PASSEPORT DESTINATION PHYSIQUE 1 ère SCIENTIFIQUE

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1 PASSEPORT DESTINATION PHYSIQUE 1 ère SCIENTIFIQUE Nous vous conseillons de «réviser» les séquences suivantes, pour aborder la 1 ère S : Puissances de 10 Réfraction Spectroscopie Les ondes (relation entre période et fréquence) Loi de gravitation, principe d inertie, forces et mouvements Structure de l atome, molécules, classification périodique des éléments, réaction chimique Quantité de matière en chimie (la mole) Solutions en chimie Puis essayer de faire les exercices sans votre cours. C est travail personnel de recherche qui ne sera pas ramassé. Répondre sur l énoncé en rédigeant des réponses claires et justifiées comme pour une évaluation. Les exercices ne seront pas corrigés en classe. Mais vous pourrez poser des questions. Et vous auto évaluer. EXERCICE 1: ECHELLE DE LONGUEURS EXERCICE 2: ATOMES, ISOTOPES /6 pts /5,5 pts EXERCICE 3: QU EST-CE QU UN ION? /6,5pts EXERCICE 4: MOLECULES EXERCICE 5 : «MOI, U235, ATOME RADIOACTIF» /5 pts /5 pts EXERCICE 6 : SOUVENONS-NOUS DE M. MENDELEIEV EXERCICE 7: LE PETIT CHIMISTE /5 pts /5 pts EXERCICE 8: LA TOUR EIFFEL VA-T-ELLE PLUS VITE QU UNE FORMULE 1? EXERCICE 9 : QUELLE EST LA LONGUEUR D ONDE DE CE RAYONNEMENT LASER? /5,5 pts /5 pts EXERCICE 10: LA REFRACTION /8 pts EXERCICE 11: Q.C.M. : GRAVITATION EXERCICE 8 : L INERTIE A NE PAS NEGLIGER TOTAL /4.5pts /9 pts / 70 pts 1

2 EXERCICE 1: ECHELLE DE LONGUEURS (6 points) Quelle est l unité de longueur du système international des unités?... Certaines longueurs sont parfois difficiles à comparer : que faut-il faire pour simplifier le classement? La taille du Grand nuage de Magellan, galaxie la plus proche de la nôtre, est donnée en mètres et en écriture scientifique. Exprimer les longueurs a, c, f, g, h de la même façon dans la 2 ème colonne du tableau cidessous. L écriture scientifique permet alors de donner l ordre de grandeur. Qu appelle-t-on ordre de grandeur? Compléter la dernière colonne du tableau ci-dessous. Objets Longueur (en m) et en notation scientifique Ordre de grandeur a) Taille du virus de la grippe : 100 nm b) Taille du Grand nuage de Magellan : m m... c) Taille d une fleur : 65 cm d) Rayon d un atome de carbone : 7, m 7, m... e) Distance Nord-Sud de la Corse : 1, m 1, m... f) Taille d un homme : 1,75 m g) Hauteur de la Tour Eiffel : 320 m h) Rayon de ta Terre : 6400 km

3 EXERCICE 2: ATOMES, ISOTOPES (5.5 POINTS) Composition d un atome La représentation symbolique d un atome de chlore est 17 Cl. Donner la composition du noyau de cet atome L atome d azote N Un atome d azote, de symbole chimique N, possède 7 protons et 6 neutrons dans son noyau. 2. Donner la représentation symbolique de ce noyau Combien d électrons comporte le nuage électronique de cet atome? Justifier Isotopes On donne les couples (Z, A) suivants : (13, 26), (29, 64), (13, 27), (26, 56), (13, 29), (27, 59) et (27, 60). 4. Donner la définition de noyaux isotopes Le numéro atomique de l élément aluminium vaut 13. Donner les couples des noyaux d aluminium isotopes mentionnés dans la liste ci-dessus EXERCICE 3: QU EST-CE QU UN ION? (6,5 POINTS) C est le chimiste suédois Svante August Arrhenius qui fut le premier, vers 1880, à découvrir que certaines substances en solution se trouvent sous la forme d ions et non de molécules. On extrait le sel de cuisine dans les marais salants et les mines de sel. On peut le fabriquer artificiellement au laboratoire : on fait réagir le métal sodium Na avec le gaz dichlore Cl 2 (la réaction est violente!). Il se forme à la fin de la transformation du chlorure de sodium : c est un solide constitué d ions sodium Na + et d ions chlorure Cl - 1. Compléter le tableau suivant avec les mots qui conviennent parmi cette liste : cations ; négatifs ; chlorure ; perdu ; sodium ; gagné ; chlore ; Na + ; Cl - ; positifs ; e - ; anions (certains mots peuvent être utilisés plusieurs fois) Formation des... Formation des... Les atomes Na se transforment en ions... Les atomes Cl se transforment en ions... Les ions... sont des atomes de Les ions... sont des atomes de... qui ont... un électron... qui ont... un électron Ce qui s écrit : Na Ce qui s écrit : Cl

