Aurélie 06/04/13
 

 

QCM : lentille, interférences, oeil, dipole électrostatique, pendule électrostatique, concours kiné EFOM 2013.

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Lentilles minces.
Dans le cas d'une lentille mince convergente :
A) La vergence de cette lentille peut dans certains cas être négative. Faux.
B) Le grandissement est négatif lorsque l'objet et l'image sont l'un et l'autre réels ou l'un et l'autre virtuels. Vrai.
Objet et image sont de part et d'autre de la lentille.
C) Les deux foyers principaux objet et image de la lentille sont deux point conjugués, symétriques par rapport à l'axe optique de la lentille. Faux.
Ces deux points sont symétriques par rapport au centre optique de la lentille.
D) Une lentile à bords épais est convergente. Faux.
Une lentille à bords épais est divergente.
E) Le P.R punctum remotum d'un oeil est la distance minimale de vision distincte sans accommodation. Vrai.
C'est le point le plus éloigné que l'on peut voir distinctement sans fatigue.
Arc en ciel, oeil.
  A) L'arc en ciel est dû à la lumière solaire qui subit les phénomènes de réfraction et réflexion dans les gouttes de pluie qui se comportent come des systèmes dispersifs. Vrai.
Sans accommoder un oeil normal est assimilable à son cristallin qui joue le rôle d'une lentille mince convergente de distance focale image 15,0 mm, la rétine étant dans le plan focal image du cristallin. L'image donnée par cet oeil, d'un arbre, de hauteur 10 m, située à 100 m est :
B) réelle. Vrai.
Dans le sens de la lumière, l'image est sur la rétine, à gauche du cristallin.
C) à 10,0 mm du cristallin. Faux.
L'objet est considéré à l'infini, son image est sur la rétine à 15,0 mm du cristallin.
D) de hauteur 1,50 mm. Vrai.
Grandissement ( en valeur absolue)  : 0,015 / 100 = 1,5 10-4.
Hauteur de l'image : 10 *1,5 10-4 = 1,5 mm.
E) Pour observer des objets plus proches, l'oeil accommode ; des muscles agissent sur le cristallin pour augmenter sa distance focale. Faux.
La puissance de l'oeil augmente et sa distance focale diminue.

Interférences.
L'expérience suivante est réalisée avec un laser He-Ne émettant une radiation de longueur d'onde l = 633 nm. Le dispositif comprend une plaque percée de deux fentes fines distantes de a = 500 µm.
Cette plaque est disposée à une distance d = 20,0 cm du laser. On observe le phénomène sur un écran parallèle à la plaque et situé à une distance D = 4,0 m de celle-ci. Les deux fentes sont à égales distance de la source. L'axe Ox est l'axe de symétrie du système.


A) Le phénomène observé est le phénomène d'interférences des ondes lumineuses. Vrai.
B) L'observation reste identique si on remplace le laser par une source de lumière blanche. Faux.
La lumière blanche étant polychromatique, chaque radiation donne son propre système d'interférences qui vont se superposer.
C) On observe une frange sombre au point O. Faux.
La frange centrale est brillante, la différence de marche étant nulle.
D) Si on déplace la source lumineuse le long de l'axe Ox, l'interfrange conserve la même valeur qu'auparavant soit 5,1 µm. Faux.
i = lD/a =633 10-9 *4 / (500 10-6) =5,1 10-3 m.
E) Si on utilise un laser émettant une radiation verte quasi-chromatique, l'interfrange a une valeur inférieure à celle obtenu avec la radiation du laser He-Ne. Vrai.
La longueur du vert est inférieure à 633 nm et l'interfrange est proportionnel à la longueur d'onde.

