Physique - Chimie 2004 Concours GEIPI

Hum

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Concours du Supérieur Concours GEIPI. Sujet de Physique - Chimie 2004. Retrouvez le corrigé Physique - Chimie 2004 sur Bankexam.fr.

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• 2004

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• Publié le: 09 mars 2008
• Nombre de lectures: 140
• Langue: Français

Extrait



I.1. 

  I.2.

  I.3.

   I.4. 

      I.5.

     I.6.



  

 

 Le sujet comporte 15 pages numérotées de 1/15 à 15/15  PREMIER SUJET Répondre ou entourer la ou les réponses exactes à chaque question

 Cet été, 64000 hectares de forêt ont brûlé en France. Cette surface est équivalente à celle dun carré de côtéa. Calculera.

a= 25 km 

Quelle est la pression au bout du tube dun aspirateur en fonctionnement ?  0,7 bar1,3 bar3 bar  10 bar  30 bar 

Si le Soleil se lève à 8h à Brest, à quelle heure se lèvera-t-il à Strasbourg ? 

 Avec quelle décalage ?









Avant 8 heures  Après 8 heures 

inférieur à une seconde

compris entre 1 et 60 secondes

compris entre 1 et 10 minutes

 compris entre 10 et 30 minutes   minutes 30supérieur à 

Le projet international ITER a pour sujet létude :

Réchauffement climatique

Matériaux Supra conducteurs 

Fusion nucléaire

Station spatiale internationale  

 Biotechnologies

Couche dozone 

Classez les ondes électromagnétiques de la plus petite à la plus grande longueur donde.  A Rayon Gamma B Onde hertzienne C Infra rouge D Lumière visible E Ultra violet F Rayon X   A F E  C B D 

Longueur donde 

On retrouve la présence significative de plomb (Pb) dans :    le gaz carboniquele cristal    batterie de voiture une lourde leau   lacier inox le PVC   

CONCOURS G.E.I.P.I. PHYSIQUE





1 /15

 DEUXIEME SUJET Donner les réponses dans les cadres prévus page 3  On étudie le mouvement dun oscillateur non amorti constitué dun solide (S) de masseM= 300g,lié à un ressort dont lautre extrémité est fixe ( figure 1). Le solide (S) peut se déplacer en translation rectiligne sans frottement selon laxe Ox. 

figure 1 ressort au repos

Solide (S)

0 i x   Le mouvement du centre dinertie de (S) enregistré à laide dun ordinateur est représenté sur la figure 2.  Son équation horaire est de la forme :x= A cos (ωt+φ)avecxlélongation ,Alamplitude des oscillations, 2 Π T=la période des oscillations etφla phase. ω  A linstantt= 0solide (S) est libéré sans vitesse initiale, le ressort étant étiré. le  II.1. Calculer la fréquencefdu mouvement.

II.2.

II.3. 

 II.4.

II.5.  

Ecrire léquation horaire de la vitesse et la calculer pour linstantt= 0,5s.

Calculer les vitesses maximaleV max et minimaleV min . Tracer la courbe représentant la vitesse en fonction  du temps.

r Calculer laccélérationaet la forceFagissant sur le solide à linstantt= 0.

On ajoute une surchargemau solide (masse totaleM+met on libère sans vitesse avec la même) élongation que dans lexpérience précédente. On note que la période a augmenté de10%. Quelle est la valeur de la massemde la surcharge ? Figure 2 x(encm)

CONCOURS G.E.I.P.I. PHYSIQUE

1

0

-1

0,2

0,4

 

0,6

0,8

t(ens)



2 /15

4,9

=

V max

Accélération initialea=

II.4.



g

3

6

Surchargem=

II.5.







3 /15

1

−

0,6

0,2

0,4



-1

1,48

N

=



r F

Force

−

s

m.

2

−

=

1

31,4 cm.s

t(e

−

V max

ns)

cm.

31,4

1

s

V min

0,8

−

=

31,4

−

=

A



−1

s

cm.

x(e

ncm)

échelle des vitesses

II.3.



 

II.1.

Fréquence

0



Expression littéralef=

 

1 T

 DOCUMENT REPONSE AU DEUXIEME SUJET

CONCOURS G.E.I.P.I. PHYSIQUE

ω

−

 Vitessev(t= 0,5s) =

ϖt)

(



v(t)

=−ωAsin

II.2.

