Devoirs Corrigés Physique Chimie N°2 S1 Tronc commun
Modèle N°1
Physique-Chimie • TC S biof
Durée: 2 heures
NB :
- Vous pouvez traiter les exercices dans l’ordre que vous désirez.
- Toutes les réponses devront être correctement justifiées.
- Un point est réservé à la présentation de votre copie.
CHIMIE (7 points)
La mentione est l’un des constituants de certaines espèces de menthe, dont la menthe poivrée. Son
odeur et sa saveur fraîche, analogues à celles de la menthe, en font un arôme très utilisé dans les produits
alimentaires.
Partie A : Extraction de l’huile essentielle
L’extraction de l’huile essentielle de menthe poivrée s’effectue en utilisant le montage ci-dessous.
1. Donner le nom de la technique utilisée.
0,5 point
2. Donner un nom aux différents éléments numérotés du schéma.
1 point
Partie B : Caractérisation du produit
Pour vérifier que l’huile obtenue contient effectivement de la mentione, on réalise une
chromatographie sur couche mince. Sur la plaque, on effectue trois dépôts :
(1) : menthone, (2) : menthol, (3) : huile essentielle de menthe poivrée.
Le chromatogramme obtenu est représenté ci-contre.
1. Que représentent les traits horizontaux en haut et en bas du chromatogramme?
0,5 point
2. À partir du chromatogramme, que peut-on dire de la composition de l’huile essentielle de menthe poivrée?
1 point
3. Calculer le rapport frontal \( R_t \) de la menthone.
0,5 point
Partie C : Synthèse de l’arôme de menthe
L’arôme synthétique de menthe est identique à la menthone mais il est réalisé à partir du menthol,
présent en grande quantité dans l’huile essentielle de menthe poivrée, selon le protocole suivant:
«On réalise, dans un ballon, l’oxydation de 15,6 g de menthol par 100 mL de solution aqueuse contenant des ions permanganate, en milieu acidifié par de l’acide sulfurique concentré. Le dispositif expérimental utilisé est celui d’un chauffage à reflux.
1. Quel est l’intérêt d’un chauffage à reflux?
0,5 point
2. Indiquer sur un schéma le sens de circulation de l’eau dans le réfrigérant.
0,5 point
Partie D : Extraction du produit de la synthèse
Le cyclohexane est un solvant de densité \( d = 0,78 \) par rapport à l’eau. Parmi les espèces présentes à la fin de la transformation, seule la menthone est soluble dans le cyclohexane.
On transvase le contenu du ballon dans une ampoule à décanter, et on y ajoute du cyclohexane. On agite et on laisse reposer deux phases se séparent.
1. Quelle phase surnage dans l’ampoule à décanter? Faire un schéma et justifier.
1,5 point
2. Qu’a-t-on réalisé au cours de cette dernière opération? Justifier en donnant la composition de la phase organique.
0,5 point
3. Proposer un protocole pour vérifier l’identité de l’espèce extraite.
0,5 point
PHYSIQUE
Exercice 1 : Mouvement d’un cavalier
7 points
Dans une séance de travaux pratique, on désire étudier le mouvement d’un cavalier qui se déplace sur un banc à coussin d’air, on lance le cavalier sur le banc. Et avec un système enregistreur, on visualise les positions successives d’un point M du cavalier. La figure suivante représente ce mouvement à intervalles de temps consécutifs et égaux \( \tau = 40 \, \text{ms} \), avec une échelle \( \frac{1}{2} \):
1. Quelle est la nature du mouvement du cavalier, justifier?
1 point
2. Déterminer la valeur de la vitesse moyenne du cavalier entre \( M_2 \) et \( M_4 \).
1 point
3. Donner les caractéristiques des vecteurs vitesses \( \overrightarrow{V_3} \) au point \( M_3 \) et \( \overrightarrow{V_6} \) au point \( M_6 \).
1,5 point
4. Représenter ces vecteurs , en utilisant l’échelle \( 0,5 \, \text{m/s} \to 1,5 \, \text{cm} \).
1 point
5. En prenant la position \( M_0 \) comme origine du repère d’espace et l’instant d’enregistrement de la position \( M_2 \) comme instant initial, écrire l’équation horaire du mouvement donnant \( x = f(t) \).
1,5 point
6. représenter graphiquement cette équation horaire sur le papier millimétré .
