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1 Cycle secondaire Classe de 1ère S Été 2017 Physique 1ère S Vers la Terminale

1 Cycle secondaire Classe de 1ère S Été 2017 Physique 1ère S Vers la Terminale S 2 Exercice 1 : A propos de lentilles et de miroirs Cet exercice comporte sept affirmations concernant des lentilles convergentes et des miroirs plans. A chaque affirmation, vous répondrez par vrai ou faux en justifiant votre choix à l’aide de définitions, de calculs ou de schémas. 1. Une lentille mince convergente de distance focale f a pour foyers F et F’ . Affirmation : Des quatre rayons émergents, celui qui correspond au rayon incident indiqué sur la figure 1 est le rayon (2). 2. Un objet AB est placé perpendiculairement à l’axe optique d’une lentille mince convergente de distance focale f ’ = 50 cm. Le point A est sur l’axe optique, à 1,50 m du centre optique de la lentille. Affirmation :L’image de l’objet est droite et plus grande que l’objet. 3. La figure 2 représente la formation de l’image d’un objet par une lentille mince convergence. Affirmation 1: L’objet est obligatoirement à gauche de la lentille. Affirmation 2: Il est possible d’indiquer la position des foyers de la lentille sur la figure. 4. La figure 3 représente la marche, à travers une lentille mince convergente, d’un faisceau lumineux issu d’un point B d’un objet. Affirmation : Le point A est au foyer objet de la lentille. 5. Un objet AB est situé à 20cm d’un miroir plan (figure 4). Affirmation : L’image A’B’ donnée par le miroir plan est située à 20 cm de AB. 6. Un miroir plan est placé derrière une lentille. L’image de l’objet AB donnée par le dispositif est notée (figure 5). Affirmation : Si le point objet A coïncide avec le point image A’, alors la distance entre l’objet et la lentille est égale à la distance focale de cette lentille, f . 3 Exercice 2 : Image d’un objet par une lentille convergente On considère une lentille convergente de distance focale f = 5,00 cm. Son centre optique est noté O. 1. Calculer sa vergence C. 2. Un objet lumineux, représenté dans le plan de la figure par une flèche AB de 1,0 cm, est placé perpendiculairement à l’axe optique, à 15,0 cm de la lentille. Le point objet A est situé sur l’axe optique. a. Déterminer OA et ' OA . b. Sur un papier millimétré, construire A’B’, image de AB donnée par la lentille (préciser, si nécessaire, l’échelle choisie). c. Calculer la taille de l’image de AB donnée par la lentille. Et vérifier le résultat sur le schéma. Exercice 3 : Image d’un objet par une lentille convergente (5 points) On considère une lentille convergente de distance focale f = 5,00 cm. Son centre optique est noté O. 3. Calculer sa vergence C. 4. Un objet lumineux, représenté dans le plan de la figure par une flèche AB de 1,0 cm, est placé perpendiculairement à l’axe optique, à 15,0 cm de la lentille. Le point objet A est situé sur l’axe optique. a. Déterminer OA et ' OA . b. Sur un papier millimétré, construire A’B’, image de AB donnée par la lentille (préciser, si nécessaire, l’échelle choisie). c. Calculer la taille de l’image de AB donnée par la lentille. Et vérifier le résultat sur le schéma. Exercice 4: Microscope sur banc d’optique Lucie place à l’extrémité d’un banc d’optique une source lumineuse en forme de ‘d’ de hauteur 2,0 cm servant d’objet que l’on nommera AB. Elle dispose de 2 lentilles L1 et L2 de vergences respectives 3,0et 8,0 ainsi que d’un écran. Tous ces éléments sont utilisés sur le banc uniquement. A. Système à une lentille 1. Lucie réalise l’image A’B’ de l’objet AB situé à 50 cm de la lentille L1. Quelle lettre observe-t-elle sur l’écran ? 2. Le ban d’optique ayant une longueur voisine de 2m, Lucie pourra-t-elle observer l’image de l’objet AB sur l’écran si la lentille se trouve à 33,5 cm de l’objet ? 3. Lucie place maintenant la lentille à 20,0 cm de l’objet. Elle n’arrive pas à obtenir d’image sur l’écran. a. Explique pourquoi. b. Réaliser une construction graphique de l’image. c. Calculer la taille de l’image. d. Qu’observe-t-on si on place l’œil après la lentille L1 ? 