Lycée Beauséjour Sciences physiques Terminale S Correction du Bac blanc mars 2010

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1 ycée Beauséjour Sciences physiques Terminale S Correction du Bac blanc mars / Nouvelle Calédonie Exercice I ÉTUDE D UNE CORDE DE PIANO Correction /6 Étude d une corde de piano Proposition Répondre vrai ou faux VRAI Justification ou explication e texte indique que l on observe un fuseau unique, qui est donc constitué d un ventre et de deux noeuds + FAUX FAUX Ventre FAUX Nœuds de vibration + + VRAI FAUX VRAI FAUX VRAI FAUX 4 VRAI 4 FAUX 4 FAUX 5 FAUX 5 FAUX 5 VRAI 54 FAUX On observe un seul fuseau sur la corde, c est donc le mode fondamental Certains ouvrages considèrent que le fondamental est aussi l'harmonique de rang, donc on peut aussi répondre Vrai au f = 046 Hz = f 0 On observe donc l harmonique d ordre, avec fuseaux (deux ventres et trois nœuds) Pour le fondamental on a : v = f 0 = f 0 v = 5 0,4 = 44 ms - PAS DE JUSTIFICATION ycée Beauséjour sciences physiques Terminale S Bac blanc mars 00 /8

2 Étude d une corde placée dans un piano FAUX VRAI FAUX PAS DE JUSTIFICATION + VRAI v = F = f soit f = FAUX F Si on tend la corde, F augmente donc f augmente, c est-à-dire que la hauteur du son augmente Étude de la note émise par un piano + FAUX FAUX VRAI f 0 = T f 0 = 5,4 0 or T = 5,4 ms = 55 Hz T 4 FAUX VRAI r = pour f proche de 55 Hz qui correspond bien au fondamental, de plus présence d'harmoniques Il s'agit bien d'un son complexe + FAUX r = pour f proche de 400 Hz: ne correspond pas au fondamental FAUX r = pour f proche de 55 Hz qui correspond au fondamental, mais absence d'harmoniques Il s'agit d'un son pur 4 FAUX r = pour f < 400 Hz, ce qui ne correspond pas au fondamental FAUX VRAI a fruence fondamentale obtenue précédemment est de 55 Hz, or le «do4» correspond à une fruence fondamentale de 5 HZ, la corde est mal accordée /8 ycée Beauséjour sciences physiques Terminale S Bac blanc mars 00

3 /6 + Antilles Guyane 09/008 EXERCICE I ACIDE CARBOXYIQUE INCONNU (4 points) Correction Titrage de l acide carboxylique burette graduée contenant la solution titrante S b (Na + (aq) + HO (aq)) de concentration molaire C b =,5 0 mol V a = 50,0 m de solution titrée d acide R-COOH de concentration inconnue C a ph-mètre turbulent ph - mètre 600 agitateur magnétique + construction + résultat Équation de la réaction support du titrage : R-COOH (aq) + HO (aq) = R COO (aq) + H O (l) uation de la réaction du titrage R-COOH (aq) + HO (aq) = R-COO (aq) + H O (l) état du système avancement en mol quantités de matière en mol initial x = 0 C a V a C b V b 0 beaucoup intermédiaire x C a V a x C b V b x x beaucoup final x f C a V a x f = 0 C b V b x f = 0 x f beaucoup On considère un état initial fictif où les réactifs auraient été introduits directement dans les proportions stœchiométriques 4 À l uivalence les réactifs ont été introduits dans les proportions stœchiométriques, ils sont alors totalement consommés Il y a changement de réactif limitant 5 On utilise la méthode des tangentes 6 D après le tableau d avancement : C a V a = C b soit C a = C a = C bv V a be,5 0 0,0 50,0 C a = 5,0 0 mol 5 ph = pk A = 4,8 / = 0,0 m ycée Beauséjour sciences physiques Terminale S Bac blanc mars 00 /8

