QCM Physique: ondes, mécanique, concours Orthoptie Bordeaux 2017.

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Les ondes : caractéristiques et propriétés.
Concernant les questions 1 à 3
Une pierre tombe dans un étang au temps t0 = 0, produisant des perturbations à la surface de l’eau. Deux points distants de 25 cm subissent la même perturbation avec un retard de 0,5 seconde. Un pêcheur se trouve sur l’eau à 5 m du point de chute de la pierre.
Question 1
Cocher la (ou les) proposition(s) exacte(s)
A - Des rides circulaires concentriques autour du point de chute de la pierre se forment à la surface de l’eau. Vrai.
B - Une onde progressive mécanique transversale se propage sur l’eau. Vrai.
C - Une onde progressive mécanique longitudinale se propage sur l’eau. Faux.
D - La propagation de l’onde s’accompagne de transport d’énergie. Vrai.
E - La propagation de l’onde s’accompagne de transport de matière. Faux.
Question 2
Cocher la (ou les) proposition(s) exacte(s)
A - La longueur d’onde de cette onde qui se propage à la surface de l’eau est de 50 cm. Faux.
B - La longueur d’onde de cette onde qui se propage à la surface de l’eau est de 25 cm. Vrai.
C - La célérité de cette onde est de 50 m.s-1. Faux.
0,25 / 0,5 =0,5 m /s.
D - La célérité de cette onde est de 1 m.s-1. Faux.
E - La célérité de cette onde est de 0,5 m.s-1. Vrai.
Question 3
Cocher la (ou les) proposition(s) exacte(s)
A - La perturbation crée sur l’eau atteint le pêcheur au bout de 5 s. Faux.
5 / 0,5 = 10 s.
B - La perturbation crée sur l’eau atteint le pêcheur au bout de 10 s. Vrai.
C - Le bouchon de la ligne du pêcheur s’éloigne du pêcheur en oscillant, quand l’onde l’atteint. Faux.
D - Le bouchon de la ligne du pêcheur est animé d’un mouvement oscillant vertical perpendiculaire au plan de l’eau, quand l’onde l’atteint. Vrai.
E - Aucune des propositions ci-dessus.
Concernant les questions 4 et 5.
Une source laser supposée ponctuelle émet un faisceau de lumière monochromatique de longueur d’onde l. Ce faisceau vient frapper un écran vertical et perpendiculaire à sa direction de propagation. On interpose, entre le laser et l’écran, une plaque percée d’un orifice. La distance entre la plaque percée et l’écran est D = 2,70 m.
On dispose de 4 plaques percées représentées ci-dessous avec a = 10-1 mm.
On obtient sur l’écran une image de diffraction représentée par le schéma ci-dessous :

Question 4
Cette image de diffraction a été obtenue avec :
Cocher la (ou les) proposition(s) exacte(s)
A - la plaque 1, Faux.
B - la plaque 2, Vrai.
C - la plaque 3, Faux.
D - la plaque 4. Faux.
E - Aucune des propositions ci-dessus.
Question 5
Cocher la (ou les) proposition(s) exacte(s)
A - La longueur d’onde de la lumière laser utilisée est de 39,7 µm. Faux.
l = a L / 2D = 10-4 x3,4 10-2 /(2 x2,7)~6,3 10-7 m ~630 nm.
B - La longueur d’onde de la lumière laser utilisée est de 1,24 µm Faux.
C - La longueur d’onde de la lumière laser utilisée est de 629 nm. Vrai.
D - La lumière laser utilisée est une lumière visible. Vrai.
E - La lumière laser utilisée est une lumière infrarouge (IR). Faux.



