E2- Physique- Chimie Mercredi 23 juin 2015 Classe : 4 eme Durée : 90 minutes. Nom : N o :

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1 Nom : N o : E2- Physique- Chimie Mercredi 23 juin 2015 Classe : 4 eme Durée : 90 minutes L usage de la calculatrice scientifique est autorisé Exercice 1 : Lentilles minces (6 points) On dispose d'une lentille convergente (L) de distance focale f et d'un objet lumineux (AB) de grandeur AB. (AB) est placé perpendiculairement en A à l'axe optique de (L) et à une distance P de (L). (A'B') est l'image de (AB) donnée par (L). Elle est située à une distance P' de (L) et a pour grandeur A'B' Sens de propagation de la (L) B x' A F O F x 5 cm 1.Tracer, sur l annexe-1-, la marche d'un rayon lumineux : a.issu de B et parallèle à l'axe optique de (L) ; Le rayon émerge en passant par F. (1 pt) b.issu de B et passant par F. Le rayon émerge parallèlement à l axe optique de (L). (1 pt) 2.Construire alors (A'B'). B est le point de rencontre des deux rayons émergents. De B on mène la perpendiculaire a l axe qui le coupe en A. (1 pt) 3.Déterminer la valeur de P' et celle de A'B'. P = 6 x 5= 30 cm/ A B = 2 x 5 = 10 cm (1 pt) 4.L image (A'B') est réelle. Pourquoi? A B est réelle puisqu elle n est pas du même coté que l objet. (1 pt) 5.L image (A'B') est renversée. Pourquoi? AB est au-dessus de l axe alors que l image A B est en dessous. (1 pt) 5

2 Exercice 2: Miroir plan (4 points) Travail à effectuer sur la feuille annexe -2-1.Construire soigneusement les rayons réfléchis IR et JR provenant des rayons incidents BI et BJ. Pour chacun des deux rayons :On trace la normale au point d incidence et on mesure l angle d incidence. On trace le rayon réfléchi tel que l angle de réflexion soit égal a l angle d incidence et telque les deux rayons incidents et réfléchis soient sur un même plan et de part et d autre de la normale. (2 pts) 2.En déduire laposition de l image B de Bdonnée par le miroir plan. B est le symétrique de B par rapport au plan du miroir.(1 pt) 3.Construire l image A B de l objet étendu AB donné par le miroir plan. A est le symétrique de A par rapport au plan du miroir. (1 pt) Exercice 3 : Circuit électrique (6 points) Le montage représenté par le schéma ci-dessous comporte : - Un générateur de 12 V ; - deux lampes L 1 (12 V, 100 ma) et L 2 (9V, 50 ma) ; - un moteur M - desappareils de mesure notés : 1, 2, 3 et a.placer A ou V pour chaque appareil de mesure suivant qu il s agit d un ampèremètre ou d un voltmètre. 2 et 3 sont des ampèremètres alors que 1 et 4 sont des voltmètres. (1 pt)

3 b. Préciser la borne COM sur tous les appareils de mesures. La borne COM est branchée du coté de la borne négative du générateur. (1/2 pt) c. Lequel de ces appareils mesure l intensité I qui traverse le générateur? 2 est un ampèremètre qui mesure l intensité débitée par le générateur. (1/2 pt) 2.Sachant que les lampes fonctionnent normalement, a. Déterminer la valeur de la tension entre les bornes du moteur M. U G =U L1 = U L2 + U M U M = 12 9 = 3 V(1 pts) b. Quelle est la valeur de l intensité traversant le moteur? Justifier. I M = I L2 = 50 ma L 2 est traversée par un courant d intensité égale à son intensité nominale puisqu elle est adaptée. (1 pt) c. Quelle est la valeur de l intensité débitée par le générateur? Justifier. I G = I L1 + I L2 = = 150 ma d après la loi d additivité des intensités. (1 pts) 3. On enlève le moteur du montage. Les lampes L 1 et L 2 continueront-elles à fonctionner normalement? Justifier. L 1 continue a fonctionner normalement mais L 2 sera en surtension puisque la tension entre ses bornes égale a celle du générateur sera supérieure a sa tension nominale. (1 pt) Exercice 4 : Forces mécaniques (4 points) 1 ere situation : 2 eme situation : 1-1 ere situation : Représenter sur l annexe -4- la force de 10 N, que la main dupeintre exerce sur le pot de peinture. On donne : 1 cm 5 N La force est dirigée verticalement vers le haut à partir du point qui se trouve entre la main et le pot.sa longueur est de 2 cm (1 pt) 2-2 eme situation : Préciser pour chacune des forces suivantes : - La force exercée par la Terre sur l ensemble lampe/douille.(1 ½ pts)

