Devoir Surveillé N 1 de Physique Spécialité SANS CALCULATRICE

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1 Devoir Surveillé N 1 de Physique Spécialité SANS CALCULATRICE Exercice N 1 Vous répondrez par VRAI ou FAUX en justifiant votre choix à l'aide du schéma à compléter sur l'annexe à rendre avec la copie Le schéma en Annexe 1 à rendre avec la copie représente un miroir sphérique de sommet S, de centre C et de foyer F. Affirmation : L'image A'B' de l'objet AB donnée par le miroir sphérique est située dans le même plan vertical que l'objet AB. Exercice N 2 : Modélisation d un microscope (Réunion 2007) Au cours d une séance de travaux pratiques, le professeur propose à un groupe d élèves de modéliser un microscope sur un banc d optique. Les élèves disposent du matériel suivant : - un banc d optique horizontal gradué au millimètre ; - un écran ; - deux lentilles convergentes de 8,0 cm de diamètre ; l une L 1, de centre optique O 1, de distance focale f 1 = 10,0 cm qui servira d objectif, l'autre L 2 de centre optique O 2, de distance focale f 2 =20,0 cm qui servira d oculaire ; - un objet, modélisé par une flèche AB de 0,50 cm de hauteur (pointe tournée vers le haut) dessinée sur du papier calque et placée verticalement devant une source de lumière. L origine A de la flèche sera située sur l axe optique commun des deux lentilles. Dans les consignes données aux élèves, le professeur précise que l'intervalle optique du microscope modélisé est Δ = F 1 F 2 = 40,0 cm. 1. Image intermédiaire A 1 B 1. Voici un extrait du protocole proposé aux élèves : «Placer l objet AB à 12,5 cm en avant de la lentille L 1. Déplacer l écran entre L 1 et L 2. Repérer la position de l écran qui permet d obtenir une image nette, noter la distance O 1 A 1. Mesurer la hauteur de cette image A 1 B 1. Noter son sens par rapport à l objet.» Sur le compte rendu d un groupe d élèves, le professeur trouve les résultats suivants : O 1 A 1 = 50,3 cm ; A 1 B 1 =2,1 cm ; sur l écran, la flèche est orientée vers le bas. Les questions suivantes vont permettre de vérifier l'exactitude de ces résultats En appliquant la relation de conjugaison à la lentille L 1, déterminer la position de l'image intermédiaire A 1 B 1. Avec quel point particulier pour la lentille L 2, le point A 1 est-il confondu? On choisira les sens positifs suivants : verticalement, le sens de l objet AB ; horizontalement, le sens de propagation de la lumière Déterminer le grandissement théorique de l objectif γ Calculer la hauteur de l image A 1 B Quel est le sens de cette image? 2. L image définitive A'B'. Sur le schéma 1 de l Annexe 1 à rendre avec la copie, figurent le point A 1 et la lentille L 2 qui sert d oculaire. II est réalisé en utilisant les échelles suivantes : verticalement, échelle 1/1 ; horizontalement, échelle 1/ Placer sur le schéma 1 de l Annexe 1 à rendre avec la copie, le point B 1, puis tracer la marche de deux rayons lumineux issus de B Quelle est la position de l image définitive A B?

