correction bac blanc déodat

Baccalauréat technologique
Épreuve de physique-chimie série STI2D et STL spécialité sciences physiques et chimiques
en laboratoire
Exemple de sujet
Durée 3h, coefficient 4
Calculatrice autorisée
Camping car
Baccalauréat technologique
Épreuve de physique-chimie série STI2D et STL spécialité sciences physiques et chimiques
en laboratoire
Durée 3h, coefficient 4
Calculatrice autorisée
Camping car
Niveau I : connaissances
Niveau II : capacités (argumenter, extraire et trier des informations sont des capacités)
Niveau III : compétences (un raisonnement qui demande de mobiliser plusieurs capacités en autonomie:
tache complexe).
Barème
Partie A : 24 points soit environ 40 minutes
Partie B : 32 points soit environ 60 minutes
Partie C : 44 points soit environ 80 minutes
Partie A : Durée de séjour en zone isolée (24 points)
1. Onduleur
12V
1.1
Onduleur
de tension
Continu
230V, 550Hz
Alternative
NI
TV + Notebook+
réfrigérateur
NII
NIII
**
L’onduleur convertit la tension continue 12V en tension alternative 230V, 50Hz
*
***
1.2 Pt = Pr+ PN + PTV = 230x0,6 +230x0,44+ 230x0,16 = 276 W
*
1.3 La puissance disponible avec l’onduleur AJ 401 est de 400W. Il convient
2. Autonomie de la batterie de la cellule
**
2.1 Qt = la somme des quantités d’électricités données dans le tableau = 68,7 A.h
2.2 Si la batterie est déchargée à 50%, cela signifie qu’elle a fourni une quantité d’électricité
Q50% = 112/2 = 56A.h
*
*
*
La quantité d’électricité consommée en 24h est de 68,7 A.h donc la durée d’autonomie sera :
ta = 56x24/68,7 = 19,56h = 19h 30mn environ.
2.3 La quantité d’électricité nécessaire sans le réfrigérateur est égale à 54,3 A.h.
**
La nouvelle autonomie sera alors d’environ 24h.
3. Panneaux solaires
3.1. D’après les informations lues sur internet : Es = Pp ⋅ k
*
3.2. Es = 100 x 2,5 = 250 Wh/j
**
3.3. Q = Es/U = 250/12 = 20,8 Ah
**
3.4.
**
**
*
Le tracé confirme l’affirmation du constructeur : la courbe moyenne est une droite qui
passe par l’origine
Total partie A
0
11
13
Partie B : Radar de recul (32 points)
NI
NII
NIII
I. Types de radar
1. Différences :
- La propagation des ondes sonores nécessite un milieu matériel alors que les ondes
électromagnétiques peuvent se propager dans le vide.
-
les ondes sonores sont des ondes (généralement) longitudinales alors que les ondes
électromagnétiques sont (généralement) transversales.
Remarque : la différence importante entre les deux célérités constitue aussi une réponse
acceptable.
2.1. Le signal sonore parcourt la distance 2×d (aller-retour) pendant la durée ∆t donc sa
2d
2d
vitesse est c =
d’où ∆t =
.
∆t
t
Dans le Système International d’unités, ∆t est en seconde, d en mètre et c en mètre par
seconde. Remarque : les symboles des unités sont acceptés.
*
*
**
***
c × ∆t
A.N : d = 34 cm
2
D’après le deuxième schéma du document C1 le buzzer émet un « BIBIBIBI »
***
3. ∆t = 6,7 ns
Ce retard est de quelques nanosecondes donc est trop faible pour être mesuré par une
centrale électronique courante.
***
2.2. De la relation précédente : d =
II. Limites d’utilisation
*
1. Les schémas (a) et (c) illustrent respectivement les phénomènes de réflexion et
d’absorption des ondes ultrasonores.
2. Le polystyrène, la laine de roche, les mousses sont des exemples de matériaux « doux »
absorbant les ondes sonores et ultrasonores.
*
3. Le diamètre de la boule d’attelage a pour ordre de grandeur le centimètre donc la longueur
d’onde a pour ordre de grandeur le centimètre.
**
III. Célérité des ondes ultrasonores
1.1. L’incertitude-type sur la mesure de d0 est u(d0 ) =
A.N : u(d0) = 0,3 mm
1.2.
graduation
12
L’incertitude-type sur la mesure de d1 a même valeur.