4 - La force exercée par le fil sur l ensemble lampe/douille.(1 ½ pts) a. La notationf T/L et F f/l b. la droite d action.f T/L : verticale / F f/l : verticale c. le sens.f T/L : vers le bas / F f/l ; vers le haut d. Le point d application. F T/L : G / F f/l : A e. L intensité. F T/L = F f/l = 2 N Exercice 5: Poids et masse (5 points) Voici les valeurs de l intensité de la pesanteur pour différentes planètes de notre système solaire. 1- À quoi correspond le poids d un objet sur une planète? C est la force exercée par la planète sur cet objet. (1 pt) 2- Écrire la relation entre le poids P et la masse m d un objet ; Préciser les unités. P= m x g (½ pt) 3- Un objet a une masse de 50 kg. Calculer son poids : (1 ½ pts) a.sur Terre. P= 50 x 9,8 = 490 N b.sur Mars.P= 50 x 3,7 = 185 N c.sur Jupiter.P= 50 x 24,8 = 1240 N 4- Un objet a un poids de 500 newtons sur Saturne, calculer alors, sa masse. m = P/ g = 500/10,4 = 48 kg (1 pt) 5- Dans le tableau, il manque la valeur de g pour la planète Vénus. Calculer sa valeur sachant qu un objet sur la planète Venus a unemasse de 10 kg et un poids de 88 N. g = P/ m = 88 / 10 = 8,8 N/kg. (1 pt) Exercice 5 : Atome et ion (8 points)

5 Les engrais chimiques riches en trois éléments, azote, potassium et phosphore sont des substances ajoutées au sol pour fournir un ou plusieurs nutriments essentiels à la croissance des plantes. 1. Les représentations des atomes des trois éléments: azote, phosphore et potassium sont respectivement : a. Donner le nombre de neutrons, dans le noyau de chacun des trois atomes précédents. Justifier. A = Z + N donc N = A Z ( ¾ pts + ½ pts) N P K 14-7= 7 neutrons 31-15= 16 neutrons 39-19= 20 neutrons b. Donner le nombre d électrons, de chacun des trois atomes précédents. Justifier. Z est le numéro atomique et qui représente le nombre de protons or l atome est électriquement neutre donc il a autant de protons que d électrons. (¾ pts + ½ pts) N P K 7 électrons 15 électrons 19 électrons c. Quelle est la charge : i. du noyau de l azote? Le noyau renferme 7 protons et 7 neutrons or les neutrons sont des particules non chargées donc la charge est celle des protons et égale a 7 x(+1) = +7.(1/2 pts) ii. de l atome de phosphore?l atome est éclectiquement nul donc sa charge est 0. (1/2 pts) iii. du nuage électronique du potassium?le nuage électronique renferme les électrons donc sa charge est égale a 19 x (- 1) = - 19.(1/2 pts) 2. Le phosphore est présent dans lesengraissous forme de composés phosphatés. a. Écrire la configuration électronique de l atome de phosphore. K 2 L 8 M 5. (1 pt) b. Préciser la position(groupe et période) de l élément phosphore dans le tableau périodique. Il a 3 niveaux d énergie donc il appartient a la 3 eme période. (1 pt) Il a 5 électrons sur le dernier niveau donc il appartient au groupe V. (1 pt) 3. La configuration électronique de l atome d azote est: K 2 L 5. Expliquer la formation de son ion correspondant et donner son symbole. Pour être saturé, l atome d azote doit gagner 3 électrons et acquérir la stabilité du gaz rare le plus proche. Il devient alors l ion N 3-. (1 pt) Exercice 6 : Combustion complète (7 points) I- Le butane est un hydrocarbure gazeux de formule C 4 H Indiquer les noms et le nombre de chaque atome se trouvant dans une molécule de butane.(1 pt) C : carbone H : hydrogène 4 atomes 10 atomes 2. Le butane et le dioxygène réagissent pour donner, lors d une combustion complète, du dioxyde

6 de carbone et de l eau. a. Dans cette combustion, préciser les réactifs et les produits. Les réactifs sont : le butane et le dioxygène (1 pt) Les produits sont : le dioxyde de carbone et l eau. (1 pt) b.i. Ecrire le bilan de la transformation chimique. Butane +dioxygène dioxyde de carbone + eau (1 pt) ii. Dans ce bilan, écrire correctement l équation de réaction tout en remplaçant les noms des réactifs et des produits par leurs formules chimiques. 2 C 4 H O 2 8 CO H 2 O (1 pt) 3. On envisage la transformation de 4 molécules de butane et de 28 molécules de dioxygène. a.le dioxygène a-t-il totalement réagi? 4 molécules de butane réagissent avec 26 molécules de dioxygène donc il y a 2 molécules de dioxygène en excès. (1/2 pt) b.combien produit-on de molécules d eau et de molécules de dioxyde de carbone? Il se produit 16 molécules de dioxyde de carbone et 20 molécules d eau. (1/2 pt) II-Recopier puis équilibrer les équations chimiques suivantes en plaçant les coefficients appropriés devant les formules des molécules sans les modifier :(1 pt) a. C 3 H O 2 3 CO H 2 O b.4 Al + 3 O 2 2 Al 2 O 3