4. Etude du grandissement a. Ecrire la formule de conjugaison des lentilles ainsi que celle du grandissement en fonction de , ' OA OA et ' OF , O étant le centre optique de la lentille. b. Montrer que 1 ' OA OF           . c. Calculer le grandissement pour la lentille L1 avec 43 OA cm  puis 63 OA cm  . En déduire ce qu’il faut faire pour augmenter la taille de l’image A’B’ sur l’écran. 5. Pour une position donnée de l’objet AB, si l’on remplace la lentille L1 par la lentille L2, dans quel sens faudra-t-il déplacer pour observer l’image A’B’ ? 4 B. Système à deux lentilles On modélise sue le banc d’optique un microscope par deux lentilles : l’objectif (lentille L2) et l’oculaire (lentille L1), toutes deux séparées par une distance fixe de 1,00 m. 1. Représenter sur un schéma les deux lentilles ainsi que leurs foyers objet et image appelés respectivement F2 et F2’ pour la lentille L2, et F1 et F1’ pour la lentille L1. 2. Hachurer la partie de l’axe optique sur laquelle l’objet ne doit pas se trouver pour que l’objectif puisse jouer son rôle. Justifier. 3. Où doit être l’image intermédiaire A1B1 donnée par l’objectif pour que Lucie puisse observer l’image définitive A’B’ sans accommoder donc sans se fatiguer ? Exercice 5 : A la recherche de la relation de conjugaison AB représente un objet lumineux et ' ' A B , son image donnée par une lentille convergente. 1. Reproduire le schéma de la figure ci-contre sur une feuille de papier millimétré. Par construction, placer sur le schéma : - la lentille convergente de centre O ; - le foyer objet F ; - le foyer image F’. 2. Démontrer que ' ' ' A B OA AB OA  . 3. Soit I le point d’incidence sur la lentille du rayon issu de B et parallèle à l’axe optique. Comparer AB et OI . En déduire que ' ' ' ' F A OA F O OA  (relation 1). 4. Exprimer ' ' F A en fonction de ' OF et ' OA (relation 2). 5. Déduire des relations (1) et (2) la relation de conjugaison de la lentille convergente. Exercice 6 : Mouvement d’un ascenseur La cabine d’un ascenseur, située au rez-de-chaussée d’un immeuble, est appelée au 8ème étage. Elle est programmée pour accélérer pendant 2 étages, puis pour monter à la vitesse constante v = 2m.s-1, et enfin décélérer 2 étages avant l’arrivée. La distance entre deux étages est de 3m. 1. Quelle est la trajectoire d’un point de la cabine ? Préciser le référentiel. 2. Tracer l’allure des variations de sa vitesse instantanée en fonction de la distance parcourue. 3. Quelle est la durée minimale du trajet de montée de la cabine ? 4. Une personne située au 8ème étage a en fait attendu 16,4 s avant que la cabine arrive à son étage. Quelle est la vitesse moyenne du trajet ? 5. Cette personne monte ensuite dans la cabine d’ascenseur et redescend au 3ème étage. La vitesse de la cabine est également de 2m.s-1 pendant la phase à vitesse constante. a. Quelle sera la durée minimale de son trajet ? b. Quelle(s) caractéristique(s) du vecteur vitesse reste(nt) inchangée(s) lors de cette phase ? 5 Exercice 7 : Montagnes russes Un wagonnet est en mouvement sur les « montagnes russes » d’un parc d’attraction. Avec ses occupants, il possède une masse  m 420 Kg. Les positions B et C du wagonnet sont définies par les hauteurs suivantes :  1 h 8,0 m et  2 h 14,0 m (Voir schéma ci-contre). 1. Déterminer le travail du poids du wagonnet et de ses occupants au cours du trajet de A à B, puis de B à C, et enfin de A à C. Et préciser dans chacun des cas si le travail est moteur ou résistant. 2. Si on suppose les frottements nuls, comparer la valeur de la vitesse du wagonnet aux différents points. Exercice 8 : Snowboard On s’intéresse au mouvement d’un surfeur, de masse Kg m 60  , sur une piste enneigée ABCDE (fig.1). Un film vidéo du mouvement permet de représenter les positions successives toutes les 0,16s du centre d’inertie G du surfeur glissant sur la partie ABC de la piste (fig.2) La trajectoire de G est alors un arc de cercle de centre O . L’échelle du document est 120 1 . A la`date s t 0  , le point G se trouve à la position 0 G , la vitesse initiale est nulle et le surfeur se laisse ensuite glisser. Un traitement de l’enregistrement par un logiciel approprié permet de tracer les courbes uploads/Ingenierie_Lourd/ 1s-physique-e-te-17-1.pdf