C)
d = (n+1) l avec n entier
D)
d = (n +½) l avec n entier. Vrai.

55) L’énergie E associée à un rayon électromagnétique de longueur d’onde l dans le vide est :
A) E = h l /c . Vrai.
B) E = c l / h.
C) E = h c / l. Vrai.
D) E = l / (hc).

56)  La quantité de mouvement associée à un photon de longueur d’onde l dans le vide est :
A) p = m /c.
B) p = m c.
C) p = h l.
D) p = h / l. Vrai.

57)  Un laser est une source lumineuse. Son principe de fonctionnement repose sur :
A) l’émission spontanée
B) l’émission stimulée. Vrai.
C) l’émission non radiative.
D) l’absorption

58) Une des propriétés du rayonnement laser est d’être :
A) monochromatique. Vrai.
B) divergent
C) variable en longueur d’onde
D) aucune des réponses précédentes n’est correcte


La lumière issue d’une autre étoile que le soleil est observée par les instruments de la navette spatiale. Son spectre fait apparaître un décalage vers le rouge des raies observées par rapport aux raies spectrales des éléments connues.
59)
Le décalage vers le rouge est dû à :
A) l’effet De Broglie
B) l’effet Thomson
C) l’effet Doppler. Vrai.
D) l’effet Compton.

60) Le décalage vers le rouge indique que l’étoile :
A) est plus chaude
B) est plus froide
C) s’approche de nous
D) s’éloigne de nous. Vrai.



  

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