Cor-DS 27 oct 12

NOM :
PRENOM :
CLASSE :
27/10/2012
Durée : 1 h 30
PARTIE PHYSIQUE (9 points)
EXERCICE N°1 : LA SONNERIE SECRETE DES JEUNES ( 4 points)
Les courbes ci-dessous représentent l’évolution de la sensibilité de l’oreille humaine en fonction de l’âge.
L’ordonnée est la « perte d’audition ». Cette grandeur s’exprime en décibel (dB) ; elle est égale à zéro pour une
oreille « normale »
1.
L’écart d’audition entre les jeunes et les
personnes plus âgées est-il plus important pour
les
grandes
ou
pour
les
petites
fréquences ?(0,5)
D’après les courbes d’évolution de la sensibilité
de l’oreille humaine, l’écart d’audition est le
plus important pour les grandes fréquences.
2. Pour des sons de quelles fréquences, une
personne de 60 ans a-t-elle perdu plus de 20
dB d’audition ? (0,5)
Une personne de 60 ans aura perdu plus de 20
dB d’audition pour des sons dont les fréquences
seront supérieures à 2000 Hz.
Un lycéen a téléchargé sur son téléphone portable une sonnerie « spéciale jeunes ». Le signal électrique
correspondant est représenté ci-dessous.
3.
Quelle est la période du son correspondant ? En déduire
sa fréquence. (2)
Mesurons la période T du signal :
3 motifs élémentaires ont une durée de 200 µs.
T = 200/ 3 = 66,67 µs
Calculons maintenant la fréquence de ce signal :
Par définition, f=1/T
AN : f= 1 / (200.10-6/3) = 15 000 Hz
4. Ce son est-il entendu par une jeune de 20 ans à l’oreille « normale ». Justifier. (0,5)
Un jeune de 20 ans sans défaut auditif pourra entendre cette sonnerie, son audition étant
optimale quelque soit la fréquence des sons entendus.
5. Pourquoi cette sonnerie est-elle appelée « sonnerie secrète des jeunes » ? (0,5)
Seuls les jeunes de 20 ans entendent sans atténuation les sons dont les fréquences sont
supérieures à 8 000 Hz et sont donc les seuls susceptibles d’entendre cette sonnerie.
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27/10/2012
Durée : 1 h 30
EXERCICE N°2 : VOL DE CHAUVE-SOURIS (5 points)
La chauve-souris possède un véritable sonar naturel : elle émet des impulsions sonores, de fréquence f = 100 kHz,
qu’elle réceptionne après réflexion sur les obstacles.
Une chauve-souris émet une impulsion sonore alors qu’elle se trouve à une distance d = 2,0 m d’un mur et qu’elle
se déplace vers cet obstacle avec une vitesse V de 5,0 m.s-1.
1. Quel type d’ondes sonores une chauve-souris émet-elle ? (0,5)
Les ondes sonores de fréquence f = 100 kHz sont des ultrasons.
2. Si, une fois l’impulsion sonore émise, la chauve-souris continuait son vol en ligne droite horizontalement,
au bout de quelle durée ∆t1 atteindrait-elle le mur ? (1)
Par définition, V = d / ∆t1 donc ∆t1 = d / V
AN : ∆t1 = 2,0 / 5,0 = 0,4 s soit 400 ms
3. Au bout de quelle durée ∆t2 reçoit-elle un écho ? (La vitesse de l’onde étant bien supérieure à celle de la
chauve-souris, on considère que cette dernière n’a pas avancé entre l’émission et la réception) (2)
Par définition, Vson = D / ∆t2 donc ∆t2 = D / Vson avec D, la distance parcourue par l’onde
sonore entre son émission et sa réception.
Or, l’onde sonore fait un aller-retour entre la chauve-souris et le mur donc la distance
parcourue par l’onde sonore est D = 2.d
D’où ∆t2 = 2.d / Vson
AN : ∆t2 = 2 x 2 / 340 = 11,7 ms
4. La chauve-souris va-t-elle s’écraser sur le mur sachant que son temps de réaction naturel est de 100 ms.
(1,5)
La chauve-souris met un temps t = 100 ms pour réagir.
La chauve-souris s’écrasera sur le mur si t + ∆t2 > ∆t1
AN : t + ∆t2 = 100 + 11,7 = 111,7 ms
Donc t + ∆t2 < ∆t1 et la chauve-souris évitera bel et bien le mur.
Données :
-
Vitesse des ultrasons dans l’air : Vson = 340 m.s-1.
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PARTIE CHIMIE (11 points)
EXERCICE 3 : PREPARATION D’UNE SOLUTION (5 points)
Au cours d’une séance de travaux pratiques, 4 élèves préparent, chacun, une solution aqueuse de sulfate de cuivre,
par pesée, puis dissolution d’une masse m de soluté pour un volume V de solution. La solution préparée par
chacun est bleue.