1 point
Exercice 2 : Mouvement de cyclistes
5 points
Un cycliste A a quitté Casablanca à 8h du matin et se dirige vers Settat distante de 70km à la vitesse \( V_A = 27 \, \text{km/h} \). Un autre cycliste B quitte Settat à 8h et se dirige vers Casablanca à la vitesse \( V_B = 36 \, \text{km/h} \).
En adoptant la démarche suivante :
- Considérer que la trajectoire, entre les deux villes, est rectiligne.
- Prendre pour origine du repère d’espace \( (\overrightarrow{Ot}) \) la ville de Casablanca et le sens de l’axe des abscisses \( (\overrightarrow{Ox}) \) orienté de Casablanca vers Settat.
- Prendre l’origine des dates l’instant où le cycliste A quitte Casablanca.
1. Schématiser la situation à l’instant initial.
1 point
2. Donner les valeurs des deux vitesses \( V_A \) et \( V_B \) en \( \text{m/s} \).
0,5 point
3. Etablir les équations horaires des mouvements des deux mobiles \( A \) et \( B \) : \( x_A(t) \) et \( x_B(t) \).
1,5 point
4. Déterminer la date et la position, pour lesquelles les deux cyclistes se croisent.
1,5 point
5. A quelle heure le cycliste A arrive à Settat?
0,5 point
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Modèle N°2
Physique-Chimie • TCSF
Durée: 2 heures
NB : Toutes les réponses doivent être correctement justifiées
Exercice 1 : Le mouvement
5 points
Une voiture A et un motard M roulent à des vitesses respectives : \( V_1 = 28,8 \, \text{km/h} \) ; \( V_2 = 36 \, \text{km/h} \).
À l’instant qu’on choisit comme origine des temps (t=0) la voiture grille un feu rouge et le motard la suit, la distance qui les sépare en ce moment est \( D = 20 \, \text{m} \).
1. Quelle est la nature des mouvements de la voiture et du motard ?
1 point
2. Convertir la valeur de \( V_1 \) et \( V_2 \) en m/s.
1 point
3. Ecrire les deux équations horaires des mouvements de la voiture et du motard.
1 point
4. Déterminer l’instant et la position où la voiture et le motard seront côte à côte.
1.5 point
Exercice 2 : Le principe d’inertie
6 points
Deux boules de masses respectivement \( m_1 \) et \( m_2 \) sont liées par une liaison rigide de masse négligeable.
On donne \( m_2 = 5m_1 \).
- \( G_1 \) le centre d’inertie de la boule 1
- \( G_2 \) le centre d’inertie de la boule 2
- \( G \) le centre d’inertie de l’ensemble boule 1 + boule 2
1. Rappeler la relation barycentrique.
0.5 point
2. Montrer que : \( \overrightarrow{GG_1} = -5 \overrightarrow{GG_2} \) et \( GG_1 = \frac{5}{6} G_1G_2 \).
1 point
3. Sachant que \( G_1G_2 = 60 \, \text{cm} \) calculer la valeur de \( GG_1 \) et \( GG_2 \).
1 point
Exercice 3 : Le mouvement et le principe d’inertie
7 points
Le mouvement d’une bille est enregistré dans un référentiel lié à la terre. La durée entre deux positions successives est \( \tau = 40 \, \text{ms} \).
On prend comme Origine du temps (t=0) l’instant le point \( M_0 \). On obtient le tableau suivant :
| Position | \( M_1 \) | \( M_2 \) | \( M_3 \) | \( M_4 \) | \( M_5 \) |
|---|---|---|---|---|---|
| Abscisse x(m) | 0.02 | 0.04 | 0.06 | 0.08 | 0.10 |
| Ordonnée y(m) | 0.01 | 0.012 | 0.015 | 0.03 | 0.04 |
1. Selon quel axe le mouvement est-il rectiligne uniforme ?
1 point
2. Calculer la vitesse du mouvement selon l’axe (Ox).
1 point
3. En déduire la somme vectorielle des forces extérieures \( \sum \overrightarrow{F_{ext}} \) selon l’axe (Ox).
1 point
4. Calculer la vitesse instantanée selon l’axe (Oy) aux points \( M_2 \) et \( M_4 \).
1 point
5. Mouvement de M selon l’axe (Oy) est-il uniforme ? Justifier la réponse.
1 point
Exercice 4 : Le modèle de l’atome
3.5 points
L’aluminium symbolisé par Al possède 27 nucléons. La charge du noyau est \( q_n = 2,08 \times 10^{-18} \, \text{C} \).
