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Examens nationaux

Baccalauréat · Série E · Physique — 2024

BAC E — Physique — Sujet type n° 1

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

Consignes

  • L'épreuve comporte trois exercices indépendants.
  • L'usage de la calculatrice non programmable est autorisé.
  • Tout exercice de mécanique doit commencer par le bilan des forces et le choix du repère.
  • On prendra g=10 m⋅s−2g = 10\ \mathrm{m\cdot s^{-2}}, cos⁡30∘≈0,866\cos 30^\circ \approx 0{,}866 et sin⁡30∘=0,5\sin 30^\circ = 0{,}5.

Exercice 1 — Mouvement sur un plan incliné

Un caisson de masse m=20 kgm = 20\ \mathrm{kg} est abandonné sans vitesse initiale sur un plan incliné d'un angle α=30∘\alpha = 30^\circ par rapport à l'horizontale. Le coefficient de frottement entre le caisson et le plan vaut f=0,20f = 0{,}20.

PRαplan incliné
1.
Faire le bilan des forces appliquées au caisson et préciser le repère choisi.
1,5 pts
2.
Calculer la composante du poids parallèle au plan incliné.
1,5 pts
3.
Calculer la composante du poids perpendiculaire au plan, égale à la réaction normale du support.
1,5 pts
4.
En déduire la valeur de la force de frottement.
1,5 pts
5.
Calculer l'accélération du caisson le long du plan.
1 pt

Exercice 2 — Travail et puissance d'un treuil

Sur un chantier de Ouagadougou, un treuil soulève une charge de masse M=500 kgM = 500\ \mathrm{kg} à vitesse constante v=0,40 m⋅s−1v = 0{,}40\ \mathrm{m\cdot s^{-1}}, sur une hauteur h=12 mh = 12\ \mathrm{m}.

1.
Calculer la force que doit exercer le câble du treuil. Justifier.
1,5 pts
2.
Calculer le travail effectué par le treuil au cours du levage.
2 pts
3.
Calculer la durée du levage.
1,5 pts
4.
En déduire la puissance utile développée par le treuil, exprimée en kilowatts. Vérifier le résultat par une seconde méthode.
2 pts

Exercice 3 — Calorimétrie

Un chauffe-eau électrique porte 3,0 kg3{,}0\ \mathrm{kg} d'eau de 20 ∘C20\ ^\circ\mathrm{C} à 80 ∘C80\ ^\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 quantité de chaleur nécessaire à cette élévation de température.
2 pts
2.
La résistance chauffante a une puissance de 2 000 W2\,000\ \mathrm{W}. Calculer la durée théorique du chauffage, arrondie à la seconde.
2 pts
3.
En réalité, le chauffage dure 450 s450\ \mathrm{s}. Calculer le rendement de l'appareil et expliquer l'écart observé.
2 pts

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