Les valeurs de la masse m à prélever et du volume V à préparer, sont données dans le tableau suivant :
Masse à dissoudre
Solution 1
Solution 2
Solution 3
Solution 4
m1 = 3,5 g
m2 = 1,5 g
m3 = 8,0 g
m4 = 15,0 g
Volume de solution à
préparer
V1 = 25 mL
V2 = 50 mL
V3 = 100 mL
V4 = 250 mL
1. Après avoir précisé le matériel nécessaire (verrerie et produits), décrire le protocole expérimental suivi
par l’élève chargé de préparer la solution n°3. (2,5)
Pour préparer la solution n°3, l’élève aura besoin du matériel suivant :
- Une balance
- Un verre de montre
- Une spatule
- Un entonnoir
- Une fiole jaugée de 100 mL
- Une pissette d’eau distillée
- Du sulfate de cuivre anhydre
Protocole expérimental :
Après avoir tarée la balance, peser 8g de sulfate de cuivre anhydre sur le verre de montre et
l’introduire dans la fiole jaugée grâce à l’entonnoir. Bien rincer le verre de montre et
l’entonnoir avec de l’eau distillée pour éviter toute perte de matière. Remplir la fiole jaugée au
2/3 et agiter latéralement jusqu’à dissolution complète des cristaux. Compléter avec de l’eau
distillée jusqu’au trait de jauge. Boucher puis agiter.
Chaque élève verse ensuite un peu de la solution qu’il vient de préparer dans un tube à essais numéroté au
préalable. Il le place sur un porte-tubes de telle sorte que les solutions soient rangées, de la gauche vers la droite,
de la plus claire à la plus foncée.
2. Quelles précautions les élèves doivent-ils prendre ? (0,5)
Pour s’assurer que les solutions n’aient pas la même teinte, il faut pouvoir les comparer à l’œil
nu. Pour cela, il faudra s’assurer d’utiliser des tubes à essais tous identiques et verser le même
volume de chaque solutions dans ces derniers sans quoi, nous ne pourrons pas comparer les
teintes à l’œil nu.
3. Préciser, par leur numéro, l’ordre dans lequel les tubes doivent être placés. (2)
Pour déterminer dans quel ordre il faut placer les tubes à essais, il faut déterminer la
concentration massique des 4 solutions.
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Durée : 1 h 30
Par définition, Cm = m / V donc Cm1 = m1 / V1
AN : Cm1 = 3,5 / 25.10-3 = 140 g.L-1
De même, Cm2 = 1,5 / 50.10-3 = 30 g.L-1
Cm3 = 8 / 100.10-3 = 80 g.L-1 et Cm4 = 15 / 250.10-3 = 60 g.L-1
Donc
Cm2 < Cm4 < Cm3 < Cm1.
Il faut donc classer les tubes à essais de cette manière :
Tube 2 – Tube 4 – Tube 3 – Tube 1
EXERCICE 4 : A BOIRE AVEC MODERATION… (6 points)
L’étiquette d’une bouteille de vin de contenance V = 750 mL indique un degré alcoolique égal à « 14% vol ».
Cela signifie qu’un volume de 100 mL de vin contient 14 mL d’éthanol.
1. Calculer la masse volumique de l’éthanol ρol. (1)
Par défintion, dol = ρol / ρeau donc ρol = dol x ρeau
AN : ρol = 0,79 x 1 = 0,79 g.mL-1 ou 790,0 g.L-1
2. Quel est le volume Vol d’éthanol pur dans une bouteille de vin ? (1)
D’après l’énoncé, Vol = 0,14 x V pour un vin à 14%.
AN : Vol = 0,14 x 750 = 105,0 mL
3. Calculer la masse mol d’éthanol contenue dans une bouteille de vin. (1)
Par définition, ρol = mol / Vol soit mol = ρol x Vol = dol x ρeau x 0,14 x V
AN : mol = 0,79 x 1 x 0,14 x 750
AN : mol = 82,95 g
4. En déduire la concentration massique Cm1 en éthanol dans une bouteille de vin ? (1)
Par définition Cm1 = mol / V = dol x ρeau x 0,14 x V / V = dol x ρeau x 0,14
AN : Cm1 = 0,79 x 1000 x 0,14
AN : Cm1 = 110,6 g.L-1
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Durée : 1 h 30
L’alcoolémie maximale autorisée est de 0,50 g d’éthanol par litre de sang ce qui correspond à une concentration
massique Cm2 en éthanol de 0,50 g.L-1 d’éthanol. Au cours d’un repas, un homme de 80kg boit 3 verres d’un vin
à 14°, ce qui correspond à un volume V1 de 450 mL de vin environ. Une demi-heure après le repas, 13% de la
masse d’alcool ingéré est passée dans le sang.
5. Calculer la masse m d’éthanol ingéré par cet homme. (0,5)
Par définition Cm1 = m / V1 soit m = Cm1 x V1 = dol x ρeau x 0,14 x V1
AN : m = 0,79 x 1 x 0,14 x 450
AN : m = 49,77 g
6. En déduire la masse m1 d’éthanol dans le sang au bout de 30 minutes (0,75)
Au bout de 30 minutes, 13% de la masse d’alcool est ingérée donc m1 = 0,13 x m donc
m1 = 0,13 x dol x ρeau x 0,14 x V1.
AN : m1 = 0,13 x 0,79 x 1 x 0,14 x 450
AN : m1 = 6,47 g
7. Le volume sanguin V2 de cet homme est d’environ de 6,0 L. Calculer la concentration massique Cm3 en
éthanol de cet homme. Cette personne est-elle en infraction si elle conduit son véhicule ? (0,75)
Par définition, Cm3 = m1 / V2 = (0,13 x dol x ρeau x 0,14 x V1) / V2
AN : Cm3 = (0,13 x 0,79 x 1000 x 0,14 x 450)/6,0
AN : Cm3 = 1,08 g.L-1
Cm3 > Cm2 donc cette personne serait en infraction avec le code de la route si jamais elle
prenait le volant.
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