QCM Physique: transferts thermiques, numérisation, concours Orthoptie Bordeaux 2017.

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Concernant les question 22 et 23.
Dans un jeu de fléchettes, la cible est située à 5 mètres du joueur. Celui-ci lance la fléchette d’un point O situé à la même hauteur que le centre C de la cible. Au moment du lancement (t0 = 0), l’angle d’inclinaison de la fléchette par rapport à l’horizontale est a= 45°.
Le mouvement de la fléchette est étudié dans le repère (O,i, j) associé au référentiel terrestre.
On négligera les forces de freinage dues aux frottements de l’air.
On prendra comme valeur de l’accélération de la pesanteur g = 10 m.s-2.
Questions 22
L’équation de la trajectoire de la fléchette dans le repère plan (O,i, j) est de la forme :
Cocher la (ou les) proposition(s) exacte(s)
A - y = 5. Faux.
B - y=0,5g /v02 x2. Faux.
C - y=0,5g /v02 x2+ tan a. Faux.
D - y= -0,5g /(v02 cos2a)x2+x tan a Vrai.
E - Aucune des propositions ci-dessus.
Question 23
Pour que la fléchette atteigne le centre de la cible sa vitesse initiale v0 doit être égale à :
Cocher la proposition la plus proche
A - 50 m.s-1.
y=0 = -0,5x 10 /(v02 cos245)x 52+5 x tan 45.
v02 = 50 ; v0 ~7,1 m /s.
B - 25  m.s-1.
C - 7  m.s-1. Vrai.
D - 5  m.s-1.
E - 2  m.s-1.
 Question 24
Le temps mis par la fléchette pour atteindre la cible est :
Cocher la proposition la plus proche
A - 0,5 s
 x = v0 cos a t ; t = 5 / (7 x cos 45) ~1 s.
B - 1 s. Vrai.
C - 2 s
D - 2,5 s
E - 3 s.

 Question 25
Temps et relativité restreinte
On considère 2 référentiels R1 et R2. On veut déterminer la durée séparant deux évènements se produisant dans le même référentiel R1. On appelle v la vitesse relative de R2 par rapport à R1.
Cocher la (ou les) proposition(s) exacte(s)
A - La valeur de la vitesse de la lumière dans le vide est la même dans tous les référentiels galiléens. Vrai.
B - La durée propre DT0 séparant les deux évènements est celle mesuré par une horloge fixe située dans R1. Faux.
C - La durée mesurée DT séparant les deux évènements dans R2 est reliée à la durée propre DT0 par la relation DT0= gDT. Faux.
D - Le coefficient g tend vers un quand la vitesse si v << c. Vrai.
E - Le coefficient g  est tel que g = 1 / (v2/c2-1)½. Faux.
g = 1 / (1-v2/c2)½.



