Devoirs Corrigés Physique Chimie N°1 S2 Tronc commun
Modèle N°1
CHIMIE
(7 points)
Partie I : Substance dans les boissons (Cola Lite)
Le Cola Lite contient de l’aspartame \(C_{14}H_{18}N_{2}O_{5}\) (édulcorant artificiel). Une canette de \(330\,mL\) contient une masse \(m = 0,18\,g\) d’aspartame.
1) Calculer la masse molaire de l’aspartame \(M(C_{14}H_{18}N_{2}O_{5})\).
2) Déterminer la quantité de matière \(n\) d’aspartame dans une canette.
3) Combien y a-t-il de molécules d’aspartame dans une canette ?
4) Quel est le pourcentage massique de l’azote (\(N\)) dans l’aspartame ?
Partie II : Gaz dans les boissons gazeuses
Le Cola Lite contient du dioxyde de carbone \(CO_2\) dissous. Un réservoir industriel de volume \(V = 50\,L\) contient \(n = 2\,mol\) de ce gaz.
1) Calculer la masse molaire du dioxyde de carbone \(M(CO_2)\).
2) Calculer la quantité de matière \(n\) de \(CO_2\) dans le réservoir.
3) En déduire la masse \(m\) de \(CO_2\) présente dans le réservoir.
4) Calculer la masse volumique \(\rho\) du \(CO_2\) gazeux.
5) Déterminer la densité \(d\) du \(CO_2\) par rapport à l’air.
Données :
→ Nombre d’Avogadro : \(N_A = 6,02 \times 10^{23}\,mol^{-1}\)
→ Masses molaires atomiques (en \(g/mol\)) : \(H = 1\) ; \(C = 12\) ; \(N = 14\) ; \(O = 16\)
→ Masse volumique de l’air : \(\rho_{air} = 1,29\,g/L\)
EXERCICE N°1 : Équilibre d’un corps sous l’action de 3 forces
(Physique)
Un solide \((S)\) de masse \(m = 4\,kg\) est maintenu à l’équilibre sur un plan incliné d’un angle \(\alpha = 30^\circ\) par rapport à l’horizontale par l’intermédiaire d’un ressort de constante de raideur \(k = 25\,N/m\). On considère que le contact entre le corps et le plan incliné se fait avec frottement, et qu’à l’équilibre l’allongement du ressort est \(\Delta l = 4\,cm\).
1) Faire l’inventaire des forces appliquées sur le corps \((S)\), et les représenter.
2) Calculer le poids du corps \((S)\) et la tension du ressort \(T\).
3) En utilisant la méthode géométrique, trouver l’intensité de la réaction du plan \(R\).
4) Déterminer en utilisant la méthode analytique, l’intensité de la composante normale \(R_N\) et de la force de frottement \(f\).
5) Déduire le coefficient de frottement \(\mu\), et trouver l’angle de frottement \(\varphi\).
Données :
Intensité de pesanteur : \(g = 10\,N/kg\)
\(\alpha = 30^\circ\)
EXERCICE N°2 : Équilibre d’un corps pouvant tourner autour d’un axe fixe
(Physique)
Une barre \((AE)\) pouvant tourner autour d’un axe horizontal fixe passant par le point \(O\), est en équilibre comme indiqué sur la figure ci-contre.
→ Un fil de dynamomètre fixé en \(C\) et vertical.
→ Un fil fixé en \(A\) est incliné d’un angle \(\alpha = 30^\circ\) et porte à son autre extrémité un corps \((S)\) de masse \(m = 2\,kg\).
→ On donne : \(OA = 20\,cm\) ; \(OC = 40\,cm\) ; \(OE = 60\,cm\)
1) Faire le bilan des forces appliquées sur la barre.
2) Représenter sans souci d’échelle ces forces.
3) Quelle est la valeur indiquée par le dynamomètre ?
4) Donner l’expression du moment de la tension du dynamomètre \(M_O(\vec{T}_D)\).
