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1 BACCALAUREAT BLANC SESSION 2016 Série ST2S CORRIGE UREE E L EPREUVE : 2h Coefficient 3 EXERCICE I Aspartame et acides aminés 6 points Un médecin évoque le régime alimentaire de son patient. 1. L aspartame L aspartame est un édulcorant artificiel découvert en Il a un pouvoir sucrant 200 fois supérieur à celui du saccharose et est utilisé dans les boissons et aliments à faible apport calorique ainsi que dans certains médicaments. epuis sa première autorisation de mise sur le marché, l aspartame a fait l objet de recherches scientifiques sur les effets, à long terme, sur les êtres humains Nommer les groupes caractéristiques entourés dans la formule de l aspartame. 0,5 1: ester 2: acide carboxylique 1.2. Hormis le groupe amine primaire et les deux groupes entourés, quel autre groupe caractéristique trouve-t-on dans cette molécule? 0,25 -CO- NH-- c'est un groupe amide Pour les êtres humains, la JA d aspartame a été fixée à 40 mg par kilogramme de masse corporelle par l Organisation Mondiale de la Santé (OMS) onner la signification des lettres JA. 0,75 ose journalière admissible Le patient pèse 80 kg. Montrer que la masse d aspartame qu il peut consommer par jour est m = 3,2 g. 0,5 onnée : 1 mg = 1 x 10-3 g m= 40x80 = 3200 mg soit 3,2 g. 40 mg > 1 kg? mg > 80 kg Un édulcorant apporte 60 mg d aspartame par comprimé. Le patient cité précédemment peut-il consommer 20 comprimés de cet édulcorant chaque jour? Expliquer pourquoi? 0,5 1 comprimé contient 60 mg d'aspartame donc 20 comprimés contiennent 20 x 60 = 1200 mg soit 1,2 g d'aspartame. Cette masse est inférieure à la masse adimmssible qui est de 3,2g. Le patient peut donc prendre 20 comprimés. 2. Le diabète ocument 1 : Extrait d un entretien avec le chef du service de diabétologie-métabolisme Qu est-ce que le diabète et quelles en sont les complications? «La définition est simple, c est une hyperglycémie, à savoir un taux de sucre dans le sang trop élevé. Ce taux est jugé trop élevé s il est à plusieurs reprises au-dessus de 1,26 g.l -1. C est à partir de cette valeur qu il y a un risque de complication spécifique du diabète : atteinte de la rétine ( ), atteinte rénale aggravée par l hypertension artérielle et atteinte des nerfs en particulier au niveau des jambes (le malade perd la sensibilité au niveau des pieds). autres troubles neurologiques peuvent s associer : douleurs, difficultés de l équilibre, de la marche. ( ) Il y a un deuxième type de complications qui ne sont pas spécifiques. Elles peuvent exister en dehors du diabète mais le diabète les rend beaucoup plus fréquentes. Ce sont des complications d athérosclérose, au niveau des coronaires : c est l angine de poitrine, l infarctus du myocarde. Les diabétiques ont un risque augmenté de deux à quatre.»