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Dipole électrostatique.
La molécule de chlorure d'hydrogène HCl constitue un dipole électrostatique. L'atome d'hydrogène porte une charge électrique partielle ponctuelle positive + d et l'atome de chlore une charge électrique partielle ponctuelle -d. Ces deux atomes sont séparés par une distance d et la force d'interaction électrique entre eux a pour valeur 4,4 10-10 N dans le vide. O est le milieu du segment joignant les deux atomes.
d = 2,8 10-20 C ; d = 0,128 nm ; 4,4 / 2,8 =1,6 ; 2,8 / 4,4 = 0,64.
A) Les forces d'interaction électrique entre les deux atomes sont modélisées par des vecteurs de mêmes normes et de même sens. Faux.
Les forces sont opposées : même direction, même norme, sens contraire.
B) Une ligne de champ électrique reliant l'atome de chlore, symbolysé par le point N, et l'atome d'hydrogène, symbolysé par le point P, est orientée de P vers N. Vrai.
C) L'expression littérale  de la valeur de la force d'interaction électrique entre les deux atomes dans le vide est : F = kd2/d2 avec k = 9 109 SI. Vrai.
D) Le vecteur champ électrique crée par P ou par N au point milieu O est le même. Vrai.
E ) La valeur du champ électrique créé par le dipole au point O vaut 1,3 1011 V / m environ. Vrai.
Champ créé par chaque charge en O : E = kd / (½d)2 =9 109 *
2,8 10-20 /  (0,064 10-9)2 =6,1 1010 V/m
Soit pour les deux charges, les champs étant égaux ( même direction, sens et norme ) : 1,2 1011 V/m.

Pendule électrostatique.
Soient deux pendules électrostatiques chargés P1 et P2 de formes identiques, tels que : q1 = 1,0 10-9 C et q2 = -q1/9.
Dans une première expérience on observe la position suivante :

A) La force électrostatique exercée par P1 sur P2 est neuf fois plus intense que celle exercée par P2 sur P1. Faux.
Ces forces ont même valeur.
B) La valeur de F1 de la force électrostatique exercée par P1 sur P2 vaut 1,0 10-7 N. Vrai.
F1 = k q1 |q2| / d2 =9 109 * 1 10-18 / (9*0,12) =1,0 10-7 N
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Dans une deuxième expérience on provoque le contact entre les deux boules. On admet la conservation de la charge électrique totale du système, et on admet que celle-ci se répartit identiquement sur les deux boules. On observe la nouvelle disposition des pendules :


C) Les deux nouvelles charges sont positives. Vrai.
q = ½(q1 + q2 ) =½(1 10-9 - 1 10-9 / 9) =4/9 10-9  = 4,44 10-10 C soit q = 4/9 q1.
D) Les deux nouvelles charges sont négatives. Faux.
E) La nouvelle valeur F2 de la force électrostatique exercée par P1 sur P2 est telle que F2 / F1 = 4/9. Vrai.
F1 = k (1/9) q12 /  d2.
F2 = k q q / (2d)2 = k (4/9)2 q12 / (4 d2) =4/9 F1.
Niveaux d'énergie.
L'énergie des niveaux quantifiés de l'atome d'hydrogène est donné par la relation : En = -13,6 / n2 exprimée en eV avec n entier non nul.
E1 = -13,6 eV ; E2 = -3,4 eV ; E3 = -1,5 eV; E4 = -0,85 eV.
h = 6,63 10-34 Js ; c = 3,00 108 m/s ; e = 1,6 10-19 C ; hc/e = 1,24 10-6 SI.
A) "h" est appelée constante de Planck. Vrai.
B) E1 est le niveau fondamental et E2, E3 et E4 sont des niveaux excités de l'atome. Vrai.
C) Lorsque l'atome d'hydrogène passe du niveau d'énergie n = 3 au niveau d'énergie n= 2, il y a émission d'un photon de longueur d'onde l = 653 nm. Vrai.
DE = h c / ll  = hc / DE = hc / (e (3,4-1,5)) = 1,24 10-6 / 1,9 =0,653 10-6 m = 653 nm.
D) La radiation précédente appartient au domaine infrarouge. Faux.
653 nm appartient à [400 nm ; 800 nm], c'est à dire au domaine visible.
E) L'atome d'hydrogène pris dans son état fondamental peut absorber un photon d'énergie 10,6 eV. Faux.
-13,6 +10,6 =-3,0 eV, ce qui ne correspond pas à un niveau d'énergie de l'atome.




  


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