CONSIGNES À LIRE IMPÉRATIVEMENT

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1 DEVOIR SURVEILLÉ DE SCIENCES PHYSIQUES TERMINALE S CONSIGNES À LIRE IMPÉRATIVEMENT Le sujet entier non dégrafé est Á RENDRE AVEC LA COPIE. La solution des exercices sera rédigée en faisant attention à l orthographe et à l expression écrite. L UTILISATION DES CALCULATRICES EST AUTORISÉE. Indiquer votre nom, prénom et classe sur le sujet svp!! Compétences transversales Mobiliser les Connaissances. Présenter des résultats d expériences, Appliquer les méthodes : réaliser un tableau, un graphique, des calculs, étude statistique, écriture scientifique. Raisonner: Exploiter des documents, des résultats d expériences, résoudre un problème, avoir un sens critique. S Exprimer, communiquer dans un langage scientifiquement approprié à l oral ou à l écrit, effectuer un bilan d expérience(s). C A R E Vérifier que ce sujet comporte 3 exercices présentés sur 13 pages. Tous les exercices sont indépendants les uns des autres. EXERCICE 1 : De la vitamine C pour se booster (9 points) EXERCICE 2 : et réussir un bon lancer de boulet!! (6 points) EXERCICE 3 : Pêle-mêle de questions. (5 points) NOM : Prénom : Classe : 1/13

2 EXERCICE 1 : De la vitamine C pour se booster (9 points) La vitamine C est une espèce chimique hydrosoluble, dotée de propriétés antioxydantes. L organisme humain la puise dans les aliments tels que les fruits et légumes. Une carence prolongée provoque des pathologies qui conduisent le médecin à prescrire un complément sous forme de comprimés. Dans cet exercice, on étudie la molécule de vitamine C dans une première partie, puis on vérifie l indication apposée sur l emballage d une boîte de comprimés de vitamine C dans le cadre d un contrôle. Données : - l acide ascorbique, de formule brute C 6 H 8 O 6 sera noté HA et sa base conjuguée A - ; - pk A (HA/A - ) = 4,1 à 37 C ; - masse molaire de l acide ascorbique M = 176,1 g.mol -1 ; - masse molaire de l ascorbate de sodium M = 198,1 g.mol -1 ; - conductivités molaires ioniques à 25 C : λ(na + ) = 5,01 ms.m².mol -1 ; λ (HO - ) = 19,9 ms.m².mol -1 ; λ (A - ) = 3,42 ms.m².mol -1 ; - ph de l estomac environ égal à 1,5 ; - ph de la salive compris entre 5,5 et 6,1. La molécule d acide ascorbique est représentée ci-contre (figure 1) Figure 2 : Figure 3 : 2/13

3 QUESTIONS Exercice I C A R E 1. Étude de la molécule de l'acide ascorbique 1.1. Nommer les familles associées aux groupes caractéristiques (a) et (b) entourés sur la représentation de la molécule d acide ascorbique (figure 1) La molécule d acide ascorbique possède des stéréoisomères Recopier la formule de la molécule puis repérer le ou les atomes de carbone asymétriques par un astérisque en justifiant votre choix Trois stéréoisomères de la molécule d acide ascorbique sont représentés figure 2. Reconnaître si ces représentations sont identiques, énantiomères ou diastéréoisomères Les propriétés acido-basiques de cette molécule sont dues à l'hydrogène porté par l oxygène du groupe caractéristique associé à l atome de carbone en position 3. Représenter l ion ascorbate, base conjuguée de l acide ascorbique Sous quelle forme la substance active ingérée lors de la prise du comprimé de vitamine C se trouve-t-elle sur la langue? Dans l estomac? Justifier par une méthode de votre choix. 2. Vérification de la masse d acide ascorbique dans un comprimé 3/13

4 On souhaite vérifier l indication portée sur la boîte concernant la masse d acide ascorbique présente dans un comprimé, à l aide d un titrage acidobasique suivi par conductimétrie. Une solution aqueuse S A de volume V = 200,0 ml est préparée à partir d un comprimé entier. On prélève un volume V A = (20,0 ± 0,1) ml de la solution aqueuse S A que l on titre par une solution aqueuse d hydroxyde de sodium (Na + (aq) + HO - ). (aq) 2.1. Rédiger le protocole de préparation de la solution aqueuse S A Écrire l équation de la réaction support du titrage Au laboratoire, on dispose d une solution aqueuse étalonnée d hydroxyde de sodium de concentration molaire C B = 0,100 mol.l -1. On souhaite obtenir un volume V E à l équivalence proche de 10 ml. La solution aqueuse d hydroxyde de sodium disponible au laboratoire convient-elle? Si non, que peut-on faire pour obtenir l ordre de grandeur du volume à l équivalence souhaité? 2.4. Parmi les quatre graphiques de la figure 3, lequel représente l'allure de l'évolution de la conductivité σ du mélange en fonction du volume V de solution d hydroxyde de sodium versé lors de ce titrage? Justifier 2.5. Avec une solution aqueuse d hydroxyde de sodium (Na + + HO - ) (aq) de concentration molaire C B = (1,50 ± 0,02) 10 2 mol.l -1, le volume versé à l équivalence vaut (9,1 ± 0,2) ml. On en déduit que la masse expérimentale d acide ascorbique du comprimé est égale à 245 mg Le résultat expérimental est-il en accord avec la mention portée sur la boîte de comprimés de vitamine C? Interpréter l écart éventuellement obtenu. 3. Vérification de la masse d ion ascorbate dans un comprimé 4/13