2 2.1. Quel est l intérêt pour une personne diabétique de consommer de l aspartame? 0,5 L'aspartame a un pourvoir sucrant 200 fois supérieur à celui du saccharose. Le taux de sucre apporté dans l'organisme est dons 200 fois inférieur à celui de la même masse de sucre classique. Les effets néfastes apportés par le sucre sont aussi 200 fois plus faibles En vous aidant du document 1, citer deux exemples de complications possibles du diabète sur la santé d un individu. 0,5 atteinte de la rétine atteinte rénale 3. La circulation sanguine Comme dit précédemment, le diabète peut provoquer des complications d athérosclérose. L athérosclérose correspond à un dépôt de graisse et de calcium appelé «plaque d athérome» sur la paroi intérieure des artères. Au début ce phénomène n a pas de conséquence sur la circulation sanguine. Mais avec le temps ce dépôt peut grossir et empêcher la bonne circulation du sang. Lorsqu une plaque d athérome se développe, le rayon et donc la section de l artère disponible pour le passage du sang diminue progressivement. Le sang s écoule dans un vaisseau sanguin considéré comme cylindrique de section S = 6,4x10-5 SI. En régime permanent laminaire, le débit en volume est de = 2,8 L.min -1. = 3.1. Vérifier que le débit en volume vaut 4,7x10-5 m 3.s -1. 0,5 Rappel : 1L = 10-3 m 3 V t V = 2,8 L = 2,8x10-3 m 3. t = 1 min = 60 s = V t 2,8x10-3 = = 4,7 x 10-5 m 3.s On peut exprimer le débit en volume en fonction de la vitesse d écoulement v : = S x v onner les unités des grandeurs physiques S et v dans le système international. 0,5 S (section, surface) en m 2. V : vitesse : en m/s ou m.s Calculer la vitesse d écoulement v du sang dans le vaisseau sanguin considéré. 0,5 V = S 4,7x10-5 = = 0,73 m.s -1. 6,4x En régime permanent, le débit en volume conserve la même valeur à travers toute section droite du vaisseau dans laquelle le sang circule Comment varie la vitesse d écoulement du sang lorsqu une plaque d athérome se développe dans un vaisseau sanguin? 0,5 V = Le débit étant constant, si la section diminue, la vitesse augmente. S Le débit en volume est proportionnel à la perte de charge : La résistance hydraulique R du vaisseau sanguin cylindrique diminue avec le rayon. Comment varie la pression sanguine chez un diabétique atteint d athérosclérose? Justifier votre réponse. 0,5 = ΔP R ΔP = la perte de charge est la différence de pression entre deux points A et B du sang en mouvement. Le débit étant constant, si R diminue, alors ΔP diminue aussi.

3 EXERCICE II Scintigraphie et tension artérielle 8 points 1. Scintigraphie Le médecin décide de prescrire au patient une scintigraphie afin de vérifier la consommation de glucose par les tissus. Lors de cet examen, on lui injecte une faible dose d une source radioactive au fluor 18 F Cet élément subit une désintégration d équation : Identifier le noyau fils émis parmi les noyaux suivants : 1, A 0 F Y + e Z 1 Le noyau fils est donc 18 O 8 Conservation de masse : 18 = A + 0 donc A = 18. Conservation de charge : 9 = Z + 1 donc Z = 8. e quel type de radioactivité s agit-il ici? Justifier. 1,0 Il s'agit de la radioactivité β +. En effet la particule libérée est un positon (ou positron) : 1.2. L activité initiale de la source radioactive est A = 6,8 x 10 7 Bq. La demi-vie (ou période) du fluor 18 est t 1/2 = 110 min Au bout de combien de temps l activité de la source radioactive aura-t-elle diminué de moitié? Expliquer. 1,0 La source radioactive aura diminué de moitié au bout de t 1/2 soit au bout de 110 minutes. C'est la définition de t 1/2 : «durée au bout de laquelle le nombre de noyaux radioactif est divisé par 2» Montrer que la source radioactive deviendra pratiquement inactive au bout d environ 36 heures. 0,5 La source radioactive deviendra pratiquement inactive au bout de 20 périodes soit 20x t 1/2 soit 20x110 = minutes ou encore 2 200/60 h = 37,7 heures Énoncer un effet d un rayonnement radioactif à forte dose sur le corps humain. 0,5 2. Tension artérielle A la fin de la consultation, le médecin demande à son patient de s allonger afin de contrôler son activité cardiaque en mesurant sa tension artérielle. La tension artérielle, notée T, est la différence entre la pression p du sang et la pression atmosphérique p atm : T = p p atm 2.1. Parmi les unités de pression citées ci-après, quelle est l unité du système international (SI)? 0,5 a. Le centimètre de mercure (cm Hg) b. Le pascal (Pa) c. Le bar (bar) 2.2. La valeur de la tension artérielle mesurée par le médecin au niveau du bras est T=12,5 cm Hg. Convertir cette valeur en Pascal. onnée : 1 cm Hg = 1333 Pa. 0,5 T = 12,5 x 1333 Pa soit = 16,66 x 10 3 ou encore 0,1666 x 10 5 Pa 2.3. La pression atmosphérique est p atm = 1,013 x 10 5 Pa. En déduire la valeur p de la pression du sang. 1,0 T = p p atm entraîne p = T + p atm = 1,013 x 10 5 Pa + 0,1666 x 10 5 = 1,179 Pa 2.4. La différence de pression entre deux points A et B d un fluide peut être calculée à l aide de la relation fondamentale de la statique des fluides : p B p A = ρ.g.h où h est la différence de hauteur entre les points A et B Quelle est la grandeur représentée par ρ? 0,5 Préciser son unité dans le système international SI. 0,5 ρ est la masse volumique. Il s'exprime en kg/m 3 ou encore kg.m A l aide de la relation fondamentale de la statique des fluides, expliquer pourquoi le médecin a demandé à son patient de s allonger pour mesurer sa tension artérielle. 0,5 Lorsque le patient est allongé, il n'y a pas de différence de hauteur entre un point A et un point B du corps : h= 0. soit p A p B = 0 ou encore p A = p B. Tous les points du corps sont à la même pression. 0 1e