Concernant les questions 6 et 7.
L’onde porteuse d’une station de radio locale à Bordeaux a une fréquence de 100 MHz
On donne :
Célérité de la lumière dans la vide : c = 3.108 m.s-1
Constante de Planck : h = 6,6.10-34 J.s-1
1eV = 1,6.10-19 J
Question 6
Cocher la (ou les) proposition(s) exacte(s)
A - Cette onde est une onde électromagnétique. Vrai
B - La période de cette onde est de 10-2 s. Faux.
1 / (100 106) =10-8 s.
C - La période de cette onde est de 10-8 s. Vrai.
D - La longueur d’onde de cette onde est de 300 m. Faux.
3 108 /(100 106)=3 m.
E - La longueur d’onde de cette onde est de 3 m. Vrai.
Question 7
Cocher la (ou les) proposition(s) exacte(s)
A - Cette onde transporte de la matière. Faux.
B - L’énergie des rayonnements qui constituent cette onde est de 6,6.10-26 J. Vrai.
E = h n = 6,6 10-34 x108 =6,6.10-26 J
C - L’énergie des rayonnements qui constituent cette onde est de 0,41 eV. Faux.
6,6 10-26 /(1,6 10-19)=4,1 10-7 eV.
D - Cette onde peut être diffractée par une maison. Faux.
Les dimensions de la maison doivent être voisines de la longueur d'onde pour qu'il y ait diffraction.
E - Cette onde peut être diffractée par un trou de serrure. Faux.

Concernant les questions 8 et 9
L’effet Doppler
Un passant, arrêté sur un trottoir, voit arriver sur sa gauche une voiture de police équipée d’une sirène. La fréquence de l’onde sonore émise par la sirène est fE = 510 Hz. La voiture se rapproche du passant, passe devant lui puis s’éloigne sur sa droite avec une vitesse constante V.
Le son aigu perçu par le passant change au cours du déplacement de la voiture et devient de plus en plus grave quand elle s’éloigne.
La célérité du son dans l’air est appelée vS.
Question 8
Cocher la (ou les) proposition(s) exacte(s)
A - L’onde sonore considérée est une onde électromagnétique. Faux.
B - L’onde sonore est une onde périodique sinusoïdale. Vrai.
C - La différence de fréquence notée entre l’onde sonore émise et celle de l’onde sonore reçue par le passant est le résultat de l’effet Doppler. Vrai.
D - La fréquence de l’onde perçue par le conducteur du véhicule est de 510 Hz. Vrai.
E - La fréquence de l’onde perçue par le conducteur du véhicule est inférieure à 510 Hz. Faux.
Question 9A propos de la fréquence f perçue par le passant
Cocher la (ou les) proposition(s) exacte(s)
A - Quand la voiture arrive vers lui, f > 510 Hz. Vrai.
B - La fréquence f augmente quand la voiture s’éloigne. Faux ( un son plus grave  a une fréquence plus faible)
C - Quand la voiture se rapproche : f = (vS-V).fE. Faux ( formule non homogène).
D - Quand la voiture se rapproche : f = [vS / (vS-V) .fE. Vrai.
E - Quand la voiture s’éloigne est : f = [(vS+V) /vS .fE. Faux.
Lois et modèles
Concernant les questions 10 à 13.
Un parachutiste équipé, de masse totale 100 kg, saute d’un hélicoptère en vol stationnaire d’une altitude de 2000 m. Le saut se déroule en 3 phases.
Durant la 1ère phase, la vitesse du parachutiste passe de 0 à 150 km.h-1.
Les forces de frottements dues à l’air sont alors considérées comme négligeables.
2ème phase : le parachutiste déclenche l’ouverture de son parachute. Sa vitesse diminue alors rapidement jusqu’à atteindre 10 km.h-1.
Au cours de la 3ème phase, il conserve cette vitesse jusqu’à son atterrissage au sol.
On prendra la valeur du champ de pesanteur g = 9,8 m.s-2
Question 10
Phase 1 du saut
Cocher la (ou les) proposition(s) exacte(s) :
A - L’énergie mécanique du parachutiste équipé à l’instant où il quitte l’hélicoptère est égale à son énergie potentielle de pesanteur. Vrai.
B - L’énergie mécanique du parachutiste équipé à l’instant où il quitte l’hélicoptère est égale à son énergie cinétique. Faux.
C - L’énergie mécanique du parachutiste équipé à l’instant où il quitte l’hélicoptère est nulle. Faux.
D - L’énergie mécanique du parachutiste équipé à l’instant où il quitte l’hélicoptère est de 1,96.106 joules. Vrai.
mgh = 100 x9,8 x2000=1,96.106 joules.
E - Quand le parachutiste atteint la vitesse de 150 km.s-1, son énergie potentielle de pesanteur est égale à son énergie cinétique. Faux.
Ec = 0,5 mv2 =50 x(150 / 3,6)2 ~8,7 104 J.
Ep = Emécanique -EC =1,96 106 -8,7 104 ~1,9 106 J.



