SCIENCES PHYSIQUES Devoir de contrôle N 1 Proposé par MAHMOUD GAZZAH

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1 Direction régionale de l éducation et de la formation de Monastir Lycée Bourguiba Monastir SCIENCES PHYSIQUES Devoir de contrôle N 1 Proposé par MAHMOUD GAZZAH Classes : 4 Sc.ex Durée : 2 heures date : 04/11/2008 Le sujet comporte 2 exercices de chimie et 2 exercices de physique répartis sur 4 pages numerotés de 1 à 4 L usage des calculatrices non programmables est autorisé. CHIMIE ( 7 points) Exercice I ( 4 points ) L équation chimique qui symbolise la réaction modélisant la transformation d un système contenant initialement de l eau oxygénée H 2 O 2 est :2H 2 O 2 O 2 + 2H 2 O Pour étudier la cinétique de cette réaction, on réalise l expérience sur un volume V=10cm 3 de solution d eau oxygénée de concentration molaire C 0 = mol.l -1. (durant l expérience V est constant et le volume molaire d un gaz est V M = 24 L.mol -1 ). On note à divers instants t le volume V O2 de dioxygène dégagé. On établit le tableau suivant : C B t(min) V O2 (10-3 L) 0 1, ,65 4, x (10-4 mol) 0 0, ,52 1, a- Définir l avancement d une réaction chimique. b-exprimer l avancement x de la réaction en fonction de V O2 et V M. c-dresser le tableau descriptif de l évolution du système au cours du temps. d-compléter le tableau. Que représente x à t = 60min 2-Le graphe qui représente la courbe x = f ( t ) est à rendre avec la copie. a-définir la vitesse instantanée d une réaction. b-déterminer ses valeurs en mol.min -1 aux instants t = 0 min et t=30min en précisant sur la courbe les méthodes utilisées. c-en déduire comment évolue cette vitesse au cours du temps. Justifier la réponse. B 0,5,25 A 0,5 Exercice II ( 3 points ) A un instant pris pour origine des dates, on mélange des volumes égaux de deux réactifs A et B en solution aqueuse. L équation chimique qui symbolise la réaction modélisant cette transformation est A + 2B C

2 On réalise plusieurs fois ce mélange, en modifiant les conditions expérimentales, comme indiqué dans le tableau Experience n Température Concentration de la solution initiale de A Concentration de la solution initiale de B Catalyseur 1 20 C mol.l -1 C non 2 40 C mol.l -1 C non 3 40 C mol.l -1 C oui 4 20 C mol.l -1 C non On détermine, pour chaque expérience, les valeurs de la concentration du réactif A à différents instants, et on trace l évolution de cette concentration en fonction du temps. 1- Donner la définition de la vitesse volumique instantanée de réaction ainsi que sa détermination graphique. 2- Préciser l'évolution de la vitesse de réaction avec : -la température, -la concentration en réactif. 3- Associer, en justifiant la réponse, chaque expérience à une des courbes C 1,5 PHYSIQUE ( 13 points) Exercice I ( 6,5 points ) Les deux partiesi et II peuvent être traitées indépendament I-On souhaite déterminer la valeur de la capacité C d un condensateur. Pour cela on utilise le montage représenté par la figure -1- G est un générateur de courant constant délivrant une intensité I=0.8mA. Un système non représenté sur la figure permet de tracer les variations de la tension U c aux bornes du condensateur en fonction du temps : U c =f(t), donnée par par la figure Ecrire la relation entre l intensité I du courant, la charge q A portée par l armature A du condensateur et la durée t de charge. 2-Ecrire la relation reliant la charge q A, la capacité C du condensateur et la tension Uc entre ses bornes. 3-Déduire de ce qui précède et de la courbe U c =f(t) donnée par la figure -2- la valeur de la capacité C du condensateur 4-Pour une tension Uc=4V, déterminer l énergie emmagasinée par ce condensateur sous forme électrostatique BC 0,75 I Uc A Uc(V) G C V 2.42 ma B t(s) 0 10 figure -1- figure -2-.

3 II- Pour étudier la réponse du dipôle RC à un échelon montant de tension, on considère le circuit schématisé ci-dessous. dq 1-a -Donner la relation entre i(t) et A dt b- Donner la relation entre u AB (t), q A (t) et C. duab uab 2 a- Montrer quel'équation différentielle vérifiée par u AB (t) s écrit + = dt RC RC E b-déduire l'équation différentielle vérifiée par q A (t). 3 -A l instant initial, le condensateur est totalement déchargé. a-vérifier que u AB (t) = K 1.e -(t/rc) + K 2 est solution de cette équation différentielle en indiquant la condition sur K 2. b- Déterminer la constante K La courbe suivante a été obtenue par acquisition de la tension aux bornes d'un condensateur au cours de sa charge. Le circuit réalisé comprend en série le condensateur, une résistance R = 100 Ω, un interrupteur K et un générateur de tension continue de force électromotrice E. A 0, 25 a-déterminer graphiquement la constante de temps τ du dipôle RC. b-en déduire la valeur de la capacité C du condensateur. c-en déduire la force électromotrice E du générateur de tension d- Justifier que la constante du temps τ = RC est la date correspondant à u (τ )=0.63.E. e- Dire en le justifiant comment varie τ si : * on diminue la valeur de C. * on augmente la valeur de R. * le condensateur est chargé avec un générateur de f.e.m. E =2E. Préciser pour chaque cas si la charge du condensateur serait plus rapide ou.non. AB 0,25 AB 0,25 C 1,5

4 Exercice II ( 6,5 points ) On se propose d étudier l établissement du courant dans un dipôle comportant une bobine et un conducteur ohmique lorsque celui-ci est soumis à un échelon de tension de valeur E. Le conducteur ohmique a une résistance R.La bobine a une inductance L ; sa résistance est r. On dispose d un oscilloscope bicourbe On réalise le montage ci-dessous K A L,r E B Voie 2 R + sens + choisi pour i C u BC Voie 1 U AC 1-a. Quelle est la tension visualisée sur la voie Y 1? Quelle est la tension visualisée sur la voie Y 2? b- Lorsque K est ouvert, donner la valeur des tensions u K, u bobine, u R et u AC. 2. À l instant de date t = 0 s, on ferme l interrupteur K. a- Exprimer u BC en fonction de R et i. b- Exprimer u AB en fonction de L, r et i puis en fonction de L, R, r et u BC.. c- Établir l équation différentielle vérifiée par l intensité du courant i(t) au cours de l établissement di du courant dans la bobine et montrer quelle peut s écrire :.i = B. Donner les expressions + 1 dt τ de τ et B. d- Vérifier que i(t) = A ( 1 e -t / τ ) est une solution de l équation différentielle trouvée. En déduire l expression de A. En déduire l expression du courant I 0 en régime permanant. 3- a-. Déterminer graphiquement la valeur de la f.e.m. E b- Sur ce graphe, tracer la courbe u bobine (t) c- A l aide de la courbe u R retrouver la valeur de l intensité i circulant dans le circuit en régime permanent sachant que R = 50 Ω. d- En déduire la valeur de la résistance r de la bobine. e-calculer la valeur de l inductance L. A 0,5 A 0, 5 B 0,25 AB 0,75 C 0,75 C 0,75 tension u R E Echelle : axe horizontal 1 division = 10 ms axe vertical 1 division = 1 V temps

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