QCM UE3 2010 avec réponses

PACES
UE 3 1 ère partie
Session de Décembre 2010
DUREE TOTALE DE L'EPREUVE : 1h 30
Veuillez vérifier que ce cahier comporte 16 pages,
20 questions numérotées de 1 à 20 :
Questions 1 à 4 : États de la matière et leur caractérisation
Questions 5 à 7 : Les très basses fréquences du spectre électromagnétique
Question 8 : question mixte
Questions 9 à 12 : Rayons X et gamma - Rayonnements particulaires
Questions 13 à 15 : Méthodes d’étude en électrophysiologie jusqu’à l’ECG
Questions 16 à 20 : Le domaine de l’optique
La dernière page (page 16) est un formulaire.
• Les questions posées sont des questions à choix multiples (QCM), de type simple ou
à combinaison de propositions.
• Pour chaque question, il n'existe qu'UNE ET UNE SEULE BONNE REPONSE
(A, B, C, D, E, F ou G).
• Quand plusieurs valeurs numériques sont proposées, le candidat choisira la réponse
correspondant à la valeur numérique la plus proche de la valeur exacte.
Valeurs numériques à utiliser :
Ln2 = 0,69 ; Ln3 = 1,10 ; Ln5 = 1,61
log2 = 0,30 ; log3 = 0,48 ; log5 = 0,70
cos(45°) = sin(45°) = 0,707 ; cos(30°) = 0,866 ; sin(30°) = 0,5
Constantes :
π = 3,14 ; Constante des Gaz Parfaits : R = 8,31 unités S.I. ; 1 atmosphère = 101300 Pa = 750 mm Hg
Accélération de la pesanteur : g = 10 m.s -2 ; Zéro de l’échelle Celsius des températures : T = 273 K ;
Masse volumique de l’eau : ρ = 1 kg.l -1 ; Constante de Boltzmann : k = 1,38.10 -23 unités S.I. ;
Vitesse de la lumière dans l’air : c = 300.000 km.s -1 ; Constante de Planck h = 6,62 10 -34 J.s
Abréviations :
seconde : s ; mètre : m ; centimètre : cm ; Hertz : Hz ; eV : électron-volt ; gramme : g ; litre : l ; k : kilo
(ex : keV = kilo eV) ; TR : temps de répétition ; TE : temps d’écho ; milliosmole : mosmol .
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Questions 1 à 4 : États de la matière et leur caractérisation
Question 1.
Soit Cv la chaleur spécifique à volume constant et Cp la chaleur spécifique à pression
constante d’un gaz. On notera Tv la transformation à volume constant et Tp la transformation
à pression constante.
Quelle est la proposition exacte ?
A. Les chaleurs spécifiques sont des fonctions d’état
B. La valeur de Cv est inférieure à celle de Cp car le travail est nul au cours de la
transformation Tp
C. La valeur de Cv est inférieure à celle de Cp donc une même quantité de chaleur
augmente plus la température dans la transformation Tv que dans la transformation Tp
D. La valeur de Cv est inférieure à celle de Cp donc pour obtenir une même température
finale, il faut apporter moins de chaleur dans la transformation Tp que dans la
transformation Tv
E. Dans le cas des gaz parfaits, Cv et Cp sont égaux
F. Au cours de la transformation Tp, la chaleur est égale à la variation d’énergie interne
du système
G. Au cours de la transformation Tp, le travail est égal à la variation d’énergie interne du
système
Question 2.
Un autocuiseur, de volume V = 15 litres, est rempli à la température t = 24°C d'une masse
d'eau meau, et d'air sous une pression Pi de 10 5 Pascal. On le ferme, et on porte sa
température à 120°C (état final). On considèrera qu’il y a assez d’eau pour éviter
l’évaporation complète de l’eau.
Quelle est la proposition exacte à l’état final ?
