Groupe socio-academique da travail-Discipline-Succès








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GROUPE SOCIO-ACADEMIQUE DA Travail-Discipline-Succès


CENTRE SOCIO ACADEMIQUE POUR Pour un lendemain meilleur assuré

ENCADREMENT SCOLAIRE DE SOUTIEN Classe : PD

GIC « LA GERMINATION »

Département de Sciences Physiques et Technologiques Proposée par : Pulchérie Tatmen
Fiche pour travaux diriges de Physique
Exercice 1

Les limites de vision distinctes d’un œil sont : 8,5cm et 22cm distances comptées à partir de son centre optique

1- Quel est le défaut de cet œil ?

2- Pour lui permettre de voir à l’infini sans accommoder, on lui adjoint une lentille mince L1 dont le centre optique est à 2cm de celui de l’œil. Quelles sont la nature, la distance focale et la vergence de la lentille L1.

3- Quelle est la distance minimale de vision distincte de l’œil corrigé.
Exercice 2

Un objet lumineux AB est placé à 20cm devant une lentille convergente de centre optique O1 et de distance focale 40cm. A est sur l’axe principal

1- Construire l’image A’B’ de AB. Déterminez graphiquement sa position et sa grandeur. Echelle : 1/10è

2- Utilisez les formules de conjugaison et de grandissement pour confirmer ce résultat.

3- On place à 60cm derrière L1 une lentille L2 aussi convergente de distance focale 50cm. Construire l’image de AB à travers le double système L1, L2. Déterminez graphiquement puis par calcul la position de l’image A’’B’’.
Exercice 3 Les lentilles

1- Décrire deux expériences permettant de différentier une lentille convergente d’une lentille divergente.

2- Une lentille L1 d’axe principal X’X donne d’un objet réel AB, une image réelle A’B’ comme l’indique la figure ci-contre

2.1 Déterminer graphiquement

- La hauteur AB de l’objet et celle A’B’ de l’image. En déduire le grandissement 

- La position de la lentille par rapport à A (On se servira d’un rayon lumineux issu de B

2.2 Quelle est la nature de la lentille L1 ?

2.3 Déterminer par calcul la position de la lentille par rapport à A, sachant que AA’ = 5cm

En déduire la distance focale OF’ de la lentille L1

3- En réalité L1 est une lentille biconverse dont les faces ont le même rayon de courbure. R = 1,2cm. Faite d’un verre d’indice n = 1,5.

3.1 Donner la représentation schématique de L1

3.2 Calculer sa vergence et en déduire sa distance focale

4- On accole à une lentille L2 de distance focale une lentille divergente L3 de vergence C3 = -5

4.1 Calculer la vergence du système obtenu. En déduire sa distance focale

4.2 Construire l’image d’un objet. AB haut de 1cm placé à 15cm devant le système, puis déterminer graphiquement la position et la grandeur de l’image finale. Quelle est sa nature
Exercice 4 Energie

A/1- Un ouvrier soulève verticalement une charge de masse 20kg à vitesse constant V = 0,5m/s

1.1 Calculer la variation de son énergie potentielle de pesanteur au cours d’un déplacement de 4m

1.2 Calculer le travail du poids au cours de l’opération. En déduire le travail de la force motrice

1.3 Quelle est la puissance développée par la force motrice

B/ Un solide de masse 300g est lancé vers le haut suivant la ligne de plus grand de pente d’un plan incliné d’un angle  = 5°. L’objet glisse sur le plan sans frottement.


1- En prenant comme référence de l’énergie potentielle le plan horizontal du point de lancement 0, donner l’expression de l’énergie potentielle du système terre-solide en fonction de l’abscisse x

2- A l’aide d’un dispositif approprié, les positions et les vitesses successives du solide ont été relevées et consignées dans le tableau suivant :





Position

1

2

3

4

5

Abscisse x (cm)

0

20

50

80

110

Vitesse (m.s-1)

1,56

1,45

1,25

1,03

0,73

Ec (J)
















Ep (J)
















Em (J)



















  1. Calculer les énergies cinétiques potentielles et mécaniques à chaque position et compléter le tableau ci-dessus

  2. Ce système est-il conservatif ? pourquoi ? On donne g = 9,8m.s-2


Exercice 5 Quelques instruments optiques

Afin d’illustrer le principe d’un microscope, on désire en réaliser une maquette sur un banc d’optique. On dispose pour cela d’une source lumineuse éclairant un objet AB, de deux lentilles convergentes L1 et L2 de centres optiques respectifs O1 et O2 et de distances focales respectives f’1 égale à 100mm et f’2 égale à 300mm.

