Épreuve Commune de Physique-Chimie

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1 Lycée du Noordover Mardi 21 Février h h 00 Épreuve Commune de Physique-Chimie Première S Calculatrice autorisée Le sujet est à conserver par le candidat La feuille contenant les documents à compléter doit être rendue avec la copie

2 Exercice 1 Etude d une lentille convergente (6 points) Une lentille mince convergente (L) de centre optique O et de diamètre 5 cm porte l indication f = 4,0 cm. Un objet AB de 2,0 cm est situé à 9,0 cm de la lentille. AB est perpendiculaire à l axe optique de la lentille et A est situé sur cet axe. On rappelle les relations de conjugaison et de grandissement : 1 OA 1 OA = 1 OF = V γ = A B AB = OA OA 1. Déterminer la vergence V de cette lentille. 2. Construction graphique : a. Construire l image A B de AB sur le document 3 page 5. b. Déterminer graphiquement OA et A B. 3. Retrouver les valeurs de OA et A B par le calcul. 4. Calculer le grandissement γ de ce système. Exercice 2 Les poivrons à l étalage (6 points) On considère trois poivrons respectivement vert, jaune et rouge, éclairés en lumière blanche. 1. Quelles sont les cellules de l oeil sensibles aux couleurs? 2. Combien de sortes de ces cellules l oeil normal possède-t-il? 3. Comment appelle-t-on le principe de la perception des couleurs utilisé pour la vision humaine? 4. Expliquez pourquoi un poivron jaune nous apparaît jaune quand il est éclairé en lumière blanche. 5. Compléter le document 4 page 5 en indiquant les couleurs apparentes des poivrons en fonction de la couleur de la lumière qui les éclaire. Exercice 3 L oeil (6 points) 1. Compléter le document 5 page 6 en indiquant les noms des principaux constituants de l oeil. 2. Comment appelle-t-on la fonction de l oeil qui permet de voir net de près comme de loin? 3. Quelle partie de l oeil assure cette fonction? 4. Quel oeil du document 6 page 6 permet de voir net de près? 5. Quel oeil du document 6 page 6 permet de voir net de loin? 6. Quel oeil du document 6 page 6 a la plus grande vergence? 2

3 Exercice 4 Les taches solaires (5 points) Le document 2 présente les profils spectraux de la lumière issue de la surface du Soleil (a) et de celle provenant des taches solaires (b). On considère que le Soleil et ses taches peuvent être étudiés avec la loi de Wien : θ = 2, λ max En utilisant la valeur de λ max indiquée sur le document 2, calculez la température de la surface du Soleil. 2. En utilisant la température θ correspondant aux taches noires indiquée sur le document 2, calculez la valeur de λ max. 3. Pourquoi les taches solaires apparaissent-elles noires à la surface du Soleil? Intensité lumineuse λ max = 503 nm Source : Wikipedia θ = C (a) (b) λ (nm) Doc. 1 Taches solaires Doc. 2 Profils spectraux de la surface du Soleil (a) et des taches solaires (b) Exercice 5 Energie d un photon et longueur d onde associée (5 points) Deux des niveaux d énergie de l ion lithium Li 2+ ont pour valeur E 1 = 122,4 ev et E 3 = 13,6 ev. Le document 7 page 6 présente ces différents niveaux. 1. Montrer que la variation d énergie E résultant de la transition E 3 E 1 vaut E = 108,8 ev 2. Calculer la longueur d onde λ du photon associé à cette transition. 3. Représenter la transition en question sur le document 7 page Le photon émis par la transition E 2 E 1 a pour longueur d onde λ = 13,5 nm. a. Calculer la variation d énergie E résultant de cette transition. b. En déduire la valeur du niveau d énergie E 2. Données : c = 3, m s 1 ; h = 6, J s ; 1 ev = 1, J 3

4 Exercice 6 Échelle de teinte et courbe d étalonnage (6 points) Un échelle de teinte est réalisée par dilution à partir d une solution aqueuse (S) de chlorure de nickel de concentration C = mol L 1. Les absorbances des solutions mesurées pour une longueur d onde λ = 720 nm sont indiquées dans le tableau ci-dessous. C ( 10 3 mol L 1 ) 2,0 4,0 6,0 8,0 10 A ( 10 3 ) 4,3 8,56 12,8 17,2 21,4 1. Quel volume de solution (S) faut-il prélever pour réaliser 50 ml de solution de concentration C = 4, mol L 1? 2. Tracer la courbe A = f (C) sur le document 8 page La loi de Beer Lambert est-elle vérifiée? Justifier 4. L absorbance d une solution de concentration inconnue C inc a été mesurée dans les mêmes conditions. On a trouvé A = 10, A partir de la courbe déterminer C inc. Exercice 7 Précipitation du sulfate d argent (6 points) L ajout de 20 ml de nitrate d argent (Ag + + NO 3 ) de concentration C Ag + = 0,15 mol L 1 à 20 ml de solution de sulfate de sodium (2Na + + SO 2 4 ) de concentration C SO 2 = 0,10 mol L 1 donne un 4 précipité blanc de sulfate d argent Ag 2 SO 4 suivant la réaction : 2 Ag + + SO 2 4 Ag 2 SO 4 1. Montrer que les quantités initiales des réactifs sont respectivement n 0 (Ag + ) = 3, mol et n 0 (SO 2 4 ) = 2, mol 2. Compléter le tableau d avancement (document 9 page 6) 3. Calculer l avancement maximal x max 4. Déterminer le réactif limitant 5. Calculer la masse molaire du sulfate d argent puis déterminer la masse de précipité obtenu. 6. Quel volume de nitrate d argent devrait-on utiliser pour obtenir un mélange stoechiométrique? Données : M(Ag) = 107,9 g mol 1 ; M(S) = 32,1 g mol 1 ; M(O) = 16,0 g mol 1 4

5 Merci de glisser cette feuille dans la copie Numéro d anonymat : Exercice 1 /6 Exercice 5 /5 Exercice 2 /6 Exercice 6 /6 Exercice 3 /6 Exercice 7 /6 Exercice 4 /5 Note /40 B A F O F + + Doc. 3 Construction graphique - Echelle 1 cm 1 cm Eclairés en lumière blanche Eclairés en lumière bleue Eclairés en lumière verte Doc. 4 Indiquer les couleurs apparentes Eclairés en lumière magenta 5

6 Oeil A Oeil B Doc. 5 Oeil à compléter Doc. 6 Vision de près ou de loin? E en ev E 3 = 13,6 ev E 2 E 1 = 122,4 ev Doc. 7 Niveaux d énergie de l ion Li 2+ Doc. 8 Tracer A = f (C) Équation de la réaction : + État du système avancement État initial x = 0 Au cours de la transformation x État final x max Doc. 9 Tableau d avancement à compléter 6

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