A. Si l’on considère l’air comme un gaz parfait, sa pression Pf à 120 °C est
approximativement de 5.10 5 Pascal, ce qui correspond à un rapport Pf /Pi = 120/24
B. La pression de vapeur (vapeur d’eau) est la pression de vapeur saturante, à l’équilibre
C. La pression totale est la somme de la pression de l’air et de la pression de vapeur sèche
D. A la température de 120°C, il n’y a plus de différence évidente entre vapeur d’eau et
eau liquide, on parle alors de fluide supercritique
E. A l’équilibre, la pression de vapeur sèche est égale à la pression de vapeur saturante
F. Si la valeur de la pression de vapeur saturante de l'eau (notée Pvs) est donnée par
l’expression : Pvs = (t/100) 4 [unité de Pvs en atmosphère, si t en °C], alors à 120 °C
Pvs est inférieure à 10 5 Pascal
G. Le couvercle étant fixe, la transformation est adiabatique
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Question 3.
Au sujet de la pression osmotique d’une solution, notée π, quelle est la proposition fausse ?
A. La mesure de la pression osmotique π π d’une solution fait intervenir une membrane
perméable à l’eau
B. π se manifeste par une différence de pression hydrostatique, véritable pression
mécanique susceptible d’entraîner une rupture de la membrane sur laquelle elle
s’exerce
C. π se manifeste par une différence de pression hydrostatique qui, à l’équilibre, annule le
flux volumique net à travers la membrane
D. π permet de traduire une différence d’osmolalité efficace, par une différence de
pression hydrostatique
E. Les solutés non osmotiquement efficaces exercent une pression osmotique négative
sur la membrane
F. La mesure de π s’applique de préférence aux solutés macromoléculaires
osmotiquement efficaces, en faible concentration molale
G. La mesure de π s’applique de préférence aux solutés macromoléculaires
osmotiquement efficaces, pour lesquels la membrane est imperméable
Question 4.
On mesure chez un malade alité une température centrale égale à 38,7 °C vers 8h du matin.
Quelle est la combinaison de toutes les propositions exactes ?
1. Ce malade a de la fièvre
2. Ses thermorécepteurs centraux sont inactivés
3. Des frissons pendant toute la nuit précédente ont pu faire augmenter sa température
4. Sa température centrale ne présente plus de variation circadienne
5. L’hypothalamus antérieur est fortement activé
6. Sa température de consigne est augmentée par rapport à 37 °C
7. Sa température rectale est plus basse que sa température cutanée
A : 1 + 2 + 7 B : 5 + 6 + 7 C : 3 + 4 + 7 D : 2 + 4 + 6
E : 1 + 3 + 6 F : 2 + 3 + 5 G : 4 + 5 + 6
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Questions 5 à 7 :
Les très basses fréquences du spectre électromagnétique
Question 5.
Dans un champ magnétique statique B0 , on effectue une bascule de 90° de l’aimantation
résultante des protons, dans le plan transversal (O,x,y), en un temps t1.
Quelle est la proposition exacte ?
A. Le temps t1 dépend des temps de relaxation T1 et T2
B. Le temps t1 doit être divisé par 2 pour réaliser une bascule de 180°
C. Cette bascule des spins est d’autant plus rapide que la valeur de B0 est grande
D. La fréquence de rotation des spins autour du champ radiofréquence B1 est de l’ordre de
42 MHz si B0 est égal à 1 Tesla
E. Les spins se déphasent pendant l’impulsion radiofréquence
F. Cette bascule n’est possible que si les gradients de champ magnétique sont à la
résonance
G. On mesure le signal RMN dans le plan transversal (O,x,y)
Question 6.
Au sujet du temps de relaxation transversal T2 , quelle est la proposition exacte ?
A. Il s’agit d’une constante de temps, qui peut être exprimée en s -1
B. La vitesse de relaxation transversale est d’autant plus grande que T2 est petit
C. T2 dépend de l’importance des inhomogénéités du champ magnétique statique B0
D. T2 est souvent inférieur à T2*
E. T2 dépend du temps d’écho dans une séquence de spin-écho
F. T2 dépend du temps de répétition dans une séquence de spin-écho
G. T2 est influencé par les échanges de type spin-réseau
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Question 7.
