Baccalauréat général annale zéro

Transcription

1 éduscol aalauréat général nseignement de physique-himie aalauréat général annale zéro Épreuve obligatoire séries S Reommandations de orretion pour le sujet de l épreuve spéifique de physique-himie Pour la orretion de l'érit et pour l'oral, il est indispensable de respeter le programme et ses ommentaires (.O. spéial n 8 du 13 otobre 011). Les modalités de l épreuve de sienes physiques du baalauréat général, série S, à ompter de la session 013, sont fixées par la note de servie n du 3//011 publiée au.o. spéial n 7 du 6 otobre 011 xerie 1 : Prévision des séismes par gravimétrie ( points) xerie : La haptalisation (5 points) xerie 3 : Des équilibres aido-basiques en milieu biologique (5 points) xerie 1 Prévisions des séismes par gravimétrie ( points) 1. Mesure de g et prévision des séismes Formation de l élève xpression et aeptabilité du résultat 1.1. Chute des orps, déouverte des satellites de Jupiter 1.. g9,8 m.s - ou m.s - Compétenes expérimentales exigibles Maîtriser l usage des hiffres signifiatifs et l ériture sientifique. Assoier l inertitude à ette ériture Wangqing : Δg 60 μgal 6,0 7 m.s L inertitude sur g étant de -8 m.s -, il faut don mesurer g ave 9 hiffres signifiatifs ar g est donné ave 8 déimales.. Prinipe de fontionnement d un gravimètre.1. Le miroir doit être en hute libre, il faut don s affranhir des frottements, en partiulier les frottements de l air, d où la hambre à vide. MN/DGSCO-IGN Juin 01

2 .. ilan des fores sur le système {miroir tombant} : le poids P mg. Appliation de la seonde loi de Newton : dp P ave p mv la quantité de mouvement du miroir. dt d z d z On projette ette relation sur l axe Oz : mg m, d où g. dt dt dz dz Don gt + C1 or à t 0 ( 0) 0 don C 1 0 dt dt 1 z () t gt + C or à t 0 z(0)0 don C 0 1 On en déduit l équation horaire : z () t gt. Temps, mouvement et évolution Temps, inématique et dynamique newtoniennes r r dp Lois de Newton : prinipe d inertie, F et dt prinipe des ations réiproques. Connaître et exploiter les trois lois de Newton ; les mettre en œuvre pour étudier des mouvements dans des hamps de pesanteur et életrostatique uniformes..3. La distane parourue par le miroir tombant z et le temps de hute orrespondant t. 3. Mesure de g à l aide du gravimètre 3.1. Superposition de deux ondes lumineuses monohromatiques provenant du laser et empruntant deux trajets de longueurs différentes : trajet S-A-D et trajet S-A--A-C-A-D. Caratéristiques et propriétés des ondes Propriétés des ondes Interférenes. 3.. Interférenes destrutives : intensité minimale ou nulle. Interférenes onstrutives : intensité maximale. Connaître et exploiter les onditions d interférenes onstrutives et destrutives pour des ondes monohromatiques. Caratéristiques et propriétés des ondes Propriétés des ondes Interférenes. Connaître et exploiter les onditions d interférenes onstrutives et destrutives pour des ondes monohromatiques. Ministère de l éduation nationale (DGSCO IGN) Page sur aalauréat général - Épreuve obligatoire de physique-himie série S- xemple de sujet spéifique

