concours aide technique labo 2000 - physique
1	cycle d'hystérésis
Montage destiné à l’observation à l’oscilloscope d’un cycle d’hystérésis du circuit magnétique d’un transformateur. Proposer diverses solutions permettant d’observer simultanément, à l’aide d’un oscilloscope uC en voie 1 et uR en voie 2. corrigé
Placer l'oscilloscope en position X-Y. masse reliée en B et D Voie 1 reliée au point A Voie 2 reliée au point E
2	circuit RC
Proposer le schéma d’un montage permettant de visualiser simultanément sur un écran d’oscilloscope de classe 1, la tension aux bornes d’un condensateur et l’intensité, dans un circuit comprenant en série une résistance, un condensateur et un G.B.F. délivrant une tension créneau. Quelle caractéristique doit avoir le G.B.F. ? Quel réglage particulier faut-il effectuer sur une des deux voies de l’oscilloscope ? corrigé
La période du GBF doit être supérieure à 5 fois la constante de temps du dipole RC. voie B: on visualise la tension aux bornes du condensateur voie A : pour visualiser la tension aux bornes du résistor, image de l'intensité, appuyer sur DUAL et sur ajouter l'opposée de la tension sur la voie B. UR = U - UC.
3	optique
Un professeur vous demande de monter une expérience de décomposition de la lumière blanche. Choisir une méthode et faire une liste du matériel nécessaire. A quelle couleur correspond . = 400nm ? A quelle couleur correspond . = 750nm ? corrigé
rétroprojecteur sur lequel on place un carton noir percé d'une fente de 1cm de large et 20 cm de long. Placer un réseau 600 traits sur la lentille du rétroprojecteur. orienter le miroir pour une observation murale. 400nm : limite entre la lumière violette visible et les U.V invisibles. 750 nm : limite entre la lumière rouge visible et les infra rouges invisibles
4	ultrasons
Vous essayez un T.P ayant pour but de mesurer la vitesse de propagation des ultrasons. Les ondes sont émises en continu. Deux récepteurs R1 et R2 sont reliés aux voies I et II d’un oscilloscope réglé sur « DUAL » (les deux voies sont volontairement décalées) ; ils sont placés dans l’axe de l’émetteur, à égale distance de celui-ci. On obtient l’oscillogramme suivant fig 1 : Base de temps réglée sur 10 µs par division. Quelle est la fréquence des ultrasons reçus ? R1 est fixe , on éloigne légèrement R2 dans l’axe de l’émetteur. A quoi correspond le décalage observé sur le nouvel oscillogramme (fig 2)? Quand on a éloigné R2 de presque un centimètre, les deux courbes sont à nouveau en phase. A quelle grandeur correspond, à cet instant, la distance entre R1 et R2 ? Proposer une méthode permettant de déterminer plus précisément cette grandeur. Comment, à partir de cette grandeur, peut-on déduire la vitesse de propagation des ultrasons ?(donner l’expression littérale du calcul). Entourer l’ordre de grandeur du résultat attendu (valeur en m.s -1 ). 3.10 2 ; 3.10 4 ; 3.10 6 ; 3.10 8 corrigé
5 divisions pour 2 périodes soit 25 ms pour une période fréquence : inverse de la période exprimée en seconde = 1/ 25 10-6 = 40 000 Hz. Le décalage est du à l'éloignement de R1 par rapport à R2. La longueur d'onde est égale à 1 cm. Pour obtenir une valeur plus précise, éloigner R2 de plusieurs longueurs d'onde (dix par exemple), mesurer l'éloignement puis diviser par 10. vitesse de propagation (m s-1 )= longueur d'onde (m) fois la fréquence (Hz) soit 0,01*40 000 voisin de 400 ms-1.
5	pendule élastique
Vous essayez une manipulation ayant pour but l’étude énergétique d’un pendule élastique libre constitué par un mobile autoporteur et deux ressorts identiques. L’expérience est réalisée sur une table à digitaliser couplée à un ordinateur. Réglage de la table : Quelle caractéristique de la position de la table devez vous vérifier ? Comment pouvez vous procéder à cette vérification ? Détermination de la masse du mobile : La pesée donne : m = 0,214 kg détermination de la constante de raideur d’un ressort . Décrire succinctement un mode opératoire.On obtient k = 0,60 S.I. Préciser l’unité correspondante. Manipulation : Lancer le programme. Dans le menu préparation, configurer certains paramètres : temps d’acquisition et nombre de mesures. Mettre en marche la soufflerie qui permet de minimiser les frottements. Ecarter légèrement le mobile de sa position d’équilibre (en restant dans l’axe des ressorts). Lâcher le mobile et lancer l’acquisition. Les paramètres acquis sont l’élongation x et le temps (ou la date) t. Dans le menu représentation, demander l’affichage de la courbe donnant x en fonction de t. On obtient la courbe suivante : Questions -a- Quel est le mouvement d’un tel pendule ? (cocher la case) * Rectiligne uniforme ; * Circulaire uniforme ; * Rectiligne sinusoïdal; * Circulaire sinusoïdal -b- L’étude théorique montre que les deux ressorts équivalent à un seul ressort de constante k’ = 2k et que la période du pendule est T0 = 2 p racine carrée (m / k’). Quelle est la valeur théorique de T0 ? (cocher la case) 3,79 s; 2,65 s; 2,34 s; 1,66 s -c- Dans le menu traitement du logiciel que faut-il choisir pour obtenir l’équation x = f(t) ?constantes dérivées intégration modélisation -d- L’ordinateur affiche : x = 48,6 cos (2,31t – 1,54 ). Que représente 2,31 ? (cocher la case) la pulsation; la période; la fréquence; la phase -e- Cette valeur expérimentale est-elle en accord avec la valeur théorique de la question -b- ?(justifier la réponse par un calcul) ETUDE ENERGETIQUE -a- Dans le menu préparation entrer les valeurs de m, k’ et g. -b- Pour tracer la courbe : énergie potentielle élastique en fonction du temps, quel calcul faut-il demander ? (cocher la case) ½ mv 2 ;½ k’x 2; mgh -c- Pour tracer la courbe : énergie cinétique en fonction du temps, quel calcul faut-il demander ?(cocher la case) ½ mv 2; ½ m(dx/dt)2 ; ½ mv ²fin -½ mv ²dép ;- Ep -d- A quoi correspond l’énergie mécanique ? (cocher la case) Em = Ep - Ec; Em = Ep+ Ec; Em = Ec - Ep -e- On obtient les courbes suivantes. Que pouvez-vous conclure concernant l’énergie mécanique ? corrigé
table horizontale (réglage au niveau) : l'autoporteur placé sur la table ne doit pas se déplacer. raideur du ressort (N m-1): accrocher une masse de 0,1 kg au ressort , mesurer l'allongement (en m) puis diviser 0,1*9,8 par l'allongement en mêtre. nature du mouvement :rectiligne sinusoïdal période : 2*3,14*racine carrée (0,214 /1,2) =2,65 s. menu traitement choisir modélisation. 2,31 représente la pulsation en radian par seconde. pulsation = 2p fois la fréquence (Hz) fréquence = inverse de la période en seconde f = 0,377 Hz; pulsation =6,28*0,377 = 2,67 en accord. étude énergétique : énergie potentielle élastique : ½ k’x 2 énergie cinétique : ½ mv 2 énergie mécanique : Ec + Ep l'énergie mécanique reste constante. retour - menu