4 5 05 Identification de l acide carboxylique R-COOH R COO HO K A = R COOH log K A = log R COO H O R pk A = log R COO R COOH pk A = log R COO R COOH R COO ph = pk A + log R COOH Pour V b = COOH log [H O + ] log ab = log a + log b + ph (demi-uivalence ), il reste de l acide R-COOH non consommé, les ions hydroxyde versés sont totalement consommés HO est le réactif limitant C b x f = 0 donc x f = C b x C [R-COO b f (aq)] = = C a x f [R-COOH (aq) ] =, comme Ca V a = C b et x f = C b C b C b C b alors [R-COOH (aq) ] = =, on vérifie bien que [R-COO (aq)] = [R-COOH (aq) ] R COO 4 (0,5 pt) ph = pk A + log R COOH ph = pk A + log, ph = pk A pour V b = 5 (0,5 pt) Graphiquement (voir page précédente) pour V b = = 5,0 m, on lit ph = 4,8 Donc pk A = 4,8 Parmi les acides proposés, l acide éthanoïque H C-COOH est celui qui correspond à l acide inconnu puisqu il possède un tel pk A 4/8 ycée Beauséjour sciences physiques Terminale S Bac blanc mars 00

5 /6 EXERCICE II TRANSPORT DU DIOXYGÈNE DANS E SANG (6,5 points) 007/0 Nouvelle Calédonie session remplacement 006 CORRECTION Transport du dioxygène dans l organisme par l hémoglobine du sang m n 0 = M ( ) 5 n 0 = 4,6 0 = 9,4 0 4 mol e dioxygène étant en excès, le réactif limitant est et serait totalement consommé : n 0 x max = 0 x max = n 0 = 9,4 0 4 mol Taux d avancement final : f = x x f max alors x f = f x max x f = 0,97 9,4 0 4 = 9, 0 4 mol (calcul effectué avec la valeur non arrondie de x max ) 4uation chimique (aq) + O (aq) = O (aq) État du système Avancement (mol) Quantités de matière (mol) État initial x = 0 n 0 excès 0 En cours de transformation x n 0 x excès x État final si totale x max n 0 x max excès x max État final x f n 0 x f excès x f Dans l état final, le volume V = 00 m de sang contient x f mol de sous-unités d oxyhémoglobine O, soit 9, 0 4 mol 5 orsqu un volume V = 0,00 de sang est oxygéné, x f mol de sous-unités sont consommées, En une minute un volume V S = 5,0 de sang est oxygéné, n S mol de sous-unités sont consommées Par proportionnalité : n S = n S = 5,0 0,00 9, 0 4 V S V x f = 4,5 0 mol (calcul effectué avec la valeur non arrondie de x f ) ibération du dioxygène au niveau des organes Q r = Q r = O O 9, 0,8 0, = 9,0 0 5 K =,0 0 5 donc Q r > K e système chimique évolue dans le sens inverse de l uation () Il y a libération de dioxygène au niveau des organes Et lors d un effort musculaire? acide CO,H O cède un proton à la base H O : CO,H O + H O (l) = HCO (aq) + H O + uation () Domaines de prédominance des espèces du couple CO,H O / HCO : CO,H O HCO ph pka = 6,4 Pour ph = 7,4 > pka la base HCO prédomine 4 a dissolution du dioxyde de carbone libère des ions oxonium H O + (cf réaction ) dans le sang [H O + ] augmente, or ph = log [H O + ] donc le ph diminue 5 O (aq) + H O + = O (aq) + H + (aq) + H O uation () apport d ions H O + dû à la réaction d uation (), favorise la réaction en sens direct d uation () Ainsi, les ions oxonium sont consommés ce qui évite la diminution du ph sanguin évoquée en 4 et ce qui permet la libération de dioxygène nécessaire à l effort musculaire 4 Empoisonnement au monoxyde de carbone 4 (aq) + CO (aq) = CO (aq) (uation 4) avec K 4 = 7,5 0 7 ycée Beauséjour sciences physiques Terminale S Bac blanc mars 00 5/8