Equation horaire:





z

H

2, 5

 Application numériquef=

  TROISIEME SUJET Donner les réponses dans les cadres prévus page 5    On étudie le montage suivant. Initialement K 1 et K 2 sont ouverts depuis un temps très long, la bobine est considéré comme idéale (sa résistance interne est nulle).

K 1

E

R 1



K 2

L

i(t)

R 2

  At= 0, on ferme linterrupteurK 1 , linterrupteurK 2 reste ouvert.   III.1. Ecrire léquation différentielle vérifiée par le couranti(t)dans la bobine.



III.2.



III.3.

 



III.4.

III.5.



III.6.



III.7.

 

R 1 = 1kΩ   R 2 = 1 0kΩ

L 1 H =

E = 1 0 V



La solution de cette équation différentielle est de la formeA+B exp   τ −  t    , donner les expressions

littérales deA,Betτ. Donner la valeur numérique deτ.

Donner la valeur numérique dei(t)pourt= 0,5mset pourt= 5ms.

At= Ton ouvreK 1 et on fermeK 2 de façon simultanée.

En prenant une nouvelle origine des temps telle que

différentielle vérifiée pari( ), courant dans la bobine.

= 0 corresponde àt = T, écrire léquation

La solution de cette équation différentielle est de la forme   t'    r lexpression littérale A'+B'exp− τ  ' ,donne

de τ' . Que vautA'? Donner la valeur numérique de τ' .

Indiquer la valeur numérique deB'dans les deux cas suivants :T= 0,5mset pourT = 5ms.

Tracer lallure dei(t)dans les deux cas suivants :T = 0,5mset pourT= 5ms.

(On représentera lallure du courant pour des temps compris entre0et2T.)

 CONCOURS G.E.I.P.I. PHYSIQUE



 

4 /15

T = 0,5 ms



 

5 /15

III.4.



' L τ =  R 2

Expressions littérales

III.5.



B'=  ,m  3 9 A

τ' =  0,1ms

alors

B'=  1mA 0

alors



Valeur numérique

i ( t ) 10 en m A 8

6

4

III.6.  

T=0,5ms

 

Si

T=5ms



2

 Si

III.7.Allures dei(t)

0

 CONCOURS G.E.I.P.I. PHYSIQUE

i ( t ) en m A 10 8 6 4 2 0



A  0  =

    

T = 0,5 m s

+

Ri

 DOCUMENT REPONSE AU TROISIEME SUJET

di  L dt

III.1.

E    B = − R 1

=

Equation différentielle : E



E A=   R 1

L  τ =  R 1



 Valeur numérique

τ =  1ms 

III.2.

Expressions littérales

i (t =0,5ms)  ,9mA  = 3





 

di Equation différentielle : + L R dt

i =0  2

  i (t =5ms)= 10mA

III.3.





  QUATRIEME SUJET Donner les réponses dans les cadres prévus page 7      Première partie : fission de luranium  Parmi les réactions, très variées, de fission de latome duranium 235 bombardé par des neutrons lents, on considère la réaction suivante : 35 92 2 U+ 1 0 n→ 1 x 39 Xe+ 49 38 Sr+y 0 1 n   IV.1.Compléter léquation en calculantxety.

IV.2. À partir du tableau placé à la fin de lénoncé, calculer :



a)lénergieE, en joules puis enMeVduranium,léribpéelarfiaoissdnnnuuayo235,

b)lénergieE, en joules, libérée par la fission dune masseM = 1kgduranium235.   Deuxième partie:Fusion de lhydrogène  IV.3. possède trois isotopes stables Lhydrogène 1 1 H, 2 1 Het 1 3 H. Ecrire les différentes réactions qui, à partir de deux  noyaux disotopes identiques ou différents, conduisent à la formation dun noyau dhélium accompagné ou non  dune ou plusieurs particules. 