3 T 3.3. ( k + 1) (1) : Δz ; () : T ; (3) : Δz λ Si le miroir se déplae globalement de d 0 m, le déteteur détete d 0,0 5 6 interférenes destrutives. λ Comme le miroir est aéléré au ours de sa hute, la distane λ/ est parourue en un temps de plus en plus ourt ainsi les interférenes destrutives sont détetées ave des intervalles de temps de plus en plus ourts À la date t n le miroir tombant a parouru la distane : ( t ) z( 0) n utilisant l équation horaire : () t gt 1 z on en déduit : λ n z n 1 gt n. λ n. Pour avoir la détermination la plus préise de g on utilise la date t n donnée ave le plus de hiffres signifiatifs soit t 000, s. Soit : λ g n t n , (, ) 9, m.s 4. tude du apteur 4.1. La photodiode onvertit un signal lumineux en un signal életrique. Transmettre et stoker de l information Chaîne de transmission d informations Identifier les éléments d une haîne de transmission d informations. 4.. Domaine visible. xtrait du programme de la lasse de première (O spéial n 9 du 30 septembre 0) OSRR Couleurs et images Comment l œil fontionne-t-il? D où vient la lumière olorée? Comment réer de la ouleur? Compétenes attendues Soures de lumière olorée Domaines des ondes életromagnétiques. Connaître les limites en longueur d onde dans le vide du domaine visible et situer les rayonnements infrarouges et ultraviolets L analyse des deux graphiques montre que seule la photodiode Si S341-0 a une photosensibilité signifiative (environ 0,3 A/W) à 633 nm, alors que ette longueur d onde ne figure Ministère de l éduation nationale (DGSCO IGN) Page 3 sur aalauréat général - Épreuve obligatoire de physique-himie série S- xemple de sujet spéifique

4 pas dans le domaine spetral de la photodiode InGaAs G La photodiode Si est don la plus adaptée pour ette expériene 4.4. La durée moyenne entre deux interférenes destrutives onséutives est de l ordre de : 5 3 6,5 s,5 μs D après la donnée sur la fréquene de oupure (00 MHz), le temps de réponse de la photodiode est de l ordre de : s 1ns. 00 Le temps de réponse est don très inférieur à la durée entre deux interférenes destrutives onséutives. Cette photodiode est suffisamment rapide pour suivre les variations temporelles de l intensité. xerie La haptalisation (5 points) Fermentation aloolique du gluose OH Struture et transformation de la matière Représentation spatiale des moléules Formule topologique des moléules organiques. 1.. L éthanol est un alool primaire. Utiliser la représentation topologique des moléules organiques. xtrait du programme de la lasse de première (O spéial n 9 du 30 septembre 0) COMPRNDR Lois et modèles Cohésion et transformations de la matière (suite) Nomenlature des alanes et des alools ; formule semi-développée. Compétenes attendues Reonnaître une haîne arbonée linéaire, ramifiée ou ylique. Nommer un alane et un alool. a. C 6 H 1 O 6 CH 3 CH OH + CO Struture et transformation de la matière Transformation en himie organique Aspet marosopique : - Modifiation de haîne, modifiation de groupe aratéristique. - Utiliser le nom systématique d une espèe himique organique pour en déterminer les groupes aratéristiques et la haîne arbonée. Ministère de l éduation nationale (DGSCO IGN) Page 4 sur aalauréat général - Épreuve obligatoire de physique-himie série S- xemple de sujet spéifique

5 . Fermentation aloolique du saharose.1. n saharose n éthanol 4 xtrait du programme de la lasse de première (O spéial n 9 du 30 septembre 0) Matières olorées Réation himique : réatif limitant, stœhiométrie, notion d avanement. OSRR Couleurs et images Compétenes attendues Identifier le réatif limitant, dérire quantitativement l état final d un système himique... 1 degré éthanol 1 ml d éthanol dans 0 ml de vin m ρéthanol 0,79 néthanol 1,7 mol dans 0 ml et don 1,7 1 mol dans 1L. M M 46 éthanol Ainsi néthanol 1,7 msaharose Msure 34 15g 4 4 Synthétiser des moléules, fabriquer de nouveaux matériaux Stratégie de la synthèse organique Protoole de synthèse organique : - - détermination des quantités des espèes mises en jeu, du réatif limitant ; - 3. Peut-on haptaliser le Musadet? 3.1. Pour avoir une absorbane ontenue dans la gamme de résultats de l étalonnage, on a fait ette dilution. 3.. Le orrigé propose une méthode de résolution. Le andidat a la possibilité de développer une autre méthode de son hoix. Calul de n gluose (ou de C) Quantité de matière n gluose en μmol 0 3,0 6,0 9,0 1 Conentration en gluose en μmol.l Traé du graphe Af(n gluose ) ou Af(C), loi de eer-lambert vérifiée ou régression linéaire sur la alulatrie. Leture graphique de la quantité de matière en gluose ou de la onentration C ou utilisation de l équation donnée par la alulatrie. Ministère de l éduation nationale (DGSCO IGN) Page 5 sur aalauréat général - Épreuve obligatoire de physique-himie série S- xemple de sujet spéifique