4 2. Compléter le tableau suivant : Atome structure électronique de l atome Ex : Li K 2 L 1 perd un électron structure électronique de l ion même structure électronique que Symbole de l ion K 2 He Li + F K 2 L Ne... Mg K 2 L 8 M Ne... EXERCICE 4: MOLECULES (5 POINTS) 1. Donner la définition d une molécule Les différentes formules de la molécule d acide éthanoïque: Compléter le tableau ci-dessous. C H 3 C O OH Formule Formule brute H O H C C Formule... H O H 3. Les molécules de formule brute C 3 H 6 Molécule linéaire Molécule cyclique Atome C H O N squelette forme une ligne squelette forme "un cercle" Nombre de liaisons Rappels: 3.1. La molécule de propène a pour formule brute C 3 H 6. Elle est linéaire. Donner une formule développée ou une formule semi-développée de la molécule de propène Une autre molécule cyclique, le cyclopropane, a pour formule brute C 3 H 6. Donner une formule développée ou une formule semi-développée de la molécule de cyclopropane Les deux molécules de propène et de cyclopropane sont dites isomères. Pourquoi?

5 EXERCICE 5 : «Moi, U235, atome radioactif» sans calculatrice Voici un extrait du livre «Moi, U235, atome radioactif» de B. Bonin E. Klein J.M. Cavedon : «Au cours de l explosion d une supernova*, une soixantaine d éléments lourds naissent en un temps très court. Parmi eux, il y a l uranium**, qui correspond à des noyaux contenant 92 protons, pas un de plus, pas un de moins. Ces noyaux peuvent différer les uns des autres par leur nombre de neutrons. Nous, les uranium 235, nous en possédons 143, ce qui nous fait un total de 235 nucléons, d où l appellation d uranium 235. Les uranium 234 en ont un de moins, les 238 trois de plus.» * Une supernova est une étoile qui explose. Elle a la particularité d être extrêmement lumineuse. ** Le symbole de l élément uranium est U. A. A partir du texte, répondre aux questions suivantes : 1. Quel est le numéro atomique de l uranium 235? Quel est le nombre de neutrons de l uranium 238? Quel est le nombre de masse de l uranium 234?. 4. Donner le symbole du noyau de l uranium Comment peut-on qualifier l uranium 234, l uranium 235 et l uranium 238? B. Un OVNI? En 1054, une supernova a brillé en plein jour pendant plusieurs semaines. Vue de la Terre, cette supernova était plus brillante que Vénus, et pourtant elle se situait à 7000 années-lumière de la Terre. 1. L année-lumière est-elle une distance, une durée ou une vitesse? 2. En quelle année, l étoile a-t-elle réellement explosée? EXERCICE 6 : SOUVENONS-NOUS DE M. MENDELEIEV SANS CALCULATRICE Pour chacune des affirmations du tableau, utiliser la classification périodique puis cocher la case correcte. 5

6 EXERCICE 7: LE PETIT CHIMISTE SANS CALCULATRICE 1. Préparons dans une fiole jaugée de 100,0 ml une solution de chlorure de sodium a. Sachant que la concentration de la solution de chlorure de sodium est de 2,0 mol.l -1, calculer la masse de chlorure de sodium solide (NaCl(s)) nécessaire à la préparation de 100,0 ml de la solution demandée. M (Na) = 23,0 g.mol -1 M (Cl) = 35,5 g.mol -1 b. Rappeler le mode opératoire relatif à cette dissolution (protocole expérimental, verrerie ) 2. Fiole jaugée et dilution le préparateur a prélevé avec une pipette jaugée 20,0 ml d'une solution aqueuse de diiode présente dans un flacon portant l'étiquette "solution de diiode de concentration c 0 = 0,25 mol.l-1" ; il a introduit ces 20,0 ml dans une fiole jaugée de 100,0 ml puis a complété jusqu'au trait de jauge avec de l'eau distillée. a. Quelle est la concentration de la solution ainsi obtenue? b. Schématiser la verrerie utilisée par le chimiste. c. Décrire le protocole expérimental 6