IV.4. Parmi ces possibilités, on sintéresse à celle qui produit un neutron en plus du noyau dhélium. A partir des données  de lénoncé :





a)réaction correspondante parmi celles écrites dans le document réponseencadrer la IV-3-,

b)calculer lénergieE, en joules, accompagnant la production dun noyau dhélium, c)calculer lénergieElibérée par la fusion totale dune masseM = 1kgde mélange contenant le même nombre datomes des deux isotopes.   Troisième partie: comparaison des deux procédés  IV.5. Cocher dans le tableau du document réponse, les cases correspondantes aux réponses qui vous semble correctes.     Données :1u= 1,67 10 -27 kg,c= 3 10 8 m.s -1 ,e= 1,6 10 -19 C On néglige la masse des électrons  Noyau ou 235 92 U 139 x Xe 94 38 Sr 1 0 n 2 1 H 3 1 H 2 4 He particule Masse 235,044u 138,918u 93,915u 1,009u 2,013u 3,015u 4,001u  

 CONCOURS G.E.I.P.I. PHYSIQUE

6 /15

a)EnergieE=

x = 54   

10

2,9









y = 

3

IV.2.

  

E =  181

 MeV





3 4 1 H→ 2 He

+

2  → 4 1 H 2 He  2 1 H

 2 1 H+

01 n 

IV.3.

Différentes réactions :

+

7,4

b)EnergieE=

 n

2 01



−11  J



10 13  J 







DOCUMENT REPONSEAUQUATRIEMESUJET













IV.1.

fission

fusion





7 /15







+

→ 24 H

H

e

1 3 H→ 24 He  3 1 H

 11 H+

3 1

+

− 10 12 J

2,7

IV.4.

b)

3,3

=

EnergieE=

10 14 J  



IV.5.

c)

EnergieE

Pas de risque demballement des réactions

Production moindre de déchets radioactifs



Plus grande abondance des réserves de combustible



CONCOURS G.E.I.P.I. PHYSIQUE



Technologie utilisée en production industrielle



0

x

V. 1.

Ecrire léquation différentielle du mouvement de(S) de masseM.

Donner lexpression de la périodeTdu mouvement.

V. 2.

0



ressorts. Les seules forces agissant sur cet objet seront exercées par les ressorts.

ressorts se situeront sur un axe horizontal. Soit un solide(S)de masseMet dépaisseur négligeable est accroché aux



Premier cas :Le solide(S)est accroché à un seul ressort (de raideurket de longueur au reposl 0 ) et dont lautre extrémité est fixe. (Cf. dessin ci-dessous)

position initiale



x = l 0

position quelconque

Cette association de deux ressorts est équivalant à un ressort unique de raideurk eq .Donner lexpression dek eq .

V. 5.

En déduire léquation différentielle du mouvement.

V. 4.

 V. 3.

0

i

Donner lexpression des forces sexerçant sur(S).

i

  Deuxième cas :Le solide(S)est accroché à deux ressorts. Le ressort 1 de gauche a une raideurk 1 et une longueur au reposl 0 ressort 2 de droite a une raideur. Le k 2 et une même longueur au reposl 0 . Les extrémités des ressorts non liées à (S) sont fixes. (Cf. dessin ci-dessous)

(R 2 )

(S)

(R 1 )

position initiale

2l 0

x

CONCOURS G.E.I.P.I. PHYSIQUE

  CINQUIEME SUJET Donner les réponses dans les cadres prévus page 9

 On considérera dans ce problème des ressorts à spires non jointives et de masses négligeables. Les extrémités des



 



x





8 /15

x

0

i position quelconque

l 0



x







x



i





 || F → R2/S || = || → F R1/R2 ||









Longueur à videl 0 eq =  l 0 1 +l 0 2 



 

V.7.



  CONCOURS G.E.I.P.I. PHYSIQUE

k 2  +

V.6



k eq = k 1

→ →  ||F R2/S || < ||F R1/R2 ||

→ →  F R2/S  a même sens que F R1/R2 

(cocher la ou les réponses exactes)



ur  k k ' 1 k 2 = Raide  eq  k+k 1 2

X















x

9 /15

i position quelconque

0



→ −l 0 ) i 

k 1 ( x

−

→ F R1/S =

→ F R2/S = 

V.5.

Raideur équivalent

 CINQUIEME SUJET (suite)   Troisième cas :Le solide(S)est accroché au ressort(R 2 )de raideurk 2 et de longueur au reposl 02 . Lautre extrémité de(R 2 ) au ressort liée est(R 1 ) raideur dek 1 et de longueur au reposl 01 . Lautre extrémité(R 1 )est fixe. position initiale (R1) (R2)  (S)

¨ Mx

= − ( k 1 +k 2 ) ( x−l 0 ) 

Force exercée par ressort 2 sur lobjet :

V.4.