Pour réaliser une image en IRM, on applique un gradient de sélection de coupe Gz dans la
direction (O,z).
Quelle est la proposition exacte ?
A. Le gradient Gz doit être appliqué avant l’impulsion radiofréquence de 90°
B. Le gradient Gz permet de faire des coupes parallèles à l’axe (O,z)
C. Le gradient Gz est une variation linéaire du champ magnétique radiofréquence
D. Le gradient Gz permet de distinguer les protons en fonction de leur position
sur l’axe (O,z)
E. Gz doit être augmenté pour augmenter l’épaisseur de coupe
F. Le temps d’application de Gz doit être court pour obtenir une pondération T2
G. Le temps d’application de Gz doit être long pour obtenir une pondération T1
Questions 8 : mixte :
- Les très basses fréquences du spectre électromagnétique
- Rayons X et gamma - Rayonnements particulaires
Question 8.
La fonction y = y0 e -ax peut correspondre à divers phénomènes.
Quelle est la proposition exacte ?
A. Si y est un nombre de photons transmis à travers un écran d’épaisseur x, a est
une CDA (couche de demi-atténuation)
B. Si y / y0 = 1/2 pour x = x0 , alors a /x0 = Ln2
C. Si y / y0 = 1/2 pour x = x0 , alors y / y0 = 1/100 pour x = 10 x0
D. Si y est un signal RMN au temps d’écho x d’une séquence spin-écho, a est une vitesse
de relaxation longitudinale
E. Si y est un signal RMN au temps d’écho x d’une séquence spin-écho, a est un temps
de relaxation transversal
F. Si y est un nombre de noyaux radioactifs au temps x, a est une période radioactive
G. Pour un radioélément donné, si y est le nombre de noyaux radioactifs au temps x,
il est impossible de modifier a pour réaliser un examen scintigraphique
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Questions 9 à 12 :
Rayons X et gamma - Rayonnements particulaires
Question 9.
Concernant la production des rayons X, quelle est la proposition fausse ?
A. Dans un tube à rayons X, l’interaction entre un électron accéléré et le champ
coulombien du noyau d’un atome de l’anode est le mécanisme de production des
rayons X le plus important sur le plan quantitatif
B. Dans un tube à rayons X, plus de 95% de l’énergie des électrons arrivant sur l’anode
est dissipé sous forme de chaleur
C. En augmentant l’intensité de chauffage du filament du tube à rayons X, on augmente
le nombre d’électrons émis par effet thermoélectronique et donc le nombre de photons
X émis par l’anode
D. Les photons X émis par un tube à rayons X ne sont pas tous des photons de
fluorescence mais, de façon générale, tous les photons de fluorescence sont des
photons X
E. Dans le spectre du rayonnement émis par un tube à rayons X, la position des raies
dépend de la nature du matériau constituant l’anode, mais l’énergie de la raie Kα est
toujours inférieure à celle de la raie Kβ
F. On peut utiliser en imagerie radiologique des photons X de 140 keV par exemple
G. Il peut exister des photons X de 140 keV et des photons γ de 140 keV ; seule l’origine
de ces photons permet de les différencier
Question 10.
Concernant les applications des rayonnements ionisants, quelle est la proposition fausse ?
A. Sur une image radiologique, le contraste entre 2 tissus dépend de la différence de leurs
coefficients d’atténuation
B. En imagerie radiologique, le détecteur reçoit les photons transmis par le patient,
tandis qu’en imagerie scintigraphique, le détecteur reçoit les photons émis par le
patient
C. En tomographie par émission de positons, ce sont des photons γ qui sont détectés
D. Le fluor 18 est, parmi les radioéléments utilisables en tomographie par émission de
positons, un de ceux qui émet les photons les moins énergétiques
E. La radiothérapie interne vectorisée nécessite l’administration au patient d’un
radiopharmaceutique portant un radioélément émetteur α ou β-
F. La curiethérapie est une technique de radiothérapie utilisant des sources radioactives
scellées introduites dans l’organisme
G. La radiothérapie externe met en œuvre des rayonnements électromagnétiques
ionisants (X ou γ), ou des faisceaux de particules chargées accélérées
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Question 11.
