Aurélie 22/02/12
 

 

   QCM autour du sodium, le pendule simple, charge d'un condensateur, énergie : concours kiné Rennes 2009.



 

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Autour du sodium.
On donne le diagramme énergétique de l'atome de sodium.

La plus courte radiation émise par le sodium a pour longueur d'onde ( nm) :
 ( 242 ; 320 ; 330 ; 589 ; aucune bonne réponse ).
l = hc /(DE) avec DE = (5,14-3,03) *1,6 10-19 =3,376 10-19 J.
l = 6,63 10-34 *3,0 108 / 3,376 10-19  =5,89 10-7 m = 589 nm.

Un électron de la couche externe de l'atome de sodium passe du niveau n=2 au niveau n = 3. Lors d'une telle transition électronique :
A) L'atome de sodium reçoit de l'énergie de l'extérieur. ( vrai ).
B) L'atome de sodium rayonne de l'énergie. ( faux ).
C) L'atome de sodium est excité. ( vrai ).
D) Le spectre d'absorption de l'atome de sodium comporte une raie noire. ( vrai ).
Un spectre de raie d''absorption comporte des raies noires.
E)  Le spectre d'absorption de l'atome de sodium comporte une raie lumineuse. ( faux ).
Seul un spectre de raie d'émission comporte des raies lumineuses.

La longueur d'onde correspondant à cette transition est de :
1,13 µm ; 523 nm ; 113 101 nm ; 0,523 µm ; aucune bonne réponse.

l = hc /(DE) avec DE = (3,03-1,93) *1,6 10-19 =1,76 10-19 J.
l = 6,63 10-34 *3,0 108 / 1,76 10-19  =1,13 10-6 m = 1,13 µm.
1,13 10-6 m =1130 10-9 nm = 113 101 nm.

Cette radiation appartient :
A) Aux ondes sonores ( faux ).
B) Aux ondes électromagnétiques. (
vrai )
C) Au domaine du visible. ( faux ).
Le domaine visible s'étend de 0,4 µm à 0,8 µm.
D) Au domaine des infrarouges (
vrai ).
E) Au domaine des ultraviolets ( faux ).
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Le pendule simple.
On considère un pendule simple de longueur L =0,80 m et de masse m = 0,075 kg. g = 9,8 SI.
On suppose que le fil est toujours tendu et que les frottements sont négligeables. On écarte le pendule d'un angle q = 20 ° compté à partir de sa position d'équilibre puis on le lance en lui communiquant une vitesse perpendiculaire au fil, dirigée vers la position d'équilibre et de valeur v0 = 0,20 m/s.
La vitesse du pendule lors du second passage par la position d'équilibre :
A) dépend de la masse du pendule.
(faux).
Conservation de l'énergie mécanique : ½mv2 = mgL( 1-cos q) + ½mv02.
v2 = 2gL( 1-cos q) + v02.
B) Est indépendante de la masse du pendule.
( vrai ).
C) A pour valeur 0,80 m/s. (faux).
v2 = 2*9,8*0,80( 1-cos 20) + 0,22 = 0,9986 ; v ~1,0 m/s.
D) A une valeur inférieure à 0,80 m/s. (faux).
E)
A une valeur supérieure à 0,80 m/s. ( vrai ).

La période du pendule :
A) Dépend de v0. ( faux ).
T = 2 p (L/g)½.
B) Dépend de m.
( faux ).
C) A pour valeur 18 s. ( faux ).
T = 2 p (L/g)½ = 6,28 (0,8 /9,8)½ =1,8 s.
D)
A pour valeur 22 s. ( faux ).
E) Aucune bonne réponse.  ( vrai ).

L'abscisse angulaire a pour amplitude :
40° ; 30° ; 20° ; une valeur qui dépend de v0 ( vrai ) ; aucune bonne réponse.
Conservation de l'énergie mécanique : ½mv2 = mgL( 1-cos q) + ½mv02= mgL( 1-cos qmax).
1-cos qmax = 1-cos q +½v02 / (gL) ; cos qmax =cos q -½v02 / (gL)= cos 20 - 0,5 *0,04 / (9,8*0,80) = 0,9396 -2,55 10-3 =0,967 ; qmax =20,4°~20°.

Dans la position d'équilibre, l'accélération du pendule possède les mêmes caractéristiques que dans le cas d'un mouvement uniforme. Lors du premier passage dans la position d'équilibre :
A) La tension du fil a pour valeur 0,64 N. ( faux ).
-mg + T = mv2/L ; T = mg +
mv2/L =0,075 (9,8  +12/0,80 )~0,83 N.
B) La tension du fil a pour valeur 0,74 N. ( faux ).
C) La tension du fil a pour valeur 0,83 N. ( vrai ).
D) La tension dépend de v0.
( vrai ).
La vitesse au passage de la position d'équilibre dépend de v0.
E) Aucune bonne réponse.
( faux ).




