DEVOIR COMMUN DE SCIENCES PHYSIQUES

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Prénom : _ _ _ _ _ _ _ _
Classe : _ _ _ _
DEVOIR COMMUN
DE SCIENCES PHYSIQUES
Mai 2010
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Consignes globales (valables pour la physique et la chimie) :
Toutes les réponses doivent obligatoirement être rédigées (Faites des phrases) !
Vous noterez que dans le barème des points sont réservés à la rédaction, notamment de
phrases de conclusion, dans les différents exercices.
• Tous les calculs doivent être détaillés et avoir des unités.
• Les exercices sont indépendants les uns des autres.
• Les réponses sont à rédiger sur l'énoncé.
• Le sujet comporte 8 pages, celle-ci comprise.
•
Appréciation Mécanique :
Note Mécanique:
…/20
Appréciation Chimie :
…/30
Note Chimie :
Appréciation Electricité :
Note Electricité :
…/17
Appréciation Optique :
…/8
Note Optique:
Total :
…/75
…/20
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Partie mécanique (20 points)
Exercice 1 : énergie et vitesse (11 points)
Ce concurrent s'attaque au record de vitesse à ski.
1
1°- Quelle forme (ou type) d'énergie possédait-il juste avant le départ ?
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2°- Quelle forme (ou type) d'énergie possèdera-t-il lorsqu'il arrivera en bas de la piste ?
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3°- Rappelez ce qu'est l'énergie mécanique du skieur ?
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4°- Dans la phrase suivante, entourez la bonne réponse :
Au cours de la descente, l'énergie mécanique diminue / reste constante / augmente.
5°- On rappelle que l'énergie cinétique d'un objet est donnée par la relation mathématique :
Ec= ½ x m x v2 = 0,5 x m x v2
avec Ec en Joule (J), m en kilogramme (kg), et v en mètre par seconde (m/s)
Dans chacune des deux phrases suivantes, entourez la bonne réponse :
Lorsque la masse d'un objet double, son Ec ne change pas / double / triple / quadruple.
Lorsque la vitesse d'un objet double, son Ec ne change pas / double / triple / quadruple.
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6°- En 2002, Philippe Goitschel atteignit le record de vitesse v = 250,70 km/h sur ski.
On suppose que sa masse est m = 80 kg.
Convertissez cette vitesse en m/s. Vous préciserez vos calculs (Rappel: 1 m/s = 3,6 km/h)
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7°- Calculez alors la valeur de l'énergie cinétique acquise par Philippe Goitschel lorsqu'il a atteint sa vitesse record.
Vous détaillerez votre calcul :
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On néglige les frottements.
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Exercice 2: poids et masse (9 points)
Nino se rend à la poste afin d'envoyer une lettre à son amie Dorine. La postière lui annonce : « Trente cinq grammes, Monsieur ».
1
1°- Quel appareil de mesure la postière a-t-elle utilisé?
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2°- La postière a-t-elle annoncé le poids ou la masse de la lettre à Nino? Justifiez.
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3°- Quelle est l'unité de poids d'un objet?
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4°- Avec quel appareil mesure-t-on le poids d'un objet?
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5°- Rappelez la relation qui permet de calculer le poids P d'un objet en fonction de sa masse m.
Vous préciserez toutes les unités.
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6°- Sachant que, sur la Terre, g = 10N/kg, en déduire la valeur du poids de la lettre de Nino.
Vous préciserez tous vos calculs. Attention aux unités !
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Partie chimie (30 points)
1ère partie : détermination de la masse et du volume d'un petit morceau de
magnésium d'environ la taille d'un petit pois (10 points)
On dispose au laboratoire du collège du matériel suivant :
• une balance électronique ;
• un pèse personne ;
• des éprouvettes graduées de capacités 25mL, 500 mL ;
• des béchers ;
• des tubes à essais ;
• un cristallisoir ;
• une coupelle ;
• des verres à pied ;
• des erlenmeyers ;
• de l'eau.
Fig.2 : Billes de magnésiumd'environ la taille d'un petit pois
1°- Proposez un protocole expérimental permettant de déterminer la masse du morceau de magnésium. Précisez le
matériel utilisé (pas de schéma !).
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2°- On souhaite maintenant mesurer le volume du morceau de magnésium. Comment peut-on procéder ? Décrivez
sous forme de schémas légendés la manipulation à réaliser. Vous conclurez par une phrase expliquant comment
obtenir le volume.
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2ème partie : combustion du morceau de magnésium (Mg) (6 points)
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1°- Quel gaz contenu dans l'air permet de réaliser une combustion ?