4 Le patient se lève pour quitter le cabinet médical. La tension artérielle au niveau de ses pieds est-elle? 0,5 a. Plus forte que celle du cœur b. Egale à celle du cœur c. Inférieur à celle du cœur EXERCICE III Aéroport et avion 6 points 1. Sécurité à l aéroport La sécurité dans les aéroports est en partie assurée par le passage des voyageurs et de leurs bagages à travers des portiques de détection dont le principe de fonctionnement repose sur l interaction entre la lumière et la matière. Explosifs : les rayons X inefficaces Les explosifs sont principalement composés de carbone, d hydrogène, d azote et d oxygène, comme les tissus vivants. Ce sont tous des éléments légers (de faible numéro atomique) qui de ce fait sont quasiment transparents aux rayons X. C est pour cela que d autre mesures de sécurité sont mises en place pour les repérer [ ] Et les rayons T? Les rayons T et les rayons X sont des ondes électromagnétiques de fréquences différentes. La fréquence des rayons T est de quelques térahertz (THz, soit mille milliards de hertz). Les fréquences des rayons T se trouvent entre celles des infrarouges et des micro-ondes. Ces rayons traversent moins bien les matériaux constitués d éléments légers que les autres matériaux. Les progrès techniques récents dans la construction de détecteurs de rayons T ouvrent de très nombreuses applications. Ces rayons pourraient ainsi remplacer les rayons X en radiographie médicale ou dans les dispositifs de sécurité. après La Physique pour les objets du quotidien de C RAY et JC POIZAT, Belin A quel type d ondes appartiennent les rayons X et les rayons T? 0,5 Les rayons T et les rayons X sont des ondes électromagnétiques 1.2 Citer deux autres exemples d ondes mentionnées dans le texte. 1,0 des infrarouges et des micro-ondes 1.3 La relation entre la longueur d onde λ et la fréquence ν d un rayonnement s écrit : c représente la célérité de la lumière dans le vide Calculer la longueur d onde λ associée à un rayonnement de fréquence 1 THz. 1,0 onnées : c = 3,00 x 10 8 m.s -1 1 Thz = 1,0 x Hz λ = f c 3,00x10 8 = = 3,0x10-4 m. 1,0x Placer sur le diagramme fourni en ANNEXE À RENRE AVEC LA COPIE le domaine des rayons T et le domaine visible. 1,0 Rayons X V = S Visible 4,7x10-5 = = 0,.. m 3.s -1. 6,4x10-5 Rayons T 1.4 En s appuyant sur le texte, comparer les propriétés d absorption des explosifs vis-à-vis des rayons X et des rayons T. 0,5 Les explosifs absorbent davantage les rayons T qure les rayons X. Les rayons X sont totalement transmis et ne sont pas absorbés par les explosifs.

5 1.5 En déduire l intérêt d utiliser les rayons T dans les dispositifs de contrôle des bagages. 0,5 Les explosifs sont détectés par les rayons T (Ces rayons traversent moins bien les matériaux constitués d éléments légers ) alors qu'ils ne le sont pas par les rayons X («sont quasiment transparents aux rayons X») Les énergies transportées par les rayons X et les rayons T ont des ordres de grandeur bien différents. L énergie transportée par un photon de fréquence ν est donnée par la relation : E = h x ν où h représente la constante de Planck : h = 6,62 x J.s onner l unité de l énergie dans le système international (SI). 0,5 L'énergie s'exprime en joule ( J ) Calculer l énergie d un photon associé à un rayonnement T de fréquence 1,0 x Hz. 0,5 E = h x ν = 6,62 x x 1,0 x = 6,62 x J Un rayonnement X a une fréquence de 1,0 x Hz. Choisir et recopier sur votre copie l affirmation correcte parmi les suivantes : 0,5 L énergie d un photon X est supérieure à celle d un photon T L énergie d un photon T est supérieure à celle d un photon X L énergie d un photon X est égale à celle d un photon T.

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