U(λ) = 0,6 mm ; λ = d1 - d0
Conclusion : λ = 8,0 ± 0,6 mm
;
**
A.N : λ = 7,6 – 6,8 = 8,0 mm ;
**
u( λ )
Incertitude relative :
= 0,075 = 7.5%
λ
2
**
2
 u(λ ) 
 u(f ) 

 = 0,006 et 
 = 10− 4 .
λ
f




Le second terme est 100 fois plus faible et peut être négligé devant le premier.
*
1.3.
Ainsi, en très bonne approximation
**
U(c ) U(λ )
u(λ )
=
donc U(c ) = c ×
c
λ
λ
*
1.4. c = λ ⋅ f
AN : c = 3,2.10 m⋅s
U(λ )
-1
-1
-1
U(c ) = c ×
; AN : U(c) = 3.10 m⋅s ; Conclusion : c = ( 32 ± 3 )⋅10 m⋅s
λ
2
-1
**
2. On fait glisser le récepteur le long de la règle et on note les positions pour lesquelles les
deux tensions sont à nouveau en phase. On mesure par exemple la distance d séparant le
premier point et le onzième point, ce qui correspond à dix longueurs d’onde :
10λ = d11 - d0. L’incertitude sur λ et donc sur c est divisée (au mieux) d’un facteur 10.
Total partie B
***
6
13
13
Partie C : Economiser le carburant (44 *)
I = 11 * ; II = 17 * ; III = 16 *
NI
NII
NIII
I. Modélisation
1.1. Pour la première phase, les dates de début et de fin sont : t0 = 0 et t1 = 4 s
Pour la deuxième phase, les dates de début et de fin sont : t1 = 4 s et t2 = 11 s
Pour la troisième phase, les dates de début et de fin sont : t2 = 11 s et t4 = 15 s
***
1.2. Au cours de la première phase la représentation graphique de la vitesse en fonction du
temps est une droite croissante : c’est la caractéristique d’un mouvement uniformément
accéléré.
**
1.3. Dans la troisième partie la vitesse ne varie pas au cours du temps, l’accélération
est nulle, le mouvement est rectiligne uniforme.
**
2.1. Le schéma qui représente correctement les forces qui s’exercent sur le système dans la
première partie du mouvement est le schéma 3. Le vecteur accélération et la résultante des
forces ont le même sens (celui du mouvement) et la même direction (l’horizontale).
**
2.2. Le schéma 2 peut-être relié à la troisième phase du mouvement. Le schéma 1 ne peut
être relié à aucune phase du mouvement décrit
**
II. Forces de frottement et conseils de l’Ademe
1.1. Au moment du débrayage l’énergie cinétique du camping-car est donnée par la relation :
1
2
Eck1 = mc ⋅ v k
2
A l’arrêt, l’énergie cinétique est nulle (ECk2 = 0), la variation d’énergie cinétique est donc :
1
2
∆Eck = Eck 2 − Eck1 = − mc ⋅ v k
2
**
1.2. Le travail de la force de frottement solide dont le point d’application se déplace d’un point
A à un point B est donné par la relation : WAB ( fS ) = fS .AB = fS .AB. cos α = fS.dk . cos α
(α est l’angle entre fS et AB dk la distance entre A et B)
La force de frottement solide s’oppose au déplacement on a donc α = 180 °
***
Il vient WAB ( fS ) = fS .dk cos 180 = −fS .dk
Dans cette expérience, les seules forces qui travaillent sont les forces de frottement. En effet
le poids et la composante verticale de la force exercée par le sol sont constamment
perpendiculaires au déplacement.
Le travail fourni par les forces qui s’exercent sur le véhicule est donc : Wk = WAB ( fS ) = −fS .dk
1.3. Le théorème de l’énergie cinétique nous permet d’écrire :
mc ⋅ vk
= −fS ⋅ dk
2
2
2
mc ⋅ v k
v
= mc ⋅ g ⋅ k c ⋅ dk soit k c = k
avec f S = mC ⋅ g ⋅ kC il vient :
2
2g ⋅ dk
L’application numérique donne : Kc = 0,015 (sans unité)
2
∆ECk = W 1 soit
−
1.4. Applications numériques : fS = 505 N et fa = 4 ,9 N
La force de frottement aérodynamique est bien négligeable devant la force de frottement
solide. L’hypothèse de travail est validée.
