NOM : MINI-TEST 3 PHY NYC GROUPES 1133 et 1134 08/05/09 ...

NOM : MINI-TEST 3 PHY NYC GROUPES 1133 et 1134 08/05/09 Professeur : Pierre Noël de Tilly
Règlements : . Tout plagiat entraîne la note zéro.
. Seuls calculatrice, règle, rapporteur d'angle, gomme à effacer, crayons
et stylos (sauf de couleur rouge) sont permis.
. Les coffret à crayons et étui de calculatrice sont interdits.
. Vous n'avez besoin d'aucune feuille sauf celles remises par le
professeur.
. Il est strictement interdit de dégrafer les feuilles.
. Répondez sur le questionnaire, sur la page où figure l'énoncé du
problème. Si l'espace alloué ne suffit pas, utilisez le verso de la
feuille. a
. Tout échange de matériel, de même que tout échange verbal sont interdits
pendant l'examen.
. Si l'énoncé d'un problème ne paraît pas clair, l'étudiant-e peut demander
des précisions au professeur en levant la main. Il est interdit de se
lever pendant l'examen.
. Vous ne pouvez pas quitter la classe durant l'examen à moins d'avoir
terminé et remis votre copie.
. Dans une question à développement, présentez toutes les étapes de la
solution. De plus, encadrez ou soulignez vos réponses. Portez attention
aux unités et aux signes. S'il s'agit d'une question objective à choix
multiples, un seul choix doit être clairement encerclé ou inscrit. |1 |/10 |
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|Total |/100 | 1) (20 pts) Deux fusées se dirigent l'une vers l'autre dans le
référentiel S. La fusée A a une vitesse de 0,6 c vers la droite et la
fusée B a une vitesse de 0,8 c vers la gauche. Au temps 0 s, dans le
référentiel S, la fusée A émet un éclair quand elle est à l'origine
dans le référentiel S et la fusée B émet un éclair quand elle est à
600 km dans le référentiel S. L'horloge de la fusée A indique 0 s
quand elle passe devant 0 km et l'horloge de la fusée B indique 0 s
quand elle passe devant 600 km. a) Quelle est la vitesse (en terme de c) de la fusée B pour le pilote de
la fusée A ?
b) Dans le référentiel S, à quel moment (en s) et à quelle position (en
km) l'éclair de B rencontre-t-il la fusée A ?
c) Pour le pilote de la fusée A, à quel moment (en s) et à quelle
position (en km) la fusée B émet-elle son éclair ?
d) Si la fusée B a une longueur au repos de 300 m, quelle est sa longueur
(en m) pour le pilote de la fusée A ?
e) Pour le pilote de la fusée A, à quel moment (en s) (de 2 façons) et à
quel endroit (en km) l'éclair de B le frappe-t-il ?
f) Quelle est l'énergie cinétique (en J) de la fusée B (masse au repos
6000 kg) dans le référentiel S ?
g) Si les deux pilotes ont un c?ur qui bat à toutes les 1,2 s au repos,
quel pilote a la période cardiaque la plus petite dans le référentiel
S et quelle est-elle (en s) ? La solution est dans le document Solutions des numéros 1-2-3 qui suit Pré-
Test 3 sur mon site. 1) (20 pts) Un photon est émis par la transition de n=6 à n=2 de l'atome
d'hydrogène. Ce photon frappe un électron lié à une plaque métallique qui
a un travail d'extraction de 0,3 eV. Un autre photon, émis par la même
transition, frappe un électron libre et au repos. a) Quelle est la longueur d'onde (en nm) du photon émis ?
b) Quelle est l'énergie cinétique (en eV) de l'électron expulsé de la
plaque métallique ?
c) Quelle est la variation de longueur d'onde (en nm) du photon qui
frappe l'électron libre si le photon est dévié d'un angle de 30º ?
d) Quelle est l'énergie cinétique (en eV) de l'électron libre après la
collision ? La solution est dans le document Solutions des numéros 1-2-3 qui suit Pré-
Test 3 sur mon site. 2) (20 pts) Un proton est enfermé dans un puits de potentiel infini de
longueur [pic]. Il est au niveau 4 d'énergie. a) Quelle est la vitesse du proton (en m/s) ?
b) Cette vitesse est-elle relativiste ? Expliquez
c) Quel est la longueur d'onde du proton (en nm) ?
d) Si l'incertitude sur la position du proton correspond à la longueur du
puits, quelle est l'incertitude minimum sur sa quantité de mouvement ?
e) Quelle est l'énergie minimale (en J) que peut avoir ce proton dans la
boîte ?
f) Comparez la réponse de e) avec le modèle classique. La solution est dans le document Solutions des numéros 1-2-3 qui suit Pré-
Test 3 sur mon site. 3) (20 pts) Soit deux bases spatiales, A et B, séparées par une distance
de 6x107 m. Le vaisseau Entreprise a une vitesse de croisière de 0,85c et
poursuit un vaisseau Klingon qui a une vitesse de croisière de 0,90c. Au
moment où l'Entreprise est exactement entre les bases A et B, ces deux
bases émettent simultanément un éclair à t = 0,2 s (dans le référentiel
des bases).
