QCM Physique: champ électrique, relativité, quantique, thermique, concours Orthoptie Bordeaux 2018.

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Etude de l'accélérateur de particules d'un spectromètre de masse.
Les molécules à analyser sont d'abord fragmentées par un faisceau laser, en ions polyatomiques Pi+. Ils sont ensuite séparés en fonction de leur masse et détectés. Ces ions de masse mi créés au niveau de la cible A sont d'abord accélérés vers une grille B par un champ électrostatique uniforme E. Après la grille, les ions arrivent jusqu'à un détecteur en traversant une zone où ne règne aucun champ électrique. Le champ électrique est créé par une tension électrique U appliquée entre la cible et la grille.

Question 25.
Dans l'espace compris entre la cible et la grille :
A. E = U d. Faux.
B. E = U / d. Vrai.
C. Les ions sont soumis à une force électrostatique F = E / e. Faux.
D. Les ions sont soumis à une force électrostatique F  = eE dirigée horizontalement à droite. Vrai.
E. Les ions sont soumis à une force électrostatique colinéaire au champ mais de sens contraire. Faux.
Question 26.
A. Entre la cible et la grille, chaque ion subit une accélération a = emi E. Faux.
Le poids des ions étant négligeable devant la force électrique e E = mi a ; a = e / mi E..
B.  Entre la cible et la grille, chaque ion subit une accélération a = e / mi E. Vrai.
C. L'accélération des ions ne dépend pas de leur masse. Faux.
D. Entre la grille et le détecteur le mouvement des ions est rectiligne uniforme. Vrai.
 E. Entre la grille et le détecteur le mouvement des ions est rectiligne uniformément accéléré. Faux.
Question 27
A. La vitesse d'un ion en B est donnée par la relation v = (2eU / mi)½. Vrai.
L'énergie cinétique croît du travail de la force électrique W = e U et la vitesse initiale est nulle.
½miv2 = eU.
B. La vitesse d'un ion en B est donnée par la relation v = (2eU / d)½. Faux.
C. Tous les ions ont la même vitesse en B. Faux.
D. Plus la masse de l'ion est élevée et plus sa vitesse sera élévée en B. Faux.
E. Plus la masse de l'ion est élevée et plus sa vitesse sera faible en B. Vrai.




Un observateur, dans le référentiel terrestre considéré comme galiléen, relève le temps indiqué par deux horloges A et B. L'horloge A est au repos dans le référentiel terrestre et l'horloge B se trouve dans une fusée animée d'un mouvement rectiligne uniforme à la vitesse v = 0,8 c, c étant la célérité de la lumière. On appelle T le temps propre de A et T' le temps propre de B.
Il vaudrait mieux écrire : un vaiseau apparaît à Paris et disparaît à Marseille ( distance environ 660 km ; le temps propre T' est celui lu dans l'horloge située dans le vaisseau ; dans le référentiel terrestre il faut deux horloges synchronisées, l'une à Paris et l'autre à Marseille : il s'agit du temps mesuré T).
 Question 28
T et T' sont reliés par la relation :
A. T = T'. Faux.
B. T' = T / (v2/c2-1)½. Faux.
C. T' = T / (1-v2/c2)½. Faux.
D. T' = T  (1-v2/c2)½. Vrai.
E. T' = T ( (v2/c2)½-1). Faux.
Question 29.
L'observateur relève le temps indiqué par les deux horloges.
A. Au bout de plusieurs heures de vol, l'horloge B avance par rapport à l'horloge A. Faux.
B. Au bout de plusieurs heures de vol, l'horloge B retarde par rapport à l'horloge A. Vrai.
C. Au bout de plusieurs heures de vol, il n'y a aucune différence entre les 2 mesures relevées sur les deux horloges. Faux.
D. Quand l'observateur voit 10 s s'écouler sur A, il voit s'écouler sur B 6 secondes seulement. Vrai.
v / c = 0,8 , g=1/(1-v2 / c2 )½= 1/ 0,6~ 1,67 ; durée propre( dans la fusée) = temps mesurée dans le référentiel terrestre / 1,67= 10 x0,6 = 6 s. Le temps s'écoule moins vite dans le référentiel lié à la fusée.
E. Quand l'observateur voit 10 s s'écouler sur A, il voit s'écouler sur B entre 16 et 17 s secondes. Faux.