Question 11
Phase 1 du saut
Cocher la (ou les) proposition(s) exacte(s)
A - Au cours de cette phase le mouvement du parachutiste est uniforme. Faux ( la vitesse n'est pas constante ).
B - Au cours de cette phase le mouvement du parachutiste est uniformément accéléré. Vrai.
C - Le parachutiste atteint la vitesse de 150 km.h-1 après 88,7 m de chute. Vrai.
150 / 3,6 ~41,7 m /s. v2 = 2g z ; z =  41,72 /(2x9,8)~88,7 m.
D - Le parachutiste atteint la vitesse de 150 km.h-1 après 7,6 m de chute. Faux.
E - Quand il atteint la vitesse de 150 km.h-1, le parachutiste est à une altitude comprise entre 1900 et 1920 m. Vrai.

Question 12
Phase 3 du saut
Cocher la (ou les) proposition(s) exacte(s):
A - Au cours de cette phase le mouvement du parachutiste est uniforme. Vrai ( la vitesse est constante)
B - Au cours de cette phase le mouvement du parachutiste est uniformément varié. Faux.
C - La force de frottement exercée par l’air sur l’ensemble parachute-parachutiste est nulle. Faux ( les frottements compensent le poids)
D - La force de frottement exercée par l’air sur l’ensemble parachute-parachutiste est égale à 980 N. Vrai ( poids = mg = 100 x9,8)
E - La force de frottement exercée par l’air sur l’ensemble parachute-parachutiste est supérieure au poids. Faux.
Question 13
Phase 3 du saut
Cocher la (ou les) proposition(s) exacte(s)
A - L’énergie mécanique du parachutiste à l’instant où il va toucher le sol est égale à 5.103 J. Faux.
L'énergie mécanique est sous forme cinétique :0,5 mv2 avec v = 10 / 3,6 ~2,77 m/s. 50 x2,772 ~386 J.
B - L’énergie mécanique du parachutiste à l’instant où il va toucher le sol est égale à 392 J. Vrai.
C - L’énergie mécanique du parachutiste à l’instant où il va toucher le sol est égale à 1,9.106J. Faux.
D - L’énergie mécanique du parachutiste à l’instant où va toucher le sol est égale à son énergie potentielle de gravité. Faux.
E - Il y a eu conservation de l’énergie mécanique pendant toute la durée du saut. Faux.
L'énergie mécanique diminue du travail des frottements.

Concernant les questions 14 à 16.
Mouvement des satellites
De nombreux satellites gravitent autour de la terre et interviennent dans de nombreux domaines. Dans le référentiel géocentrique, on étudie un satellite artificiel S de masse mS qui gravite autour de la terre de masse MT (répartition de masse à symétrie centrale) à une altitude h. RT est le
rayon de la terre. Le satellite, supposé ponctuel, est en orbite circulaire géostationnaire autour de la terre.
Question 14
On propose 3 trajectoires hypothétiques pour S : 1, 2 et 3.


Cocher la (ou les) proposition(s) exacte(s)
A - Les 3 trajectoires sont possibles. Faux. ( la terre est l'un des foyers de la trajectoire)
B - Seule la trajectoire 1 est possible. Vrai ( le satellite géostationnaire est dans le plan équatorial)
C - Le satellite est immobile dans le référentiel choisi. Faux ( il paraît immobile pour un observateur terrestre).
D - Le mouvement du satellite est circulaire uniforme. Vrai.
E - Le vecteur accélération de S est un vecteur constant. Faux ( accélération centripète).