a) Combien de temps prendra le vaisseau Entreprise pour aller de la base
A à la base B dans le référentiel des bases ?
b) Combien de temps prendra le vaisseau Entreprise pour aller de la base
A à la base B dans le référentiel de l'Entreprise ?
c) Quelle est la distance séparant les bases dans le référentiel de
l'Entreprise ?
d) Quelle est la vitesse du vaisseau Klingon pour le vaisseau Entreprise
(en terme de c) ?
e) Une navette, qui a une vitesse de 0,20c par rapport à l'Entreprise,
quitte l'Entreprise pour rejoindre le vaisseau Klingon. Cette navette
rejoindra-t-elle le vaisseau Klingon ? (Oui ou Non, et pourquoi ?).
f) À quels instants sont émis les éclairs A et B pour le vaisseau
Entreprise ?
g) Quelle conclusion générale peut-on tirer de f ci-dessus ?
h) Si l'énergie cinétique de l'Entreprise est de 3 x 1025 J, quelle est
sa masse au repos ?
La solution est sur la page suivante et peut être imprimée.
[pic] 5) (20 pts) Le graphique illustre l'énergie cinétique de l'électron en
fonction de la fréquence dans le cas de l'effet photoélectrique. Un
photon de fréquence f = 6x1014 Hz libère un électron dont la vitesse est
de 6,63x105 m/s. Le graphique suivant a comme pente la constante de
Planck h.
a) Complétez la case A du graphique.
b) Calculez le travail d'extraction en eV.
c) Complétez les cases B et C du graphique.
d) Calculez la fréquence de seuil en Hz.
e) Quelle différence de potentiel V (en volt) pourra arrêter un électron
expulsé par un photon de longueur d'onde 400 nm ?
f) Ce même photon pourra ioniser un atome d'hydrogène qui est à quel
niveau d'énergie n ?
g) Ce même photon frappe un électron libre et est diffusé à un angle de
30°. Quelle est la variation de longueur d'onde ? La solution est sur la page suivante et peut être imprimée.
[pic] 1) (20 pts) Considérons les quatre transitions suivantes pour l'atome
d'hydrogène : (A) ni = 2 nf = 5
(B) ni = 5 nf = 3
(C) ni = 7 nf = 4
(D) ni = 4 nf = 7 Parmi les transitions A, B, C et D
a) Laquelle de ces transitions émettra le photon de plus grande énergie.
Donnez l'énergie de ce photon.
b) Calculez la fréquence de ce photon.
c) Laquelle de ces transitions absorbera le photon de plus grande
énergie. Donnez l'énergie de ce photon.
d) Calculez la longueur d'onde de ce photon.
e) Calculez la vitesse et la masse de ce photon.
f) En quoi le modèle de Bohr de l'atome d'hydrogène contredit-il le
principe d'incertitude ? La solution est sur la page suivante et peut être imprimée. [pic]
7) Deux fentes sont éclairées par une source de longueur d'onde de 500
nm. Sur un écran, à 8 m des fentes, on obtient la distribution
d'intensité lumineuse de la figure ci-dessous où l'on observe à la
fois le phénomène de diffraction par les fentes et celui
d'interférence entre les deux fentes. La distance entre les fentes est
de 4 mm. a) Quelle est la position en degrés du troisième max d'interférence
à droite du centre ?
b) Quelle est la largeur de chaque fente ?
c) Quelle est l'intensité, en terme de Io , de la lumière à 0,3 cm
du centre ? Cette solution s'imprime
8) Soit 7 fentes équidistantes les unes des autres de 0,3 mm. De la
lumière de longueur d'onde 500 nm frappe ces 7 fentes. L'écran est à
5 m des fentes.
a) Combien y a-t-il de max secondaires entre 2 max principaux ?
Démontrez et faites un dessin.
b) Où se situe le premier max principal à droite du centre ?
c) Où se situe le cinquième min à droite du centre ?
Cette solution s'imprime
[pic] 9) Deux fentes sont éclairées par une source de longueur d'onde de 600
nm. Sur un écran, à 6 m des fentes, on obtient la distribution
d'intensité lumineuse de la figure ci-dessous où l'on observe à la
fois le phénomène de diffraction par les fentes et celui
d'interférence entre les deux fentes. a) Quelle est la largeur de chaque fente ?
b) Quelle est la distance entre les fentes ?
La solution est sur la page suivante et peut être imprimée.
[pic]
10) Soit une figure de diffraction formée par une fente de largeur 0,08
mm. La lumière a une longueur d'onde l = 450 nm. L'écran est à 10 m de
la fente.
a) Trouvez l'angle en degrés auquel se forme le 5e minimum par
rapport au milieu du pic central .
b) Trouvez la position en cm sur l'écran par rapport au milieu du
pic central du 2e maximum secondaire.
c) Trouvez la la