Devoirs Corrigés Physique Chimie N°3 S1 Tronc commun

Devoirs Corrigés Physique Chimie N°3 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.

 

PHYSIQUE (13 points)

Physique 1 : Principe d’inertie
8 points

Un mobile est en mouvement sur une table parfaitement lisse. Il est attaché à un point central A par un fil. On supposera qu’il évolue sans frottements sur cette table. Le mobile de masse \( m = 250 \, \text{g} \) est initialement en position (1). Il est attaché à un fil puis lancé. Il n’a pas le temps d’effectuer un tour complet : Le fil casse en position (5). Le mouvement du mobile est alors modifié, il se dirige vers une partie de la table rugueuse.

 

Le document ci-dessous représente l’enregistrement d’une partie du mouvement du mobile.

Échelle : 1 cm sur le document représente 4 cm en réalité. L’intervalle de temps entre deux positions successives vaut \( \tau = 40 \, \text{ms} \). On a numéroté les positions successives du centre G du mobile.

1. Dans quel référentiel est étudié le mouvement du mobile ?
1 point
 
2. Décrire le mouvement (On pourra s’aider des numérotations pour décrire les différentes phases du mouvement). Justifier votre réponse sans calcul.
1,5 points
 
 
3. Calculer la vitesse moyenne du centre G du mobile entre les positions (1) et (5) (On rappelle que le périmètre d’un cercle de rayon \( r \) est \( 2 \pi r \) )
1,5 points
 
 
4. Faire le bilan des forces exercées sur le mobile lorsqu’il est en position (3) et les représenter sans souci d’échelle sur la figure 2.
1 point
 
5. Énoncer le principe d’inertie.
1 point
 
6. Calculer les intensités des forces agissant sur le mobile entre les positions (6) et (8).
1,5 points
 
 
7. Pourquoi peut-on affirmer que le bilan des forces est modifié à partir de la position (10) ?
0,5 point
 

Physique 2 : Position de rencontre de deux mobiles
5 points

Les équations horaires des mouvements de deux mobiles A et B en mouvement sur une route droite munie d’un axe \( (x’Ox) \) sont :

\( x_A = 20t – 10 \)     et     \( x_B = -10t + 90 \)

avec \( x_A \) et \( x_B \) en mètre et \( t \) en seconde.

1. Déterminer, en justifiant la réponse, la nature du mouvement de chacun des deux mobiles.
1 point
 
2. Quelle distance sépare les deux mobiles à l’origine du temps ?
0,5 point
 
3. Dans quel sens se déplace chaque mobile ? Et avec quelle vitesse ?
1 point
 
4. Déterminer l’instant et la position de rencontre des deux mobiles.
1,5 points
 
 

 

CHIMIE (7 points)

Partie 1 : Structure de l’atome

 Compléter le tableau suivant :
2 points
Atome ou ionK⁺  O²⁻
NomIon potassiumLithiumIon chlorureIon oxyde
Symbole du noyau
 
 
 
 
Charge
 
 
-e
 
Nombre de protons19
 
17
 
Nombre de neutrons204188
Structure électronique
 
(K)²(L)¹
 
(K)²(L)⁸

Partie 2 : Atomes et ions

Données :

Charge élémentaire : \( e = 1{,}6 \times 10^{-19} \, \text{C} \)   |   Masse d’un nucléon : \( m_n \approx 1{,}67 \times 10^{-27} \, \text{kg} \)   |   Nombre d’Avogadro : \( N_A = 6{,}02 \times 10^{23} \, \text{mol}^{-1} \)

A. L’atome de Bismuth

Le symbole de l’élément chimique Bismuth est Bi. Le noyau de son atome est constitué de 209 nucléons et sa charge est \( q = 1{,}33 \times 10^{-17} \, \text{C} \).

1. Déterminer le numéro atomique \( Z \) de l’atome de Bismuth.
0,5 point
 
2. Donner le symbole du noyau de cet atome.
0,5 point
 
3. Calculer la valeur approchée de sa masse.
0,5 point
 
4. Déterminer le nombre d’atomes présents dans un échantillon de Bismuth de masse \( m = 1{,}2 \, \mu\text{g} \).
0,5 point
 

B. L’atome de Phosphore

Le symbole de l’élément Phosphore est P. Le noyau de son atome est constitué de 15 protons et de 16 neutrons.