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2°- Sachant que la combustion de magnésium fait apparaître une poudre blanche d'oxyde de magnésium de formule
MgO, écrivez le bilan en toutes lettres de la réaction chimique.
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3°- Précisez le nom et le nombre de chacun des atomes constituant l'oxyde de magnésium. (5 pts)
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3ème partie : atomes et ions (14 points)
Dans un flacon, on dispose d'une solution de chlorure de magnésium contenant des ions magnésium Mg 2+ et des ions chlorures
Cl-.
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1°- Sachant que l'atome de magnésium Mg possède 12 charges électriques positives dans son noyau, combien
d'électrons possède-t-il ? Justifiez.
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2°- On considère l'ion magnésium Mg2+ .
a. Combien possède-t-il de charges positives dans son noyau ? Justifiez.
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2°- b. Toujours concernant Mg2+, combien possède-t-il d'électrons autour de son noyau ? Justifiez.
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3°- Comment l'atome de chlore, Cl, se transforme-t-il en ion Cl - ?
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4°- Quel détecteur (réactif) utilise-t-on pour mettre en évidence la présence de l'ion chlorure Cl - ?
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5°- Qu'observe-ton alors ?
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Partie électricité : (17 points)
Exercice 1 : lien entre tension observée
et fréquence (12 points)
On a enregistré ci-contre la tension aux bornes d’un dipôle
grâce à un oscilloscope simplifié. Le dipôle est branché
directement aux bornes de l’oscilloscope.
2
1°- Comment est qualifiée le régime permettant l’obtention de cette courbe?
Entourez la (les) bonne(s) réponses:
Continu / alternatif
/ périodique
/
variable
/
sinusoïdal
/
triangulaire
2°- Peut-on obtenir ce type de courbe avec une pile? Justifiez.
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3°- Après avoir rappelé les données fournies par l’oscilloscope (bouton V/div), déterminez la valeur maximale de la
tension de la tension délivrée par le générateur.
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4°- Repassez en couleur un motif élémentaire sur l’enregistrement.
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5°- En vous aidant de la base de temps (vitesse balayage bouton ms/div), déterminez la valeur de la période
correspondant au signal enregistré et exprimez-la en seconde.
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6°- Rappelez la formule permettant de calculer la fréquence du signal. Précisez les unités.
Déduisez-en la valeur de la fréquence du signal.
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Exercice 2 : puissance d’un téléphone portable (5 points)
Mathieu observe la batterie de son téléphone portable.
A l’aide du document ci-contre, permettons-lui de
retrouver la puissance de son téléphone.
1
1°- A quelle grandeur correspond l’indication « 3,7 V » ?
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2°- Sur l’étiquette, retrouvez la valeur de l’intensité du courant qui traverse ce téléphone lorsque celui-ci fonctionne.
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3°- Sachant que la puissance électrique est définie par la relation P = U x I avec P en watt (W), U en volt (V) et I en
ampère (A), calculez la puissance consommée par ce téléphone:
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Pour cela, répondez aux questions suivantes :
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1°- D’après le document ci-contre, indiquez à l’aide d’une croix, les lentilles convergentes et les lentilles divergentes.
Justifiez à présent vos choix :
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Lentilles :
convergente
divergente
____
A
B
2 points
C
D
E
2°- Placez sur les figures B, C, E les foyers F des lentilles.
1 pt
3°- Quelles différences y a-t-il entre les lentilles convergentes ?
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1 point
Partie optique: 8 points
Exercice 1 : les lentilles (4 points)
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Exercice 2 : propagation de la lumière (4 points)
Dans l’antiquité, la plupart des savants comme Pythagore, pensaient que la lumière était émise par l’œil et qu’elle
venait frapper les objets, les rendant ainsi visible.
Vers l’an mil, un savant arabe, Alhazen, fut le premier à comprendre que la vision était due à de la lumière partant des
objets et entrant dans l’œil. Sa théorie permettait d’expliquer pourquoi la vision du soleil était douloureuse et
pourquoi l’œil ne pouvait pas voir dans l’obscurité. Les travaux d’optique d’Alhazen firent référence jusqu’au XVIIe
siècle.
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1°- D’après le texte ci-dessous, quel dessin représente correctement le trajet de la lumière ?
Entourez la bonne réponse.
2°- Pourquoi la théorie de Pythagore sur la vision ne permet-elle pas d'expliquer que l'oeil ne voit pas dans
l'obscurité ?
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3°- Pourquoi la théorie d'Alhazen permet-elle d’expliquer le danger de regarder le soleil ?
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