DEVOIR COMMUN DE SCIENCES PHYSIQUES SECONDE (2 heures) Mardi 5 février 2013 Note :../10 Nom : Prénom : Classe :

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1 Exercice 1 : Problème d audition (5 points) En jouant du piano, Hiro se rend compte qu il a un problème auditif. Il enregistre alors 2 sons différents sur son ordinateur qui lui donne les oscillogrammes ci-dessous. Hiro remarque alors qu il entend très mal le son 1. Les sons aigus ont des fréquences plus grandes que les sons graves. Son 1 Son 2 1- Pourquoi peut-on dire que le signal U1 du son 1 est périodique? (1 point) 2- En exploitant l oscillogramme du son 1 déterminer la valeur de sa période T et en déduire sa fréquence f. (2 point) 3- Sans calcul, parmi les sons 1 et 2 dites quel est le son de plus grande fréquence et vous argumenterez votre réponse en utilisant la définition de la fréquence. (1 point) 4- Identifier alors le problème auditif de Hiro. Argumenter votre réponse (1 point) Exercice 2 : Quelques molécules (6 points) Voici 3 molécules ci-contre : A) propanol, B) méthoxyéthane et C) acide salicylique. On donne les numéros atomiques de H : Z=1 et C : Z=6. 1- Ecrire la formule semi-développée de la molécule A (0,5 point) 2- Ecrire la formule développée de la molécule B (0,5 point) 3- Ecrire la formule brute de la molécule C (0,5 point) 4- Quelles sont les molécules qui possèdent des groupes caractéristiques identiques? Entourer ce groupe caractéristique dans les molécules et donner son nom. (1 point) 5- Soit la molécule de chloroforme de formule brute HCCl 3 qui possède 3 atomes de chlore Cl de numéro atomique Z = F 9 a- L atome de Fluor est situé dans la même colonne (ou famille) que le chlore dans le tableau périodique. Expliquer pourquoi, en présentant un raisonnement scientifique. (1,5 point) b- Comment s appelle la famille du chlore et du fluor? (0,5 point) c- Construire en expliquant, la formule développée de la molécule de chloroforme HCCl 3. (1,5 point) Page 1/5

2 Exercice 3 : A la découverte du magnésium (7 points) Les carences en magnésium sont à l origine de divers symptômes, tels que l irritabilité, une fatigue passagère, des troubles mineurs du sommeil ou des crampes musculaires. Pour pallier ces carences, le médecin peut prescrire un médicament à base de magnésium. Le noyau de l atome de magnésium a pour symbole Données : masse d un nucléon (proton ou neutron) : m n = 1, kg masse de l électron : m e = 9, kg 1. Donner la composition de l atome de magnésium : nombre de protons, nombre de neutrons et nombre d électrons (1 point) 2. On considère que la masse de l atome est approximativement égale à celle de son noyau. a) Justifier cette affirmation (1 point) b) Calculer la masse de l atome de magnésium. (1 point) 3. On considère l atome de magnésium a) Donner la répartition des électrons de cet atome sur les couches K, L et M à l aide d une formule électronique. (1 point) b) En vous aidant de la règle de l octet, donner la formule de l ion stable que cet atome peut former. (1 point) c) Donner la répartition des électrons de cet ion sur les couches K, L et M à l aide d une formule électronique. 4. Il existe trois isotopes stables de l atome de magnésium :, et Proposer une définition pour «atomes isotopes» (1 point) Exercice 4 : Un médicament contre la toux (5 points) Le carbocistéine Biogaran est un sirop contre la toux, généralement prescris en cas de bronchite. C est un médicament générique du Rhinathiol. Sa substance active est le carbocistéine. Sur sa notice, il est indiqué qu on trouve une masse m 0 = 2,00 g de carbocistéine dans un volume V 0 = 100 ml de solution. 1. Montrer à l aide d un calcul, que la concentration massique C m en substance active de ce sirop est : C m = 20,0 g/l. On rappelle que la définition de la concentration est : (1 point) 2. Le laboratoire pharmaceutique fabriquant ce médicament fournit une cuillère-mesure de volume V = 5,0 ml. Quelle est la masse m de carbocistéine prélevée dans une cuillère-mesure? (1 point) 3. Pour effectuer des analyses sur ce sirop, un chimiste en prélève un volume V 1 = 10,0 ml, qu il introduit dans une fiole jaugée de volume V 2 = 25,0 ml. a) Dans la liste suivante, entourer la verrerie que le chimiste doit utiliser pour effectuer ce prélèvement avec précision? (1 point) bécher de 50 ml, verre à pied, pipette jaugée de 10,0mL, pipette graduée de 5,0 ml, fiole jaugée de 25,0 ml, tube à essai, erlenmeyer, cristallisoir, éprouvette graduée de 10,0 ml b) Comment s appelle cette technique de préparation de solution? (0,5 point) c) Calculer la concentration massique C m en carbocistéine de la solution ainsi obtenue. (1,5 point) Page 2/5

