ds commun seconde 2012_final

NOM : Classes de seconde 2012

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DEVOIR COMMUN DE SCIENCES PHYSIQUES

L'énoncé comporte 6 pages et est à rendre avec la copie. L'usage de la calculatrice est autorisé.

Les réponses apportées devront être soigneusement justifiées. Chaque calcul sera précédé de son expression littérale, et accompagné de l'unité adéquate. EXERCICE I : ETUDE D'UN ÉLECTROCARDIOGRAMME (2,5points) Le document de l'annexe 1 représente un électrocardiogramme.

1. Surligner un motif élémentaire. 2. Calculer la période des battements de ce cœur, en précisant le raisonnement. 3. Quelle leur fréquence? L'exprimer en Hertz, puis en nombre de battements par minute. 4. Quelle est la tension maximale Umax du signal?

EXERCICE II : INDICE DE RÉFRACTION D'UN ALCOOL (3 points) Pour identifier un liquide transparent, une possibilité est de mesurer son indice de réfraction. C’est en effet un grandeur qui lui est propre (comme la température d’ébullition...). Le tableau suivant donne les indices de réfraction de trois alcools, pour une lumière monochromatique de longueur d’onde 580 nm.

Alcool méthanol éthanol butanol Indice de réfraction n 1,332 1,362 1,399

Une cuve semi-cylindrique est remplie d’un de ces trois alcools ; elle est disposée sur un dispositif de mesure d’angles, comme le montre le schéma donné en annexe 2. Pour un angle d’incidence i = 27,0° , on mesure un angle de réfraction r = 37,2°.

1. Qu’est-ce qu’une lumière monochromatique ? 2. Compléter le schéma n°1 de l'annexe 2 en indiquant :

l’angle i, l’angle r, le point d’incidence I, la normale au point d’incidence, le dioptre air-alcool. 3. En utilisant la loi de Snell-Descartes, déterminer l’indice de réfraction du liquide. 4. Lequel des trois alcools la cuve contient-elle ? 5. Si on augmente la valeur de l’angle i, le rayon réfracté n’existe plus.

a. Indiquer sur le schéma n°2 de l'annexe 2 le trajet suivi par la lumière. b. Comment nomme-t-on le phénomène observé ? c. Citer une application technique de ce phénomène.


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EXERCICE III : SYNTHESE DE L'ASPIRINE (3,75 points) 1ère étape : préparation. Dans un montage de chauffage à reflux (schéma du montage en annexe 3), on introduit :

• 3,5 g d’acide salicylique en poudre ; • 5,0 mL d’anhydride acétique ; • quelques gouttes d’acide sulfurique pour accélérer la réaction.

Le mélange réactionnel est alors maintenu à 60°C environ pendant une vingtaine de minutes.

1. Quels sont les réactifs utilisés pour cette synthèse ? 2. Compléter le schéma du montage en nommant les parties repérées par des flèches. 3. Pourquoi chauffe-t-on le mélange ? 4. Quel est le rôle de la partie (1) du montage ? Justifier le sens de circulation de l’eau.

2ème étape : purification du produit synthétisé. Après refroidissement, on ajoute de l’eau froide dans le contenu du ballon : un solide apparaît. Ce solide subit une purification puis il est récupéré par filtration. 3ème étape : identification. Pour identifier le produit formé on réalise une chromatographie sur couche mince (CCM) avec trois dépôts : dépôt A : une solution d’aspirine pure ; dépôt B : une solution obtenue à partir des cristaux ; dépôt C : une solution d’acide salicylique pur. Après révélation, on obtient le chromatogramme représenté en annexe 3.

5. Que représente les deux traits horizontaux sur le chromatogramme ? 6. Calculer le rapport frontal RC de la tache laissée par l’espèce C. 7. Pourquoi a-t-il fallu révéler le chromatogramme ? 8. Que pouvez-vous conclure du résultat ? Faudra-t-il reprendre l’étape de purification ?

EXERCICE IV : ETUDE DE DEUX FORMULATIONS (2,5 points) L'acétylcystéine est le principe actif de médicaments utilisés comme fluidifiants des sécrétions bronchiques. Ces dernières sont alors plus facilement évacuées. On la trouve sous deux formulations différentes sous forme de solution buvable (sirop) ou sous forme de sachet. Sur la notice de la solution buvable il est indiqué : " Un volume V0 = 100mL de solution contient une masse m0 = 2,00 g d'acétylcystéine". Le laboratoire pharmaceutique fabriquant ce médicament fournit une cuillère-mesure V = 5,0mL.

1. Calculer la concentration massique Cm de la solution commerciale en g.L-1

2. Donner l'expression littérale de la masse m d'acétylcystéine prélevée par une cuillère-mesure en fonction de V et Cm, puis la calculer.

3. Pour effectuer des mesures sur ce sirop, un chimiste réalise une dilution de ce sirop : il prépare alors une solution diluée de volume V' = 25,0mL en prélevant un volume Vp = 2,0mL du sirop commercial. a) Ecrire le protocole permettant de réaliser cette dilution en précisant la verrerie à utiliser. b) Calculer la concentration massique C'm en acétylcystéine de la solution diluée obtenue.


