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Physique-Chimie 1re

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23
Copie d'élève à commenter

Proposer une justification pour chaque erreur relevée par le correcteur. Les questions sont indépendantes.

1. D’après la deuxième loi de Newton : mΔv1t1=ΣF.\xcancel {m \:·\: \dfrac{\Delta \vec v_1}{t_1} = \Sigma \vec F}.

2. Lors d’une chute libre le vecteur variation de vitesse Δv\Delta \vec v est vertical, vers le bas et a pour valeur gg.

3. Lors d’un lancer franc, les forces qui s’exercent sur le ballon sont :
  • son poids,
  • la force de lancer.


4. Lors d’une chute, la plume est soumise :
  • aux frottements exercés par l’air f\vec f,
  • au poids P.\vec P.
La résultante des forces a pour intensité : ΣF=P+f.\xcancel {\Sigma F = P + f}.

Supplément numérique

Retrouvez une vidéo expliquant l’expérience de Thomson.
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Schéma simplifié d’un canon à électrons

Schéma simplifié d’un canon à électrons
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19
Swing de golf

REA : Effectuer des mesures
RAI/MOD : Faire un bilan des forces

Au golf, le swing est le mouvement effectué pour déplacer la balle jusqu’à la distance souhaitée. La chronophotographie ci-dessous a été réalisée avec une balle de 46 g, un club de 120 cm et un réglage de 100 images par seconde. Dans cette étude, on assimile la balle à un point matériel B.

Chronophotographie de swing de golf

1. Lorsque la balle se situe à la position B0, quelles forces s’exercent sur elle ? Les représenter sur un schéma, avec une échelle appropriée.
Lancer le module Geogebra

2. Quelle force permet la mise en mouvement de la balle entre B0 et B1 ?


3. Calculer la valeur de la vitesse au point B1.
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21
Le bobsleigh

RAI/MOD : Faire un bilan des forces
REA : Effectuer des calculs littéraux et numériques

Au départ d’une compétition, deux athlètes poussent leur bobsleigh sur une portion de piste glacée horizontale sur une durée de 3 s, avant de prendre place à l’intérieur. On suppose que le bobsleigh glisse sans frottement.

Bobsleigh

Équipe de bobsleigh allemande, championne du monde 2018.


1. Quelles sont les forces qui s’appliquent sur le système {bobsleigh ++ athlètes} à l’instant initial ? Les représenter sur un schéma à l’échelle.
Lancer le module Geogebra
2. Quelle force est responsable de la mise en mouvement du bobsleigh ? La représenter sur le schéma réalisé sans souci d’échelle.
Lancer le module Geogebra
3. La vitesse acquise à l’issue de la phase de poussée vaut 40 km·h-1. En supposant que la deuxième loi de Newton s’applique lors de la durée de cette phase, déterminer l’intensité de la force de poussée exercée par l’athlète.


Donnée

  • Masse du {bobsleigh ++ athlètes} : m=m = 630 kg.
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Comprendre les attendus

20
Les drones

MATH : Utiliser les vecteurs

Un drone est un petit avion télécommandé sans équipage. Bien qu’il puisse avoir un usage militaire, il est devenu un objet connecté à la mode.

Drone

Il permet de réaliser des figures acrobatiques ou des photos et vidéos prises en hauteur grâce à une caméra embarquée. On étudie ici l’ascension verticale du drone.

1. Après 1 seconde de mise en marche, le drone atteint une vitesse de 2 m·s-1. Donner les caractéristiques du vecteur variation de vitesse Δv\Delta \vec v entre les instants t0=0t_0 = 0 s et t1=1t_1 = 1 s.


2. À l’aide de la deuxième loi de Newton, déterminer les caractéristiques de la résultante des forces appliquées au drone pendant Δt=t1t0.\Delta t = t_1 - t_0.


3. Quelles forces s’exercent sur le drone entre ces deux instants ? Donner leurs caractéristiques.


4. Schématiser ces forces à l’échelle.
Lancer le module Geogebra

5. On ajoute à bord du drone une caméra. Quelle doit être la valeur de la force de poussée pour maintenir le drone à sa position précédente ?



Données
  • Masse du drone : 500 g ;
  • Masse de la caméra : 60 g.

Détails du barème
TOTAL /11 pts

2 pts
1. Indiquer la direction et le sens. Donner l’expression littérale puis l’application numérique. Exprimer le résultat en m·s-1.
2 pts
2. Indiquer la direction et le sens. Donner l’expression de la deuxième loi de Newton puis l’application numérique. Exprimer le résultat en N.
3 pts
3. Indiquer pour le poids : direction, sens et intensité ; pour la force de poussée : direction, sens et intensité.
2 pts
4. Vérifier la direction et le respect du sens. Choisir et respecter une échelle de représentation.
2 pts
2. Justifier clairement la démarche. Faire l’application numérique en prenant en compte le surplus de masse apporté par la caméra.
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22
Découverte de l’électron

RAI/MOD : Faire un bilan des forces
VAL : Comparer observations expérimentales et résultats théoriques

En 1897, le physicien britannique Joseph Thomson découvre l’existence de l’électron. Il utilise un tube à vide, où les électrons sont émis au niveau de la cathode puis accélérés rectilignement. Le faisceau passe ensuite entre deux plaques de charges électriques opposées. Il observe alors la déviation du faisceau d’électrons vers la plaque chargée positivement grâce à un écran muni d’une plaque phosphorescente. Il en déduit que les électrons sont chargés négativement.

1. Représenter sur le schéma le champ électrique E\vec E entre les deux plaques sans souci d’échelle.

Schéma simplifié d’un canon à électrons

2. Montrer que le poids de l’électron est négligeable devant la force électrique.


3. Appliquer la deuxième loi de Newton.


4. Donner le sens et la direction du vecteur variation de vitesse Δv.\Delta \vec{v}.


5. Tracer l’allure de la trajectoire de l’électron sur le schéma de la question 1.

6. En déduire que les observations expérimentales sont conformes à la théorie.


Données
  • Intensité du champ électrique : E=E = 15,0 kV·m‑1 ;
  • Masse de l’électron : m=m = 9,1 ×\times 10-31 kg ;
  • Charge élémentaire : e=e = 1,60 ×\times 10-19 C.
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18
Contrôle technique

VAL : Comparer deux valeurs numériques
REA : Effectuer des calculs littéraux et numériques
RAI/MOD : Faire un bilan des forces

Lors d’un contrôle technique, on étudie le freinage d’une voiture de poids P=P = 9,6 kN. La force de freinage totale (avant et arrière) mesurée vaut F=F = 8,92 kN.

1. Quelles sont les forces qui s’appliquent sur la voiture ? Les schématiser à l’échelle.
Lancer le module Geogebra

2. Donner les caractéristiques de la résultante des forces.


3. Calculer la variation de vitesse de la voiture en 1 seconde lors du freinage en m·s-1 puis en km·h-1.
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