3 Exercice 5 : Etude d un médicament : l ACTRON (5 points) Composition Pour un comprimé effervescent. Substances actives : Acide acétylsalicylique (aspirine) : 0,200 g - Paracétamol : 0,100 g - Caféine: 0,040 g Autres composants : Acide citrique, bicarbonate de sodium. Posologie : Les prises doivent être espacées d'au moins 4 heures. En cas de douleur plus intense, 2 comprimés par prise. Ne pas dépasser la dose de 7 comprimés par jour. La dose maximale par jour en aspirine ou en paracétamol est de 3 g pour l adulte, et 2 g chez la personne âgée. 1) Définir ce qu est un principe actif. (1 point) 2) Quels sont les excipients du médicament étudié? (1 point) 3) Un médicament générique peut-être employé à la place de l Actron, est-ce un médicament identique? Justifier. 4) Quelle masse de paracétamol est absorbée par une personne adulte ayant pris 3 comprimés en une journée? 5) Combien de comprimés correspondent à la dose maximale par jour en aspirine chez la personne âgée? Exercice 6 : La lumière et la santé (6 points) Document 1 : La photothérapie : être en bonne santé grâce à la lumière! Le soleil, la lumière et les rayons ultraviolets ont de très remarquables effets thérapeutiques. Le soleil et les rayons ultraviolets réduisent le cholestérol et les caries dentaires, améliorent le système immunitaire, augmentent la fertilité, préviennent les tumeurs. Ils évitent certains états dépressifs. Ce sont des «aliments» indispensables à la santé. Document 2 : Quels sont les effets rayons ultraviolets sur notre organisme? On distingue deux types de rayons ultraviolets : les UV-A et les UV-B. Les UV-B sont absorbés très rapidement par l'épiderme, ce sont eux qui provoquent en particulier l'apparition des coups de soleil. Les UV-A et les UV-B sont génotoxiques, elles peuvent endommager l'adn des cellules. L'exposition aux UV solaires comme artificiels est un facteur majeur dans le développement des cancers de la peau. On estime que plus des deux tiers des mélanomes sont dus à une exposition excessive aux UV. Document 3 : L indice de protection des crèmes solaire L'indice de protection ou IP est le rapport entre la dose d'uv nécessaire pour obtenir un coup de soleil avec et sans la crème solaire. Si une personne a un coup de soleil au bout de 10 minutes sans protection, un IP 15 signifie qu'il faudra 150 minutes (soit 15 fois 10 minutes ou 2h30) pour obtenir le même coup de soleil avec ce produit solaire. 1) La lumière est-elle bénéfique pour la santé? Justifier en une phrase concise sans paraphraser les documents. 2) La célérité de la lumière a pour valeur : c = m/s, donner une valeur arrondie à trois chiffres significatifs. 3) Proposer une valeur de la célérité de la lumière c en km/s. 4) Quels sont les conseils à suivre pour profiter du soleil tout en limitant les risques de mélanomes de la peau? 5) Une personne à la peau fragile a un coup de soleil en 35 minutes avec une crème IP 5. En combien de temps auraitelle un coup de soleil sans crème solaire? Soigner votre calcul. 6) Une personne est exposée 15 minutes avec une crème IP 10, une autre personne 30 minutes avec une crème IP 5, laquelle a reçu la dose d UV la plus importante? Justifier votre réponse. Page 3/5