Charge d'un condensateur.
Un condensateur de capacité inconnue est chargé à l'aide d'un générateur de courant d'intensité constante I = 200 µA. On trace la courbe donnant la tension uc aux bornes du condensateur en fonction du temps.
Le condensateur a une capacité  C égale a :
2000 mF ; 2000 nF ; 2,00 mF ; 0,200 mF ; aucune bonne réponse.

q = CuC ; q = It ; uC = I / C t.
uC =f(t) :  droite de pente  I / C =0,09346 V s-1.
C = 200 10-6 / 0,09346 ~2,1 10-3 F ~2,1 mF.

La durée d'enregistrement pour que la tension uc soit égale à 15 V vaut :
2 min 10 s ; 2 min 30 s ; 2 min 50 s ; 3 min ; aucune bonne réponse.
5 V en 53,5 s soit 15 V en 53,5*3 ~160 s ou 2 min 40 s.

On double l'intensité délivrée par le générateur.  La tension uC atteindra 15 V au bout :
A) d'une durée égale à la précédente. ( faux ).
B) d'une durée deux fois plus courte. ( vrai ).
C) d'une durée deux fois plus longue.  (  faux )
D) d'une durée 4 fois plus longue.  (  faux )
E) aucune bonne réponse.

Lorsque la tension aux bornes du condensateur atteint 15 V on le relie à un moteur. Un objet de masse m = 50 g est suspendu à l'extrémité d'une ficelle sur l'axe du moteur. Le moteur se met à fonctionner et l'objet s'élève de 40 cm en 7,0 s. A cet instant, la tension uC vaut 3 V. Le rendement du dispositif ( condensateur moteur ) est de :
Energie mécanique : mgh = 0,050 *9,8 * 0,40 = 0,196 J
Energie mise en jeu par le condensateur : 0,5 *2,0 10-3 ( 152-32) =0,216 J.
Rendement : 0,196 / 0,216 ~0,91 ( 91 % ).






Aspect énergétique en mécanique.
A) Le travail d'une force ne peut que faire varier l'énergie cinétique d'un système. ( faux ).
Le travail d'une force peut être converti en chaleur.
B) Tout rayonnement permet de transférer de l'énergie d'une source vers un récepteur. ( vrai ).
C) L'énergie stockée par un système est appelée énergie interne. (faux).
D) Un transfert thermique se fait spontanément toujours du corps de température plus haute vers  le corps de température basse. ( vrai )
E) Le rayonnement est l'un des mode de transfert de l'énergie. ( vrai ).

Le travail élémentaire d'une force représente : 
A) Le travail d'une force élémentaire sur un déplacement quelconque. ( faux ).
B) Le travail d'une force quelconque sur un déplacement élémentaire. ( vrai ).
C) Le travail d'une force élémentaire sur un déplacement élémentaire. ( faux )
D) Le travail d'une force quelconque sur un déplacement quelconque. ( faux ).
E) Le travail d'une force constante sur un déplacement rectiligne. ( faux ).

Un travail moteur :
A) est toujours positif. ( vrai ).
B) est toujours négatif. ( faux ).
C) n'a aucune influence sur l'énergie d'un système. ( faux )
D) contribue à augmenter l'énergie d'un système. ( vrai ).
E) contribue à diminuer l'énergie d'un système. ( faux ).

Lors du mouvement d'un projectile uniquement soumis à son poids, on peut affirmer que :
A) l'énergie potentielle diminue au cours du temps. ( faux ).
B) l'énergie cinétique augmente au cours du temps. ( faux ).
On observe une conversion d'énergie cinétique en énergie potentielle de pesanteur et vis versa ; l'énergie mécanique restant constante.
 C) l'énergie mécanique se conserve. ( vrai )
D) l'énergie mécanique diminue au cours du temps. ( faux ).
E) l'énergie cinétique et l'énergie potentielle sont égales au signe près. ( faux ).

Un objet oscille sans frottement à l'extrémité d'un ressort horizontal de raideur k = 50 N / m. Lorsque l'énergie potentielle maximale vaut 20 mJ, l'amplitude du mouvement est :
0,80 cm ; 0,90 cm ; 2,0 cm ; 2,8 cm ; aucune bonne réponse.
½kA2 = 0,020 ; A = (0,02*2 /50)½ =0,028 m = 2,8 cm.







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