7 EXERCICE 8: LA TOUR EIFFEL VA-T-ELLE PLUS VITE QU UNE FORMULE 1? (5,5 POINTS) Une formule 1 en plein action peut se déplacer à la vitesse maximale v de 360 km.h -1 1) Par rapport à quel référentiel est donnée cette vitesse? 2) Convertir cette vitesse v en m.s -1. 3) Dans ce même référentiel, quel est le mouvement de la Tour Eiffel? Quelle est donc la vitesse de la tour Eiffel en m.s -1? On se place cette fois-ci dans le référentiel géocentrique. Le rayon qui sépare Paris de l axe de rotation de la Terre est r = 4, km. 4) En une journée de 24 heures, la distance d parcourue par la tour Eiffel, sachant que la trajectoire est un cercle, est-elle? Cocher la bonne réponse ( ) r² 2 r r 5) Calculer cette distance d en km ) En déduire la vitesse V, en km.h -1, de la tour Eiffel dans le référentiel géocentrique ) Conclusion : La tour Eiffel va-t-elle plus vite qu une formule 1? Justifier votre réponse. EXERCICE 9 : quelle est la longueur d onde de ce rayonnement laser? sans calculatrice Nous allons déterminer la longueur d onde d une lumière laser par comparaison avec le spectre du mercure dont les raies ont des longueurs d ondes connues. Spectres du mercure et de la lumière laser : 1. Que peut-on dire de la lumière laser d après son spectre? Construire la courbe d étalonnage, c est à dire la courbe qui représente les longueurs d ondes λ des raies du spectre du mercure (en ordonnée) en fonction de la distance d (en abscisse) mesurée sur le spectre à partir de la gauche. Echelle : en abscisse 1,0 cm représente 1,0 cm et en ordonnée 1,0 cm représente 20 nm (en démarrant à 400 nm) 7

8 3. Quelle est l allure de la courbe? la relation entre la distance d mesurée sur le spectre et la longueur d onde λ est-elle: Linéaire affine autre 4. Utiliser la courbe d étalonnage pour déterminer la longueur d onde de la lumière laser et montrer qu elle vaut environ 540 nm :... EXERCICE 10: LA REFRACTION (7 POINTS) Un rayon de lumière rouge (en noir sur le schéma) issu d une source laser et se propageant dans l air, arrive sur la face plane d un demi-cylindre de plexiglas. 1. Répondre à l aide du schéma ci-dessous a. Comment se nomme le rayon noté 1?... b. Comment se nomme le rayon noté 2?... c. Comment se nomme le rayon noté 3?... d. Quel est le rayon caractéristique de la réfraction?... e. Quel est le rayon caractéristique de la réflexion?... f. Indiquer sur le schéma, par un trait vert, la ligne (ou surface) de séparation entre l air et le plexiglas. g. Indiquer, par un trait bleu, sur le schéma la normale à la ligne (ou surface) de séparation h. Repérer sur le schéma par une flèche orientée l angle d incidence noté i 1. Donner sa valeur i 1 au degré près : i 1 =... i. Repérer sur le schéma par une flèche orientée l angle de réfraction noté i 2. Donner sa valeur i 2 au degré près : i 2 =... 8

9 2. Indice de réfraction L indice de réfraction d un milieu transparent dépend de la vitesse dans le milieu selon la relation : air plexiglas Données : 1 n milieu = c avec v vitesse de la lumière v dans le milieu et c vitesse de la lumière dans le vide. 3 2 vitesse de la lumière dans le vide ou dans l air : c = 3, m.s -1 a. Calculer la valeur de l indice de l air n air. Justifier votre réponse. b. Si l indice du milieu est n milieu =1,33; quelle est la vitesse v de la lumière dans ce milieu? 3. 3 ème loi de Snell-Descartes a. Cocher la relation mathématique correspondant à l expression de la 3 ème loi de Descartes dans ce cas de figure. n air sin(54 ) = n plexi sin(67 ) n air sin(23 ) = n plexi sin(36 ) n air sin(36 ) = n plexi sin(23 ) n air sin(67 ) = n plexi sin(54 ) b. Retrouver la valeur de l indice de réfraction n plexi du plexiglas. Détailler votre calcul. On fait maintenant tourner le disque gradué de façon à ce que le rayon arrive sur la face plane du demicylindre avec un angle d incidence de 54. c. Utiliser la 3 ème loi de Descartes pour calculer l angle de réfraction (à 1 près). Détailler votre raisonnement et vos calculs. (Si vous n avez pas la valeur de l indice de réfraction n plexi du plexiglas, prendre n plexi = 1,33). 9