Concernant les interactions rayonnement-matière, quelle est la proposition fausse ?
A. La principale différence entre une interaction par effet photoélectrique et une
interaction par effet Compton réside dans le fait que, lors de la 1 ère , le photon est
totalement absorbé, tandis que lors de la 2 ème , il ne perd qu’une partie de son énergie
B. Dans un milieu donné, la probabilité d’interaction par effet photoélectrique décroît
rapidement quand l’énergie des photons incidents diminue
C. Le rayonnement diffusé Compton pose un problème de radioprotection car il peut être
émis dans toutes les directions
D. Dans les tissus mous, l’effet Compton est le mécanisme d’interaction le plus probable
pour un photon de 100 keV
E. Pour se protéger des rayonnements X et γ on utilise le plus souvent des écrans en
plomb, tandis que pour se protéger des rayonnements β-, il vaut mieux utiliser des
écrans constitués d’un matériau de faible numéro atomique, comme du plexiglas
F. Les photons utilisés en imagerie médicale ne sont pas susceptibles d’interagir avec les
tissus par effet de production de paires car leur énergie est trop faible
G. Si la couche de demi-atténuation (CDA) d’un matériau pour des photons de 100 keV
est de 2 cm, alors l’atténuation d’un faisceau de photons de 100 keV après traversée de
6 cm de ce matériau est de 87,5%
Question 12.
Concernant la radioactivité, quelle est la proposition fausse ?
A. L’activité d’une source constituée d’un radioélément décroît d’autant plus vite que la
constante radioactive de ce radioélément est faible
B. Un radioélément peut être à la fois émetteur γ et émetteur β-
C. L’émission d’un photon γ peut résulter de la transformation isomérique d’un noyau
métastable
D. Un noyau peut se désexciter en émettant un photon γ ou un électron de conversion
interne
E. Un atome peut se désexciter en émettant un photon de fluorescence
F. Un atome peut se désexciter en émettant un électron Auger
G. La capture électronique est une transformation isobarique qui, comme la
transformation β + , concerne les noyaux contenant un excès de protons
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Questions 13 à 15 :
Méthodes d’étude en électrophysiologie jusqu’à l’ECG
Question 13.
Quelle est la proposition exacte ?
A- Le champ électrostatique créé par une charge q en un point M est inversement
proportionnel au carré de la distance qui sépare q et M
B- Pour une charge positive les lignes de champs s’orientent vers l’intérieur
C- La force électrostatique produite par un champ électrique est susceptible de déplacer
une particule ; le travail fourni lors du déplacement de cette particule est dépendant du
chemin suivi
D- Le travail fourni lors du déplacement de cette particule est égal à la somme des
énergies potentielles existant au point de départ et au point d’arrivée
E- Les surfaces équipotentielles sont de plus en plus proches au fur et à mesure que l’on
s’éloigne du centre
Question 14.
Quelle est la proposition fausse ?
A- Un condensateur est constitué de plaques chargées symétriquement en charges
positives et négatives
B- Dans un condensateur le champ électrique entre les plaques est orienté de la plaque
négative vers la plaque positive
C- Dans un condensateur plan, le potentiel électrostatique diminue avec la distance de la
plaque positive vers la plaque négative
D- Lors de la charge d’un condensateur, la constante de temps correspond au temps mis
pour que la charge atteigne 63% de sa valeur maximum
E- Dans un oscilloscope l’accélération de la particule est le premier stade de la
progression de la particule vers l’écran
F- Le potentiel du moment dipolaire dépend de l’inverse du carré de la distance séparant
le barycentre des charges du point où s’exerce le champ électrique
G- Le champ créé à distance par un dipôle est proportionnel au gradient du potentiel
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Question 15.
Quelle est la proposition fausse ?