Question 15
A propos de la vitesse du satellite
Cocher la (ou les) réponse(s) exacte(s)
A - Elle varie avec sa masse. Faux.
B - La vitesse du satellite est donnée par la relation : v = [GMT /h]½. Faux.
C - La vitesse du satellite est donnée par la relation : v= [GMT /(RT+h)]½. Vrai.
D - La vitesse du satellite est donnée par la relation : v = (h+RT) / (GMT). Faux.
E - Aucune des propositions ci-dessus.

Question 16
Période et altitude du satellite.
Cocher la (ou les) proposition(s) exacte(s)
A - La période de révolution du satellite autour de la terre est proche de 24 heures. Vrai.
B - La période de révolution du satellite autour de la terre est proche de 7 jours. Faux.
C - La période de révolution du satellite autour de la terre est proche de 30 jours. Faux.
D - Les satellites géostationnaires gravitent tous à la même altitude h. Vrai ( environ 36 000 km).
E - Aucune des propositions ci-dessus.

Mouvements dans un champ uniforme
Concernant les question 17 à 21
Tube à RX
Les rayons X (RX) utilisés en imagerie médicale sont produits par interaction d’électrons accélérés avec les atomes d’une cible, dans un tube où règne un vide poussé. Les électrons y
sont produits et accélérés selon le même principe que celui utilisé dans un canon à électrons.
Un filament porté à haute température produit des électrons sans vitesse initiale. Ces électrons sont accélérés par un champ électrostatique uniforme E crée par une différence de
potentiel élevée U établie entre le filament (cathode) et la cible (anode) séparés d’une distance d. On négligera le poids de l’électron.
Données :
U = VA – VC = 100 kV
Charge élémentaire : e = 1,6.10-19 C. Masse de l’électron : m = 9,11.10-31 kg.

Question 17
Cocher la (ou les) proposition(s) exacte(s)
A - La valeur du champ électrostatique a pour expression : E = U.d. Faux ( E = U / d)
B - La valeur du champ électrostatique a pour expression : E = U / d. Vrai.
C - Les électrons sont soumis à l’action d’une force électrostatique : F = E / e. Faux.
D - Les électrons sont soumis à l’action d’une force électrostatique dessinée ci-dessus. Vrai.
E - La force électrostatique F est parallèle à E et dirigée de l’anode vers la cathode. Faux.
Question 18
Cocher (la ou les) proposition(s) exacte(s)
A - Les électrons restent au niveau de la cathode. Faux.
B - Les électrons sont mis en mouvement vers l’anode. Vrai.
C - La trajectoire des électrons est parabolique. Faux.
D - Les électrons subissent une accélération a constante telle que Faux.
E - Les électrons subissent une accélération a constante telle queVrai
Question 19
L’équation horaire x(t) du mouvement d’un électron dans le champ E est de la forme :
Cocher la (ou les) proposition(s) exacte(s)
A - x(t) = v.t avec v constante. Faux.
B - x(t) = a.t avec a constante. Faux.
C - x(t) =½vt2. Faux.
D - x(t) = 0,5 eE / m t2. Vrai.
E - Aucune des propositions ci-dessus.
Question 20
Sachant que la force électrostatique est une force conservatrice, l’énergie cinétique d’un électron lorsqu’il atteint la cible (anode) est de :
Cocher la (ou les) proposition(s) exacte(s)
A - 100 eV. Faux.
eU = 1,6 10-19 x105=1,6 10-14 J ou 105 eV ou 100 keV.
B - 1 keV. Faux.
C - 100 keV. Vrai.
D - 1,6.10-17 joules. Faux.
E - 1,6.10-14 joules. Vrai.
Question 21
Quand il atteint la cible, l’électron a une vitesse de :
Cocher la proposition la plus proche
A - 3,0.102 m.s-1.
0,5 mv2 = 1,6 10-14 ; v2 = 2x1,6 10-14 /(9,1 10-31) ~3,5 1016 ; v ~1,9 108 m/s.
B - 5,2.102 m.s-1.
C - 2,7.104 m.s-1.
D - 1,87.108 m.s-1. Vrai.
E - 3,5.108 m.s-1.


  

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