Page 1 sur 4 - Collège Maison Blanche

Nom :
Collège Maison Blanche
Clamart
Prénom :
Vendredi 7 Mai 2010
Épreuve commune de Physique-Chimie
Classe :
Durée de l’épreuve : 1 heure.
L’usage de la calculatrice est autorisé.
Note
Plier le coin de la copie pour
cacher le nom et coller la pointe
Tous les résultats numériques devront être donnés en écriture scientifique !
Observations
40
Ne rien
écrire
dans la
marge
Dans chaque partie, la plupart des questions sont indépendantes : elles peuvent donc être traitées séparément.
1ère partie : Mécanique 7.5 points
ON A MARCHÉ SUR LA LUNE ! ! !
Une fois arrivés sur la Lune, dans l'album "On a marché sur la Lune", nos
aventuriers ne sont pas au bout de leurs surprises. Les deux inspecteurs de
police, Dupont et Dupond, amis de Tintin et du professeur Tournesol
constatent, à leur plus grande surprise, qu'ils peuvent faire des bonds de
plusieurs mètres sans difficulté.
1- Pourquoi Dupont et Dupond effectuent-ils de grands bonds sur la Lune ? Cocher la ou les bonne(s) réponse(s)
□ Parce que leur masse est plus faible sur la Terre que sur la Lune.
x□ Parce que leur poids est plus faible sur la Lune que sur la Terre.
□ Parce que la Lune tourne autour de la Terre.
Justifier la réponse.
l’attraction lunaire est (six fois) plus petite que l’attraction terrestre
2- Le poids d'un objet
a) Qu'est ce que le poids d'un objet sur Terre ?
c’est l’action exercée par la Terre sur un objet situé (au voisinage de) sa surface
b) Quelle relation lie le poids et la masse d'un objet ? Préciser le nom de chaque terme et son unité (nom et
symbole).
P= m x g P : poids en newton (N) ; m : masse en kilogramme (kg) ; g : intensité de la pesanteur en newton par
kilogramme (N/kg)
3- Avec quel instrument mesure-t-on le poids d'un objet ? Cocher la ou les bonne(s) réponse(s)
x □ Un dynamomètre □ Une balance
□ Une calculatrice
□ Un tachymètre
4- Lors de la visite médicale précédant ce voyage, Dupont avait une masse de 800 hg.
a) Calculer le poids de Dupont sur la Lune. .Justifier le calcul (formule, unités, …).
m = 800 hg = 80 kg
P=mxg
P = 80 x 1.6
P = 128 N
Le poids de Dupont sur la Lune est 128N = 1,28 x 102N
b) La valeur de la masse serait-elle la même sur la Lune ? Pourquoi ?
la masse sur la Lune est la même que sur la Terre car la masse est invariable
Données : gTerre = 10 N/kg
gLune = 1,6 N/kg
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2ème partie : Chimie 19.5 points
TINTIN AU TIBET
Dans l'album "Tintin au Tibet", le capitaine Haddock et Tintin gravissent une montagne. Soudain le capitaine
Haddock voit jaillir un éclair de la pointe de son piolet fabriqué à partir d'un alliage contenant du fer. Tintin, qui
connaît tant de choses, n'est pas surpris. Nous allons étudier ce phénomène que l'on appelle feu de saint Elme, pour
mieux le comprendre.
Pour commencer …
1- La constitution de la matière :
a) Rappeler les deux principaux constituants d'un atome. Préciser le signe de la charge de chacun :
Constituant
noyau
électron
Signe de la charge
positif
négatif
b) L'atome de fer, possède 26 électrons. Combien possède-t-il de charges positives et de charges négatives.
Justifier la réponse.
il possède 26 charges positives et 26 charges négatives (électrons) car un atome est neutre électriquement
2- Atomes et électricité.
a) Donner la définition d’un alliage.
C’est un mélange d’au moins un métal
b) Tintin voudrait vérifier que la pointe du piolet contient bien du fer. Quelle expérience peut-il réaliser ?
Utiliser un aimant car le fer est attiré par un aimant
c) Le fer est un bon conducteur électrique. Quel autre métal est utilisé pour sa propriété conductrice ? Donner
un exemple d’application utilisant cette propriété.
Le cuivre est utilisé pour ses propriétés conductrices dans les câbles électriques ou dans les ustensiles de cuisine
(propriété conductrice thermique)
Allons un peu plus loin …
3- Les deux principaux constituants de l'air sont le dioxygène et le diazote, respectivement de formule chimique O 2
et N2. Ces deux constituants sont-ils ? Cocher la ou les bonne(s) réponse(s)
x□ Électriquement neutres □ Chargés positivement
□ Chargés négativement.
Justifier la réponse.
Ces deux constituants sont des molécules. Une molécule est constituée d’atomes qui sont neutres électriquement
donc une molécule est neutre électriquement
4- Par temps d'orage, on admet que deux électrons peuvent être arrachés aux molécules de dioxygène. Quelle
sera alors la formule de l'espèce chimique ainsi formée :
□ O2
□ O22□ O22+
□O2□ O2
Justifier la réponse.