5 3.2. La masse d ascorbate de sodium trouvée après titrage correspond à celle indiquée sur l emballage. L étiquette précise également que la masse totale des deux espèces conjuguées est équivalente à 500 mg d acide ascorbique. Vérifier cette information par un calcul Quel intérêt présente cette formulation du comprimé de vitamine C par rapport à un comprimé qui contiendrait uniquement 500 mg d acide ascorbique? EXERCICE 2 : et réussir un bon lancer de boulet!! (6 points) Document 1 : Principe du lancer du poids. Le lancer du poids consiste à lancer aussi loin que possible une boule de métal de surface lisse, de masse 7,26 kg pour les hommes. Les concurrents prennent place à l'intérieur d'un cercle de 2,1 m de diamètre. Le poids est lancé avec une seule main et doit toucher le menton jusqu'à la poussée du bras. Document 2 : Etude d'un lancer. Aux championnats du monde de 2003, lors du lancer d'andrei Mickhnevich, le poids a atterri à 21,69 m. Cet exploit a été filmé. Un entraîneur souhaite étudier ce lancer. Il assimile le poids à un point matériel G. Il se place dans le repère cartésien 0; i, j,k tel que : (Oy) est un axe vertical ascendant passant par G à l'instant où le poids quitte la main du lanceur ; (Ox) est un axe horizontal au niveau du sol, dans le plan vertical de la trajectoire. On se situe dans un champ de pesanteur uniforme et les forces de frottements sont négligeables. L'étude du film a fourni les conditions initiales suivantes : la vitesse initiale du poids (mesurée à l'aide d'un cinémomètre) a pour valeur v 0 = 13,7 m.s -1 ; l'altitude initiale du poids est h = 2,62 m ; l'angle que fait le vecteur vitesse initiale avec l'horizontale est : α = 43. Les figures 1 et 2 représentent les évolutions temporelles des coordonnées v x et v y du vecteur vitesse de G. Figure 1. 5/13

6 Figure 2. Document 3 : Simulation. L'entraîneur décide d'étudier l'influence de la valeur v 0 de la vitesse initiale du lancer et de l'angle de tir α. Il réalise les simulations rassemblées dans les réseaux de courbes correspondant aux figures 3 (α constant) et 4 (v 0 constante), à partir d'une altitude de lancement inférieure à 2,62 m car son lanceur est plus petit qu'a. Mikhnevich. QUESTIONS Exercice II C A R E 6/13

7 1) Étude des résultats En utilisant les représentations graphiques précédentes, répondre aux questions suivantes : 1.1. Étude de la projection horizontale du mouvement du centre d'inertie du boulet Déterminer la composante v 0x du vecteur vitesse du centre d'inertie du boulet à l'instant de date t = 0s La nature du mouvement de la projection de G sur l'axe (Ox) est-elle rectiligne uniforme ou rectiligne uniformément varié? Justifier la réponse Déterminer la composante v Sx du vecteur vitesse du centre d'inertie lorsque le boulet est au sommet S de sa trajectoire Étude des conditions initiales du lancer Déterminer la composante v 0y du vecteur vitesse à l'instant de date t = 0s La nature du mouvement de la projection de G sur l'axe (Oy) est-elle rectiligne uniforme ou rectiligne uniformément varié? Justifier la réponse. 2) Étude théorique du mouvement du centre d'inertie 2.1. Indiquer le système et le référentiel utilisé Par application de la 2ème loi de Newton, déterminer les caractéristiques du vecteur accélération du centre d'inertie du boulet lors du mouvement (on supposera que, compte tenu des faibles vitesses atteintes, les frottements dus à l'air au cours du jet sont négligeables) Montrer que les caractéristiques du vecteur vitesse du centre d'inertie du boulet sont : t vx t v0 cos vg vy t g. t v0 sin vz Montrer que les équations horaires du mouvement x(t) et y(t) en fonction de v 0, α, h et g sont : x t v0 cos. t 1 2 OG y t g. t v0 sin. t h 2 zt En déduire l'équation de la trajectoire du centre d'inertie Comment évolue la distance horizontale du lancer : - quand v 0 augmente à α fixé? - quand α augmente à v 0 fixé? EXERCICE 3 : Pêle-mêle de questions. (5 points) LIRE TRES ATTENTIVEMENT CHACUNE DES QUESTIONS!! 7/13

8 Aucune justification n est demandée. Pour chacune des questions, inscrire en toutes lettres, «VRAI» ou «FAUX» dans la case correspondante du tableau donné en Annexe 1. Question 1 : Question 2 : Question 3 : 8/13

9 G = 6, USI Question 4 : 9/13

10 Question 5 : 10/13

11 Question 6 : Question 7 : 11/13

12 Question 8 : 12/13

13 ANNEXE 1 Réponses Questions a) b) c) d) 13/13