Olympiade internationale de physique · Année 2002

Problèmes

Problème 1Une particule de masse $m$ et de charge $q$ se déplace perpendiculairement à un champ uniforme $B$ à la vitesse $v$ . Déterminer rayon et période; utiliser $|q|$ .Le champ est perpendiculaire à la vitesse initiale; négliger la pesanteur et les collisions. (a) Déterminer le rayon $r$ par la force de Lorentz. (b) Calculer la période orbitale $T$ . (c) Déterminer la fréquence cyclotron et préciser quelle grandeur ne dépend pas de $v$ .Exprimer chaque réponse en fonction des paramètres fournis et utiliser les unités SI pour toute évaluation numérique. Préciser les hypothèses, vérifier les dimensions et comparer à la loi directrice afin de repérer une erreur de signe ou une condition oubliée.Solutions: 1
Problème 2Deux résistances $R_1,R_2$ sont en série sur une source idéale de f.é.m. $\mathcal E$ . Déterminer le courant et les tensions.La source idéale a une f.é.m. $\mathcal{E}$ et les résistances ohmiques sont positives. (a) Déterminer la résistance équivalente et le courant. (b) Calculer la tension aux bornes de chaque résistance. (c) Calculer la puissance totale et vérifier le bilan des tensions.Exprimer chaque réponse en fonction des paramètres fournis et utiliser les unités SI pour toute évaluation numérique. Préciser les hypothèses, vérifier les dimensions et comparer à la loi directrice afin de repérer une erreur de signe ou une condition oubliée.Solutions: 1
Problème 3Une lumière de fréquence $f$ éclaire un métal de travail d’extraction $\phi$ . Déterminer l’énergie cinétique maximale et le potentiel d’arrêt; utiliser $h$ et la charge électronique $e$ .Chaque photon porte l’énergie $hf$ ; des électrons ne sont émis que si la fréquence dépasse le seuil. (a) Déterminer la fréquence seuil $f_0$ . (b) Pour $f>f_0$ , calculer l’énergie cinétique maximale $K_{max}$ . (c) Déterminer le potentiel d’arrêt $V_s$ et la condition d’émission.Exprimer chaque réponse en fonction des paramètres fournis et utiliser les unités SI pour toute évaluation numérique. Préciser les hypothèses, vérifier les dimensions et comparer à la loi directrice afin de repérer une erreur de signe ou une condition oubliée.Solutions: 1