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EXERCICE V : QCM UNIVERS (8,25 points) A chaque question peut correspondre une seule ou plusieurs propositions correctes. Vous répondrez au QCM dans le tableau de réponses joint, en justifiant, le cas échéant votre réponse

Question VRAI FAUX JUSTIFICATION

Question 1 : La vitesse de la lumière dans le vide est égale à :

3,00.108 m.s-1 Pas de justification

340 m.s-1 Pas de justification

1 al Pas de justification

Question 2 : Notre galaxie

s'appelle la Voie Lactée Pas de justification

s'étend jusqu'aux confins de l'univers Pas de justification

est de la même taille que le système solaire

Pas de justification

Question 3 : L'année de lumière est

la distance de la Terre au Soleil Pas de justification

la distance parcourue par la lumière en un an dans le vide


la durée que met la lumière pour parcourir 300 000 kilomètres dans le vide


Question 4 : L'année de lumière est égale à

9,5.1015 m

Calcul détaillé :

9,5.1015 km

9,5.1015 s

Question 5 : Au cours de l'année 2009, des astronomes français ont réussi à photographier une exoplanète gravitant autour de l'étoile Bêta Pictoris. Cette dernière, située dans la Voie Lactée à 60.1016 m, est la deuxième étoile la plus brillante de la constellation du Peintre.

Exprimée en notation scientifique, cette distance est égale à 6,0.1020km

Indiquez la bonne réponse si vous jugez la réponse fausse :

L'ordre de grandeur de cette distance est égale à 1015m

Indiquez la bonne réponse si vous jugez la réponse fausse :

Les astronomes ont observé l'exoplanète telle qu'elle était réellement en 2009

Justification :


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Question 6 : Sur la Lune se trouvent plusieurs réflecteurs (miroirs) déposés lors de missions spatiales. Un Laser situé à la surface de la Terre émet des impulsions vers ces réflecteurs. L'un d'eux renvoie la lumière vers le Laser. On mesure ∆t la durée entre l'émission et la réception du signal lumineux. Cette mesure permet de calculer la distance D entre le Laser et le réflecteur. On note c la vitesse moyenne de propagation de l'impulsion lumineuse sur le parcours.

La relation liant ces trois grandeurs est D = c.∆t

Justification :

La relation liant ces trois grandeurs est D = (c.∆t)/2

La relation liant ces trois grandeurs est D = 2.c.∆t

Il est possible de réaliser la même expérience en utilisant des ondes ultrasonores

Justification :

Question 7 : Le noyau d'un atome de silicium Si1531

est composé de 15 protons et 31 électrons

Corrigez la phrase si vous la jugez fausse :

est composé de 46 nucléons Corrigez la phrase si vous la jugez fausse :

est entouré de 15 électrons Justification :

contient 31 neutrons Corrigez la phrase si vous la jugez fausse :

Question 8 : On considère deux atomes dont le noyau contient 10 protons

ils sont forcément entourés de 10 électrons


ils contiennent forcément 10 neutrons Pas de justification

ils sont forcément isotopes Pas de justification

Question 9 : Dans un atome

les neutrons et les électrons ont pratiquement la même masse


les neutrons et les protons ont pratiquement la même masse


les protons et les électrons portent la même charge



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Question 10 : On considère l'atome Si1531

. On appelle e la charge élémentaire portée par un proton et mn la masse d'un nucléon. On donne mn = 1,67.10-27kg.

La masse du noyau de cet atome est égale à 2,5.10-26kg

Calcul détaillé :

La masse du noyau de cet atome est égale à 5,2.10-26kg

La charge du noyau est égale à 15e Pas de justification

La masse de l'atome est, en première approximation, égale à la masse du noyau atomique


Question 11 : Le spectre d'absorption d'une étoile renseigne sur

La taille de cette étoile Pas de justification

Le nombre de planètes qui gravitent autour d'elles


La composition chimique de son enveloppe gazeuse


Question 12 : Traversé par un courant d'intensité maximale le filament d'une ampoule brille fortement. Lorsque l'intensité est plus faible, la température du filament diminue et il brille un peu moins. Le spectre de la lumière qu'il émet :

est un spectre de raies d'émission Pas de justification

est un spectre d'émission continu Pas de justification

le spectre s'enrichit plus en radiations violettes qu'en rouges


le spectre s'enrichit plus en radiations de courtes longueurs d'onde que de grandes longueurs d'onde


Question 13 : L'analyse du spectre d'émission d'une lampe à vapeur de mercure révèle la présence de raies de longueur d'onde bien définie.

Sur le spectre proposé, la longueur d'onde de la raie notée A n'est pas indiquée. Celle-ci est égale à :

800nm

Justification de la méthode utilisée et calcul détaillé :

820nm

840nm

Raie A Raie A


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ANNEXES EXERCICE I : Annexe 1

EXERCICE III : Annexe 2 EXERCICE IV : Annexe 3

schéma n°2 schéma n°1

cuve remplie du liquide inconnu

1

5

4

3 2

sortie d’eau

arrivée d’eau froide

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