CONCOURS DE RECRUTEMENT D'ELEVES
PILOTE DE LIGNE

EPREUVE DE PHYSIQUE

• 1 page de garde,
• 2 pages (recto-verso) d'instructions pour remplir le QCM,
• 1 page avertissement,
• 6 pages numérotées de 1 à 6

CALCULATRICE AUTORISEE

ÉPREUVE DE PHYSIQUE

A LIRE TRÈS ATTENTIVEMENT

ATTENTION, IL NE VOUS EST DÉLIVRÉ QU'UN SEUL QCM

1. Vous devez coller dans la partie droite prévue à cet effet, l'étiquette correspondant à l'épreuve que vous passez, c'est-à-dire épreuve de physique (voir modèle ci-dessous).

POSITIONNEMENT DES ÉTIQUETTES

EXEMPLES :

2) Pour remplir ce QCM, vous devez utiliser un STYLO BILLE ou une POINTE FEUTRE de couleur NOIRE.
3) Utilisez le sujet comme brouillon et ne retranscrivez vos réponses qu'après vous être relu soigneusement.
4) Votre QCM ne doit pas être souillé, froissé, plié, écorné ou porter des inscriptions superflues, sous peine d'être rejeté par la machine et de ne pas être corrigé.
5) Cette épreuve comporte 36 questions, certaines, de numéros consécutifs, sont liées. La liste des questions est donnée au début du texte du sujet.
Chaque candidat devra choisir au plus 24 questions parmi les 36 proposées.
Il est inutile de répondre à plus de 24 questions : la machine à lecture optique lira les réponses en séquence en partant de la ligne 1 , et s'arrêtera de lire lorsqu'elle aura détecté des réponses à 24 questions, quelle que soit la valeur de ces réponses.
Chaque question comporte au plus deux réponses exactes.
6) A chaque question numérotée entre 1 et 36 , correspond sur la feuille-réponses une ligne de cases qui porte le même numéro (les lignes de 37 à 100 sont neutralisées). Chaque ligne comporte 5 cases A , . Pour chaque ligne numérotée de 1 à 36 , vous vous trouvez en face de 4 possibilités :

• soit vous décidez de ne pas traiter cette question, la ligne correspondante doit rester vierge.
• soit vous jugez que la question comporte une seule bonne réponse, vous devez noircir l'une des cases .
• soit vous jugez que la question comporte deux réponses exactes, vous devez noircir deux des cases et deux seulement.
• soit vous jugez qu'aucune des réponses proposées n'est bonne, vous devez alors noircir la case .

En cas de réponse fausse, aucune pénalité ne sera appliquée.

7) EXEMPLES DE RÉPONSES

Exemple I: Question 1:

Exemple II : Question 2 :

Exemple III : Question 3:

Vous marquerez sur la feuille réponse :

AVERTISSEMENT

1. • On disperse un brouillard de fines gouttelettes sphériques d'huile, de masse volumique , dans l'espace séparant les deux plaques horizontales d'un condensateur plan distantes de . Les gouttelettes obtenues sont chargées négativement en raison des frottements qu'elles subissent à la sortie du pulvérisateur et sont supposées ne pas avoir de vitesses initiales (cf. figure ci-contre). Toutes les gouttelettes sphériques ont même rayon mais n'ont pas forcément la même charge . En l'absence de champ électrique , une gouttelette est soumise à son poids (on prendra pour l'accélération de la pesanteur la valeur
     

     

     
     ), à la poussée d'Archimède de la part de l'air ambiant de masse volumique et à une force de frottement visqueux , proportionnelle et opposée à sa vitesse de norme où S.I. est le coefficient de viscosité de l'air.
     Montrer que la vitesse des gouttelettes peut se mettre sous la forme : . Exprimer .
     A)
     B)
     C)
     D)
     2.-Exprimer .
     A)
     B) .
     C)
     D)
     3.- On mesure une vitesse limite . Calculer le rayon R des gouttelettes d'huile.
     A)
     B)
     C)
     D)
2. • On applique une différence de potentiel aux bornes du condensateur de façon à ce que le champ électrique E uniforme et constant qui apparaît dans l'espace compris entre les armatures soit dirigé suivant la verticale descendante (cf. figure ci-dessus).
     Exprimer la relation qui existe entre U et la norme E du champ électrique.
     A)
     B)
     C)
     D)
3. • Une gouttelette est immobilisée pour . Calculer la valeur absolue q de sa charge.
     A)
     B)
     C)
     D)
4. • On considère le circuit représenté sur le schéma de la figure ci-contre. Un pont dont les quatre branches sont constituées par trois résistors et un condensateur est alimenté par une source de tension sinusoïdale , de pulsation , connectée aux bornes de la diagonale CD . On désigne par la tension de sortie recueillie aux bornes de la diagonale AB .
     On définit la fonction de transfert du circuit par le
     

     

     
     rapport de l'amplitude complexe associée à la tension de sortie sur l'amplitude complexe , associée à la tension d'entrée. Exprimer
     A)
     B)
     C)
     D)
5. • Déterminer l'impédance interne de la représentation de Thévenin du générateur équivalent au circuit du point de vue de ses bornes de sortie A et B .
     A)
     B)
     C)
     D)
6. • Exprimer le déphasage de la tension de sortie par rapport à la tension d'entrée .
     A)
     B)
     C)
     D)
7. • On donne . Quelle valeur doit-on donner à r pour que ?
     A)
     A)
     A)
     A)
8. • On connecte une charge entre les bornes A et B du circuit. Quelle est la nouvelle valeur du déphasage de la tension de sortie par rapport à la tension d'entrée pour
9. • On envisage maintenant d'utiliser le circuit représenté sur le schéma de la figure ci-contre dans lequel l'amplificateur opérationnel idéal fonctionne en régime linéaire. Exprimer la fonction de transfert , du montage.
     

