DEVOIR COMMUN DE SCIENCES PHYSIQUES 2 MAI 2010

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1 DEVOIR COMMUN DE SCIENCES PHYSIQUES 2 MAI 2010 La calculatrice est autorisée ; soignez la présentation de votre copie ; faites attention aux chiffres significatifs ; Tous les exercices sont indépendants. CHIMIE Exercice n 1 : Un atome d argent de symbole Ag possède 108 nucléons. La charge de son noyau est Q = 7, C 1. Que représentent les nucléons? 2. Calculer et vérifier que le nombre de protons de l atome d argent est Calculer le nombre de neutrons N de l atome d argent. 4. Écrire la représentation symbolique du noyau de l atome d argent. 5. Quel est le nombre n d électron présent dans cet atome? Justifier. 6. Calculer la masse m approchée de l atome d argent. 7. Calculer le nombre d atomes N 1 présents dans un échantillon de masse m 1 = 20 g d argent. Données : Masse du proton m p = masse du neutron m n = 1, kg Masse de l électron : m e = 9, kg Charge électrique élémentaire e = 1, C Exercice n 2 : On considère la molécule de formule brute CHOCl. 1. Écrire la structure électronique de chaque atome de la molécule. 2. Énoncer la règle du duet et de l octet. 3. a. Indiquer le nombre de liaisons covalentes de chaque atome. b. Donner la représentation de Lewis de cette molécule. Données : H : Z=1 ; C : Z=6 ; O : Z=8 ; Cl : Z=17. Exercice n 3 : A température ordinaire, l éthanol, ou alcool éthylique, est un liquide soluble en toute proportion dans l eau. La formule de l éthanol est C 2 H 6 O et la masse volumique de l éthanol liquide est = 0,79 g.ml On se propose de préparer V= 100mL d une solution mère d éthanol S 0 dont la concentration en éthanol doit être C 0 = 1,40 mol.l -1. a. Déterminer la quantité de matière n en éthanol contenue dans le volume V = 100 ml de la solution à préparer. b. Quelle est la valeur de la masse molaire moléculaire M de l éthanol? c. Déterminer la masse m d éthanol contenue dans le volume V = 100 ml de la solution à préparer. d. En déduire le volume V d éthanol correspondant à cette masse m. 2. On désire maintenant préparer une solution fille S 1 d éthanol d un volume V 1 = 100mL ayant une concentration molaire C 1 = 0,140 mol.l -1. a. Comment s appelle cette opération? Justifier. b. Déterminer le volume V 0 de la solution mère à prélever afin de préparer cette solution. c. Rédiger le protocole expérimental qui permet de préparer cette solution fille. Vous n oublierez pas de nommer la verrerie utilisée et de donner sa contenance. Données : Masse molaire : M C = 12,0 g.mol -1 ; M H = 1,0 g.mol -1 et M O = 16,0 g.mol -1.

2 PHYSIQUE Exercice n 4 : A Rayon laser et une surface plane de verre : Un rayon laser (λ = 656 nm) se propageant dans l'air rencontre la surface plane et horizontale d'un bloc de verre dont l'indice de réfraction est n = 1,52 pour cette lumière colorée. L'angle d'incidence est i = Quel est le nom de la donnée écrite entre parenthèses? 2. a. Quel est le phénomène qui intervient lors du passage de la lumière de l'air dans le verre? b. Schématiser la situation sans tenir compte des valeurs des angles et indiquer le rayon incident, l angle d'incidence, la normale au point d'incidence et le rayon transmis dans le verre 1. Nommer et énoncer les 2 lois qui régissent ce phénomène. 2. On appelle r l angle que fait le rayon laser dans le verre avec la normale au point d'incidence. Donner son nom et le représenter sur le schéma précédent. 3. Calculer r (Attention, la calculatrice doit être réglée en mode degré). Donnée : indice de l air : n air = 1,00 B. Détermination de l indice du verre : On veut vérifier la valeur de l indice de réfraction n du bloc de verre précédent pour λ = 656 nm. Pour cela on réalise une série de mesures dont les résultats sont regroupés dans le tableau donné en annexe à rendre avec la copie 1. Compléter le tableau de l annexe 2. Tracer la courbe représentant sin i en fonction de sin r (indiquer sur le graphique toutes les informations essentielles). Échelles : abscisses : 1 cm 0,05 ; ordonnées : 1 cm 0,05 3. A partir de la droite, retrouver l indice de réfraction n du milieu transparent. C. Rayon laser ou lumière blanche et deux surfaces planes de verre : Le rayon laser précédent arrive maintenant sur la surface du bloc de verre suivant la normale au point d'incidence I. La situation est schématisée ci-dessous : 2 m S I T 0 1. a. Comment appelle-t-on ce bloc de verre dont la section droite est représentée sur la figure ci-dessus (on peut le représenter aussi par : )? b. Quel est l'effet d'un tel bloc sur le rayon laser? 2. On remplace le rayon laser par un faisceau de lumière blanche. a. Qu observe t-on sur l écran T 0? b. Comment appelle t-on le phénomène qui intervient dans ce deuxième cas? c. À quoi est dû ce phénomène? Expliquer brièvement.

3 Exercice n 5 : Un mobile autoporteur est un dispositif qui envoie de l'air sous sa semelle de façon à créer un coussin d'air pour éviter les frottements. On négligera les forces de frottement dues à l'air. On le place dans cet exercice sur une table parfaitement horizontale. Le mobile a une masse de 650 g. On prendra dans cet exercice g = 10 N.kg -1. A Phase de lancement Pour lancer le mobile, on va utiliser un dispositif qui va pousser le mobile sur une distance de L = 5 cm. La force exercée par le lanceur est constante et vaut F = 2 N. 1. Dans quel référentiel va-ton se placer pour étudier le mouvement? 2. Faire le bilan des forces appliquées au mobile autoporteur au cours de cette phase de lancement. 3. Sachant que le mobile ne décolle pas et ne s'enfonce pas dans la table, y a-t-il des forces qui se compensent? Si oui, lesquelles? 4. Représenter ces forces sur un schéma (échelle 1 cm 1N) 5. En utilisant le principe d'inertie, quel type de mouvement aura le mobile pendant cette première phase? B Mouvement principal Au bout de L= 5 cm, le mobile n'est plus en contact avec le lanceur. On enregistre avec un dispositif à étincelle le mouvement du mobile en produisant une étincelle toutes les τ= s. On obtient l'enregistrement suivant : Que pouvez-vous dire du mouvement du mobile? 2. Quelles sont les forces appliquées au mobile dans cette phase? 3. Le mouvement que l'on a avec l'enregistrement est-il en accord avec le principe d'inertie? Justifier. 4. Calculer la vitesse instantanée v 4 au point n 4 en précisant quels sont les calculs effectués.

4 ANNEXES : Exercice n 4 : Tableau à compléter : NOM : ; Classe :... Angle d incidence i (en degrés) Angle de réfraction r (en degrés) sin i sin r Graphique :

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