4 Exercice 7 : Comprendre le fonctionnement d une fibre optique (6 points) Document n 1 : Qu est- ce qu une fibre optique? La fibre optique est un «guide d'onde lumineuses» qui exploite les propriétés réfractrices de la lumière. Elle est habituellement constituée d'un cœur entouré d'une gaine. Le cœur de la fibre a un indice de réfraction plus élevé que la gaine et peut donc confiner la lumière qui se trouve entièrement réfléchie de multiples fois à l'interface entre les deux matériaux (en raison du phénomène de réflexion totale interne). Document n 2 : Schéma d un rayon lumineux qui entre dans le cœur d une fibre optique i 1 = 30,0 angle d incidence n air = 1,00 indice de réfraction de l air n c = 1,48 indice de réfraction du cœur n g =1,45 indice de réfraction de la gaine On note r l angle de réfraction lors du passage du rayon lumineux du milieu air au milieu «cœur de la fibre» On note i 3 angle de réflexion totale La somme des angles i 3 + r = 90, i 2 et r sont des angles complémentaires. Document n 3 : Enoncé de la seconde loi de Descartes et lois de la réflexion Pour l interface «air-cœur de la fibre optique», on peut écrire que n air x sin (i 1 ) = n c x sin (r) (seconde loi de Descartes) Pour l interface «cœur de la fibre optique- gaine de la fibre optique», il se produit un phénomène de réflexion totale tel que l angle d incidence i 3 soit identique à l angle i 4 réfléchi. 1) Etude de l interface AIR-CŒUR DE LA FIBRE OPTIQUE Il se produit à l interface AIR-CŒUR DE LA FIBRE OPTIQUE le phénomène de réfraction de la lumière modélisé par la seconde loi de Descartes (Doc n 2). Le rayon lumineux arrive (de l air) avec un angle d incidence i 1 =30 et est dévié dans le cœur de la fibre optique avec un angle de réfraction r. 1.a. En exploitant la seconde loi de Descartes (Doc n 3) montrez que l angle réfracté r est environ égal à 19,7. Vous rédigerez précisément votre calcul et vous utiliserez cette valeur pour r dans la suite de l exercice. (2 pts) 1.b. Positionnez l angle r sur votre schéma. (1 pt) 1.c. En utilisant les données du document n 2 et en rédigeant votre raisonnement montrez que l angle i 3 = 70,3. (0,5 pt) 2) Etude des interfaces CŒUR DE LA FIBRE OPTIQUE GAINE DE LA FIBRE OPTIQUE Il se produit aux interfaces cœur-gaine des phénomènes de réflexion totale. 2.a. Quelle est la valeur des angles de réflexion des rayons lumineux à l interface cœur-gaine? Argumentez votre réponse. (1 pt) 2.b. Complétez la suite du trajet du rayon lumineux dans le cœur de la fibre optique en positionnant pour chacune des réflexions les angles de réflexion. (1 pt) 3) Culture scientifique (0,5pt) : Citer une application des fibres optiques dans le domaine médical. Page 4/5

5 BONUS : L exercice facultatif suivant donnera lieu à des points supplémentaires Exercice 8 : Des macarons au citron (4 points) Un pâtissier désire préparer des macarons au citron et dispose d une solution mère de jaune de tartrazine à la concentration massique C mj =50,0 g/l. Il utilise dans sa préparation un volume V= 40 ml de solution de jaune de tartrazine.cette préparation lui permet de préparer 10 macarons. Document n 4 : La concentration massique C m d une espèce chimique en solution est donnée par la relation C m = m / V ; C m s exprime en g/l ; m est la masse de soluté en g et V le volume de solvant en L. Document n 5 : La dose journalière admissible de jaune de tartrazine, colorant alimentaire E102, pour un individu d une masse de 60 kg est de 450 mg par jour. Au-delà de cette quantité le jaune de tartrazine a alors des effets néfastes sur notre organisme. Le jaune de Tartrazine est souvent utilisé en pâtisserie pour agrémenter toute sorte de dessert coloré. 1) Quelle est la masse m J de jaune de tartrazine que le pâtissier utilise pour préparer ses 10 macarons? Vous rédigerez votre raisonnement et tous les calculs réalisés. (1 pt) 2) Combien de macarons, un individu de 60 kg peut-il consommer sans risque pour sa santé? Vous rédigerez tous les calculs réalisés pour argumenter votre réponse. (1,5 pt) 3) Le pâtissier dispose d un volume V 1 =500 ml de solution mère de jaune de tartrazine. Il rajoute dans cette solution un volume V 2 = 500 ml de solution de bleu de patenté (colorant alimentaire E131) à la concentration massique C mb =50,0 g/l, pour obtenir un volume V 3 =1000 ml de solution de «colorant vert» qu il utilisera pour réaliser des macarons à la menthe. Le pâtissier utilise un volume V 4 =80 ml de la solution de «colorant vert» pour réaliser 10 macarons à la menthe. Un individu de 60 kg pourra-t-il consommer plus ou moins de macarons à la menthe que de macarons au citron? Argumenter votre réponse. (1,5 pt) Page 5/5