10 EXERCICE 11: Q.C.M. : Cocher la (ou les) bonne(s) (4.5points)( une mauvaise réponse cochée -0,25 pts) Utiliser les schémas ci-dessous pour répondre aux questions Données : G = 6, N.m².kg -2 ; g 10 N.kg -1 ; m T = 5, kg ; m L = 7, kg ; d = km 1. La gravitation universelle s exerce : à distance ; seulement entre la Terre et la Lune ; entre tous les astres de l Univers 2. La gravitation universelle qui s exerce entre deux astres : est indépendante de la masse de ces astres ; est toujours répulsive ; est toujours attractive. 3. La force F représentée sur le schéma 1 modélise : l attraction exercée par le corps A sur le corps B ; l attraction exercée par le corps B sur le corps A ; Le poids du corps A. 4. La Terre exerce sur moi une force d attraction. Je n exerce pas de force d attraction sur la Terre ; J exerce une force d attraction de même valeur sur la Terre ; J exerce une force d attraction de valeur beaucoup plus faible sur la Terre. 5. Quelle est l expression qui correspond à la valeur des forces représentées sur le schéma 2? F = m T m L d² ; F = G m T m L d 6. La force F L/T représentée sur le schéma 2 a pour valeur : ; F = G m T m L d² ; F = G m T + m L d² 2, N ; F L/T = 2, N ; F L/T = 2, N ; F L/T = 7, N 7. Quel est le poids sur Terre d un objet de masse m = 60 kg? environ 60 N ; environ 600 N ; environ N 8. La valeur du poids d un objet sur la Lune est : égale à la valeur du poids de cet objet sur la Terre ; environ 6 fois plus grande que la valeur du poids de cet objet sur la Terre ; environ 6 fois moins grande que la valeur du poids de cet objet sur la Terre 9. La valeur de la masse d un objet m = 60 kg sur la Terre aura comme masse sur la Lune : égale à la valeur de la masse de cet objet sur la Terre ; 10

11 environ 6 fois plus grande que la valeur de la masse de cet objet sur la Terre ; environ 6 fois moins grande que la valeur de la masse de cet objet sur la Terre EXERCICE 12 : L INERTIE A NE PAS NEGLIGER(9 points) 1. Enoncer le principe d inertie. 2. Dans quel type de référentiel ce principe peut-il s appliquer? 3. La Fusée de Tintin navigue dans le vide interplanétaire, moteur éteint : elle n'est soumise à aucune force. Quel est la nature de son mouvement? Justifier 4. A-t-elle besoin d'un système de propulsion pour maintenir sa vitesse constante? Justifier 5. Tintin sort de la fusée et lâche dans le vide, une bille et une plume en même temps. Qui de la plume ou de la bille tombe en premier sur la fusée?? Référentiel d'étude : Tintin, le principe peut s appliquer On négligera la force gravitationnelle exercée par la fusée ainsi que celle de Tintin. Cocher les affirmations sont vraies: La bille arrive au sol avant la plume la bille arrive en même temps que la plume la bille et la plume ont un mouvement rectiligne accéléré la bille et la plume ont un mouvement rectiligne uniforme la bille et la plume ont un mouvement rectiligne décéléré Sur TERRE, La bille arriverait au sol avant la plume la bille arriverait en même temps que la plume la bille et la plume aurait un mouvement rectiligne accéléré la bille et la plume aurait un mouvement rectiligne uniforme la bille et la plume aurait un mouvement rectiligne décéléré 11

12 6. Le vaisseau approche la planète Mars et se place en orbite circulaire autour d'elle. La fusée coupe alors les moteurs, et se retrouve en mouvement circulaire uniforme tel un satellite autour d une planète. (comme la Lune autour de la Terre). Dans le référentiel d'étude : centre de gravité de Mars, cocher les affirmations exactes: La fusée est animée d'un mouvement circulaire uniforme: alors elle est soumise à des forces qui se compensent. le vecteur vitesse est une force de traction pour la fusée Si la force attractive de Mars disparaissait, la fusée s'éloignerait de Mars La force gravitationnelle exercée par Mars sur la Fusée est opposée à la force gravitationnelle exercée par la fusée sur Mars FUSEE MARS 7. Opportunity est un véhicule d exploration du sol martien. Un chargement est posé à l arrière du véhicule sans être sanglé (attaché). Sur la route en ligne droite, il roule à la vitesse constante de 40 km.h -1 par rapport au sol. Dans l ensemble de l exercice, les frottements entre le chargement et le véhicule et ceux de l air martien sont négligés. Quel schéma représente correctement les forces appliquées au chargement? chargement chargement chargement chargement 8. cocher les affirmations vraies. Opportunity freine, le chargement glisse vers l'avant Opportunity tourne à gauche. Le chargement tombe à gauche de la chaussée quand le camion amorce le virage le poids et l'action du support se compensent Opportunity accélère, le chargement glisse vers l'arrière Lors du freinage, les forces agissant sur le chargement ne se compensent plus 12

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