Transferts macroscopiques d’énergie
Concernant les questions 26 à 28
Transferts thermiques
On chauffe un litre d’eau au moyen d’une résistance ohmique plongée dans l’eau et parcourue par un courant électrique continu d’intensité 5 A. La température du liquide passe de 20°C à 50°C en 4 minutes. La résistance est enlevée quand cette température est atteinte.
On donne :
Capacité thermique de l’eau : c = 4 kJ.kg-1.K-1.
Masse volumique de l’eau : r = 103 kg.m-3.
Question 26
La résistance ohmique utilisée pour le chauffage de l’eau est de :
Cocher la proposition la plus proche
A - 3,5 ohms
Energie reçue par 1 kg d'eau : 4 (50-20)=120 kJ.
Energie électrique fournie : RI2t = 1,2 105 ;  R=1,2 105 /(25 x4 x60)= 20 ohms
B - 20 ohms. Vrai.
C - 40 ohms
D - 100 ohms
E - 10 kiloohms.
Question 27
Question 27
On ajoute à cette eau chauffée 1 litre d’eau à 100°C. La température finale de l’eau est de :
Cocher la proposition la plus proche
A - 50°C.
Energie perdue par l'eau chaude : 4 (x-100).
Energie gagnée par l'eau douce : 4(x-50).
Système adiabatique : 4(x-100) + 4(x-50) = 0 soit x = 75 °C.
B - 60°C
C - 75°C. Vrai.
D - 90°C
E - 100°C.
Question 28.
Au cours du mélange des deux volumes d’eau :
Cocher la (ou les) proposition(s) exacte(s)
A - L’énergie interne de l’eau initialement à 100°C diminue. Vrai.
B - L’énergie interne de l’eau initialement à 50°C diminue.Faux.
C - Un transfert d’énergie thermique se produit par convection. Vrai.
D - Un transfert d’énergie thermique se produit par rayonnement. Faux.
E - La variation d’énergie interne du système composé des 2 L d’eau est nulle. Vrai si le système est adiabatique.
Question 29
Un monte-charge, de puissance utile 5 kW, soulève un poids de 500 kg d’une hauteur h = 7 m, avec une vitesse constante v0.
On prendra g = 10 m.s-2
La durée de cette montée est égale à :
Cocher la proposition la plus proche
A - 7 min
L'énergie mécanique de la charge augmente de : mgh=500 x 10 x7 =3,4 104 J.
Puissance (W) = énergie (Joule) / durée (s) ; t = 3,4 104 / 5000 =  7 s.
B - 2 min
C - 30 s
D - 10 s
E - 7 s. Vrai.
Concernant les questions 30 à 32
Energies renouvelables
Les énergies renouvelables utilisent des sources d’énergie naturelles. L’énergie éolienne provient de la transformation de l’énergie cinétique du vent en énergie électrique.
Une éolienne de 70 mètres de diamètre est filmée, ce qui permet de repérer les différentes positions Mi de l’extrémité d’une pale, à des intervalles réguliers Dt = 0,1 s, au cours de son mouvement induit par le vent.
La courbe P = f (tr/min) donnée ci-dessous représente la puissance P développée par l’éolienne en fonction de la fréquence de rotation des pales.
Question 30
Cocher la (ou les) proposition(s) exacte(s)
A - Le mouvement des pales est circulaire uniformément varié (ou accéléré). Faux.
Les distances MiMj sont égales.
B - Le mouvement des pales est circulaire uniforme. Vrai.
C - La vitesse de l’extrémité de chaque pale est de 5 m.s-1. Faux.
MiMj ~7 m ; v = 7 / 0,1 = 70 m /s.
D - La vitesse de l’extrémité de chaque pale est de 75 m.s-1. Vrai.
E - La vitesse de l’extrémité de chaque pale augmente régulièrement. Faux.



Question 31
Cocher la (ou les) proposition(s) exacte(s)
A - La durée d’un tour complet est de 1,5 secondes. Faux.
Circonférence  / vitesse = 3,14 x70 / 75 ~2,9 s.
B - La durée d’un tour complet est de 2,9 s. Vrai.
C - La fréquence de rotation des pales est de 0,34 s-1. Vrai.
1 / 2,9 ~0,34 s-1.
D - La fréquence de rotation des pales est de 5,7.10-3 min-1. Faux.
0,34 x60=20,4 min-1.
E - La fréquence de rotation des pales est de 20,4 min-1. Vrai.

Question 32
La puissance produite par cette éolienne est de :
Cocher la proposition la plus proche
A - 0 W
B - 1500 W. Vrai.
Pour une fréquence de 20 tours / min le graphe indique environ 1500 W.
C - 500 kW
D - 1400 kW
E - 2500 kW.

Dualité onde-particule
Question 33
Cocher la (ou les) proposition(s) exacte(s)
A - L’aspect ondulatoire de la lumière permet d’expliquer les phénomènes de diffraction. Vrai.
B - Le phénomène d’interférences de la lumière s’explique par ses propriétés ondulatoires. Vrai.
C - La particule associée à une onde électromagnétique est le photon. Vrai.
D - L’électron est une particule élémentaire qui peut avoir un comportement ondulatoire. Vrai.
E - Tout corps de masse m présente un aspect ondulatoire. Faux.

Question 34
Cocher la (ou les) proposition(s) exacte(s)
A - Le transport d’énergie par une onde permet d’expliquer l’effet photoélectrique. Vrai.
B - L’énergie transportée par une onde électromagnétique de longueur d’onde l est donnée par la relation E = h.l. Faux.
Energie = constante de Plank fois fréquence.
C - L’énergie transportée par une onde électromagnétique de longueur d’onde l est donnée par la relation E = h.c / l. Vrai.
D - Une onde radar ne transporte pas d’énergie. Faux.
E - La longueur d’onde l d’une onde est reliée à la quantité de mouvement p de la particule associée par la relation l= h / p. Vrai.