6 dans la solution X : n gluose 8,0 μmol soit C X 1,6. -3 mol/l. Ou raisonnement par enadrement possible. On en déduit la onentration de la solution diluée 50 fois : C gluose 6 8,0,0 mol.l C 3 gluose 0,40 Soit dans le Musadet : C gluose/musadet 50 x C S 1,0 mol.l -1 C gluose/musadet C gluose/musadet M gluose 1,8. g.l -1 Ce moût ne peut pas être haptalisé ar ette valeur est supérieure à 161 g.l 1. xtrait du programme de la lasse de première (O spéial n 9 du 30 septembre 0) OSRR Couleurs et images Matières olorées Réation himique : réatif limitant, stœhiométrie, notion d avanement. Compétenes attendues Éonomiser les ressoures et respeter l environnement Contrôle de la qualité par dosage Dosages par étalonnage : - spetrophotométrie ; loi de eer-lambert ; - Pratiquer une démarhe expérimentale pour déterminer la onentration d une espèe à l aide de ourbes d étalonnage en utilisant la spetrophotométrie et la ondutimétrie, dans le domaine de la santé, de l environnement ou du ontrôle de la qualité. Ministère de l éduation nationale (DGSCO IGN) Page 6 sur aalauréat général - Épreuve obligatoire de physique-himie série S- xemple de sujet spéifique

7 xerie 3 - Des équilibres aido-basiques en milieu biologique (5 points) 1. Les solutions tampon : maintien du ph des milieux biologiques 1.1. Le pk A du système «phosphate» est prohe du ph du milieu biologique intraellulaire. Le pk A est don ompris entre 6,8 et 7. Struture et transformation de la matière Réation himique par éhange de proton Contrôle du ph : solution tampon ; rôle en milieu biologique. 1.. [CO,H O] 0, , mmol.l -1 [ ] [ ] + H3O eq HCO3 Or pk A - log K A - log [ ] 3 ph pk A + log [ CO,H O] eq [ CO,H O] eq HCO eq 7,4 eq xtraire et exploiter des informations pour montrer l importane du ontrôle du ph dans un milieu biologique. Struture et transformation de la matière Réation himique par éhange de proton Théorie de rönsted : aides faibles, bases faibles ; notion d équilibre ; ouple aide-base ; onstante d aidité K a. Éhelle des pk a dans l eau, produit ionique de l eau ; domaines de prédominane (as des aides arboxyliques, des amines, des aides α-aminés). Reonnaître un aide, une base dans la théorie de rönsted. Identifier l espèe prédominante d un ouple aide-base onnaissant le ph du milieu et le pk a du ouple. K A. Les perturbations et les méanismes régulateurs + [ H O ] [ HCO ] 3 eq 3 [ CO,H O] eq eq Une hyperventilation abaisse la quantité de CO, don [CO,H O] diminue et omme K A est une onstante et que [HCO 3 - ] varie lentement, [H3 O + ] diminue et ph augmente. Ministère de l éduation nationale (DGSCO IGN) Page 7 sur aalauréat général - Épreuve obligatoire de physique-himie série S- xemple de sujet spéifique