1- Quelle lentille peut jouer le rôle d’objectif ? Le rôle d’oculaire ?

2- Les deux lentilles L1 et L2 sont placées à une distance O1O2 = 50cm l’une de l’autre. L’objet AB de hauteur 2,5cm est placé devant la lentille L1 de telle sorte que AO1 = 15cm.

2.1 Construire l’image A1B1 de l’objet à travers L1 puis l’image A2B2 de A1B1 à travers L2. La construction se fera à l’échelle 1/10 suivant l’axe optique et 1/5 sur l’axe vertical perpendiculaire à l’axe optique

2.2 L’image A2B2, est-elle droite ou renversée ?

2.3 L’œil de l’utilisateur est placé au foyer image F’2 de l’oculaire, le microscope est dit en fonctionnement normal lorsque de F’2, l’utilisateur voit l’image A2B2 à l’infini. Indiquer quelle est alors la position de l’image A1B1 de AB à travers L1
Exercice 6 Les lentilles

A/ Un objet lumineux B est placé à 30cm devant une lentille convergente L1 de centre optique O1 et de distance focale 20cm. A est sur l’axe principal

1- Où se trouve l’image A’B’ de AB donnée par L1 ?

2- A 40cm derrière L1, on place une lentille L2 de vergence -10.

2.1 Déterminer la distance focale de L2. Quelle est sa nature ?

2.2 Construire l’image A’’B’’ de AB à travers le double système L1 et L2

2.3 Déterminer graphiquement la distance O2A’’ où O2 est le centre optique de L2

2.4 Appliquer la formule de conjugaison pour confirmer le résultat précédent. Echelle 1/10è
B/ Carlos veut photographier Lydie avec un appareil dont l’objectif est assimilable à une lentille plan convexe de distance focale 50mm.

Pour que Lydie, qui mesure 1,65m apparaisse entièrement sur la photographie, il faut que son image ne dépasse pas 25mm

1- Calculer le rayon de courbure de la lentille sachant qu’elle est taillée dans un verre d’indice n = 1,5

2- Quel est le grandissement du film

3- A quelle distance minimale de l’objectif Lydie doit-elle se placer ?
Exercice 7 Energie

A/ Un pendule simple est constitué d’un solide ponctuel de masse 100g suspendu en un point O par l’intermédiaire d’un fil de masse négligeable et de longueur L = 60cm. On écarte le pendule d’un angle = 60°


1- Evaluer l’énergie potentielle du système à cette position

NB : prendre comme niveau de référence des énergies potentielles la position d’équilibre

2- Calculer la vitesse du pendule lorsqu’il passe par la position d’équilibre

3- Jusqu’à quelle hauteur compter à partir de la position d’équilibre remonte le pendule

B/ Un joueur frappe un ballon de masse 250g qui monte verticalement sur une hauteur de 6m avant d’amorcer la chute vers le sol (pendre g = 10N/kg)




1- Calculer le travail du poids au cours de la montée

2- En négligeant les frottements déterminer le module du vecteur vitesse du ballon juste après la frappe.

3- Quel est le module de la vitesse V’ du ballon lorsqu’il repasse par le point où il a été frappé ? (On supposera que Epp = 0 au point où la balle est frappée.

4- Avec une vitesse initiale de 10m/s, jusqu’à quelle hauteur la balle peut-elle monter ?