**
*
*
*
2.1. La relation de la question II.1.3 nous informe que le coefficient de frottement est
inversement proportionnel à la distance nécessaire pour s’arrêter, si la distance diminue, le
coefficient de frottement va donc augmenter.
*
2.2. Si le coefficient de frottement solide augmente alors la force de frottement solide
augmente. Pour maintenir une vitesse constante il faudra une force motrice supérieure avec
des pneus sous-gonflés car la force de frottement augmente. Le véhicule devra d’autant plus
consommer de carburant.
*
3.1. La force de frottement solide étant proportionnelle à la masse du véhicule, elle sera
d’autant plus importante que le véhicule est chargé. Cela justifie donc le conseil n°6.
*
3.2. Le conseil n°2 précise qu’il faut diminuer la vitesse pour faire des économies de
carburant. En effet la force de frottement aérodynamique est proportionnelle au carré de la
vitesse du véhicule. Une augmentation de la vitesse provoque donc une augmentation des
forces de frottement qu’il faut compenser en consommant davantage de carburant.
**
**
Le conseil n°7 précise d’enlever les galeries qui a ugmentent la surface de trainée du véhicule
et donc la force de frottement aérodynamique car celle-ci augmente quand la surface de
trainée augmente.
III. Choix du carburant
1.1. Quantité de gasoil correspondant à un plein : ng =
ρgasoil ⋅ Vgasoil
Mgasoil
***
830 × 100
= 280,405 mol (attention aux unités ρ est en kg/L il faut le mettre en g/L)
AN : ng =
296
on retrouve bien ng = 280 mol
1.2. L’équation de la réaction de combustion nous indique que la combustion de 1 mol de
gasoil s’accompagne de la formation de 21 mol de dioxyde de carbone.
La quantité de CO2 formé est donc n(CO2) = 21 ng
La masse de CO2 formé est m = n(CO2)⋅M(CO2) AN : m = 21×280×44=258720 g
On retrouve bien m = 259 kg
***
1.3. Sachant que le camping-car consomme 15 L pour une distance de 100 km
100 × 100
La distance parcourue avec un plein (100 L) est d =
= 666,666 km
15
Masse de CO2 par km m = mt/d donc m = 259/667 donc m = 0,39 kg/km donc m = 390 g/km
***
1.4. Un véhicule est écologique si l’émission de CO2 est inférieure à 141g/km. Ce véhicule
n’est pas « écologique ».
*
2.1. Equation de combustion de l’EMC : C19H34 O2 (g) + 26,5 O2 (g) → 19 CO2 (g) + 17 H20(g)
**
2.2. Une mole de gasoil produit 21moles de CO2 et une mole d’EMC produit 19moles de CO2.
L’EMC produit (19/21)x100 = 10% de CO2 de moins que le gasoil. C’est en dessous des
chiffres annoncés. Ce n’est donc pas la seule raison pour justifier l’affirmation du texte.
**
2.3. Lors de sa combustion, l’EMC produit du CO2 mais elle est compensée par le CO2 que la
plante à absorbée au cours de sa croissance ce qui n’est pas le cas avec une énergie fossile
comme le gasoil. L’affirmation est donc justifiable.
TOTAL Partie C
**
0
30
14
A. Durée de séjour en zone isolée – Items et capacités exigibles (programmes 1ère et Tle)
A.I. Autonomie de la cellule
A.1.
Chaînes énergétiques.
Énergie et puissance.
Schématiser les transferts et les conversions d'énergie mises en jeu dans un dispositif
utilisant l'énergie solaire dans l'habitat ; donner des ordres de grandeur des échanges.
Puissance absorbée
Calculer la puissance et l’énergie électriques reçues par un récepteur
Écrire et exploiter la relation entre une variation d'énergie et la puissance moyenne.
A.2.
Transformation chimique et
transfert d'énergie sous forme
électrique.
Piles, accumulateurs,
Définir les conditions d'utilisation optimales d'une batterie d'accumulateurs : l'énergie
disponible, le courant de charge optimum et le courant de décharge maximal.