Quand on arrache 2 électrons il reste 2 charges positives en excès dans les noyaux donc la bonne formule est O22+
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Une eau minérale chinoise
De retour de leur excursion, Tintin se désaltère avec une eau minérale chinoise. Il en propose au capitaine
Haddock. Ce dernier, peu habitué à ce liquide incolore, observe l’étiquette de cette eau :
(Origine : Guangxi Jiatianxia)
Composition Ionique en mg/L
Calcium (CA2+ Ca2+
)= 20
Hydrogénocarbonate (HCO3-)= 80
Zinc (Zn2+ Zn2+
Magnésium(Mg2+)= 3
Sodium (Na+ Na+
Chlorure (Cl- ) = 3,55
)= 0,06
Fer II (Fe2+)= 0,05
Le capitaine Haddock fait des remarques en lisant l’étiquette :
Compéter la formule manquante.
Corriger les éventuelles erreurs .
Etude de l’ion Fe2+
a) S’agit-il d’un anion ou d’un cation ? cation
b) Quelle est la charge portée par cet ion ? 2 charges positives
c) Possède-t-il des électrons en excès ou en défaut par rapport à
l‘atome de Fer ? Combien ? il possède un défaut de 2 électrons
« Dites-moi Tintin, cette bouteille contient-elle beaucoup de fer ?? »
56-
)=5
=3
Strontium (Sr2+) = 0,02
Mille milliards de tonnerre de Brest
cette étiquette est très incomplète !!
Le fer nous poursuit flibustier….
7- Aidons Tintin à répondre au capitaine :
a) D’après l’étiquette, quelle est la masse, en gramme, d’ions Fer II contenus dans 1L d’eau minérale? En
déduire la masse d’ions Fer II contenus dans une bouteille de 1,5 L. Justifier le calcul.
Masse d’ions Fer II dans 1L = 5 x 10-5g
Masse d’ions Fer II dans 1.5L = 5 x 10-5 x 1.5 = 7.5 x 10 -5g
Dans une bouteille de 1,5L d’eau il y a 7,5 x 10-5g d’ions ferII
b) Sachant que la masse de l’ion Fer II est de 93,7×10-24 g, calculer le nombre d’ions Fer II contenus
dans l’eau minérale de cette bouteille de 1,5L ? Justifier le calcul. Résultat à 0,1 près.
Nombre d’ions Fer II = masse totale d’ions / masse d’un ion
= 7.5 x 10-5 / 93.7 x 10-24
= 8 x 1017 ions
17
Il y a 8 x 10 ions ferII dans une bouteille de 1,5L d’eau minérale
« Une dernière chose Tintin, quel est l’élément qui se cache dessous cette tâche ?? »
« Capitaine, je vais vous donner quelques indices et à vous de le trouver ! »
« Pauvre bougre, il va me falloir de l’aide… »
« Il possède 19 charges positives dans son noyau et 18 électrons dans son nuage électronique »
8- Aidons le capitaine à partir des indices donnés par Tintin :
a) Est-ce un atome, une molécule ou un ion ? Justifier.
C’est un ion car c’est une particule chargée d’électricité
Parmi les propositions suivantes, choisir la formule et justifier : K+, K-, K, K2, K19+, K18-, K37+, K37La formule est K+ car il y a un excédent de 1 charge positive ( 19 charges positives – 18 charges négatives)
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..galet
3ème partie : Électricité 13 points
rotor
La « dynamo »
.. aimant
Arthur est un jeune champion départemental de
cyclisme. Il lui arrive souvent de s’entraîner à la nuit
tombée. Pour éclairer sa route, il doit alors enclencher
la « dynamo » de son vélo.
Fer doux
bobine.
1- Quel est l’élément commun à tous les types de
centrales et que l’on appelle aussi « dynamo » de
vélo ?
alternateur
2- Compléter le schéma ci-contre.
3- A quelle condition cet élément produit-il de l’électricité ?
Il faut faire tourner le rotor (aimant) devant le stator (bobine) ou l’inverse
4- Compléter le diagramme énergétique ci-dessous.
stator
La « dynamo » de vélo
bornes
Etude
signaux
de
Energie
Mécanique
Energie électrique
alternateur
Energie thermique
1- Pour améliorer sa technique, Arthur s’entraîne sur différents tracés pour lesquels on enregistre les signaux
suivants.
4
1
2
3
5
6
Mettre une croix dans la bonne case. (Plusieurs réponses possibles pour un même graphique)
1
2
3
4
5
Graphique
x
Continue
x
x
x
x
Variable
x
Alternative
x
x
x
Périodique
2- Lors d’une session sur route plate, on enregistre
les variations de la tension aux bornes de la
« dynamo ». On obtient le graphique ci-contre.
Umax
a) Déterminer la valeur maximale de la tension
Indiquer également cette tension sur le graphique.
Umax = 1.6V
6
x
(en ms)
b) Repasser en vert le motif du signal.
c) En déduire la période de la tension.
T = 40ms = 0.040s = 4 x 10-2s
d) Quelle est la fréquence de la tension ? Justifier le calcul (formule, unités, …).
f = 1 /T f en hertz (Hz) ; T en seconde (s)
f = 1/ 4 x 10-2 = 2,5 x 101 Hz
la fréquence de cette tension est 25Hz
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