Exercice 8

A l’intersection de deux routes à angles droit, un camion de masse totale m2 = 5 tonnes roulant à la vitesse de 10km/h viole le feu rouge et heurte une camionnette de masse m1=2 tonnes roulant à 30km/h. Les deux véhicules restent accrochés après le choc. On néglige toutes les forces de frottement.

1- Calculer la vitesse de l’ensemble après le choc

2- Calculer l’énergie cinétique de l’ensemble des deux voitures avant et après le choc . Y a-t-il conservation de cette énergie après cette collision ? Si non, A quoi est due cette perte d’énergie ?

3- Déterminer la direction prise par l’ensemble après le choc.

4- Une boule sphérique des roulements de l’un de ces véhicules tombe et roule sans glisser sur le sol horizontal. Sa masse est m = 200g. Son centre d’inertie est animé d’un mouvement de translation de vitesse VG = 2m/s. Calculer son énergie cinétique.
Exercice 9

Deux solides S1 et S2 de masses respectives m1 = 0,2kg et m2 = 0,1kg et de centres de gravité respectifs G1 et G2 se déplacent d’un mouvement rectiligne, sans frottement.

On suppose que G1 et G2 sont assujettis à se déplacer sur un segment AB. Le solide S2 étant immobile, S1 arrive sur lui avec une vitesse V1 = 2m/s.

5.1 On suppose que l’énergie cinétique est conservée au cours du choc. Calculer les vitesses V’1 et V’2 des deux solides après le choc et préciser le sens de leur mouvement.

5.2 Par un système approprié, on s’arrange pour que les solides restent accrochés après le choc. Quelle est alors leur vitesse commune après le choc ? Comparer l’énergie cinétique avant et après le choc. Interprétation physique.
Exercice 10

On veut soulever une charge de masse 75g à l’aide d’un treuil dont le cylindre a un diamètre de 20 cm et la manivelle une longueur de 1m.

3-1 Combien faut-il faire de tours de manivelle pour monter la charge de 10m ?

3-2 Quelle force faut-il exercer perpendiculairement à la manivelle pour faire monter la charge d’un mouvement rectiligne uniforme ?

3-3 Quelle est le travail de cette force lorsque la charge monte de 10m ?

3-4 Sachant que la puissance de cette force st 75W, combien de temps dure l’ascension ?

3-5 On remplace la manivelle par un moteur qui tourne à 8 tr/s. Quelle est la puissance ? Donner l’avantage du moteur.
EXERCICE 11 :

Un véhicule est immobile sur une descente à 6%. On desserre les freins. Quelle distance la voiture doit-elle parcourir pour que sa vitesse soit de 12 Km/h ? La résistance au roulement est de 1,5% du poids du véhicule. ON néglige la résistance de l’air. g = 10 m/s2

EXERCICE 12 : Optique

A-Un œil adulte a son point de vision distinct le plus éloigné (PR) à 4 m.

1- De quelle anomalie souffre cet œil ?

2- Où se forme l’image donnée par cet œil d’un objet situé à l’infini par rapport à la rétine ? Pourquoi ?

3- Indiquer la nature du verre correcteur.

B/ Une lentille a pour vergence C= -5 dioptries

1- Donner la nature de cette lentille et calculer sa distance focale.

2- Un objet est situé à 38 cm avant cette lentille :

2.1- Déterminer par calcul la position de son image à travers cette lentille.

2.2- Cette image est-elle réelle ou virtuelle ? Justifier

C/ soit un circuit électrique comprenant en série un solénoïde (S) de longueur l = 20cm et comportant 800spires et une lampe(L). L’aire d’une spire I = 2A.

1- Représenter le solénoïde traversé par le courant et le vecteur champ magnétique B créé par le courant en son centre.

2- Calculer l’intensité de B.

3- Calculer le flux de B à travers le solénoïde et dire comment on l’appelle dans ce cas.
EXERCICE13 : Energie mécanique / 6pts

Un solide (A) de masse m = 5kg est lancé avec une vitesse Va = 7m/s. Il se déplace sur un plan incliné et doit atteindre une cible B situé à une hauteur h = 2m du plan horizontal comme l’indique le schéma ci-dessous.

