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Annale · 2021★★★Niveau moyenSession du 19 avril 2021

Physique X-ENS PSI 2021 XCR, modulation acousto-optique

Sujet Physique X-ENS PSI 2021 (sigle XCR) sur la modulation acousto-optique. Trois parties : propagation d'ondes acoustiques (air, cristal), transducteur piézoélectrique, effet acousto-optique. Moyenne 9,5/20, écart-type 3,18. Sujet, top pièges et analyse Hadamard.

Mohamed K.

Mohamed K.

Centralien · MPSI puis MP · Recherche ML santé

Session 2021 :

PhysiqueMathsModelisationS2I

Top piège du sujet

Valeurs parachutées sans explication (Q1)

Statistiques jury

Comment les candidats s'en sont sortis

Notes brutes officielles publiées par le jury — non harmonisées.

Moyenne

9.50

Médiane

9.3

Écart-type

3.18

Q1 (25%)

7.4

Q3 (75%)

11.7

Candidats présents

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Analyse

Ce qu'a observé le jury

Synthèse Hadamard du rapport officiel — citations, chiffres et conseils du jury.

Présentation du sujet

Sujet sur la modulation acousto-optique. Étude d'une courbe expérimentale d'émetteur ultrasonore, propagation d'ondes acoustiques dans l'air avec mesure expérimentale, propagation dans un cristal avec équation de d'Alembert et relation de dispersion des phonons. Partie 2 : transducteur piézoélectrique (Maxwell-Gauss, capacité, piézoélectricité, résonance, modèle équivalent). Partie 3 : effet acousto-optique.

Structure de l'épreuve

  1. Partie IPartie 1, Émetteur et propagation d'ondes acoustiques(Q1-Q12)Niveau attendu

    Émetteur ultrasonore, propagation dans l'air et le cristal. Q1 valeurs parachutées (Q et Δf) sans explication sanctionnées. Q3 question de cours sur la linéarisation, à expliquer.

  2. Partie IIPartie 2, Transducteur piézoélectrique(Q13-Q25)Difficile

    Maxwell-Gauss dans les milieux, capacité, piézoélectricité, résonance, modèle équivalent. Q14 réponse incomplète sur formulation intégrale et Green-Ostrogradski. Q15 confusions densités volumiques de charges. Q16 électrostatique dans cadre nouveau, beaucoup de problèmes.

  3. Partie IIIPartie 3, Effet acousto-optique(Q26-Q40)Très difficile

    Interaction onde EM/onde acoustique, approche corpusculaire, diffraction acousto-optique. Étude des faisceaux pour obtenir longueurs d'ondes acoustiques.

Analyse globale du jury

« Le sujet s'intéressait à des concepts physiques autour de la modulation acousto-optique, traitant de nombreux domaines de la physique. Moyenne 9,5, écart-type 3,184, médiane 9,3. 8,20% de notes au-dessus de 14. Le taux de réponse aux questions se réduit au fil du sujet de façon assez régulière. »

Top pièges sanctionnés

  • Valeurs parachutées sans explication (Q1)-1 pts

    « Question bien réussie en général. Notons que toutes les informations numériques nécessaires étaient disponibles dans l'énoncé. Les valeurs parachutées (Q et Δf) sans explications ont été sanctionnées. »

  • Trafiquer le résultat précédent à partir d'une erreur (Q8)-2 pts

    « Attention, les candidats ayant faux à la question 6 et trafiquant les expressions pour aboutir aux résultats ont été sanctionnés. »

  • Pas d'analyse de symétries/invariances en électrostatique (Q16)-2 pts

    « De nombreuses copies ne présentent pas d'analyse des symétries et invariances pour obtenir les résultats demandés. »

  • Théorème de Gauss appliqué sans préciser densités (Q15)-2 pts

    « Beaucoup de copies présentaient des confusions sur les densités volumiques de charges, provoquant des erreurs sur l'écriture du théorème de Gauss pour le champ D. »

Source : Rapport du jury X-ENS · Physique PSI, session 2021 · PDF officiel ↗

Contexte

L'épreuve en quelques chiffres

L'épreuve Physique X-ENS PSI 2021 (XCR), durée 4h, coefficient 6. Sujet sur la modulation acousto-optique : interaction d'une onde acoustique avec une onde électromagnétique pour analyser les modes spectraux d'un cristal.

Stats officielles : moyenne 9,5/20, écart-type 3,184, médiane 9,3. 8,20% au-dessus de 14.

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Stratégie

Notre approche pour ce sujet

Trois parties relativement indépendantes mais avec un fil conducteur. Le taux de réponse se réduit au fil du sujet selon le jury, ne pas s'attarder sur les premières au détriment des suivantes.

Gestion des 4h : 20 min lecture, 1h sur Partie 1 (Q1-Q12, ondes acoustiques), 1h30 sur Partie 2 (Q13-Q25, transducteur piézoélectrique), 1h sur Partie 3 (Q26-Q40, effet acousto-optique), 10 min relecture. Q15-Q16 (Maxwell-Gauss avec déplacement électrique) demande analyse de symétries, passer du temps dessus.

Conseils du jury

Cinq conseils transversaux

  • Justifier les valeurs numériques : pas de Q et Δf 'parachutés' (Q1).
  • Pas de calculs trafiqués sur question dépendante : Q8 piège : ne pas modifier les expressions pour retomber sur le résultat malgré une erreur Q6.
  • Analyse de symétries et invariances avant Maxwell-Gauss : Q16 piège : invariance par translation, symétries axiales.
  • Préciser les densités de charges : Q15 confusion sur densités volumiques cause d'erreurs sur Gauss du déplacement D.
  • Linéarisation expliquée comme question de cours : Q3 : ne pas se contenter d'effectuer, justifier la démarche.

Ressources

Téléchargements

Sujet officiel, corrigé Hadamard et rapport jury — tout en un endroit.

FAQ

Questions fréquentes — 2021

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Préparation X-ENS · Physique PSI

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