1. Donner le symbole de ce noyau ainsi que la structure électronique de son atome.
1 point
 
2. L’ion phosphore possède la même structure électronique que l’atome d’Argon : \( (\text{K})^2(\text{L})^8(\text{M})^8 \). Donner le symbole de cet ion.
0,5 point
 

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Modèle N°2

Physique-Chimie • TC S biof

Durée: 1h 50 min

NB :

  • Toutes les réponses devront être correctement justifiées.
  • Les calculs doivent être détaillés et les unités précisées.
  • Un point est réservé à la présentation de votre copie.

CHIMIE

Partie I : Modèles de Lewis et structures électroniques

Recopier et compléter le tableau suivant : (4.5 points)

Tableau à compléter

Atome Structure électronique Nombre de liaisons liantes (nt) Nombre de liaisons libres pour chaque atome (nd) Modèle de Lewis de la molécule CH₃Cl Modèle de Lewis de la molécule CO₂
\( C(Z = 6) \) …………………… …………………… …………………… …………………… ……………………
\( H(Z = 1) \) …………………… …………………… ……………………
\( O(Z = 8) \) …………………… …………………… ……………………
\( Cl(Z = 17) \) …………………… …………………… ……………………

Partie II : Propanoate d’éthyle (arôme de fraise)

La formule développée ci-contre représente la molécule de propanoate d’éthyle (arôme de fraise).

1. Rappeler la règle de l’octet. 0,5 point
2. Donner la formule brute de cette molécule. 0,5 point
3. Donner la représentation de Lewis pour cette molécule. 0,5 point
4. Écrire la formule semi-développée de la molécule. 0,5 point

PHYSIQUE

Exercice 1 : Étude d’un ressort 6,5 points

On considère un ressort de raideur \( K \) et de longueur initiale \( ℓ_0 = 7 \, \text{cm} \). On suspend à l’extrémité du ressort un solide (S) de masse \( m = 400 \, \text{g} \), et sa longueur devient \( ℓ = 11 \, \text{cm} \) (figure 1).

On donne : \( g = 10 \, \text{N/kg} \) (intensité de pesanteur).

1. En utilisant la condition d’équilibre, montrer que la raideur \( K \) du ressort est \( K = 100 \, \text{N/m} \). 1,5 points
2. Si on suspend au ressort une masse \( m’ = 600 \, \text{g} \), déterminer la longueur finale du ressort. 1,5 points

3. Maintenant, on immerge totalement le solide (S) de masse \( m = 400 \, \text{g} \) dans un liquide de masse volumique \( \rho \), on remarque que l’allongement du ressort est \( \Delta ℓ’ = 1,5 \, \text{cm} \).

3-1. Faire l’inventaire des forces agissantes sur (S). 1 point
3-2. Déterminer l’intensité \( F_A \) de la force d’Archimède. 1,5 points
3-3. En déduire la masse volumique \( \rho \) du liquide, sachant que le solide (S) est un cube homogène, d’arête \( a \) égale à \( 2 \, \text{cm} \). 1,5 points

Exercice 2 : Équilibre d’un solide 6 points

On considère un solide (S), de masse \( m = 200 \, \text{kg} \), accroché à un ressort (R) et à un fil (F) comme l’indique la figure ci-contre.

Le ressort, de constante de raideur \( k = 40 \, \text{N/m} \), est incliné d’un angle \( \alpha \) par rapport à la verticale. On donne l’allongement du ressort dans cette position \( \Delta ℓ = 10 \, \text{cm} \).

1. Calculer le poids \( P \) et \( F \) la force exercée par le ressort. 1 point
2. Représenter, sans échelle, les forces extérieures qui s’exercent sur le solide (S). 1,5 points
3. Représenter le polygone des forces en utilisant l’échelle : \( 1 \, \text{N} \to 1 \, \text{cm} \). 1 point
4. Déduire graphiquement la valeur de l’intensité \( T \) exercée par le fil et la valeur de l’angle \( \alpha \). 1 point
5. Vérifier ces résultats par calcul (méthode analytique). 1,5 points

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Modèle N°3

 

Physique-Chimie • TCSF 


Durée: 1h30

 
 

NB :

  • Toutes les réponses devront être correctement justifiées.
  • Le soin et la clarté seront pris en compte.