2 3. Grossissement du microscope. On appelle grossissement du microscope le rapport G = α / α dans lequel : - α est l angle sous lequel est vu l objet AB à l œil nu lorsqu il est placé à la distance d m = 25,0 cm de l œil ; - α est l angle sous lequel est vue l image A B. On considèrera que nous sommes dans le cas où on réalise les approximations : tan α α et tan α α 3.1. Calculer α Sur le schéma 1 de l Annexe 1 à rendre avec la copie, indiquer l'angle α' puis calculer sa valeur Calculer le grossissement du microscope. 4. Cercle oculaire Donner la définition du cercle oculaire Sur le schéma 2 de l Annexe 1 à rendre avec la copie, figurent les lentilles L 1 (objectif) et L 2 (oculaire). Il est réalisé en utilisant les échelles suivantes : verticalement, échelle 1/1; horizontalement, échelle 1/10. Sur le schéma 2 de l Annexe 1 à rendre avec la copie, à l aide d une construction graphique déterminer la position du cercle oculaire et son diamètre Quel est l intérêt pratique du cercle oculaire? Exercice N 3 : L arôme d ananas De plus en plus souvent des arômes naturels ou de synthèse sont utilisés en cuisine ou dans l industrie alimentaire. Les arômes de fruits peuvent être obtenus à partir de mélanges d esters. D après l ouvrage «La chimie des couleurs et des odeurs» de Capron, le parfum artificiel d ananas est constitué d un mélange d esters et d acides carboxyliques ; l ester prépondérant est le butanoate d éthyle. 1. L arôme ananas du commerce Pour vérifier la présence de butanoate d éthyle dans un flacon d arôme ananas du commerce (en phase aqueuse), on souhaite réaliser une extraction liquide-liquide à l aide d une ampoule à décanter. On dispose de trois solvants : dichlorométhane, éthanol et cyclohexane. solvant eau éthanol cyclohexane dichlorométhane solubilité du butanoate d éthyle faible bonne moyenne bonne densité 1,00 0,80 0,62 1,33 miscibilité avec l eau / miscible non miscible non miscible 1.1. Quel solvant faut-il choisir parmi ceux du tableau pour extraire le maximum de butanoate d éthyle? Justifier Dessiner l ampoule à décanter après agitation en précisant le contenu. La phase organique de l extraction est conservée et appelée solution S Synthèse du butanoate d éthyle au laboratoire On chauffe à reflux un mélange de 0,20 mol d acide butanoïque et de 0,20 mol d éthanol afin d obtenir l ester à odeur d ananas, le butanoate d éthyle Identifier le montage de chauffage à reflux parmi les deux qui sont proposés dans l Annexe 2. Quel est l intérêt de ce montage? n (ester) en mol 2.2. Un suivi cinétique de la réaction permet de tracer le graphe de la quantité 0 d ester formée en fonction du temps (graphe ci-contre) : L équation bilan de la transformation est : CH CH CH COOH CH CH OH = CH CH CH CO O CH CH (l) 3 2 (l) (l) H2O(l) Acide butanoïque Ethanol Butanoate d'éthyle Eau Définir le rendement de cette réaction et le calculer. Lors de cette synthèse, après refroidissement, on récupère la phase organique ; elle est nommée solution S 2. 0,133 t en s

3 3. Chromatographie sur couche mince Sur une plaque de silice sensible au rayonnement UV, on effectue trois dépôts : (a) - solution contenant du butanoate d éthyle pur (b) - solution S 1 (c) - solution S 2 diluée La plaque est révélée avec une lampe émettant des radiations ultraviolettes, on obtient le chromatogramme suivant : a b c 3.1. Quel est le rôle d une chromatographie sur couche mince? 3.2. Comment appelle-t-on le solvant ou mélange de solvants utilisé dans la cuve à chromatographie? 3.3. Interpréter le chromatogramme pour les solutions S 1 et S Poser le calcul du rapport frontal (on ne demande pas de le calculer!) du butanoate d éthyle dans les conditions de cette chromatographie en faisant apparaître clairement votre démarche sur le chromatogramme (rendre la feuille avec votre copie)

4 NOM : Prénom : Annexe 1 à rendre avec la copie Exercice N 1 B A C F S Exercice N 2 Schéma 1 L 2 A 1 O 2

5 NOM : Prénom : Annexe 1 à rendre avec la copie Schéma 2 Exercice N 2 L 1 L 2 O 1 O 2 Annexe 2 à rendre avec la copie Question 2.1. Exercice N 3 montage a montage b