A- Dans le cas des canaux calciques, pour un potentiel de membrane de -60mV, le
courant calcique est nul car le gradient électrochimique est nul
B- On parle d’hyperpolarisation quand le potentiel de membrane passe
de -60 mV à -84 mV
C- Dans la méthode du potentiel imposé on mesure un courant et on maintient
un potentiel
D- En analysant les canaux sodium en potentiel imposé on observe une entrée de sodium
quand le potentiel de membrane passe de -60 mV à 0 mV
E- Le courant sodium s’estompe rapidement du fait de l’inactivation des canaux sodium
F- Le courant sodium est lié à des canaux voltage dépendant
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Questions 16 à 20 : Le domaine de l’optique
Question 16.
Le schéma précédent présente plusieurs chemins lumineux à travers des milieux d’indice de
réfraction différent :
- chemin ABCDE, à travers les milieux matériels transparents n1, n2, n3 puis n1,
- chemins (a), (b) dans le milieu n2,
- chemins (c) dans le milieu n1, puis (d) dans le vide,
- chemins (e) et (f) dans le milieu n3.
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Soient les propositions suivantes :
1. Le trajet ABCDE existe
2. Le trajet ABCDE implique n2 > n1 et n3 > n1
3. Le trajet ABCDE implique n3 < n1 < n2
4. Les trajets (a) et (b) existent
5. Les trajets (c), (d), (e), (f) n’existent pas
6. θ1 = θ4 = θ5
7. Les vitesses V1, V2 et V3 de l’onde lumineuse respectivement dans les milieux
matériels n1, n2 et n3 sont telles que V2 > V1 > V3
Quelle est la combinaison de toutes les propositions exactes ?
A : 1, 2, 4 et 6 B : 1, 3, 5 et 7 C : 2, 4, 5 et 7 D : 1, 4, 5 et 6
E : 1, 3, 6 et 7 F : 1, 3, 4 et 6 G : Autre combinaison
Question 17.
Le tableau suivant correspond à l’étude de trois miroirs. Sur chaque ligne, propre à un miroir,
se trouvent des données permettant de déduire les valeurs manquantes.
Les distances sont exprimées en centimètres. Si une donnée est précédée d’un point
d’interrogation (?), il faudra en déterminer le signe.
Miroir Type f p p' grandissement Image Image
transversal réelle ? renversée ?
1 -10 1
2 +10 +30
3 -24 (?) 0,5 oui
Soient les propositions suivantes :
1. Les miroirs 1 et 2 donnent une image virtuelle droite
2. Les miroirs 2 et 3 donnent une image réelle renversée
3. Les miroirs 2 et 3 sont convexes
4. Le miroir 3 est convergent
5. L’image produite par les miroirs 2 et 3 est deux fois plus grande que l’objet
6. Le miroir 1 est un miroir plan
7. Les miroirs 1 et 2 donnent une image virtuelle
8. Le miroir 2 est divergent
Quelle est la combinaison de toutes les propositions exactes ?
A : 2, 3, 4 et 6 B : 1, 2, 5 et 7 C : 1, 5, 6 et 8 D : 1, 3, 4 et 7
E : 4, 6, 7 et 8 F : 2, 3, 5 et 8 G : Autre combinaison
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Question 18.
Soit le schéma suivant représentant deux lentilles L1 et L2 séparées d’une distance D. Les
points F1 et F2 sont respectivement les foyers de L1 et L2.
Un objet réel est placé à gauche de la lentille L1. Soit p1 la position de cet objet. En
considérant que l’image obtenue à travers L1 devient l’objet pour L2, déterminer, à l’aide des
schémas de la page suivante, l’image définitive obtenue à travers le système formé par les
lentilles L1 et L2 pour les trois situations données dans le tableau :
Situation L1 L2 Condition
1 convergente convergente |p1| < |f1|
2 divergente convergente |p1| > |f1|
3 divergente divergente |p1| < |f1|
Quelle est la proposition exacte ?
A. Les situations 2 et 3 donnent une image définitive renversée
B. Les situations 1 et 2 donnent une image définitive droite
C. Les situations 1 et 3 donnent une image définitive réelle
D. Les situations 1 et 2 donnent une image définitive réelle et renversée
E. Les situations 2 et 3 donnent une image définitive réelle et droite
F. La situation 3 donne une image définitive virtuelle et renversée
G. Toutes les propositions précédentes sont fausses
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Question 19.
