Département fédéral de l'économie, de la formation et de la recherche DEFR

Commission suisse de maturité CSM

SEFRI / D262 / Physique Passerelle / H15 Veuillez rendre ce feuillet avec votre travail, merci ! 1/6

Examen complémentaire Passerelle de la maturité professionnelle à l’Université Session d’hiver 2015 PHYSIQUE Durée : Candidat : Nom :………………….. Prénom :.…………………… Numéro :………......… Correcteur(s) : Date :………………… Signature(s) ..……………………………………………… • Avant toute application numérique, une solution algébrique et un contrôle des unités sont exigés.

• Les réponses aux problèmes doivent comporter les explications et justifications nécessaires.

• A l’exception de celles qui figurent dans les « formulaires et tables », toutes les relations utilisées

doivent être établies.

• Le simple fait de recopier une formule des « formulaires et tables » ne constitue pas une réponse valable et ne donne pas lieu à une attibution de points.

• L'épreuve comporte 33 points pour le fond et 2 points pour la qualité de la présentation, la lisibilité et la correction de la langue, surtout mathématique : unités, arrondis, chiffres significatifs, notation scientifique.

• Toutes les réponses et calculs sont à inscrire sur ce feuillet de 8 pages. Points obtenus : Partie 1 ………… sur 10 Partie 2 ………… sur 7 Partie 3 ………… sur 8 Partie 4 ………… sur 8 Présentation ………… sur 2 __________________________ Total ………… sur 35

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Partie 1 – QCM (10 points) Cocher la bonne réponse. Parmi les 4 possibilités offertes pour chaque question, une seule est correcte. 1.1 Deux forces perpendiculaires entre elles, de grandeurs respectives 3 N et 4 N,

s'appliquent au même point sur un objet. La grandeur de leur résultante vaut alors:

r 12 N r 7 N r 5 N r 3,5 N

1.2 Un corps solide est chauffé de 10°C à 100°C. Après l'échauffement, la masse volumique du corps :

r est plus faible, car le volume a augmenté r est plus faible, car le volume a diminué r est plus élevée, car le volume a augmenté r est plus élevée, car le volume a diminué

1.3 Une voiture qui accélère régulièrement depuis l'arrêt franchit un kilomètre en 25 secondes. Que vaut alors sa vitesse finale au bout du kilomètre parcouru ?

r 40 m/s r 50 km/h r 80 m/s r 200 km/h

1.4 Deux charges positives de valeurs respectives 2 C et 8 C sont placées à une distance d l'une

de l'autre. Quelle combinaison de charges et distance donne lieu à la même force de Coulomb entre les deux charges :

r 1 C , 16 C, 2d r 4 C , 4 C, d / 2 r 4 C , 16 C, 4d r 4 C , 16 C, 2d

1.5 Une force F appliquée à une masse m lui communique une accélération a. Une force quatre fois plus petite appliquée à une masse deux fois plus petite communiquera à celle-ci une accélération qui vaut :

r a / 2 r a / 8 r 2 a r 8 a

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1.6 La vitesse de la lumière dans l'air :

r est plus grande que dans le verre r est identique à celle dans le verre r est plus petite que dans le verre r varie avec l'angle d'incidence

1.7 L’image d’un objet dans un miroir plan, comparée à l’objet, est toujours :

r plus petite r virtuelle r réelle r plus grande

1.8 A 20 °C, un récipient en aluminium est rempli d'eau jusqu'à 1 cm du bord. On chauffe le tout à 60 °C. Alors :

r le niveau d'eau baisse r le niveau d'eau reste le même r le niveau d'eau monte r on ne peut rien dire sur le niveau d'eau

1.9 Un fil en cuivre a une longueur L et une section S. On étire ce fil au double de sa longueur, son volume restant constant. En branchant le fil sur une même source de tension U avant et après l'étirement, on constate que le nombre d'électrons qui traversent le fil dans un intervalle de temps donné :

r est divisé par 4 r est divisé par 2 r est multiplié par 2 r est multiplié par 4

1.10 Quelle unité correspond à une grandeur physique différente des trois autres ?

r kJ r kW r kWh r km.N

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Partie 2 – Mécanique (7 points)

Un sous-marin a une masse de 200 t lorsque ses ballasts sont vides. Pour plonger, il doit embarquer au moins 30 t d'eau dans ses ballasts. La masse volumique de l'eau de mer vaut 1025 kg·m-3. 2.1 Compléter le schéma ci-contre en y reportant et

en nommant les forces agissant sur le sous-marin lorsqu'il est en équilibre sous la surface de l'eau.

2.2 Calculer le volume du sous-marin. 2.3 Calculer le volume maximal qui peut émerger lorsque le sous-marin fait surface. (En cas de non-réponse à la question 2.2, on utilisera la valeur (fausse) de 250 m3 pour le volume du sous-marin)

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Partie 3 – Chaleur (7 points)

On verse 400 g d’eau dans un récipient en aluminium de masse ma = 467 g. Le système a une température de 42°C. On introduit dans le récipient une masse mg de glace à –10°C. L’équilibre thermique s’établit à la température de 12,4°C. On admet que le système ne dissipe pas d’énergie dans son environnement. 3.1 Déterminer la masse de glace mg introduite dans le récipient. 3.2 Si le récipient était en cuivre, la masse de glace introduite devrait-elle être égale,

plus grande ou plus petite que celle trouvée en 3.1 pour aboutir à la même température d'équilibre? Justifier la réponse donnée.

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Partie 4 – Electricité (9 points)

Deux petites lampes électriques portent l'inscription : 20 V, 10 W. On a à disposition un générateur de 100 V et de résistance intérieure négligeable. Dans tout l'exercice, on admet que la résistance électrique des ampoules est constante (indépendamment de leur température). . 4.1 Quel est le courant qui traverse ces lampes en fonctionnement normal? 4.2 On branche ces deux lampes en parallèle aux bornes du générateur. Calculer le courant qui traverse alors chacune des deux lampes.

Quelles conclusions ce résultat vous inspire-t-il? 4.3 Pour permettre un fonctionnement normal des deux lampes, on monte en série aux bornes du générateur ces deux lampes et une résistance R. Quelle est la valeur de la résistance R qu'on doit brancher?

(En cas de non-réponse à la question 4.1, on prendra pour I la valeur (fausse) I = 1 A.)