Transferts quantiques d’énergie
Concernant les questions 35 et 36
Le schéma ci-dessous représente quelques niveaux d’énergie de l’atome de lithium (Li).
On donne : 1eV = 1,6.10-19 J et Constante de Planck : h = 6,6.10-34 J.s-1.

Question 35
Un atome de Li passe du niveau excité 2 à l’état fondamental.
L’énergie du photon émis lors de cette désexcitation est de :
Cocher la (ou les) proposition(s) exacte(s)
A - 2,01 eV
B - 7,4 eV
C - 3,38 eV
D - 3,2.10-19 joules
E - 5,4.10-19 joules

Question 36
Des atomes de Li, dans leur état fondamental, reçoivent une lumière polychromatique composée de rayonnements dont la longueur d’onde est comprise entre 300 et 800 nm.


La plus grande longueur d’onde de cette lumière qui permette au Li de passer à un niveau excité est de :
Cocher la proposition la plus proche
A - 229,6 nm
B - 349,6 nm
C - 615,0 nm
D - 668,9 nm. Vrai.
E - 887,4 nm.
5,39-3,54=1,85 eV ou 1,85 x1,6 10-19 =2,96 10-19 J.
l = hc / E =6,6 10-34 x3 108 /(2,96 10-19)~6,7 10-7 m ou 670 nm.

Numérisation de l’information
Question 37
Image numérique
Cocher la (ou les) proposition(s) exacte(s)
A - Une image numérique est composée de pixels. Vrai.
B - La taille d’une image numérique correspond au nombre de lignes et de colonnes qui constituent l’image. Faux.
C - Un pixel est une image. Faux.
D - En codage « RVB 24 bits », chaque pixel est codé par 1 octet. Faux ( 3 octets).
E - Les images en niveaux de gris, par un codage en 8 bits, présentent 256 nuances de gris possibles. Vrai.
Question 38
Numérisation d’un signal
Un diapason émet un son pur de fréquence 440 Hz (note La).
On souhaite numériser ce signal sonore en utilisant un microphone relié à un CAN (convertisseur analogique-numérique).
Cocher la (ou les) proposition(s) exacte(s)
A - Le signal obtenu à la sortie du microphone est un signal analogique. Vrai.
B - Le signal obtenu à la sortie du CAN est un signal numérique. Vrai.
C - La fréquence d’échantillonnage du CAN doit être égale à 440 Hz. Faux.
D - La fréquence d’échantillonnage du CAN doit être comprise entre 440 et 880 Hz. Faux.
E - La fréquence d’échantillonnage du CAN doit être supérieure ou égale à 880 Hz. Vrai.
Transmission et stockage de l’information
Question 39
Atténuation d’un signal transmis
Une fois codée et modulée, l’information à transmettre se trouve sous forme d’une onde électromagnétique.
Un signal de puissance émise P0 = 50 W subit, lors de sa transmission par un câble électrique, une atténuation A = - 40 dB. La puissance du signal reçu est de :
Cocher la proposition la plus proche
A - 10 W.
A = 10 log ( Pentrée / P sortie) ; 4 = log (50 / Psortie) ; Psortie = 50 / 104 = 5 mW.
B - 1,25 W
C - 5 mW. Vrai.
D - 4 mW
E - 0 W
Question 40
Stockage et lecture de données sur un disque optique
Des données numériques peuvent être stockées sur des disques optiques. Sur les CD, DVD et BR gravés industriellement, les données numériques sont codées sous forme d’une
succession de creux et de plats.
La lecture de ces données :
Cocher la (ou les) proposition(s) exacte(s)
A - est réalisée à l’aide d’un faisceau polychromatique, Faux.
B - est réalisée à l’aide d’un faisceau laser, Vrai.
C - utilise les propriétés de la réflexion de la lumière, Vrai.
D - utilise les propriétés de la réfraction de la lumière, Faux.
E - utilise les propriétés de la diffraction de la lumière. Faux.


  

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