 

CHIMIE (7 points)


Cet exercice vise à tester vos connaissances sur la structure électronique des atomes et des molécules, ainsi que sur la représentation de Lewis et de Cram.

Exercice 1 : Géométrie de quelques molécules

Partie 1 :


Compléter le tableau suivant :

AtomeZStructure électronique de l’atomeRègle de Duet ou de l’OctetStructure électronique de l’ionSymbole de l’ion
Cl17………………………………………….………………………………………….………………………………………….………………………………………….
N7………………………………………….………………………………………….………………………………………….………………………………………….

Partie 2 :


Compléter le tableau suivant pour les molécules : PCl3, HF et CCl4.

MoléculeLes atomesStructure électroniquepntnLnnLReprésentation de LEWISReprésentation de CRAM
PCl3P (Z=15)………………………………………………………
Cl (Z=17)………………………………………
Cl (Z=17)………………………………………
Cl (Z=17)………………………………………
HFH (Z=1)………………………………………………………
F (Z=9)………………………………………
CCl4C (Z=6)………………………………………………………
Cl (Z=17)………………………………………
Cl (Z=17)………………………………………
Cl (Z=17)………………………………………
Cl (Z=17)………………………………………

Partie 3 : Molécule de 2,3-butanedione (diacétyle)


Voici le modèle moléculaire de la molécule de 2,3-butanedione (responsable du goût de beurre) :


1. Quelle est sa formule brute ?


0,5 point


2. Quelle est sa formule semi-développée ?


1 point


3. Quelle est sa formule développée ?


1 point


4. Quelle est sa représentation de Lewis ?


1 point

 

PHYSIQUE (13 points)

Exercice 2 : Poussée d’Archimède et tension du ressort

7 points


On suspend un solide cubique de masse \( m \) et d’arête \( a = 4,77 \, \text{cm} \) à l’aide d’un ressort de raideur \( K = 50 \, \text{N.m}^{-1} \). Le ressort s’allonge de \( \Delta l_1 = 10 \, \text{cm} \) (figure a).


1. En étudiant l’équilibre du solide, déterminer \( m \).


1,5 point


On trempe totalement la masse dans un liquide. L’allongement du ressort devient alors \( \Delta l_2 = 8 \, \text{cm} \) (figure b).


2. Donner le bilan des forces exercées sur le solide et représenter ces forces.


1,75 point


3. Déterminer l’intensité \( F_a \) de la poussée d’Archimède.


1,5 point


4. En déduire \( \rho \) la masse volumique du liquide.


1,5 point


5. Quel est le liquide utilisé parmi les suivants ?


0,75 point

LiquideHuile d’oliveÉthanolEau
\( \rho \, (\text{g/cm}^3) \)0,920,7881

On donne \( g = 10 \, \text{N/kg} \)

Exercice 3 : Détermination de la raideur d’un ressort

6 points


On accroche un corps à l’extrémité libre d’un ressort et on mesure l’allongement \( \Delta L \) du ressort pour différentes masses \( m \). Les résultats sont consignés dans le tableau suivant :

\( m \, (\text{kg}) \)00,050,10,150,20
\( \Delta L \, (\text{m}) \)00,10,20,30,4


1. Faire l’inventaire des forces appliquées au corps. Les représenter sur un schéma.


1,5 point


2. En étudiant l’équilibre du corps, donner l’expression de la masse \( m \) en fonction de \( \Delta L \), \( K \) et \( g \).


1 point


3. Tracer la courbe \( m = f(\Delta L) \).


1,5 point


4. Déterminer la valeur de la raideur \( K \) du ressort.


2 points

On donne \( g = 10 \, \text{N/kg} \)

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Devoirs Corrigés Physique Chimie N°3 S1 Tronc commun