1- Les frottements sont négligés

1-1 Représenter les forces qui s’exercent sur (A) pendant la montée.

1-2 Déterminer la hauteur h1 atteint par (A) et montrer dans ce cas qu’il atteint la cible.

2- On suppose qu’il y’a frottement et que = 30°

3-1 Représenter toutes les forces les forces qui s’exercent sur (A) pendant la montée.

3-2 Le solide monte de h2= 1,9m et rebrousse chemin. Calculer l’énergie mécanique du système (A-terre-plan incliné) au début et à la hauteur h2 = 1,9m. Conclure.

3-3 En appliquant le théorème de l’énergie cinétique, déterminer l’intensité de la force de frottement f.

On prendra g = 9,8N/kg

L(origine des potentiels de pesanteur est sur le sol horizontal.


B
Va h
EXERCICE 14 : ENERGIE

Un solide S est lancé avec une vitesse de valeur Vo = 5m/s de la position A ou son centre d’inertie est la hauteur h = 40 cm au dessus du sol ( Cf.fig). g = 10 ;m = 5kg

L’ensemble du mouvement s’effectue sans frottement

1- Ecrire les expressions de l’énergie cinétique et de l’énergie potentielle de pesanteur du solide S lorsqu’il est lancé en A. Faites les A.N.

2- Quelle transformation d’énergie s’effectue sur la trajectoire AB

3- Calculer la vitesse de S lorsqu’il atteint le point B

4- En utilisant le T.E.C Calculer la vitesse de S lorsqu’il atteint C.

En déduire la nature du mouvement sur la portion BC

5- Quelle transformation d’énergie s’effectue sur le trajet CD
6- Quelle distance S parcourt-il le long de CD avant de s’immobiliser et redescendre. En déduire hD hauteur du point D

- =


D



Vo

40° B 25°

EXERCICE 15

I- Définir/ Lentille ; Distance focale.

Objet AB haut de 2 cm est placé à 25 cm devant une lentille divergente de vergence C= -108

  1. Calculer la distance focale de la lentille

  2. Construire l’image A’ B’ de AB à travers la lentille

Echelle : abscisse : 1/5

Ordonnée 1/1

  1. Déterminer graphiquement la position et la grandeur de limage obtenue. Quelle est sa nature.

  2. Retrouver ce résultat en appliquant les formules de positions et grandissement.

II- La lentille précédente est taillée dans de deux lentilles convergentes L1 et L2 de distance focale respective 10 et 15 cm, leurs centres optiques sont distant de 40 cm.

Un objet AB de hauteur 1 cm est placé à 20 cm devant L1

Construire l’image A’B’ de AB à travers le système.

Déterminer graphiquement puis par calcule la position et la grandeur de l’image finale A’B’

.

EXERCICE 16

Une boule B1 de masse m1 = 1,50 kg, lancée avec une vitesse initiale Vo = 5m.s-1, oscille à partir d’un point A situé à h = 30 cm plus haut que le centre de gravité d’une deuxième boule B2 de masse m2 = 4,6kg

Initialement au repos. Le choc est supposé parfaitement élastique.

2- Montrer que lorsque les deux boules entrent en collision, le système (B1 ; B2) est pseudo isolé.

3- Déterminer le module de la vitesse V1 de la boule B1 juste avant le choc.

4- Déterminer les hauteurs h1 et h2 dont s’élèvent alors B1 et B2.






A


BB

EXERCICE 17

En un lieu ou g = 10m.s-2, un solide de masse m = 100g est abandonné sans vitesse initiale au sommet d’un plan incliné de  = 30° sur l’horizontal. Un dispositif permet d’enregistrer la vitesse du mobile à chaque position d’abscisse x sur le plan incliné.


X(m)

0

0,05

0,125

0,22

0,33

0,455

0,51

0,77

V(m/s)

0

0 ,78

1,06

1,28

1,47

1,75

1,97

2,25

V2(m2/s2)


























1- Reproduire et compléter le tableau ci-dessus.

2- Tracer sur papier millimétré le graphe V2 = f(x) ;
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