Série A - Sciences Physiques

BACCALAUREAT DE L’ENSEIGNEMENT GENERAL – MADAGASCAR

Série : A -  SESSION 2001 – Obligatoire

 

Epreuve de : Sciences Physiques

Durée : 2 heures  15 minutes 

 

Exercice - 1               ( 7 points)

 

On réalise une expérience d’interférences lumineuses avec le dispositif d’Young, en utilisant une lumière monochromatique de longueur d’onde 1 = 0,52 m. La fente-source F éclaire deux fentes fines identiques F1 et F2 situées dans un plan vertical et distantes de F1F2 = a = 2mm.

Un écran d’observation (E) est placé à 150 cm du plan contenant F1 et F2 et parallèlement à celui-ci.

1.     a- Décrire et expliquer le phénomène observé sur l’écran (E).                                               (1,5 ; 1,0)

b-  Quelle conclusion peut-on en tirer quant à la nature de la lumière ?                                   (0,5 ; 0,5)

2. Définir et calculer l’interfrange i.                                                                                                  (1,5 ; 1,0)

3. La frange centrale brillante est d’ordre zéro.

Calculer la distance séparant la troisième frange brillante à gauche de la frange centrale et la deuxième frange noire à droite de cette frange centrale.                                                                                (1,5 ; 1,0)

4. La fente-source F émet maintenant une radiation monochromatique de longueur d’onde

2 = 0,65m.

A quelle distance de cette fente-source F doit-on placer l’écran d’observation (E) pour que l’interfrange i’ obtenu avec ce dispositif soit égal à l’interfrange i de la question 2 ?

La distance entre la fente-source F et le plan contenant F1 et F2 est égale à 50 cm.                 (2,1,5)

POUR A2 SEULEMENT :

5. La fente-source F émet simultanément les deux radiations de longueurs d’onde l1 = 0,52 m et

l2 = 0,65 m. On remet l’écran (E) à la position où il est distant de 150 cm du plan contenant F1 et F2.

A quelle distance de la frange centrale aura lieu la première coïncidence des franges brillantes des deux systèmes de franges obtenus ?                                                                                     (      ; 2,0)

Exercices - 2                         ( 7 points)

 

L’extrémité mobile d’un vibreur porte une fourche munie de deux pointes en contact avec la surface libre d’un liquide au repos aux points O1 et O2. Les ondes sinusoïdales transversales issues de O1 et de O2 se propagent, sans amortissement et sans réflexion, dans toutes les directions, sur la surface libre du liquide.

Les équations horaires des mouvements de O1 et O2 sont :

(t) = (t) = 2.10-3  sin(120 pt) (en mètre)

1.  a- Quel phénomène physique obtient-on à la surface libre du liquide ?                     (0,5 ; 0,5)

     b- Calculer la fréquence des mouvements vibratoires.                                              (1,0 ; 0,5)

2. Calculer la longueur d’onde sachant que la célérité de propagation des ondes à la surface du liquide est de 0,36 m.s-1.                                                                                                         (1,0 ; 1,0)

3.  a- Donner l’équation horaire yM(t) du mouvement d’un point M situé à la  distance d1 = O1M de O1 et à la distance d2 = O2 M de O2 .                                                                              (1,5 ; 1,0)

     b-  Applications numériques

Déterminer les amplitudes des mouvements des points P et Q si :

O1P = 6 mm  et         O2P =   9 mm

O1Q = 5 mm  et         O2Q = 11 mm.

En déduire les états vibratoires des points P et Q.                                                               (3,0 ; 2,0)

POUR A2 SEULEMENT

On donne :  O1O2 = 14 mm

Déterminer le nombre et les positions, par rapport à I milieu de (O1, O2), des points immobiles sur le segment [O1O2].                                                                                                                                 (     ; 2,0)

Exercice - 3                    ( 6 points)

     On dispose de trois cellules photo-émissives. Les cathodes sont respectivement couvertes de Césium (Cs), de Potassium (K) et de Lithium (Li). Les énergies d’extraction W0 de ces métaux sont données dans le tableau ci-dessous :

Métal	Césium (Cs)	Potassium (K)	Lithium (Li)
W0(eV)	1,9	2,29	2,39

1. Qu’appelle-t-on énergie d’extraction ?                                                                                    (1,0 ; 1,0)

2. On éclaire successivement chaque cellule par une radiation monochromatique de longueur d’onde = 0,60m.

a-  Calculer, en électron-volt, l’énergie transportée par un photon incident.                                (1,0 ; 0,5)

b-  Avec laquelle de ces trois cellules obtient-on l’effet photo-électrique ? Justifier la réponse.    (0,5 ; 0,5)

c-  Calculer, en joule, l’énergie cinétique maximale d’un électron à la sortie de la cathode.          (1,5 ; 1,0)

3.         Calculer la tension qu’il faut appliquer entre l’anode et la cathode pour empêcher un électron d’arriver à l’anode.                                                                                                                                (2,0 ; 1,5) 

POUR A2 SEULEMENT

4.         Calculer la vitesse maximale d’un électron à la sortie de la cathode                                 (   ; 1,5)

     On donne :      - Constante de Planck : h = 6,62.10-34 Js

                            - Masse d’un électron : m = 9.10-31 kg

                            - Charge d’un électron : q = -e  = -1,6.10 -19  C

                            - Célérité de la lumière dans la vide : c = 3.108 m.s-1

                                        1eV= 1,6.10-19 J                   1m = 10-6 m