A.3.
Démarche scientifique
Extraire des informations utiles
Exploiter une relation
Valider ou invalider un résultat, une hypothèse
Reconnaître et utiliser la proportionnalité
B : Radar de recul – Items et capacités exigibles (programmes 1ère et Tle)
B.I.1.
Ondes sonores et
ultrasonores ; propagation (1)
Énoncer qu’un milieu matériel est nécessaire à la propagation d’une onde sonore.
Ondes mécaniques : ondes
progressives (1)
Distinguer une onde longitudinale d’une onde transversale.
Champ électrique, champ
magnétique. (T)
Énoncer qu'une onde électromagnétique se propage dans le vide.
Décrire la structure d'une onde électromagnétique.
B.I.2.1.
Onde ultra sonore Transducteur ultrasonore.
Réflexion - Transmission (1)
Déterminer expérimentalement des distances à partir de la propagation d’un signal.
B.I.2.2.
Démarche scientifique
Extraire l’information utile d’un document
B.I.3.
Démarche scientifique
Raisonner et argumenter
B.II.1 et B.II.2.
Puissance et intensité sonore ;
niveau ; Transmission,
absorption, réflexion. (1)
Mettre en évidence expérimentalement les phénomènes de réflexion, de transmission ou
d’absorption d’un son pour différents matériaux.
B.II.3.
Démarche scientifique
Raisonner
B.III.1.1.
Incertitudes et notions
associées (T)
Évaluer l'incertitude d'une mesure unique obtenue à l'aide d'un instrument de mesure.
B.III.1.2. et B.III.1.3.
Incertitudes et notions
associées (T)
Évaluer, à l'aide d'une formule fournie, l'incertitude d'une mesure obtenue lors de la
réalisation d'un protocole dans lequel interviennent plusieurs sources d'erreurs.
Expression et acceptabilité du
résultat (T)
Exprimer le résultat d'une opération de mesure par une valeur issue éventuellement
d'une moyenne et une incertitude de mesure associée à un niveau de confiance.
Evaluer la précision relative
B.III.1.3.
Incertitudes et notions associées (T)
Comparer le poids des différentes sources d’erreurs
B.III.2.
Expression et acceptabilité du résultat (T)
Faire des propositions pour améliorer la démarche.
C. Économiser le carburant – Items et capacités exigibles (programmes 1ère et Tle)
C.I.1.
Référentiels, trajectoires,
vitesse, vitesse angulaire,
accélération. (1)
Démarche scientifique
Exploiter un graphique
C.I.2.
Actions mécaniques : forces
(T)
Identifier, inventorier, caractériser et modéliser les actions mécaniques s'exerçant sur un
solide.
Relier l'accélération à la valeur de la résultante des forces extérieures ou au moment du
couple résultant dans le cas d'un mouvement uniformément accéléré.
C.II.1.
Énergie cinétique d’un solide
en mouvement de translation
(1)
Écrire et exploiter les relations de définition de l’énergie cinétique d’un solide en
translation
Transfert d'énergie par travail
Mécanique (T)
Écrire et exploiter l'expression du travail d'une force constante
Associer une variation d'énergie cinétique au travail d'une force
Démarche scientifique
Valider ou invalider un résultat, une hypothèse
C.II.2 et 3.
Frottements de contact entre
solides ; action d'un fluide sur
un solide en mouvement
relatif. (T)
Associer la force de résistance aérodynamique à une force de frottement fluide
proportionnelle à la vitesse au carré et aux paramètres géométriques d'un objet en
déplacement.
Démarche scientifique
Exploiter une relation
Raisonner
C.III.1
Transformation chimique et
transfert d’énergie sous forme
thermique. (T)
Utiliser le modèle de la réaction pour prévoir les quantités de matière nécessaires et
l’état final d’un système.
Écrire l’équation chimique de la réaction de combustion d’un hydrocarbure ou d’un
biocarburant et effectuer un bilan de matière (1)
Démarche scientifique
Raisonner
Valider ou invalider un résultat
C.III.2
Transformation chimique et
transfert d’énergie sous forme
thermique. (T)
Écrire l’équation chimique de la réaction de combustion d’un hydrocarbure
Démarche scientifique
Raisonner
Extraire l’information utile d’un document