REPERE DIPLÔME NATIONAL du BREVET DNB11-COLPHC1SMET Session 2011 PHYSIQUE - CHIMIE Série Collège DURÉE : 45 min - COEFFICIENT : 1 Ce sujet comporte 8 pages numérotées de 1/8 à 8/8. Le candidat s assurera en début d épreuve que le sujet est complet. Le candidat répond directement sur le sujet qui doit être remis en fin d épreuve, à l intérieur de la copie, sans le dégrafer. L usage de la calculatrice est autorisé. BARÈME : Première partie : CHIMIE 7 points Deuxième partie : ÉLECTRICITÉ 6,5 points Troisième partie : MÉCANIQUE 4,5 points Orthographe et présentation : 2 points Page 1/8
Petits véhicules solaires La voiture-jouet, photographiée ci-dessous, est constituée principalement d une cellule photovoltaïque qui, lorsqu elle est éclairée, alimente un petit moteur électrique qui peut fonctionner grâce à la lumière du Soleil. Les roues de la voiture-jouet tournent et celle-ci se met en mouvement. Partie Chimie : (7 points) 1. La cellule photovoltaïque contient des atomes de silicium et de phosphore. 1.1. Citer les deux constituants d un atome. 1.2. Choisir la (ou les) bonne(s) réponse(s) parmi les propositions suivantes : L'atome est électriquement neutre. L'atome est chargé positivement. L'atome est chargé négativement. 2. Une cellule photovoltaïque utilise une source d énergie renouvelable. Elle convertit l énergie lumineuse en énergie électrique. On peut la remplacer par une pile électrochimique. 2.1. Expliquer pourquoi une pile s use progressivement et finit par ne plus fonctionner. Page 2/8
2.2. Nommer la forme d énergie convertie partiellement en énergie électrique dans une pile (cocher la bonne réponse) : Énergie thermique. Énergie mécanique. Énergie chimique. 3. La pile du futur sera certainement une pile à combustible. Cette pile consomme du dihydrogène et du dioxygène. Elle sera plus performante que les piles actuelles. Le dihydrogène peut être préparé en laboratoire en versant de l acide chlorhydrique sur du fer. On obtient du dihydrogène et des ions fer II. 3.1. Citer les réactifs et les produits de cette transformation chimique. 3.2. Entre quelles valeurs est compris le ph de l acide chlorhydrique? 3.3. Expliquer pourquoi l acide chlorhydrique peut conduire le courant électrique. 3.4. Citer deux métaux utilisés dans la vie courante autres que le fer. 3.5. Citer le nom des particules responsables de la conduction électrique dans les métaux. 3.6. Donner la formule de l ion fer II. Page 3/8
3.7. Nommer l'ion de formule Cl -. 4. On veut caractériser la présence de dihydrogène dans un tube à essais. Donner le schéma et les légendes du test de reconnaissance du dihydrogène dans le cadre ci-dessous : Partie Électricité : (6,5 points) 1. Lorsque la cellule photovoltaïque est éclairée, elle alimente le moteur électrique qui permet la mise en mouvement de la voiture. Complèter le diagramme énergétique de ces deux convertisseurs d énergie avec les mots : électrique, lumineuse, mécanique. Page 4/8
2. Avec un oscilloscope, on visualise la tension aux bornes de la cellule photovoltaïque lorsqu elle est soumise à un éclairage constant. On obtient l oscillogramme suivant : 2.1. Cocher la (ou les) bonne(s) réponse(s) décrivant la tension observée : Tension variable Tension alternative Tension continue Tension sinusoïdale Tension périodique 2.2. Calculer la valeur de cette tension. 2.3. Indiquer le type de tension délivrée par une prise du secteur en cochant la (ou les) bonne(s) réponse(s) : Tension variable Tension alternative Tension continue Tension sinusoïdale Tension périodique 2.4. Donner la fréquence de la tension du secteur en France. 2.5. Citer un élément commun à toutes les centrales électriques. Page 5/8
2.6. Nommer les deux principaux constituants de cet élément. 3. Lorsque la voiture-jouet fonctionne, on mesure une tension égale à 0,5 V aux bornes du moteur lorsqu il est traversé par un courant I d intensité égale à 0,01 A. 3.1. Indiquer la relation (avec les unités) qui permet de calculer la puissance électrique reçue par le moteur.. 3.2. Calculer cette puissance. Partie Mécanique : (4,5 points) 1. En Janvier 2004, un petit véhicule de reconnaissance baptisé Spirit s est posé sur le sol de Mars. Son mode de fonctionnement est analogue à celui de la voiture-jouet. 1.1. Sur Terre, la masse m de Spirit vaut 185 kg et son poids est de 1813 N. On donne les intensités de la pesanteur g : - Sur Terre : g T 9,8 N/kg - Sur Mars : g M 3,6 N/kg Page 6/8
1.1.1. Nommer l appareil de mesure de la masse d un objet. 1.1.2. Cocher l affirmation correcte : Sur Mars, la masse de Spirit est inférieure à 185 kg. Sur Mars, la masse de Spirit est égale à 185 kg. Sur Mars, la masse de Spirit est supérieure à 185 kg. 1.1.3. Nommer l appareil de mesure du poids d un objet. 1.1.4. Indiquer la relation (avec les unités) qui permet de calculer le poids P d un objet en fonction de sa masse m et de l intensité de la pesanteur g du lieu. 1.1.5. Cocher la proposition correcte en expliquant le choix : Sur Mars, le poids de Spirit est inférieur à 1813 N. Sur Mars, le poids de Spirit est égal à 1813 N. Sur Mars, le poids de Spirit est supérieur à 1813 N. 2. Lors de son atterrissage, la vitesse de chute de Spirit était de 30 km/h, soit 8,3 m/s. Des airbags se sont gonflés pour que le véhicule ne s écrase pas sur le sol de Mars. 2.1. Nommer l énergie liée au mouvement d un objet. 2.2. Donner le nom et le symbole de l unité d énergie dans le système international (SI). Nom de l unité :... Symbole :.... Page 7/8
2.3. Calculer l énergie cinétique E c de Spirit lors de l atterrissage. On rappelle que l énergie cinétique E c d un objet de masse m et de vitesse v est donnée par la relation : E C 1 = mv 2 2 Page 8/8