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Examens nationaux

Baccalauréat · Série E · Physique — 2023

BAC E — Physique — Sujet type n° 2

  • Série E
  • ⏱ 4 h
  • Coefficient 5
  • Niveau difficile
  • 12 questions

Consignes

  • Le candidat traitera les trois exercices.
  • Toute application numérique doit être précédée de l'expression littérale.
  • Les unités et les chiffres significatifs sont pris en compte.

Exercice 1 — Oscillateur mécanique

Un solide de masse m=200 gm = 200\ \mathrm{g} est accroché à un ressort de raideur k=50 N/mk = 50\ \mathrm{N/m}, à spires non jointives, et glisse sans frottement sur un plan horizontal. On écarte le solide de 5 cm5\ \mathrm{cm} de sa position d'équilibre, puis on le lâche sans vitesse initiale.

1.
Calculer la période propre des oscillations.
2 pts
2.
En déduire la fréquence des oscillations.
1,5 pts
3.
Calculer l'énergie mécanique du système.
2 pts
4.
En déduire la vitesse maximale atteinte par le solide, et préciser en quel point elle est atteinte.
1,5 pts

Exercice 2 — Calorimétrie

Dans un calorimètre de capacité thermique négligeable, on verse 300 g300\ \mathrm{g} d'eau à 80 ∘C80\ ^{\circ}\mathrm{C}, puis 200 g200\ \mathrm{g} d'eau à 20 ∘C20\ ^{\circ}\mathrm{C}. La capacité thermique massique de l'eau vaut c=4 185 J⋅kg−1⋅K−1c = 4\,185\ \mathrm{J\cdot kg^{-1}\cdot K^{-1}}.

1.
Calculer la température d'équilibre du mélange.
2,5 pts
2.
Calculer la quantité de chaleur cédée par l'eau chaude.
2 pts
3.
Vérifier que cette valeur correspond bien à la chaleur reçue par l'eau froide.
1,5 pts
4.
En réalité, le calorimètre possède une capacité thermique C=150 J⋅K−1C = 150\ \mathrm{J\cdot K^{-1}} et se trouvait initialement à 20 ∘C20\ ^{\circ}\mathrm{C}. La température d'équilibre sera-t-elle plus élevée ou plus basse que celle calculée ? Justifier sans calcul.
1 pt

Exercice 3 — Puissance électrique et treuil

Le moteur d'un treuil de chantier est alimenté sous une tension efficace U=220 VU = 220\ \mathrm{V} ; il absorbe un courant d'intensité efficace I=12 AI = 12\ \mathrm{A} avec un facteur de puissance cos⁡φ=0,80\cos\varphi = 0{,}80. Son rendement est de 85 %85\ \%.

1.
Calculer la puissance active absorbée par le moteur.
2 pts
2.
Calculer la puissance apparente.
1,5 pts
3.
Calculer la puissance utile délivrée sur l'arbre du moteur.
1,5 pts
4.
Le treuil lève une charge à la vitesse constante de 0,50 m/s0{,}50\ \mathrm{m/s}. Calculer la masse maximale qu'il peut soulever. On prendra g=10 N/kgg = 10\ \mathrm{N/kg}.
1 pt

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