5) Montrer que l’expression du moment de la tension du fil s’écrit :
\(M_{\Delta}(\vec{T_A}) = -m_s \cdot g \cdot \sin(\alpha) \times \frac{L}{2}\)
6) Donner les deux conditions d’équilibre de la barre.
7) En appliquant le théorème des moments, montrer que la masse du corps (S) s’écrit :
\(m_s = \frac{T_C}{2g \sin(\alpha)}\)
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Modèle N°2
CHIMIE
(7 points)
Partie 1 : La paracétamol en pharmacologie
Un comprimé contient une masse \(m = 500\,mg\) de paracétamol \(C_8H_9NO_2\).
1) Calculer la masse molaire du paracétamol \(M(C_8H_9NO_2)\).
2) Quelle quantité de matière \(n\) (en moles) de paracétamol contient un comprimé ?
3) Combien y a-t-il de molécules de paracétamol dans un comprimé ?
Partie 2 : Le butane dans une bouteille de gaz
Une bouteille de gaz contient \(V = 13\,L\) de butane \(C_4H_{10}\). Le volume molaire gazeux est \(V_m = 24\,L/mol\).
1) Déterminer la masse molaire du butane \(M(C_4H_{10})\).
2) Calculer la quantité de matière \(n\) du butane dans la bouteille.
3) Quelle est la masse \(m\) du gaz contenu dans la bouteille ?
4) En déduire la masse volumique \(\rho\) du butane dans ces conditions.
5) Calculer la densité \(d\) du butane par rapport à l’air.
Données :
→ Nombre d’Avogadro : \(N_A = 6,02 \times 10^{23}\,mol^{-1}\)
→ Masses molaires atomiques (en \(g/mol\)) : \(H = 1\) ; \(C = 12\) ; \(N = 14\) ; \(O = 16\)
→ Masse volumique de l’air : \(\rho_{air} = 1,29\,g/L\)
PHYSIQUE
(13 points)
Exercice 1 : Équilibre d’un corps sous l’action de 3 forces
Un solide (S) de masse \(m = 5\,kg\) est maintenu à l’équilibre sur un plan horizontal par l’intermédiaire d’un fil de tension \(T = 4\,N\) (le contact se fait avec frottement).
1) Faire l’inventaire des forces appliquées sur le corps (S), et les représenter.
2) Calculer le poids du corps (S).
3) En utilisant la méthode géométrique, trouver l’intensité de la réaction du plan \(R\).
4) Déterminer en utilisant la méthode analytique, l’intensité de la composante normale \(R_N\) et de la force de frottement \(f\).
5) Déduire le coefficient de frottement \(\mu\), et trouver l’angle de frottement \(\varphi\).
Données :
Intensité de pesanteur : \(g = 10\,N/kg\)
Exercice 2 : Équilibre d’un corps pouvant tourner autour d’un axe fixe
Une barre (AE) pouvant tourner autour d’un axe horizontal fixe passant par le point \(O\), est en équilibre comme indiqué sur la figure ci-contre.
→ Un fil de dynamomètre fixé en \(C\) et vertical.
→ Un ressort d’allongement \(\Delta l = 2\,cm\) fixé en \(A\) et vertical.
→ On donne : \(OA = 20\,cm\) ; \(OC = 40\,cm\) ; \(OE = 60\,cm\) ; \(k = 100\,N/m\)
1) Faire le bilan des forces appliquées sur la barre.
2) Représenter sans souci d’échelle ces forces.
3) Quelle est la valeur indiquée par le dynamomètre ?
4) Donner l’expression du moment de la tension du dynamomètre \(M_{\Delta}(\vec{T_C})\).
5) Montrer que l’expression du moment de la tension du ressort s’écrit : \(M_{\Delta}(\vec{T_A}) = -k \cdot \Delta l \cdot \frac{L}{2}\).