6 + K 4 = CO CO CO CO = K 4 [CO (aq) ] = 7,5 0 7,0 0-4 =,5 0 4 Au regard du tableau, la personne ressent des maux de tête 4 (aq) + CO (aq) = CO (aq) (uation 4) avec K 4 = 7,5 0 7 = (aq) + O (aq) = O (aq) (uation ) avec K =,0 0 5 = O (aq) + CO (aq) = CO (aq) + O (aq) (uation 5) avec K 5 = On remarque que K 5 = K 4 / K K 5 = K 5 = 7,5 0,0 0 CO O 7 5 CO O =,5 0 = CO O CO O CO CO CO O O O 4 En augmentant la concentration de dioxygène dissous dans le sang [O (aq) ], le quotient de réaction Q r,5 augmente Q r,5 devient supérieur à K 5, ainsi la réaction en sens inverse est favorisée : la sous-unité d hémoglobine peut à nouveau assurer le transport du dioxygène O CO 6/8 ycée Beauséjour sciences physiques Terminale S Bac blanc mars 00

7 / + EXERCICE III BOBINE D UN WOOFER (5,5 points) Amérique du Sud /008 Correction Partie A : Frédéric a mesuré la tension u R aux bornes du conducteur ohmique D après la loi d Ohm, u R = Ri, donc i u = R R u Il a fait calculer à l ordinateur i = R 0 orsque le régime permanent est atteint, l intensité a une valeur constante On lit, sur la courbe du document, I = 40 ma i D après la loi d additivité des tensions : K E = u R + u u E = Ri(t) + di + ri(t) ors du régime permanent i(t) = I = Cte donc di ainsi E = RI + ri Il vient I = 4 E RI = ri E I r = R = r 6 0, 40 0 E R r = 0, =,95 = 4,0 On retrouve la même valeur que Frédéric 5 Frédéric peut utiliser un ohmmètre pour vérifier la valeur de la résistance interne de la bobine du woofer E Figure R u R Système d acquisition Partie B : 6 I méthode résultat 0,6 I orsque t = on a i = 0,6 I i( ) = 0,6 40 =,7 0 ma On cherche l abscisse du point d intersection entre la courbe et la droite i =,7 0 ma On lit = 5 µs, cm 5,9 cm 500 µs, cm µs = 500, 5, 9 = 5 µs 5,9 cm 7 = R r 8 = (R+r) = (0+4,0) = 4,9 0 4 H = 0,49 mh leur compatible avec l affirmation du professeur «ce genre de bobine a une valeur d inductance assez faible de l ordre du millihenry» ycée Beauséjour sciences physiques Terminale S Bac blanc mars 00 7/8

8 + Partie C : 9 À la question, on a établi E = Ri(t) + di 0 [B] = en divisant par, on a E = di R soit di + = E R r A R r + ri(t) i(t) B i(t) D après la loi d Ohm [U] = [R][I] alors [R] = [U][I] Et u = di di soit [U] = [][I][T] alors [] = [U][I] [T] = A Bi avec A =, 0 4 As - et B =,8 0 4 s - à t = 0 s, i = 0 alors di à t =,0 0 5 s, di di = A =, 0 4 As - = A Bi(t=,0 0 5 ) =, 0 4, , = 8,6 0 As - à t =,0 0 5 s, di Bi(t=,0 0 5 ) = A di i(t=,0 0 5 ) = A B di B = A Bi(t=,0 0 5 ) i(t=,0 0 5 ) =,, 8, , 0 = 0, A On peut vérifier la cohérence de nos calculs avec ceux de Frédéric sur le graphique donné à la question Pour améliorer la précision de la méthode d Euler Frédéric doit diminuer la valeur du pas d itération t (Mais il augmentera le nombre de calculs à effectuer pour arriver à t = 500 µs) Partie D : On sait que = R r t en s i(t) en A di() t en As - 0 0, 0 4, , 8,6 0, , 6, 0, comparons les constantes de temps pour les cas Pour cela, on trace la tangente à la courbe, à la date t = 0 s Elle coupe l asymptote i = I pour t = Prof < Fréd, comme a varié, c est que le professeur a modifié R (e professeur a augmenté R) [B] = U I U I T = [T] B s exprime en s Prof Fréd 8/8 ycée Beauséjour sciences physiques Terminale S Bac blanc mars 00