Equation différentielle :



−

k 2 ( x−l 0 ) → i 

PériodeT= 

2 π



M  k

Force exercée par ressort 1 sur lobjet :

V.3.







→ →  ||F R2/S || > ||F R1/R2 ||

V.2. 

V.1.



0i x x  V. 6. la force exercée par le ressort 2 sur (S) Comparer r F R2/S à la force exercée par le ressort 1 sur le r  ressort 2 F R1/R2 .  V. 7. Cetteéquivalant à un ressort unique de raideur association de deux ressorts est k eq 'et de longueur à vide l 0 eq .Donner les expressions del 0 eq et k eq ' .  DOCUMENT REPONSE AU CINQUIEME SUJET 

fférentielle : ¨ ( Equation di Mx= −k x

−l 0 )

  SIXIEME SUJET Donner les réponses dans les cadres prévus page 11  On souhaite réaliser une pile faisant intervenir les couples oxydant/réducteur du cuivre et de largent : Cu 2+ / Cu et A + / Ag. g  Dans une expérience préliminaire, chacun des métaux est plongé dans une solution contenant des ions de lautre élément : a) lorsquun fil dargent est plongé dans une solution de chlorure de cuivre II, on nobserve aucune transformation. b)une solution de nitrate dargent, elle se couvre dune couchelorsquune lame de cuivre est plongée dans noirâtre et la solution prend une teinte bleutée.   VI.1. faisant Ecrire léquation doxydoréduction intervenir les quatre espèces chimiques dans le sens de  transformation auquel correspond la constante déquilibre K= 4.10 15 .  + 2+ 

 Chaque compartiment contient20mLdélectrolyte de concentrations respectives en cations : [Ag + ] 0 = 0,1mol.L -1 et[Cu 2+ ] 0 = 0,1mol.L -1 . Le pont salin contient une solution gélifiée de chlorure de sodium à 1 mol.L -1 .  VI.2. Calculer le quotient de réactionQ r initial au début de lexpérience (interrupteur ouvert).  On relie les électrodes par un conducteur ohmique (en fermant linterrupteur).  VI.3.résistor et dans le pont salin ; Préciser sur le schéma le sens du courant dans la branche comportant le  indiquer la polarité des électrodes.  On laisse débiter la pile pendant 90 minutes ; on mesure au bout de ce temps une variation de masse de lélectrode dargent de30mg.  VI.4. Calculer la quantité délectricitéQfournie par la pile pendant ces 90 minutes.

VI.5. considérant que la conduction ionique est assurée  Enessentiellement par les espèces du pont salin, calculer les concentrations en ions dans chaque demi-pile au bout de 90 minutes.  VI.6. on poursuit longtemps lexpérience, on observe lintensité diminuer progressivement jusquà ce que la pile Si  sarrête de débiter. Donner alors la valeur prise par le quotient de réactionQ r final . VI.7. Calculer lavancement final de la réaction.

 Données: Masses molaires : M N = 14 g.mol -1 ; M O = 16 g.mol -1 ; M Cl = 35,5 g.mol -1 ; M Cu = 63,5 g.mol -1 ; M Ag = 108 g.mol -1 .  Constante dAvogadro :N A = 6,023.10 23 mol -1 ; faraday : 1 F = 96500 C ; charge élémentaire : e = 1,6.10 -19 C.  

CONCOURS G.E.I.P.I. PHYSIQUE

10 /15



[ Na + ] = 0,014mol. l −1 

Q = 6,  2 8 C

Quantité délectricité

[ Ag + ] = 0,086mol. l −1 





[ NO 3 − ] = 0,1mol. / l

Concentrations dans le compartiment 1





VI.5.

 CONCOURS G.E.I.P.I. PHYSIQUE



Concentrations dans le compartiment 2

VI.3.

Quotient de réaction

VI.1.

VI.2.



2 Ag + → Cu 2+ +

Equation : Cu+

2 Ag 

10 

C u 2+   = Ag + 2    l initia

Q r initial =     

  DOCUMENT REPONSE AU SIXIEME SUJET   

11 /15









VI.7.

Avancement



VI.6.

Quotient de réaction



10 15 

x final  = 0,001mole  

4

K = Q r final  =





[ Cl − ] = 0,214mol. l −1 















VI.4.

[ Cu 2+ ] = 0,107mol. l −1 