6) En appliquant le théorème des moments, montrer que la raideur du ressort s’écrit : \(k = \frac{2T_C}{\Delta l}\), calculer sa valeur.
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Modèle N°3
EXERCICE 1 : CHIMIE
(7 points)
Partie 1 : Choisir la (ou les) bonne(s) réponse(s)
1. Les halogènes :
a. Ils sont situés dans la 6ème colonne du tableau périodique simplifié.
b. Ils ont des atomes avec 8 électrons de valence.
c. Ils donnent facilement des anions porteurs d’une charge élémentaire négative.
2. Les éléments situés dans la 2ème colonne de la classification périodique actuelle :
a. Ont des atomes avec deux électrons externes.
b. Donnent facilement des cations.
c. Présentent un caractère métallique.
3. L’hélium, le néon, l’argon :
a. Ont la même structure électronique externe.
b. Appartiennent à la même famille.
c. Existent sous forme diatomique.
Partie 2
On donne les éléments chimiques suivants : \(H(Z=1)\), \(Li(Z=3)\), \(Be(Z=4)\), \(F(Z=9)\), \(Na(Z=11)\) et \(Cl(Z=17)\).
La couche électronique externe d’un atome est la couche (M). Elle comporte 1 électron :
1- Dans quelle ligne et quelle colonne de la classification périodique se situe l’élément chimique correspondant ?
2- Donner son numéro atomique et l’identifier.
3- Quel ion monoatomique cet atome est-il susceptible de donner ? Justifier.
4- Citer deux éléments appartenant à la même famille. Nommer cette famille.
EXERCICE 2 : MÉCANIQUE
(7 points)
On donne : \(g = 9,8\,N/kg\)
Partie 1
Le dispositif représenté par la figure 1 :
– Une poulie à deux gorges pouvant tourner sans frottement autour d’un axe fixe horizontal passant par le point O.
– Deux fils (f1) et (f2) fixés respectivement aux gorges, enroulés sur celles-ci et supportant les masses \(m_1\) et \(m_2\).
On donne : \(m_1 = 120\,g\) ; \(r_1 = 10\,cm\) et \(r_2 = 15\,cm\).
1- Faire le bilan de toutes les forces qui s’exercent sur la poulie (figure 1).
2- Représenter ces forces sur la figure 1 sans souci d’échelle.
3- Donner les expressions des moments des forces appliquées sur la poulie.
4- Rappeler les conditions d’équilibre d’un solide pouvant tourner autour d’un axe fixe.
5- Donner l’expression du théorème des moments.
6- Calculer \(m_2\) pour que la poulie soit en équilibre.
Partie 2
On remplace la masse \(m_2\) par un ressort de raideur \(k = 20\,N/m\), dont l’extrémité inférieure est fixée (figure 2) :
1- Calculer l’allongement du ressort à l’équilibre du système.
EXERCICE 3 : ÉLECTRICITÉ
(6 points)
Un ampèremètre contient 4 calibres : \(0,1A\), \(0,3A\), \(1A\) et \(3A\). On donne \(e = 1,6 \times 10^{-19}C\).
On utilise le calibre \(1A\) pour mesurer l’intensité du courant électrique dans un circuit électrique. L’aiguille indique 28 graduations. Sachant que le nombre de graduations de l’échelle de lecture est \(n_0 = 100\) :
1- Définir le courant électrique pour un conducteur métallique et pour une solution électrolytique.
2- Calculer l’intensité du courant électrique indiquée par l’ampèremètre.
3- Calculer la quantité d’électricité \(Q\) débitée en 15 secondes.
4- Déterminer le nombre d’électrons \(N\) traversant une section du conducteur pendant ce temps.
5- Calculer l’incertitude absolue pour l’intensité mesurée.
6- Calculer la précision de mesure (l’incertitude relative), sachant que la classe de l’appareil est : \(a = 1,5\).
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Devoirs Corrigés Physique Chimie N°1 S2 Tronc commun