Soient les propositions suivantes :
1. Lorsque deux ondes monochromatiques de pulsations différentes, issues de deux
sources lumineuses S1 et S2, existent simultanément, on observe un phénomène
d’interférences. L’éclairement en un point M de l’écran d’observation est alors égal à la
somme de leur éclairement respectif.
2. Deux vibrations lumineuses monochromatiques qui ont des amplitudes différentes
donnent des éclairements différents.
3. Deux ondes monochromatiques synchrones et sensiblement parallèles issues de deux
sources lumineuses secondaires cohérentes S1 et S2 donnent un phénomène
d’interférences. L’éclairement en un point M de l’écran d’observation est alors égal à :
et étant les éclairements respectifs des deux ondes au point M lorsqu’elles
existent seules et la différence de phase des deux ondes au point M.
4. On parle de cohérence temporelle si les deux sources secondaires S1 et S2 sont atteintes
au même instant par le même train d’onde.
5. Les franges d’interférences sont destructives lorsque les deux vibrations arrivent en
phase au point M sur l’écran, c’est-à-dire lorsque :
où L2 - L1 représente la différence de marche des deux vibrations au point M et λ leur
longueur d’onde.
6. Les franges d’interférences lumineuses sont imparfaitement contrastées lorsque le
contraste C est tel que 0 < C < 1.
7. Les franges d’interférences lumineuses sont parfaitement contrastées lorsque les deux
ondes monochromatiques issues des deux sources lumineuses secondaires cohérentes
ont des amplitudes différentes.
Quelle est la combinaison de toutes les propositions exactes ?
A : 2, 3, 4 et 6 B : 1, 2, 4 et 6 C : 2, 3, 5 et 6 D : 3, 4, 5 et 7
E : 2, 4, 6 et 7 F : 1, 4, 5 et 7 G : Autre combinaison
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Question 20.
On considère le dispositif des fentes d’Young et l’on place devant chaque fente un tube de
verre de longueur intérieure ℓ = 3 cm dont on négligera l’épaisseur des parois. On éclaire ce
dispositif au moyen d’une lumière monochromatique de longueur d’onde λ = 660 nm.
On dispose d’abord dans ces deux tubes de verre identiques de l’air sous pression
atmosphérique (indice de l’air nA = 1,00029).
On remplace ensuite, dans le tube placé devant F2, l’air par un gaz inconnu dont on veut
déterminer l’indice de réfraction nG. On constate alors, sur l’écran d’observation, un
déplacement du système de franges du côté de F2 correspondant à 22 interfranges.
Soient les propositions suivantes :
1. Lorsque les deux tubes sont remplis d’air (d’indice nA), l’expression littérale de la
différence de marche des deux ondes au point M (d’abscisse x) sur l’écran est égale à :
où a est la distance entre les deux fentes et D celle entre les fentes et l’écran.
2. En présence de gaz dans l’un des tubes, la valeur de l’interfrange n’est pas modifiée.
3. Lorsqu’on place le gaz dans le tube devant F2, la différence de marche des deux ondes
au point M devient :
4. Le déplacement des franges sur l’écran est alors égal à :
5. L’expression littérale de la valeur de nG est :
6. L’expression littérale de la valeur de nG est :
7. L’expression littérale de la valeur de nG est :
Quelle est la combinaison de toutes les propositions exactes ?
A : 1, 2 et 7 B : 1, 3, 4 et 5 C : 1, 2 et 6 D : 1, 2, 3 et 5
E : 1, 2, 4 et 7 F : 3, 4 et 6 G : Autre combinaison
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Réponses aux QCM de l’UE3 1 ère partie, décembre 2010 :
1 C
2 B
3 E
4 E
5 G
6 B
7 D
8 G
9 D
10 D
11 B
12 A
13 A
14 B
15 A
16 F
17 E
18 D
19 A
20 C
16