1. Montrer que le numéro atomique d’aluminium Z=13.
0.5 point
2. Calculer le nombre de neutrons N d’aluminium.
0.5 point
3. Quel est le nombre d’électrons d’aluminium?
0.5 point
4. Donner la représentation symbolique de l’atome d’aluminium.
0.5 point
5. Écrire la structure électronique de cet atome.
0.5 point
6. Déterminer la couche externe. Est-ce que la couche externe est saturée ou non?
0.5 point
7. Calculer une valeur approchée de la masse de l’atome d’aluminium.
0.25 point
8. Calculer le nombre d’atomes d’aluminium contenu dans un échantillon de masse \( m = 10 \, \text{g} \).
0.25 point
Données :
- Charge élémentaire : \( e = 1,6 \times 10^{-19} \, \text{C} \)
- Masse de proton : \( m_p = 1,673 \times 10^{-27} \, \text{kg} \)
- Masse de neutron : \( m_n = 1,675 \times 10^{-27} \, \text{kg} \)
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Modèle N°3
Physique-Chimie • Niveau TC
Durée: 2 heures
NB : Toutes les réponses doivent être correctement justifiées
Exercice 1 : Mouvement
7 points
Un mobile autoporteur est lancé et glisse sans frottement sur une table horizontale. La durée entre 2 prises successives est \( \tau = 40 \, \text{ms} \). On obtient l’enregistrement suivant à l’échelle 1/2:
1. Quelle est la nature trajectoire du mobile
0.5 point
2. Calculer la vitesse moyenne entre les positions \( \text{M}_1 \) et \( \text{M}_7 \)
1 point
3. Déduire la nature du mouvement du mobile ? Justifier votre réponse.
1 point
4. Déterminer les caractéristiques des vecteurs vitesses instantanées du mobile aux positions \( \text{M}_1 \) et \( \text{M}_4 \).
1.5 point
5. Représenter le vecteur vitesse du mobile aux positions \( \text{M}_1 \) et \( \text{M}_4 \)
1 point
6. On considère le point \( M_1 \) comme origine du repère d’espace et l’instant d’enregistrement du point \( M_3 \) comme origine des dates.
1 point
a. Trouver l’équation horaire du mouvement.
b. Déterminer le moment de passage d’autoporteur par la position \( x_M = 4m \)
7. Un disque de rayon \( R = 8cm \) tourne avec une vitesse de \( 45 \, \text{r/min} \)
1 point
a. Calculer la vitesse angulaire du disque
b. Calculer la fréquence du mouvement et déduire sa période.
Exercice 2 : Principe d’inertie
6 points
1. Énoncer le principe d’inertie
1.5 point
2. Définir un système pseudo-isolé
1 point
3. On considère le système formé de deux plaques homogènes
3.5 points
➤ Une plaque circulaire de rayon \( R_i = 10 \, \text{cm} \) et de masse \( m_1 \).
➤ Une plaque carrée de côté \( a = 6 \, \text{cm} \) et de masse \( m_2 = \frac{m_1}{2} \).
Déterminer la position du centre d’inertie G du système
Exercice 3 : Synthèse de l’éthanoate de linalyle
7 points
Protocole expérimental : Dans un ballon on introduit 30 mL de linalol et 90 mL d’acide éthanoïque. On ajoute 1 ml d’acide sulfurique concentré et quelques grains de pierre ponce on chauffe le mélange pendant une heure.
1. Définir la synthèse d’une espèce chimique
0.5 point
2. Donner le nom de la technique
0.5 point
3. Légender le schéma du montage expérimental
1 point
4. Quelle est l’utilité de la technique
0.5 point
5. Quel est le rôle du réfrigérant et de la pierre ponce
1 point
6. Quels sont les réactifs utilisés pour la synthèse de l’éthanoate de linalyle, préciser les conditions de la synthèse.
1 point
7. Pourquoi le réfrigérant à boules doit-il rester ouvert à son extrémité supérieure ?
0.5 point
8. Nommer les trois étapes de la synthèse.
1 point
9. Donner deux méthodes permettant de vérifier la pureté de l’espèce chimique synthétisée
1 point
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Modèle N°4
Physique-Chimie • Niveau TC
Durée: 2 heures
NB : Tout résultat sans unité sera compté faux
PHYSIQUE (13 points)
Exercice 1 : Mouvement d’un autoporteur
On donne l’enregistrement du mouvement d’un autoporteur M. L’intervalle de temps séparant deux enregistrements successifs est \( \tau = 40 \, \text{ms} \).