On considère l'état fondamental E0 et les 2 premiers niveaux excités d'énergie E1 et E2 d'un atome X donné. Ces niveaus sont tels que : E2 = 1,5 E1. Une collection d'atomes est dans le niveau E2.
Question  30.
  A. L'énergie E0 est nulle. Faux.
B. Le spectre d'émission de cet ensemble est composé d'une seule raie. Faux.
Transition E2 --> E1 puis E1 --> E0 et transition E2 --> E0.
C.  Le spectre d'émission de cet ensemble est composé de deux raies. Faux.
D.  Le spectre d'émission de cet ensemble est composé de trois raies. Vrai.
E. Aucune émission spontanée ne se produit. Faux.



Question 31
Quand un atome X passe de l'état excité E2 à son état fondamental, il émet un photon de fréquence n. Quand un atome X passe de l'état excité E2 à son fondamental, il peut émettre :
 A. Deux photons de fréquence n /3. Faux.
Transition E2 --> E0 :  DE = 1,5 E1 ; n = 1,5| E1 |/ h .
Transition E2 --> E1 :  DE = E2-E1 =0,5 E1 | ; n1 = 0,5| E1| / h =1/3  n.
Transition E1 --> E0 :  DE =  E1 ; n =  |E1 |/ h =2/3  n.  
B. Deux photons de fréquence 2 n / 3. Faux
 C. Un photon de fréquence n/3 et un photon de fréquence 1,5 n. Faux.
D. Un photon de fréquence n/3 et un photon de fréquence 2 /3  n.. Vrai.
E. Deux photons de fréquence 1,5 n.

Question 32
Soit l1 la longueur d'onde des photons émis lors de la transition E1--> E0 et l2 la longueur d'onde des photons émis lors de la transition E2 --> E0.
A. Parmi les photons émis, celui dont la longueur d'onde est la plus grande correspond à la transition E2 --> E0. Faux.
B.  Parmi les photons émis, celui dont la longueur d'onde est la plus élevée correspond à la transition E2 --> E1. Vrai.
C. l2 = 1,5 l1. Faux.
 l2 =2 / 3 hc / E1 ; l1 = hc / E1 ; l2 =2 / 3 l1.
D.  l2 = 2 / 3 l1. Vrai.
E.  l2 = 2 l1. Faux.
Question 33
Principe de fonctionnement du laser.
A. La première étape  appelée inversion de population, permet le maintient de la majorité des atomes du milieu dans leur niveau d'énergie fondamental. Faux.
B. L'inversion de population se réalise de façon spontanée dans le milieu actif. faux..
C. La production de photons laser est basée sur le phénomène de l'émission stimulée. Vrai.
D. L'émission stimulée dans un atome est induite par un photon incident dont l'énergie est égale à la différence d'énergie entre deux niveaux énergétiques de cet atome. Faux.
E. Les photons émis par un laser ont la même énergie que le photon incident qui induit l'émission stimulée. Vrai.

Un laser Nd-YAG émet de la lumière de longueur d'onde l = 1,06 µm. En mode déclenché, la puissance émise est de 20 MW et la durée de chaque impulsion est de 10 ns.
Question 34
L'énergie des photons émis est égale à :
A. 1,71 10-40 J. Faux.
E = h c / l = 6,63 10-34 x 3 108 / (1,06 10-6) =1,88 10-17 J.
B. 2,3 10-20 J. Faux.
C. 1,87 10-19 J. Vrai.
D.  3,42 10-16 J. Faux.
E. 4,2 10-10 J. Faux.
Question 35.
Le nombre de photons émis pendant une impulsion est de :
A. 104 . Faux.
20 106 x10-8 / (1,88 10-17) ~1,06 1016.
B.  1012 .
C.  1014 .
D. 1016 . Vrai.
E.  1018 .