8 Struture et transformation de la matière Réation himique par éhange de proton Théorie de rönsted : aides faibles, bases faibles ; notion d équilibre ; ouple aide-base ; onstante d aidité K a. Éhelle des pk a dans l eau, produit ionique de l eau ; domaines de prédominane (as des aides arboxyliques, des amines, des aides α-aminés). Identifier l espèe prédominante d un ouple aide-base onnaissant le ph du milieu et le pk a du ouple. 3. Un aide de l'organisme : l'aide latique 3.1. C H 3 H C HO OH C O Analyse spetrale Spetres IR Assoier un groupe aratéristique à une fontion dans le as des alool, aldéhyde, étone, aide arboxylique, ester, amine, amide Pour une solution d'aide fort, ph - log don ii : ph - log (1,0 - ),0 La ourbe dont le ph à l'origine est égal à est la ourbe représentant le titrage phmétrique de l aide fort. Struture et transformation de la matière Réation himique par éhange de proton Réations quasi-totales en faveur des produits : - aide fort, base forte dans l eau ; - Caluler le ph d une solution aqueuse d aide fort ou de base forte de onentration usuelle À, la moitié de l aide CH 3 CO H titré a été onsommé, formant autant de base onjuguée CH3CO. Ainsi [A] [] soit ph pk A + log(1) pk A Par leture graphique à 5 ml on a ph 3,9 Soit pk A (aide latique) 3,9 Ministère de l éduation nationale (DGSCO IGN) Page 8 sur aalauréat général - Épreuve obligatoire de physique-himie série S- xemple de sujet spéifique

9 4. La préision d'un titrage 4.1. À l équivalene, les réatifs ont été introduits dans les proportions stoehiométriques et sont entièrement onsommés. n i, aide latique nsoude ajoutée A A 3,00 0,1 0,015 mol.l Éonomiser les ressoures et respeter l environnement Contrôle de la qualité par dosage Dosages par titrage diret. Équivalene dans un titrage ΔA 0, ,005 0,5 % 0,0 Δ Δ Δ A 0,01 0,0033 0,33 % 3,00 0,03 0,03 3 %,1 ΔA > et A Δ Δ > Pratiquer une démarhe expérimentale pour déterminer la onentration d une espèe à l aide de ourbes d étalonnage en utilisant la spetrophotométrie et la ondutimétrie, dans le domaine de la santé, de l environnement ou du ontrôle de la qualité. Don les inertitudes relatives sur A et sont négligeables devant elle sur. Inertitudes et notions assoiées 4... Δ Δ Δ Δ d où Δ Formation de l élève Compétenes expérimentales exigibles Évaluer, à l aide d une formule fournie, l inertitude d une mesure obtenue lors de la réalisation d un protoole dans lequel interviennent plusieurs soures d erreurs. 0,3,1 1,5 5 4 mol.l Les inertitudes relatives sur A et ayant été négligées, on retient Δ 5 mol.l. ( 1,5 ± 0,05) mol.l 4 Ministère de l éduation nationale (DGSCO IGN) Page 9 sur aalauréat général - Épreuve obligatoire de physique-himie série S- xemple de sujet spéifique

10 Inertitudes et notions assoiées xpression et aeptabilité du résultat Formation de l élève Compétenes expérimentales exigibles Évaluer, à l aide d une formule fournie, l inertitude d une mesure obtenue lors de la réalisation d un protoole dans lequel interviennent plusieurs soures d erreurs. Maîtriser l usage des hiffres signifiatifs et l ériture sientifique. Assoier l inertitude à ette ériture. ( ) ( ) A, ± 0,05 mol.l et 1,5 ± 0,05 mol.l L enadrement de la onentration expérimentale et l enadrement de la onentration attendue ne se superposent pas don les valeurs ne sont pas ohérentes. xpression et aeptabilité du résultat Formation de l élève Compétenes expérimentales exigibles Commenter le résultat d une opération de mesure en le omparant à une valeur de référene L élève n a pas déterminé orretement le volume équivalent (erreur de leture, erreur dans la préparation de la burette, erreur de repérage de la teinte sensible de l indiateur oloré). L élève n a pas prélevé orretement le volume de la solution d aide latique à titrer. La onentration de la solution titrante n est pas elle indiquée. La onentration attendue de l aide latique est erronée. Formation de l élève rreurs et notions assoiées Compétenes expérimentales exigibles Identifier les différentes soures d erreur (de limites à la préision) lors d une mesure : variabilités du phénomène et de l ate de mesure (fateurs liés à l opérateur, aux instruments, ). Ministère de l éduation nationale (DGSCO IGN) Page sur aalauréat général - Épreuve obligatoire de physique-himie série S- xemple de sujet spéifique