     

     
     A)
     B)
     C)
     D)
10. • Quelle doit être la relation entre et pour que le module de la fonction de transfert soit égal à l'unité :
      A)
      B)
      C)
      D)
11. • Donner, dans ce cas, l'expression du déphasage de la tension de sortie par rapport à la tension d'entrée .
      A)
      B)
      B)
      C)
12. • On dispose un objet orthogonalement à l'axe optique d'une lentille divergente de distance focale image . Quelle doit être la valeur de la position de l'objet par rapport au centre optique de pour que le grandissement transversal soit égal à ?
      A)
      B)
      C)
      D)
13. • Quelle est alors la position de l'image par rapport à ?
      A)
      B)
      C)
      D)
14. • On place après un viseur constitué d'une lentille convergente , de même axe optique que , de distance focale image et d'un écran disposé orthogonalement à l'axe optique aune distance du centre optique de . Calculer la distance entre les centres optiques des lentilles et pour que l'on observe sur l'écran une image nette de l'objet
      A)
      B)
      C)
      D)
15. • On désire utiliser le système optique constitué par l'association de la lentille suivie de la lentille , pour transformer un faisceau cylindrique de rayons parallèles à l'axe optique et de diamètre d à l'entrée du système, en un faisceau cylindrique de rayons parallèles à l'axe optique et de diamètre D à la sortie du système. Calculer la distance qui permet de réaliser un tel système.
      A)
      B)
      C)
      D)
16. • Calculer le rapport des diamètres
      A)
      B)
      C)
      D)

Le fluide d'une pompe à chaleur décrit de façon réversible un cycle de Carnot constitué de deux évolutions adiabatiques et et de deux évolutions isothermes et (cf. le diagramme (pression), (volume) représenté sur la figure ci-contre).
Au cours de chaque évolution isotherme , le système échange la quantité de chaleur avec une source chaude constituée par l'air ambiant d'une pièce de capacité thermique totale que l'on désire chauffer. La température de la pièce à l'instant t est notée . Au cours de chaque évolution isotherme , le système échange la quantité de chaleur avec une source froide constituée par l'air
extérieur à la pièce dont la température constante est notée . On peut considérer que la température de la source chaude reste constante au cours d'un cycle (de durée dt) et qu'elle augmente de à chaque cycle. On désigne par la puissance mécanique totale constante fournie au système.
19. - Pour que la machine fonctionne en pompe à chaleur qui réchauffe la pièce,
A) D faut que le cycle soit décrit dans le sens
B) E faut que le cycle soit décrit dans le sens
C) Le sens du cycle n'a pas d'importance
D) On doit nécessairement avoir :
20. - L'efficacité thermique de la pompe est définie par le rapport où est le travail échangé au cours d'un cycle. Exprimer .
A)
B)
C)
D)
21. - On suppose, dans un premier temps, que la pièce est thermiquement isolée de l'extérieur et que sa température initiale est . Calculer l'intervalle de temps pendant lequel la pompe à chaleur doit fonctionner, à puissance mécanique constante, pour que la température de la pièce atteigne la valeur .
A)
B)
C)
D)
22. - On suppose maintenant que la puissance est directement fournie à une résistance chauffante de capacité thermique négligeable et que la pièce est initialement à la température . Calculer l'intervalle de temps au bout duquel la température de la pièce atteint la valeur .
A)
B)
C)
D)
23. - On suppose maintenant que la pièce présente une fuite thermique. Lorsque sa température est , elle échange avec l'extérieur, pendant l'intervalle de temps , une quantité de chaleur où est une constante.
La pompe est arrêtée lorsque la température de la pièce vaut 295 K alors que . On constate qu'au bout de 3 heures la température de la pièce a chuté de . Calculer la valeur de .
A)
B)
C)
D) B)
24. - Monter que la température maximale qu'il est possible d'obtenir dans la pièce en présence de la fuite thermique lorsque la pompe fonctionne et que le régime permanent est établi se déduit de la relation :
A)
B)
C)
D)

Un solénoïde mince d'axe et de longueur est constitué de spires circulaires jointives identiques de rayon parcourues par un courant d'intensité . On désigne par la cote d'une spire vue sous un angle depuis un point de l'axe à la cote (cf. figure ci-contre).
31. - Compte tenu de la symétrie des sources, on peut affirmer que :

A) En tout point de l'axe , le champ magnétique est porté par cet axe
B) Le champ magnétique est orthogonal au plan en tout point de ce plan
C) Le champ magnétique est uniforme en tout point de l'espace
D) Le champ magnétique est nul à l'extérieur du solénoïde
32. - Exprimer, en fonction de , le champ magnétique crée en M par la spire située à la cote sur l'axe Oz.
A)
B)
C)
D)
33. - Une variation dz de la cote d'une spire entraîne une variation de l'angle . Exprimer dz en fonction de et .
A)
B)
C)
D)
34. - Exprimer le nombre dN de spires contenues dans un élément de longueur de solénoïde.
A)
B)
C)
D)
35. - Exprimer le champ magnétique en tout point M de l'axe en fonction des angles et définis sur la figure ci dessus.
A)
B)
C)
D)
36. - Exprimer le champ magnétique en tout point M de l'axe d'un solénoïde infini constitué de n spires par unité de longueur parcourues par un courant .
A)
B)
C)
D)