1. Définir un référentiel.
0.5 point
2. Définir la trajectoire. Quelle est la nature de la trajectoire ?
0.75 point
3. Quelle est la nature de mouvement ? Justifier
0.75 point
4. Déterminer la valeur de la vitesse aux points M₁, M₃ et M₅. Conclure
1 point
5. Calculer la vitesse moyenne entre M₁ et M₅
0.5 point
6. Représenter le vecteur vitesse aux points M₁, M₃, M₅
0.75 point
7. Donner les caractéristiques du vecteur vitesse aux points M₁ et M₃. Conclure
1 point
8. Quelle est la vitesse au point M₇
0.25 point
9. On choisit M₁ origine du repère espace et l’instant d’enregistrement du point M₂ origine des dates.
3.5 points
9.1. Remplir le tableau suivant (attention aux unités) :
| Position | M₀ | M₁ | M₂ | M₃ | M₄ | M₅ |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Abscisse x(m) | ||||||
| Date t (s) |
9.2. Déterminer l’équation horaire du mouvement
9.3. À quel instant le mobile se trouve à x = 6 cm
9.4. Quelle est l’abscisse du mobile à l’instant t = 100 ms
Exercice 2 : Mouvement circulaire
Le chrono enregistrement ci-contre est celui d’un mouvement circulaire ; l’intervalle de temps entre deux marques consécutives vaut \( \tau = 50 \, \text{ms} \).
1. Quelle est la nature du mouvement ? (justifier)
0.75 point
2. Déterminer graphiquement le rayon de la trajectoire du point M
0.5 point
3. Calculer la vitesse instantanée aux points M₂, M₄, M₅. En déduire
1 point
4. Représenter le vecteur vitesse aux points M₂ et M₅. Conclure
1 point
5. Définir la période et la fréquence d’un mouvement circulaire uniforme
1 point
6. Déterminer la période T et la fréquence f du mouvement
1 point
7. Déterminer la vitesse angulaire \( \omega \)
0.75 point
CHIMIE
Structure de l’atome
Un atome inconnu possède deux électrons sur sa couche externe M. Il est constitué par 20 neutrons.
1. Définir : l’élément chimique – structure lacunaire – isotopes
0.75 point
2. Les électrons d’un atome se répartissent sur des couches. Donner les symboles de ces couches et le nombre maximal d’électrons qu’elles peuvent contenir
0.75 point
3. Donner la configuration électronique de cet atome. En déduire le nombre d’électrons
0.5 point
4. Déterminer le numéro atomique Z de cet atome. Justifier
0.75 point
5. Déterminer le nombre de nucléon A. En déduire la notation symbolique de l’atome sachant que son symbole chimique est Mg. Donner la composition de cet atome
1 point
6. Calculer la charge du noyau en Coulomb. En déduire la charge des électrons
0.75 point
7. Calculer la masse approchée de cet atome.
0.5 point
8. Combien d’atomes de Mg contenu dans un échantillon de Mg de masse m = 10 g
0.5 point
9. L’ion formé par cet atome résulte de la perte de deux électrons de la couche externe
2 points
9.1. Donner la structure électronique de cet atome. Que peut-on dire sur sa couche externe
9.2. Définir un cation et un anion. Déterminer la charge électrique portée par cet atome. S’agit-il d’un cation ou d’un anion
9.3. Écrire la formule chimique de cet ion
10. Que peut-on dire de cet atome et des suivants dont on donne le couple (Z ; A) : (17 ; 37) et (17 ; 35) ?
0.5 point
Données :
- Charge élémentaire : \( e = 1,6 \times 10^{-19} \, \text{C} \)
- Masse d’un proton : \( m_p = 1,67 \times 10^{-27} \, \text{kg} \)
Exercice Bonus
2 points
Un sportif parcourt une distance d séparant deux villes A et B. De A à B avec une vitesse moyenne V₁ et de B à A avec une vitesse moyenne V₂. Trouver l’expression de la vitesse moyenne V du parcours en fonction de V₁ et V₂.
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Devoirs Corrigés Physique Chimie N°2 S1 Tronc commun