Question 36
Transfert thermique
A. Un transfert thermique peut s'effectuer par conduction, convection et rayonnement. Vrai.
B. Un transfeert thermique s'effectue uniquement par convection. Faux.
C. L'absorption ou l'émission de rayonnements modifie l'agitation thermique. Vrai.
D. Le flux thermique à travers une paroi est l'énergie transférée à travers cette paroi par unité de temps. Vrai.
E.Le flux thermique à travers une paroi se fait spontanément de la source froide vers la source chaude. Faux..


Question 37
La fenètre d'une chambre est constituée d'un simple vitrage d'épaisseur e = 5 mm.Les dimensions de la vitre sont 1,20 m x 0,80 m. La conductivité thermique du verre est l = 1,1 W m-1 K-1.
La résistance thermique de ce vitrage est :
A. 2,1 102 K W-1.
R = e  /( l S) = 5 10-3 / (1,1 x1,2 x0,8) =4,73 10-3 K W-1.
B: 4,73 K W-1. Faux.
C. 2,1 K W-1.. Faux.
D. 4,73  K-1 W-1.2,1 102 K W-1.
E. 4,73 10-3 K W-1. Vrai.

 Question 38
On souhaite améliorer l'isolation de cette chambre en tremplaçant le simple vitrage par un double vitrage constitué de 2 vitres de 5 mm d'épaisseur chacune, séparées par une couche d'air de 5 mm d'épaisseur. lair = 0,026 W m-1 K-1. La résistance thermique de  ce double vitrage est de :
Erreur dans l'énoncé  lair = 0,026 et non pas 1,026 W m-1 K-1.
A. 2,1 10-5 K W-1. Faux.
R = (everre / lverre + eair / lair) / S =(0,010 / 1,1 + 0,005 / 0,026) / (1,2 x0,8) =0,21 K W-1.
B.  9,4 10-3 K W-1.
C.  2,1 10-1 K W-1. Vrai.
D. 2,1 102 K W-1.
E.4,2 102 K W-1.

Question 39
La fenètre est équipée d'un vitrage dont la résistance thermique est de 6 10-3 K W-1. La température intérieure est Ti = 20°C et la température extérieure Te = -4°C.
A. Le flux thermique à travers cette vitre est de 4 103 W. Vrai.
(20-(-4)) / (6 10-3) = 4 103 W.
B. Le flux thermique à travers cette vitre est de 2,6 103 W. Faux.
C. L'énergie thermique transférée en une heure  travers cette vitre est de 4 103 J. Faux.
4 103 x3600 = 1,44 107 J.
D. L'énergie thermique transférée en une heure  travers cette vitre est de 1,44 107 J. Vrai.
E. L'énergie thermique transférée en une heure  travers cette vitre est de 9,36 106 J. Faux.

Question 40
On appelle Rm la résistance thermique des murs et Rf celle des fenètres de la pièce.
A. Pour un même écart de température entre les deux faces d'une paroi, plus la résistance thermique est grande et plus le flux thermique est grand. Faux.
B. Une paroi de grande résistance thermique est un bon isolant thermique. Vrai.
C. Pour un même flux thermique à travers une paroi, plus la résistance thermique est grande et plus l'écart de température entre les deux faces de la paroi est faible. Faux.
D. La résistance thermique RT de l'ensemble ( murs + fenètre) d'une pièce est telle que RT = Rm + Rf. Faux.
E. La résistance thermique RT de l'ensemble ( murs + fenètre) d'une pièce est telle que 1 / RT = 1 / Rm +1 / Rf. Vrai.


  

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